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Entendendo a turbina a gás

Os principais componentes de uma turbina a gás com dois regeneradores: (a) tomada para acessórios; (b) compressor; (c) rotor do regenerador direito; (d) unidade de difusão variável; (e) turbina de força; (f) engrenagem de redução; (g) rotor do regenerador esquerdo; (h) turbina do compressor; (i) queimador; (j) bico de alimentação de combustível; (k) vela de ignição; (l) gerador e motor de partida; (m) árvore de acionamento do regenerador; (n) unidade de ignição

Para entender como funciona uma turbina a gás de automóvel, imagine-se um tubo contendo três rotores e uma câmara de combustão. Antes da câmara, na entrada do tubo, está o primeiro rotor -- chamado de compressor --, que força a admissão de grande quantidade de ar para a câmara de combustão. O combustível injetado na câmara de combustão por um bico mistura-se com esse ar e queima.

A ignição é feita por uma vela, mas só na partida, pois a combustão passa a se processar continuamente. É por isso que as turbinas dos motores de aviões apagam-se em determinadas condições, como chuva excessiva em potência de cruzeiro, mas podem ser religadas em vôo sem problema.

Segue-se grande aumento de volume a partir da queima (como no cilindro de um motor a pistão) e a força de expansão dos gases resultante faz movimentar um segundo rotor. Daí vem o nome turbina a gás, em que são os gases queimados que impelem o rotor. Existe também a turbina hidráulica (a água), utilizada em usinas hidrelétricas, e a turbina a vapor, que movimenta os navios de grande tonelagem.

O segundo rotor, inclusive, é que se encarrega de movimentar o primeiro, ou compressor, por estarem solidários numa mesma árvore. Quanto mais rápido o segundo rotor girar, mais rapidamente o rotor do compressor girará. Por isso o segundo rotor é chamado de turbina do compressor.

Logo após essa turbina vem outra, separada por pequena folga, sem nenhuma conexão mecânica, que leva a força à transmissão do veículo. Se fosse um avião turboélice, essa turbina -- de força -- é que movimentaria a árvore da hélice (por isso é habitual na indústria aeronáutica exprimir a potência dos turboélices em potência na árvore, shaft horsepower ou shp). Num motor de avião a jato não existe a turbina de força, e os gases chegam à saída do escapamento, no processo produzindo empuxo.

Uma turbina a gás típica gira a cerca de 8.000 rpm em marcha-lenta e a 50.000 rpm em potência máxima. Por isso é essencial uma caixa de redução de relação aproximada de 10:1 para uso em automóveis. A ausência de ligação mecânica entre o rotor do compressor e o de potência é que permite eliminar o conversor de torque das transmissões automáticas, como consta no texto principal.

Há também o regenerador, no caso de turbinas para uso automobilístico. Trata-se de um rotor que aproveita os gases de escapamento que são jogados na atmosfera (exatamente como nos turbocompressores dos automóveis). O rotor do regenerador também é conectado mecanicamente ao primeiro rotor (compressor).

Por iniciar o processo de expansão do ar de admissão antes de atingir a câmara de combustão, o equipamento melhora a resposta ao acelerador. Outra vantagem é reduzir a temperatura dos gases de escapamento, que de outro modo poderiam incendiar folhagens sob o carro. O regenerador representou grande avanço na tecnologia da turbina a gás.

Outra conquista foi o anel de difusão de passo variável, colocado entre a turbina do compressor e a de força. Ele não gira, mas pode direcionar os gases para esta última de maneira controlada. Por exemplo, para máxima potência os gases atingem a turbina de força em ângulo de 90 graus.

Inversamente, para produzir algum efeito de freio-motor -- que as turbinas não têm --, os gases podem ser direcionados para atingirem as pás da turbina de força em ângulo reto, reduzindo sua rotação (como uma hélice de avião em passo chato). O mecanismo de controle do anel de difusão pode ser mecânico, por exemplo, um varão no comando do acelerador ou, atualmente, por meio de sensores e microprocessadores.