Por Jim Middlebrook
A questão surge sempre: porque é que os fabricantes de automóveis (OEs) escolhem quase sempre um supercharger tipo raiz? A resposta de uma palavra é preço. Claro, pode haver outras influências, tais como a exigência do fornecedor para o status de tier-one, ou os esforços extremos de marketing que nenhum fabricante centrífugo pode igualar, devido às economias de escala. Mas o preço barato para os OEM’s é suficientemente atraente para compensar todas as deficiências associadas com o supercompressor do tipo raiz. Por favor, note que o tipo de raízes pode ser chamado de supercharger, mas não de compressor, porque não é; é um movedor de ar.
Um conceito errado é sobre o caminho do fluxo de ar para estes superchargers Roots: o ar não flui através ou entre os rotores, mas sim ao redor, nos lados da carcaça dentro dos vazios dos rotores. O supercarregador de raízes prende o ar numa câmara entre o rotor e a carcaça, no vazio entre os lóbulos do rotor, e transporta este ar aprisionado para o lado de saída, no colector de admissão do motor. Em virtude do movimento do ar para dentro do colector a uma velocidade superior à que o motor o consome, é construída uma pressão. Cada vez que a câmara de ar aprisionado abre para o colector, a inversão do ar do colector previamente pressurizado flui para dentro da câmara até normalizar a pressão, depois a câmara é fechada e esgotada à medida que os rotores se unem. Esta “reversão”, mais o vazamento interno entre cada rotor, bem como a carcaça, combinado com o tortuoso caminho de fluxo que o ar deve seguir, é o motivo pelo qual o supercarregador tipo raízes é o menos eficiente dos tipos disponíveis. Além disso, esta entrega pulsada resulta em um grito alto e desagradável a velocidades mais altas. Embora o processo acima mencionado possa oferecer um desempenho razoável a baixas pressões, digamos de 5 a 6 psig, a operação em uma atmosfera (14,7 psig) e acima, mostra claramente as limitações do dispositivo. Ao operar um supercompressor Roots a pressões mais altas, é provável que metade da potência de entrada seja consumida para fazer calor em vez de pressão. Isto indicaria aproximadamente uma eficiência adiabática muito baixa de 50%, ou inferior. É possível que um centrífugo também opere de forma ineficiente, mas isso seria devido a uma instalação excepcionalmente mal projetada e dimensionada e certamente não típica.
Quando usamos o termo eficiência do supercharger, queremos dizer eficiência adiabática como uma expressão de quão bem funciona o processo de superalimentação. Todo esse processo de superalimentação é sobre o aumento da densidade do ar (pressurização ou compressão do ar) e um superalimentador ineficiente irá colocar mais calor no ar durante esse processo, e assim reduzir a densidade, do que um eficiente. Além disso, esse calor não é livre, ele foi comprado por um dreno de energia parasita no motor.
alguns fabricantes tentarão enganar ou confundir os compradores usando o termo eficiência volumétrica em vez de adiabático, para que eles possam exibir um número muito favorável, geralmente na faixa dos noventa por cento. O termo eficiência volumétrica refere-se apenas ao grau de enchimento das câmaras e tem pouco a ver com o bom funcionamento do sobrealimentador; este termo aplica-se apenas a dispositivos de deslocamento positivo e não a centrífugas. Outros, mesmo grandes fornecedores OEM, às vezes oferecerão materiais de venda ou mapas de compressores que mostram uma performance improvável e/ou eficiências de supercharger, (eles definitivamente têm uma palha no Kool-Aid).
Alguns estão ansiosos para apontar que o supercharger do tipo raiz fará o boost a RPM1 do motor muito baixo. Isto é verdade; eles fazem mais impulso do que uma centrífuga em baixa velocidade e menos em alta velocidade, mas esta característica é muito menos útil do que apareceria pela primeira vez. Primeiro, o impulso excessivo não pode ser utilizado a estas velocidades baixas. Na maioria dos motores, a temporização da ignição deve ser significativamente retardada para evitar a detonação destrutiva, pois é muito provável que não haja um aumento líquido de potência, especialmente considerando as perdas parasitárias de transmissão. Em segundo lugar, os novos motores de alto desempenho com temporização variável de válvulas e canais de entrada têm potência de baixa velocidade mais do que suficiente para exceder a tracção do pneu disponível. Em terceiro lugar, a baixa velocidade do motor não é onde a potência é feita. Quarto, quando os defensores das raízes apontam a “área sob a curva”, eles geralmente se referem a uma enorme distorção de como a curva deve ser. Os níveis de impulso mais altos que são comuns hoje em dia não são mostrados e ninguém pode explicar o significado matemático desta área fantasma! Além disso, eles ignoram a absorção de calor e o desempenho inerente do tipo de raízes com maior velocidade do motor, exatamente quando um veículo de alta performance deve puxar o mais forte.
Para uma saída semelhante, um supercarregador do tipo raízes superará várias vezes um centrífugo, e geralmente exigirá um sistema de resfriamento de carga maior e mais pesado. Também é necessariamente colocado no pior local possível: bem alto e para a frente, bem acima de todo o outro peso. Um condutor de circuito competente pode sentir este peso indesejado.
Adicionando um super-carregador tipo raiz a um motor que tem corrediças afinadas, ou corrediça variável, o sistema de admissão normalmente exigirá a remoção do sistema afinado e a perda desses benefícios gratuitos. Uma centrífuga não requer esta remoção e toda a afinação do motor ainda pode ser apreciada.
A massa rotativa de um supercompressor tipo raiz típica para um V8 é grande, com inércia muito alta em comparação com a maioria dos compressores centrífugos. A potência necessária para acelerar essa inércia, para acelerá-la ou desacelerá-la pode ser enorme e isso é independente de realmente fazer qualquer trabalho útil.
Então, com um supercarregador do tipo roots você obtém:
Um dispositivo ruidoso, pesado, de alta inércia, mal posicionado, movido a ar, que faz muito impulso quando você não pode usá-lo e não o suficiente quando você pode, que é um aquecedor tão bom quanto um supercarregador, que mostra um desempenho ainda mais baixo após um aquecimento completo. E quando os profilers piscam aquele grande número de cavalos de potência no You tube, você pode apostar em duas coisas, foi um primeiro “pull” com um motor resfriado e eles não vão mostrar um segundo “pull” porque será muito mais baixo, e um terceiro pull, ainda mais.
Compressores centrífugos estão em uma liga diferente. Eles podem facilmente fazer mais pressão e fluxo do que um tipo de raiz e são muito mais eficientes, especialmente em relações de pressão mais altas.
1Desde a edição de Fevereiro de 2012 do Automóvel e Condutor “My Not-So-Little Pony”, o engenheiro chefe da Ford SVT Jamal Hameedi foi citado “Já tínhamos mais torque de primeira velocidade do que precisávamos, por isso isto torna mais fácil o lançamento do carro”. Isto em referência ao aumento da relação de transmissão final no Mustang GT500.
Os números
Ponto de teste:
Fluxo: 71,2 M/min (960 CFM)
Pressão: 21,72 PR (10,6 psig)
Ambiente:
Temp. 70°F
Pressão: 29.83 In. Hg. (14.65 psia)
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As informações acima foram obtidas de um mapa impresso do fabricante de um compressor do tipo raiz e do Vortech para um V-Compressor 3 Si. O ponto de teste acima foi usado para ser consistente com uma instalação do GM LS7 como usado no artigo. Uma instalação normal de super-carregador centrífugo utilizaria o compressor V-3 Si de eficiência superior a 78% de pico.
Mas espere, há mais!
Na Estrada & Track article (“Corvette Fever”, Abril 2012), um Corvette Z06 naturalmente aspirado foi comparado com um ZR1 super-carregado de raízes. Além do motor, os carros eram praticamente idênticos (pneus, rodas, freios, opções, e assim por diante). O ZR1, por causa do sobrealimentador, pesava mais 95 libras que o Z06, mas também tinha um divisor dianteiro maior. Os carros eram conduzidos na mesma pista, pelo mesmo condutor, no mesmo dia. O ZR1 deveria ter 133HP a mais que o Z06 (638 vs 505), mas acho que esta “classificação” deve ser antes das coisas aquecerem. No artigo: “…Tommy Milner foi cerca de 1 segundo mais rápido na Montanha da Primavera no Z06 do que no ZR1.” Bem, isso diz praticamente tudo. Espera, a Análise de Lapping no artigo mostra que o Z06 foi mais rápido na parte mais direita da pista, e isso diz tudo. O supercarregador de raízes tornou o carro mais lento do que o aspirado naturalmente devido à absorção de calor. Um supercarregador centrífugo não sofre nenhuma destas falhas.
Então, ao escolher um sistema de supercarregador: Você quer potência, ou quer uma decoração?