Foto:REPRODUÇÃO

Patenteados em 1996, os motores Quasiturbine abrem novas perspectivas para o futuro ao permitirem um processo contínuo
de combustão e o uso de diferentes combustíveis

Uma das mais estranhas invenções recentes no campo da mecânica, o motor Quasiturbine engloba um conceito rotativo que pode ser caracterizado como uma evolução do propulsor Wankel, desenvolvido na década de 1990 por uma equipe da família Saint-Hilaire, na província de Quebec, no Canadá. Liderada pelo físico Giles Saint-Hilaire, a equipe patenteou em 1996 a invenção, que recebeu esse nome devido ao fato de seu funcionamento ser praticamente idêntico ao de uma turbina.
Nesse projeto, a equipe de Saint-Hilaire iniciou os trabalhos com uma avaliação detalhada dos conceitos até então conhecidos de motores, buscando definir vantagens, desvantagens e possibilidades de melhorias nesses projetos. Durante o levantamento, a equipe canadense concluiu que uma das melhores soluções poderia ser o aperfeiçoamento do conceito de um motor Wankel (já abordado anteriormente neste espaço), resolvendo suas principais contraindicações e fragilidades.
Assim, foi desenvolvido um projeto de motor rotativo, no qual um rotor gira dentro de uma carcaça. A diferença é que, em lugar do rotor triangular rígido do Wankel, o Quasiturbine possui quatro elementos acoplados entre si, com as câmaras de combustão situadas entre as paredes do rotor e as da carcaça. Com isso, o motor pode, de uma maneira bastante singular, variar sua forma à medida que gira.

O motor rotativo Quasiturbine possui quatro elementosacoplados entre si, com um rotor romboidal girando dentro da carcaça. Foto:HOW STUFF WORKS

De modo geral, a solução mais simples se assemelha bastante aos motores rotativos tradicionais. No entanto, as extremidades dos quatro elementos articulados do rotor garantem a vedação de cada uma das quatro câmaras. Diferentemente dos motores Wankel e das bombas de palhetas – nas quais as palhetas extensíveis são objeto de pressão para gerar a rotação e causar contrafluxo na divisa entre as câmaras – as palhetas de vedação do Quasiturbine são reduzidas, enquanto a força de rotação não resulta da pressão contra as vedações, mas sim da pressão sobre as lâminas pivotantes, permitindo trabalhar com taxas maiores de compressão.
Ao todo, foram desenvolvidas quatro propostas de projeto: duas aberturas com patins (que pode ser usada como motor de combustão interna), quatro aberturas sem patins (que pode ser usada como motor pneumático, a vapor, hidráulico ou ainda como bomba), duas aberturas sem patins (que buscou combinar algumas das vantagens dos protótipos existentes de duas e quatro aberturas) e um projeto conceitual sem aberturas e patins (bastante similar a um motor Stirling). Neste artigo, abordaremos somente a primeira solução, por ser a única aplicável a motores de combustão interna.

CARACTERÍSTICAS
Como já foi destacado, o projeto do Quasiturbine é baseado em um rotor romboidal, que gira dentro de uma carcaça. Em lugar do rotor triangular do motor Wankel, usa-se um rotor formado por quatro elementos interligados, com a câmara de combustão situada entre cada elemento e a parede da carcaça.
A interligação dos elementos funciona como uma articulação, permitindo variar o volume da respectiva câmara. A carcaça tem um formato quase oval e forma a cavidade onde o rotor gira. Também possui quatro aberturas, sendo uma para a vela de ignição, que também pode ser instalada na tampa, uma para admissão de mistura e uma para saída dos gases de combustão.

De uma maneira bastante singular,o motor pode variar sua forma à medida que gira. Foto:ENGINE TECH INTERNATIONAL

Por sua vez, a carcaça é fechada em ambos os lados por duas tampas, que possuem três aberturas para propiciar maior flexibilidade na configuração do motor. Assim, uma das aberturas pode ser usada para admissão a partir de um carburador ou injetor, por exemplo, enquanto a outra pode ser usada para posicionamento alternativo da vela de ignição. Já a terceira abertura é uma saída mais larga para os gases de escapamento.
O rotor é composto por quatro elementos, que substituem os pistões do motor alternativo. Cada elemento possui um corpo com rasgos, onde são acoplados os braços de tração. Nas extremidades de cada elemento existem pivôs, cuja função é ligar um elemento a outro e formar o acoplamento entre o elemento e os patins.
Aliás, há quatro patins, um para cada lâmina, que podem se mover em torno do pivô de modo a permanecer sempre em contato com a parede interna da carcaça. Cada patim possui duas rodas, ou seja, há oito rodas no total. Essas rodas permitem que o motor gire suavemente sobre a superfície interna da carcaça, sendo suficientemente largas para reduzir a pressão no ponto de contato.
O eixo de saída está acoplado ao rotor por dois braços de tração, que se encaixam nos respectivos rasgos, e quatro braços de apoio. No conjunto, a quantidade de peças móveis é muito menor que a de um motor convencional. Afinal, não há virabrequim, válvulas, pistões, bielas, balancins ou comando de válvulas. E, como as lâminas do rotor operam sobre os patins e rodas, o atrito também é muito baixo.

FUNCIONAMENTO
À medida que giram, as lâminas do rotor alteram o volume das câmaras. Inicialmente, o volume da câmara aumenta, permitindo a expansão da mistura ar-combustível. Em seguida, o volume se reduz – e a mistura é comprimida em um espaço menor, até a combustão.
Nesse sistema, é possível observar que, quando um tempo de combustão está se encerrando na câmara anterior, o ciclo seguinte de combustão está pronto para se iniciar. Utilizando-se um pequeno canal na carcaça, próximo à vela de ignição, uma pequena quantidade de gás quente mantém-se pronta para retornar para a câmara imediatamente anterior, onde a combustão está sendo preparada, quando o respectivo patim estiver passando sobre o canal.

A interligação dos elementos funciona como uma articulação, permitindo variar o volume da respectiva câmara. Foto:DIEN DESIGN

Isso resulta em um processo contínuo de combustão, como ocorre em uma turbina a gás. Ato contínuo, a combustão da mistura força o respectivo elemento do rotor no sentido de rotação. As quatro câmaras formam dois circuitos consecutivos. O primeiro circuito é usado para compressão da mistura e expansão pós-combustão. Já o segundo é usado para descarregar os gases de escapamento e admitir a nova carga de mistura.
Em uma rotação, portanto, ocorrem quatro tempos de combustão, ou seja, oito vezes o que ocorre em um motor convencional de quatro tempos. Mesmo um motor Wankel, que produz três tempos de combustão por rotação, não consegue atingir a eficiência do Quasiturbine.

DESEMPENHO
A solução Quasiturbine possibilitou um desempenho superior ao dos motores de pistões e motores Wankel, além de resolver uma série de problemas típicos deste último, que acabaram por encerrar sua produção.
É o caso da combustão incompleta da mistura, por exemplo, liberando os hidrocarbonetos remanescentes pelo escapamento. O problema foi superado com uma câmara de combustão 30% mais longa, que permite uma maior compressão e a queima completa da mistura. Com a menor liberação de combustível não queimado, a eficiência da combustão cresce significativamente, enquanto o problema das emissões se reduz.
Outras vantagens relevantes compreendem vibração zero, uma vez que o motor está perfeitamente balanceado, uma maior aceleração sem necessidade de volante, maior torque em baixa rotação, necessidade muito menor de lubrificação, baixo nível de ruído, menor quantidade de peças móveis, menor peso e tamanho e total flexibilidade para trabalhar em qualquer posição, totalmente submerso ou mesmo de cabeça para baixo.
As principais desvantagens relatadas indicam problemas decorrentes da dilatação térmica, que tendem a provocar algumas fugas, como ocorria na primeira geração dos motores Wankel, mas em menor escala. O desempenho final, contudo, é nitidamente superior.

A quantidade de peças móveis no conceito é muito menor que a de um motor convencional. Foto:REPRODUÇÃO

Os proprietários da patente, aprovada em 1996, atualmente possuem pequenos motores pneumáticos e a vapor para locação, venda, demonstração industrial e treinamento acadêmico, além de um livro que descreve os conceitos e o processo de desenvolvimento do projeto. Se considerarmos que o motor alternativo de combustão interna foi inventado por Karl Benz em 1886 – e já tem, portanto, quase 150 anos de aperfeiçoamento – podemos dizer que o conceito Quasiturbine está em sua primeira infância.

Com a menor liberação de combustível não queimado, a eficiência da combustão cresce significativamente e o problema das emissões se reduz

Todavia, ainda não está sendo usado em qualquer aplicação comercial que possa comprovar sua adequação como substituto do motor alternativo. Ou seja, permanece na fase de protótipo, uma vez que a única aplicação industrial foi feita em motosserras em 1997, além do acionamento de um kart em 2004, de um pequeno automóvel apresentado na Feira de Montreal em 2005 e de alguns testes na Universidade de Connecticut.
Pensando no futuro, pode não ser uma solução competitiva ainda por muito tempo ou, dependendo das condições, se tornar a solução ideal para a transição dos combustíveis tradicionais para os alternativos. Isso é possível, uma vez que o motor Quasiturbine pode utilizar diferentes produtos, como metanol, etanol, gasolina, querosene, gás natural e óleo diesel – ou até mesmo hidrogênio como fonte de potência. Mas só o tempo dirá.

O motor Quasiturbine com patins

Apesar da maior complexidade, o motor Quasiturbine com patins mantém um projeto relativamente simples. Foto:QT

Apesar da maior complexidade, o motor Quasiturbine com patins mantém um projeto relativamente simples. A carcaça (estator) – praticamente oval e conhecida como “rinque de patinação de Saint-Hilaire” – constitui a cavidade na qual gira o rotor. A carcaça contém quatro janelas: uma onde a vela de ignição normalmente fica, uma fechada com tampão removível, uma para admissão de ar e uma para escape de gases.
Cada lado da carcaça é fechado por duas tampas com três janelas próprias, que permitem flexibilidade máxima pela forma em que o motor é configurado. O rotor, composto por quatro lâminas, substitui os pistões de um motor típico de combustão interna. Cada lâmina tem uma ponta de enchimento e entalhes de tração para receber os braços de acoplamento. A extremidade de cada lâmina termina com um pivô, cuja função é unir uma lâmina com a seguinte, formando uma conexão entre a lâmina e os patins que se movimentam em balanço. Para cada lâmina existem quatro patins. Cada transportador é livre para girar em torno do mesmo pivô, de modo que permaneça o tempo todo em contato com a parede interna da carcaça
(Fonte: HowStuffWorks).