Por que os motores originais suportam tanto aumento de potência?

Eu estava participando do fórum www.corsaclube.com.br e um dos membros gostaria de fazer uma preparação turbinada em seu motor 1.6 com originais 92 cv de potência. Questionei o quanto de potência ele desejava para poder ajudá-lo. Fiquei surpreso com a resposta de só 120 cv. Então sugeri uma relação com mais potência, partindo de 150 cv, então fiquei surpreso novamente ao ler que ele não imaginava que um motor com as peças originais aguentassem tanto aumento de potência. Alguém já parou para pensar nisso? Se parou, tenho quase certeza que a resposta que te veio a mente foi algo relacionado a margem de segurança na fase de projetos das peças do motor. Era isso que imaginava? Então, errou!

Partir de um motor de 90 cv e atingir próximo aos 200 cv sem quebrar instantaneamente não pode ser apenas por margem de segurança. Claro que margem de segurança existe nos projetos, mas não uma margem de 2 ou 3 vezes o valor calculado. Isso encareceria demasiadamente o custo do projeto. Então, vamos esclarecer isso logo.

O que acontece na realidade é que quando se dobra a potência ou torque do motor, os esforços resultantes dessa alteração de potência, como a pressão de combustão na câmara, NÃO aumentam na mesma proporção. O que dita a regra na hora do projeto das peças são os picos de pressão dessa combustão na câmara. E quando se dobra a potência do motor, o pico de pressão não é dobrado, aliás, aumenta em torno de 20% somente. E como isso ocorre?

A potência é função da pressão média da combustão durante TODO o curso do pistão e não só do pico de pressão. Mesmo que o pico de pressão aumente somente aqueles 20% no caso supracitado, a pressão da combustão nos outros pontos, durante o curso do pistão, podem aumentar muito mais, e ainda assim ficar com valores abaixo do pico de pressão. Olhando o gráfico abaixo podemos entender melhor:

Os pontos 1 e 2 são os picos de pressão, no motor aspirado e no motor turbo, respectivamente. Perceba que a curva de pressão do turbo-alimentado é mais alta em todo curso do pistão e não só no pico. E a potência é função de toda área abaixo dessa curva e não só de um ponto dessa curva. Isso pode ser demonstrado assim:

O pico de pressão é resultante da queima de 15 a 20% da mistura, mesmo que dobrássemos a quantidade total de mistura, o pico de pressão continuaria sendo resultado dos 15 a 20% de mistura, agora, do dobro da mistura inicial. Esse é um dos motivos do pico de pressão não dobrar, caso houvesse dobrado a potência. O segundo motivo é que o pico de pressão é a somatória da pressão de compressão do motor mais a pressão resultante da queima dos gases. Como neste caso turbo-alimentado, somente alteramos a pressão da queima dos gases por enviar mais ar-combustível, a outra parte da somatória, pressão de compressão do motor, continua inalterada, o que influencia novamente para não elevar demasiadamente o pico de pressão.

Resumindo, o pico de pressão que é o variante que mais influencia na danificação do motor, não é elevado na mesma proporcionalidade do aumento de potência, por isso conseguimos elevar bem a potência do motor sem causar quebras instantâneas.

Bibliografia:

1. Bell,Corky. "Maximum Boost".