Sistemas de Sobrealimentação de Motores

Colecção Formação Modular Automóvel
Título do Módulo Sobrealimentação
Suporte Didáctico Guia do Formando
Coordenação Técnico-Pedagógica
CEPRA - Centro de Formação Profissional da
Reparação Automóvel
Departamento Técnico Pedagógico
Direcção Editorial CEPRA - Direcção
Autor CEPRA - Desenvolvimento Curricular
Maquetagem CEPRA – Núcleo de Apoio Gráfico
Propriedade Instituto de Emprego e Formação Profissional
Av. José Malhoa, 11 - 1000 Lisboa
Edição 2.0 Portugal, Lisboa, 2000/05/26
Depósito Legal 148208/00
Copyright, 2000
Todos os direitos reservados
IEFP
“Produção apoiada pelo Programa Operacional Formação Profissional e Emprego, confinanciado pelo
Estado Português, e pela União Europeia, através do FSE”
“Ministério de Trabalho e da Solidariedade - Secretaria de Estado do Emprego e Formação”

Sistemas de Sobrealimentação
Índice
ÍNDICE
DOCUMENTOS DE ENTRADA
OBJECTIVOS GERAIS e ESPECÍFICOS do módulo.............................................................. E.1
PRÉ-REQUISITOS ........................................................................................................................ E.3
CORPO DO MÓDULO
0 - INTRODUÇÃO .......................................................................................................................... 0.1
1 - princípio da sobrealimentação .
................................................................................. 1.1
1.1 - princípios básicos de termodinâmica.................................................................1.1
1.2 - comparação entre motores sobrealimentados e atmosféricos..........1.3
1.2.1 - comparação das curvas características ............................................. 1.5
1.3 - mecanismos de sobrealimentação......................................................................1.6
2 - compressores volumétricos ..................................................................................... 2.1
2.1 - compressor roots .................................................................................................. 2.1
2.2 - compressor tipo “g” ou espiral .......................................................................... 2.3
3 - turbocompressor ........................................................................................................... 3.1
3.1 - princípio de funcionamento ................................................................................. 3.1
3.2 - constituição de um turbocompressor .
.......................................................... 3.3
3.2.1 - o compressor .................................................................................................... 3.4
3.2.2 - a turbina ............................................................................................................... 3.5
3.2.3 - o corpo central ............................................................................................... 3.6
3.3 - sistemas de controlo da pressão de sobrealimentação ....................... 3.9
3.3.1 - válvula de descarga ..................................................................................... 3.11
3.3.2 - a turbina de geometria variável ............................................................... 3.11
3.4 - colocação do turbocompressor no motor .............................................. 3.15
3.5 - lubrificação dos turbocompressores..........................................................3.15
4 - problemas apresentados pela sobrealimentação .......................................... 4.1
4.1 - a detonação ................................................................................................................ 4.1
4.2 - o aumento dos esforços mecânicos no motor ........................................... 4.5
4.3 - A lentidão de resposta do turbocompressor...............................................4.7
4.4 - o aumento de temperatura do ar e do motor.
................................................4.9
4.5 - a lubrificação do turbocompressor.
..............................................................4.12
Mecânica de Veículos Ligeiros para Inspectores II

5 - sobrealimentação seguida de arrefecimento do ar comprimido............... 5.1
5.1 - necessidade de arrefecimento do ar comprimido...................................... 5.1
5.2 - as principais vantagens da sobrealimentação com permutador de
calor .............................................................................................................................. 5.2
5.3 - critérios de selecção do permutador de calor do ar de sobrea-
limentação....................................................................................................................5.3
6 - manutenção e detecção de avarias de tubocompressores.......................... 6.1
6.1 - manutenção de turbocompressores............................................................... 6.1
6.2 - reparação de um turbocompressor.
................................................................ 6.6
6.3 - cuidados na utilização de motores com turbocompressor.................. 6.9
6.4 - diagnóstico de avarias...........................................................................................6.10
6.4.1 - avarias provocadas pela admissão de objectos estranhos.........6.12
6.4.2 - avarias provocadas por falta de lubrificação...................................6.13
6.4.3 - avarias provocadas por utilização de óleo sujo ou contami-
nado........................................................................................................................6.15
6.5 - Tabela de avarias comuns do turbocompressor .......................................6.16
BIBLIOGRAFIA .
............................................................................................................................ C.1
DOCUMENTOS DE SAÍDA
PÓS-TESTE .................................................................................................................................. S.1
CORRIGENDA DO PÓS-TESTE .................................................................................................. S.7
ANEXOS
EXERCÍCIOS PRÁTICOS .
............................................................................................................ A.1
GUIA DE AVALIAÇÃO DOS EXERCÍCIOS PRÁTICOS................................................................A.3
Índice

OBJECTIVOS GERAIS E ESPECÍFICOS
No final deste módulo, o formando deverá ser capaz de:
OBJECTIVOS GERAIS
OBJECTIVOS ESPECÍFICOS
Objectivos Gerais e Específicos
E.1
1. Identificar as vantagens e desvantagens da sobrealimentação de motores térmicos.
2. Identificar os tipos de mecanismos de sobrealimentação e os eu funcionamento.
3. Efectuar a manutenção e verificação do estado de funcionamento dos turbo-
compressores.
1. Descrever a Lei dos gases perfeitos como justificação do processo de sobre-
alimentação.
2. Descrever as vantagens da sobrealimentação de motores Diesel e gasolina.
3. Enumerar os tipos de compressores utilizados na sobrealimentação.
4. Descrever o funcionamento dos compressores volumétricos.
5. Descrever o funcionamento dos turbocompressores.
6. Descrever a constituição dos turbocompressores.
6.1 Turbina
6.2 Compressor
6.3 Corpo central
7. Descrever o funcionamento da válvula de descarga do turbocompressor – wastegate.
8. Descrever o funcionamento da turbina de geometria variável e as suas vantagens.

E.2
Objectivos Gerais e Específicos
9. Descrever o circuito de lubrificação do turbocompressor.
10. Identificar os problemas relacionados com a aplicação de um turbocompressor a
um motor
10.1 A detonação
10.2 O aumento dos esforços mecânicos
10.3 A lentidão da resposta do turbocompressor
10.4 O aumento de temperatura do ar e do motor
10.5 A lubrificação do turbocompressor
11. Descrever o sistema de sobrealimentação seguido de refrigeração do ar – interco-
oler
12. Identificar a necessidade de arrefecer o ar comprimido.
13. Identificar as principais vantagens de incorporar um permutador no sistema de
sobrealimentação
14. Identificar os critérios de selecção de um permutador de calor.
15. Efectuar a manutenção de turbocompressores, utilizando o método visual e os
aparelhos de medida indicados pelo fabricante.
16. Identificar os cuidados a ter na reparação de turbocompressores.
17. Identificar os cuidados a ter na utilização de motores sobrealimentados com
turbocompressor.
18. Diagnosticar avarias no sistema de sobrealimentação.

Pré-Requisitos
E.3
PRÉ-REQUISITOS
COLECÇÃO FORMAÇÃO MODULAR AUTOMÓVEL
Legenda
Construção da
Instalação Eléctrica
Componentes do
Sistema Eléctrico
e sua simbologia
Electricidade Básica
Magnetismo e
Electrogagnetismo -
Motores e Geradores
Tipos de Baterias e
sua Manutenção
Tecnologia dos Semi-
Condutores -
Componentes
Circ. Integrados,
Microcontroladores e
Microprocessadores
Leitura e Interpretação
de Esquemas
Eléctricos Auto
Características e
Funcionamento dos
Motores
Distribuição
Cálculos e Curvas
Características do
Motor
Sistemas de Admissão
e de Escape
Sistemas de
arrefecimento
Lubrificação de
Motores e
Transmissão
Sistemas de
Alimentação por
Carburador
Sistemas de Ignição Sistemas de Carga e
Arranque
Sobrealimentação
Sistemas de
Informação
Lâmpadas, Faróis
e Farolins Focagem de Faróis
Sistemas de Aviso
Acústicos e
Luminosos
Sistemas de
Comunicação
Sistemas de
Segurança Passiva
Sistemas de Conforto
e Segurança
Embraiagem e Caixas
de Velocidades
Sistemas de
Transmissão
Sistemas de
Travagem Hidráulicos
Sistemas de
Travagem Antibloqueio
Sistemas de Direcção
Mecânica e Assistida
Geometria de
Direcção
Órgãos da Suspensão
e seu Funcionamento
Diagnóstico e Rep. de
Avarias no Sistema de
Suspensão
Ventilação Forçada e
Ar Condicionado
Sistemas de
Segurança Activa
Sistemas Electrónicos
Diesel
Diagnóstico e
Reparação em
Sistemas Mecânicos
Unidades Electrónicas
de Comando,
Sensores e Actuadores
Sistemas de Injecção
Mecânica
Sistemas de Injecção
Electrónica
Emissões Poluentes e
Dispositivos de
Controlo de Emissões
Análise de Gases de
Escape e Opacidade
Diagnóstico e
Reparação em
Sistemas com Gestão
Electrónica
Diagnóstico e
Reparação em
Sistemas Eléctricos
Convencionais
Rodas e Pneus Manutenção
Programada
Termodinâmica
Gases Carburantes e
Combustão
Noções de Mecânica
Automóvel para GPL
Constituição de
Funcionamento do
Equipamento
Conversor para GPL
Legislação Específica
sobre GPL
Processos de
Traçagem
e Puncionamento
Processos de Corte e
Desbaste
Processos de
Furação, Mandrilagem
e Roscagem
Noções Básicas de
Soldadura
Metrologia
Rede Eléctrica e
Manutenção de
Ferramentas Eléctricas
Rede de Ar Comp. e
Manutenção de
Ferramentas
Pneumáticas
Ferramentas Manuais
Introdução ao
Automóvel Desenho Técnico Matemática (cálculo) Organização Oficinal
Física, Química e
Materiais
Pré-Requisito
Módulo em
estudo
Alimentação Diesel

Introdução
0 - INTRODUÇÃO
A procura constante do aumento do rendimento e potência dos motores conduziu ao desenvolvimento
de sistemas que têm a função de aumentar a quantidade de ar disponível para a combustão do
combustível.
Podemos enumerar sistemas como a admissão variável, a distribuição variável ou a sobrealimentação
que recorre à utilização de compressores. De facto, a utilização de compressores, quer sejam
volumétricos ou centrífugos, é um método muito eficaz do ponto de vista do aumento de potência, sem
ter que se aumentar consideravelmente o peso e o custo do motor.
Neste módulo vamos estudar os sistemas de sobrealimentação que recorrem aos compressores
volumétricos (Tipo ‘G’ e Roots) e ao turbocompressor. Este último é sem dúvida o sistema de
sobrealimentação mais utilizado pela maioria dos construtores de automóveis.
No módulo começamos por estudar as razões teóricas para a sobrealimentação dos motores,
descrevendo-se em seguida os vários sistemas de sobrealimentação, em especial a sobrealimentação
por turbocompressor.
Para completar o mais possível os conhecimentos nesta matéria são dadas as indicações metodológicas
para o diagnóstico e reparação de turbocompressores, sem se querer substituir ao manual do
fabricante.
0.1

Princípio de Sobrealimentação
1 – PRINCÍPIO DA SOBREALIMENTAÇÃO
Pode-se definir sobrealimentação como a forma de utilizar um sistema que permite a admissão de uma
maior quantidade de mistura (ar + combustível) pelo cilindro do que aquela que o motor pode admitir
normalmente.
A entrada de maior quantidade de mistura faz aumentar a pressão no interior da câmara de combustão,
obtendo-se maior binário em cada tempo motor.
O débito de potência de um motor depende directamente da quantidade de ar disponível para o
processo de combustão e da sua velocidade de rotação. Por exemplo, um motor com dois litros de
cilindrada (2000 cm3) debita mais potência que um motor de um litro de cilindrada (1000 cm3), quando
funcionam com mesma rotação. Isto acontece porque o motor de dois litros pode admitir o dobro da
massa de ar em relação ao motor de um litro, uma vez que o ar à pressão atmosférica pode ocupar o
dobro do volume. Assim, a forma mais imediata de aumentar a potência de um motor será aumentar a
sua cilindrada, ou seja, a sua capacidade de admitir ar.
No entanto, o aumento exagerado da cilindrada dos motores torna-se dispendioso e pouco prático,
devido à elevada dimensão dos seus órgãos. Outro contra são as forças de inércia que se desenvolvem
em motores volumosos, diminuindo a sua capacidade de rotação.
1.1 – PRINCÍPIOS BÁSICOS DE TERMODINÂMICA
Para melhor compreendermos a forma de aumentar a potência, aumentando a massa de ar introduzido
no cilindro, sem alterar a cilindrada, vamo-nos debruçar sobre o comportamento do ar em função da
temperatura, pressão e volume a que se encontra sujeito.
O ar é uma mistura gasosa com um conteúdo de oxigénio de cerca de 21 % em volume, sendo este o
elemento responsável pela combustão do combustível. Como mistura gasosa, o ar encontra-se sujeito
à Lei dos Gases Perfeitos, enunciada pela seguinte equação:
P = pressão absoluta [Pa - Pascal]
V = volume [m3 - metro cúbico]
m = massa do gás [kg – quilograma]
T = temperatura absoluta [K - grau Kelvin]
Constante – é um valor que depende do tipo de gás
1.1
P x V
= CONSTANTE
m x T

1.2
Podemos enunciar esta equação dizendo que uma determinada massa de gás ocupa sempre um certo
volume, dependendo da pressão e temperatura.
Partindo do princípio que a massa do gás é constante, podemos tirar as seguintes conclusões:
Exemplo: Quando o ar é comprimido no interior de um cilindro, a sua pressão aumenta e o seu volume
diminui. Ao contrário, a pressão reduz-se quando o volume aumenta. Isto é verdadeiro se considerarmos
uma compressão e uma descompressão tão lenta quanto possível, de modo a desprezarmos o aumento
de temperatura do ar.
Fig. 1.1 - Temperatura constante (T): o aumento de pressão (P2
>P1
) provoca diminuição do volume (V2
>V1
)
Uma alteração de temperatura a uma pressão constante, produz uma alteração do volume.
Exemplo: O volume aumenta se o ar que se encontra dentro de um balão for aquecido. Se for arrefecido,
o volume diminui.
Fig. 1.2. - Pressão constante (P): o aumento de temperatura (T2
>T1
) provoca o aumento do volume (V2
>V1
)
Uma alteração de temperatura num volume constante, produz uma alteração de pressão.
Exemplo: Se aquecermos um recipiente rígido cheio de ar, a pressão no seu interior aumenta. Se o
arrefecermos, a pressão diminui.
Fig. 1.3 - Volume constante (V): o aumento de temperatura (T2
>T1
) provoca o aumento da pressão (P2
>P1
)
Uma alteração da pressão do ar, que se encontra a uma temperatura constante, dá
origem a uma alteração de volume.

Sistemas de Sobrealimentação 1.3
Se, agora, entrarmos em conta com a variação da massa do ar, tiramos a seguinte conclusão:
Fig. 1.4 – Temperatura (T) e volume (V) constantes: o aumento da massa (M2
>M1
) provoca
o aumento da pressão (P2>P1)
Exemplo: Um motor a trabalhar a elevada altitude, onde a pressão atmosférica é inferior, admite menos
ar e, consequentemente perde potência. Se lhe for aplicado um mecanismo de para aumentar a pressão
de admissão (tubocompressor ou compressor mecânico), a massa de ar que é admitida é bastante
superior, logo aumenta a potência debitada. Outro exemplo característico é a insuflação dos pneus;
aumenta-se a sua pressão ao injectarmos uma quantidade de massa de ar para o seu interior.
Concluímos, então, que num motor sobrealimentado, onde a pressão de admissão é consideravelmente
aumentada e o volume do cilindro a encher se mantém o mesmo, a massa de ar que entra no cilindro
é, também, consideravelmente superior à que entra num motor aspirado.
Nota: Na realidade existe um aumento de temperatura do ar durante a sua compressão no processo
de sobrealimentação que, no entanto, não invalida esta afirmação.
1.2 – COMPARAÇÃO ENTRE MOTORES SOBREALIMENTADOS E
ATMOSFÉRICOS
Na Fig. 1.5, podemos observar como se comporta um motor as gasolina não sobrealimentado,
vulgarmente designado como motor atmosférico.
Uma alteração da massa de ar, com volume e temperatura constantes, produz uma
alteração da pressão.

1.4
1. Filtro de ar
2. Medidor de caudal de ar
3. Tubo de admissão
4. Borboleta do acelerador
5. Câmara de ar admitido
6. Colector de admissão
7. Válvula de admissão
8. Cilindro
Dp. Soma das perdas de carga
no sistema de admissão
A. A pressão barométrica diminui com
a altitude
Fig. 1.5 - Esquema de um motor atmosférico
Como se pode ver, quando a válvula de admissão (7) se abre e o êmbolo desce ao seu ponto morto
inferior, produz-se uma depressão no interior do cilindro (8). Essa depressão provoca a sucção doar que
se encontra aproximadamente à pressão atmosférica na conduta de admissão. A mistura do ar com a
gasolina é feita no colector de admissão (6) através da injecção de gasolina. Podemos ver que, para
além da pressão baixar com o aumento de altitude, existe uma perda de carga associada ao fluxo do ar
ao longo do sistema de admissão.
Na Fig. 1.6 podemos ver um motor equipado com um compressor, ou seja, um motor sobrealimentado.
O compressor faz subir a pressão do ar na conduta de admissão.
1. Cilindro
2. Permutador de calor – intercooler
3. Turbocompressor
4. Entrada de óleo
5. Rotor da turbina
6. Saída de óleo
7. Impulsor do compressor
8. Entrada de ar ambiente
9. Saída do gás de escape
A. Circuito de ar
G. Circuito de gás de escape
Fig. 1.6 – Esquema de um motor sobrealimentado
Num motor sobrealimentado, a entrada de ar no cilindro é forçada pela acção do compressor que
aumenta a pressão nas condutas de admissão. A turbina é movimentada pelo fluxo de gases de escape
e, por sua vez, transmite o movimento ao compressor.
Nos motores sobrealimentados, comparando com motores atmosféricos com a mesma cilindrada, uma
vez que o volume do cilindro é o mesmo e a pressão de admissão é superior, a quantidade de mistura
disponível é também superior.

Nos motores Diesel, em que o cilindro se enche exclusivamente de ar, a aplicação da sobrealimentação
é ainda mais vantajosa do que num motor Otto. A maior quantidade de ar existente no cilindro, quando
o combustível é injectado, permite uma combustão mais perfeita, não deixando praticamente resíduos
por queimar.
1.2.1 - COMPARAÇÃO DAS CURVAS CARACTERÍSTICAS
Quando um motor é sobrealimentado, podem-se
obter valores de potência bastantes superiores
do num motor de aspiração normal. Também o
rendimento global do motor é aumentado.
Podemos ver na Fig. 1.7 um gráfico de curvas de
potência de um motor a gasolina de 2000 cm3
e 4
cilindros, comparando o aumento de potência entre
motor com 8 válvulas, 16 válvulas e sobrealimentado
com turbocompressor.
Fig. 1.7 – Comparação de curvas de potência de um motor 2000 a gasolina
1. Motor 2000 8 válvulas; 2. Motor 16 válvulas; 3. Motor com turbocompressor
Analisando as curvas com atenção, verificamos a vantagem de ter um motor sobrealimentado, pois
conseguem-se resultados bastantes positivos tanto em potência e aumento de binário/motor, como
também em diminuição de consumo específico.
Pelo processo de sobrealimentação podem obter-se valores de potência tão espectaculares quanto o
motor consiga suportar. Os valores de pressão máxima são apenas travados pela robustez do motor
e sua fiabilidade. Por exemplo os motores de Formula 1 sobrealimentados da década de 1980, com
apenas 1500 cm3
, debitavam mais de 1000 CV. Como é evidente, a duração de um motor com estas
características é muito limitada.
No caso dos motores Diesel, as vantagens são ainda maiores, uma vez que o cilindro admite
exclusivamente ar. A sobrealimentação aumenta consideravelmente o rendimento do motor, não se limi-

1.6
tando a aumentar a potência. Isto verifica-se porque, uma vez que se consegue inserir uma
maior quantidade de ar no cilindro, o combustível durante a combustão terá maior facilidade em
se oxidar na totalidade, não havendo necessidade de injectar mais gasóleo para se conseguir
um aumento do rendimento do motor. No entanto, como se pode injectar mais quantidade
de gasóleo, a potência pode aumentar bastante. Na fig. 1.8 podemos ver um gráfico com a
comparação entre um motor Diesel atmosférico e um Turbo-Diesel.
1. Curva de potência Turbo-Diesel
2. Curva de potência Diesel atmosférico
3. Curva de binário Turbo-Diesel
4. Curva de binário Diesel atmosférico
Fig. 1.8 – Curvas características de motor Diesel atmosférico e Turbo-Diesel
Podemos ver que a aplicação de um turbocompressor ao motor Diesel permitiu um aumento
de 46% de binário e de 37% de potência. Estes valores podem ainda ser mais elevados nos
motores de concepção moderna, através da utilização de sistemas de refrigeração do ar
comprimido (intercooler), de turbocompressores de geometria variável e sistemas de injecção
a alta pressão.
1.3 – MECANISMOS DE SOBREALIMENTAÇÃO
Para se efectuar a sobrealimentação de um motor é necessário utilizar uma máquina capaz de
receber o ar à pressão atmosférica e comprimi-lo de maneira a se conseguir uma sobrepressão,
ou seja, uma pressão acima da atmosférica. Esta função é efectuada por máquinas que
se denominam compressores. Os compressores utilizados nos motores podem ser do tipo
volumétrico ou centrífugo.
Geralmente o compressor volumétrico é accionado através de uma tomada de força do motor.
O compressor centrífugo é geralmente accionado por uma turbina que recebe movimento dos
gases de escape do motor, designando-se por turbocompressor, ou simplesmente turbo.

Fig. 1.9 – Motor equipado com turbocompressor
Fig. 1.10 – Motor equipado com turbocompressor e compressor volumétrico Roots
Fig. 1.11 – Motor equipado com compressor volumétrico de espirais ‘G’
Nos capítulos seguintes falaremos mais em pormenor destes tipos de compressores.

Compressores Volumétricos
2 – COMPRESSORES VOLUMÉTRICOS
Nos compressores volumétricos, tal como o nome indica, o aumento de pressão atinge-se por diminuição
do volume do ar aspirado.
No automóvel, os compressores volumétricos com maior aplicação são o tipo Roots e o tipo ‘G’, também
conhecido como compressor de espiral.
Fig. 2.1 – Compressor Roots Fig. 2.2 – Compressor tipo ‘G’
Os compressores volumétricos recebem movimento directamente do motor, através de engrenagens
ou de uma correia. Isto significa que, para movimentar o compressor, o motor tem de despender uma
pequena parte da sua energia. Evidentemente, esta energia perdida é largamente compensada pelo
ganho de potência adicional.
2.1 – COMPRESSOR ROOTS
A Fig. 2.3 mostra o esquema de funcionamento do compressor Roots.

2.2
Fig. 2.3 - Esquema de funcionamento do compressor Roots
Na Fig. 2.3, temos marcado com setas finas o sentido de rotação dos lóbulos A e B, enquanto as setas
grossas indicam a entrada de ar fresco no compressor.
A rotação dos lóbulos A e B provoca a sucção do ar pela admissão do compressor. Em seguida o
ar é empurrado para a câmara de compressão, tornando-se o volume disponível cada vez menor,
aumentando a sua pressão. Prosseguindo com a rotação, a descarga de ar é feita para a conduta
que liga aos cilindros. Como a velocidade dos lóbulos é bastante elevada, a sobrepressão atingida é
significativa.
Os compressores volumétricos têm uma grande vantagem em relação a qualquer outro tipo de
compressores.Estavantagemconsisteemque,aoseremaccionadosdirectamentepelomotor,aumentam
e diminuem de regime com a mesma precisão do motor. Assim consegue-se que a sobrealimentação do
motor seja muito racional e equilibrada em qualquer que seja o seu regime de rotação.
Os compressores apresentam também alguns inconvenientes a ter em conta. Têm um rendimento
inferior ao turbocompressor. Pelo facto de os lóbulos não chegarem a tocar-se, apresentam folgas que
produzem perdas cada vez maiores, à medida que aumenta a pressão. Deste modo, a pressão máxima
de sobrealimentação disponibilizada pelos compressores Roots é relativamente baixa, não excedendo
0,8 bar acima da pressão atmosférica (1,8 bar absolutos).
Outro inconveniente é a perda de potência, uma vez que para o seu funcionamento, o compressor
retira movimento directamente a uma tomada de força do motor, desperdiçando a energia dos gases
de escape (ao contrário do turbocompressor). Também o seu tamanho de grande proporção dificulta
a instalação no motor, visto que o compressor tem que estar próximo de uma zona da conduta de
admissão, na parte fria do motor e, nos motores mais antigos, perto do carburador.

Podemos ver na Fig. 2.4 seguinte a instalação típica de um compressor roots num motor.
Fig. 2.4 – Instalação de um compressor num motor
Num motor alimentado por carburador, normalmente o compressor é colocado entre este e as válvulas
de admissão, dando origem ao que se chama “carburador aspirado”.
2.2 – COMPRESSOR TIPO ‘G’ OU ESPIRAL
O compressor tipo ‘G’ é constituído por quatro câmaras de compressão compostas por espirais em
forma de ‘G’. Para formar as câmaras de compressão existem espirais fixas e móveis. O disco central
possui quatro espirais, duas de cada lado. Este disco é movimentado por um excêntrico, ficando a sua
rotação desfasada do centro geométrico das espirais fixas.
1 e 2. Carcaças que suportam as espiras fixas
3. Disco central com espiras móveis
4. Veio de comando do disco central com excêntrico
Fig. 2.5 – Constituição do compressor G

2.4
O ar exterior é sugado pelo movimento das espirais, que ao se moverem com rotação descentrada,
empurram o ar contra as paredes formadas pelas espirais fixas. O ar é comprimido porque durante a
rotação das espirais, o volume da câmara de compressão vai diminuindo. Por fim o ar é expelido para a
conduta que liga aos cilindros do motor. A Fig. 2.6 mostra o esquema de funcionamento do compressor
G, com as fases de aspiração, compressão e expulsão do ar.
A. Espirais móveis
B. Espirais fixas
C. Câmara exterior
D. Câmara interior
Fig. 2.6 – Fases de funcionamento do compressor tipo ‘G’
Na Fig. 2.7 apresenta um compressor do tipo ‘G’ em
corte, onde podemos observar a forma como estão
montados os seus componentes.
Fig. 2.7 – Compressor tipo ‘G’ em corte
Comparado com o compressor Roots, o compressor tipo ’G’ é mais eficaz, conseguindo uma pressão
de sobrealimentação máxima de cerca de 1,8 bar acima da pressão atmosférica (cerca de 2,8 bar
absolutos). O seu funcionamento é mais silencioso, uma vez que o débito de ar é menos pulsatório.

Turbocompressores
3 – TURBOCOMPRESSORES
3.1 – PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO
A técnica de sobrealimentação mais utilizada tem como base um compressor centrifugo accionado
pelos gases de escape. Este compressor centrifugo é também designado por turbocompressor.
Fig. 3.1 - Motor com turbocompressor
Podemos ver o seu principio de funcionamento na Fig. 3.2.
Fig. 3.2 – Esquema de funcionamento de um turbocompressor

3.2
Turbocompressores
O principio de funcionamento do turbocompressor consiste em aproveitar a energia dos gases de
escape que são expelidos do motor para dar movimento a um compressor centrifugo. Deste modo, o
turbocompressor não retira energia ao motor.
Esta vantagem aliada ao facto de se conseguirem caudais de ar consideráveis e ao baixo custo do
equipamento, torna o turbocompressor numa solução mais viável que o compressor volumétrico. Além
de tudo isto, para caudais de ar semelhantes, o turbocompressor é mais pequeno e leve, o que facilita
a instalação no motor.
O turbocompressor é um aparelho simples. Os seus componentes básicos são uma turbina e um
compressor centrifugo, que estão ligados entre si por um veio.
Os gases de escape entram no alojamento da turbina provocando a sua rotação. Como consequência
da sua ligação ao compressor, este também roda e aspira o ar exterior, imprimindo-lhe uma elevada
velocidade.
A. Entrada dos gases de escape
B. Rotor da turbina
C. Saída dos gases de escape
D. Rotor do compressor
E. Veio comum
F. Entrada de ar do exterior
G. Saída do ar comprimido para o motor
Fig. 3.3 – Turbocompressor em corte
Ao ser empurrado para o motor, o ar aumenta a sua pressão.
Avelocidade da turbina depende da quantidade e da velocidade dos gases de escape que forem expelidos
pelo motor. Logo, quanto maior for o caudal dos gases, maior será a rotação do turbocompressor e,
consequentemente, maior será a pressão de sobrealimentação.
Um turbocompressor pode atingir regimes de rotação da ordem das 200 mil r.p.m. e tem que suportar
temperaturas por vezes superiores a 1000ºC, obrigando o seu projecto e construção a obedecer a
determinados cuidados.

Turbocompressores
Na Fig. 3.4 podemos observar a distribuição de temperaturas num turbo de um motor Diesel.
Fig. 3.4 – Distribuição de temperaturas num motor Diesel
Existe uma grande diferença de temperatura entre o rotor da turbina, que se encontra a cerca de 450ºC,
e o rotor do compressor, a cerca de 80ºC. Isto deve-se à temperatura dos gases de escape que ronda
os 650ºC à saída dos cilindros. No entanto, nos motores a gasolina pode mesmo chegar aos 1000ºC.
Estas diferenças de temperatura têm tendência a provocar deformações nos componentes do
turbocompressor. Por isto, a selecção dos materiais para o seu fabrico deve ser muito criteriosa, afim
de poderem suportar todas as cargas geradas pelo calor excessivo. Também a sua lubrificação é alvo
de especiais cuidados, como poderemos ver mais adiante.
Os motores a gasolina apresentam maiores dificuldades para a sua sobrealimentação do que os motores
Diesel. Porém, quando se consegue um esquema de sobrealimentação que seja equilibrado, obtêm-se
aumentos de binário e potência espectaculares, especialmente em motores de pequena cilindrada.
3.2 – CONSTITUIÇÃO DE UM TURBOCOMPRESSOR
O turbocompressor é constituído por três elementos fundamentais que vamos estudar de seguida em
pormenor:
O compressor

3.4
Turbocompressores
3.2.1 – O COMPRESSOR
O compressor centrífugo é constituído por 3 elementos:
O impulsor (Fig. 3.5), que roda a uma velocidade muito
elevada, acelera o ar ou mistura ar/combustível (em alguns
motores alimentados por carburador) que passa através
dele por acção da força centrífuga.
Fig. 3.5 – Impulsor do compressor
Como se pode ver na Fig. 3.5, o impulsor é formado por pás
curvas. O ângulo de curvatura das pás do impulsor é desenhado
de modo que a direcção do ar que nele entra seja a mesma que a
das suas pás. Assim, reduzem-se as perdas ao mínimo.
Odifusor,pelocontrário,diminuiavelocidadedoar,semturbulência,
provocando um aumento de pressão e consequentemente da
temperatura.
Fig. 3.6 – Difusor
A turbina
O corpo central
O impulsor
O difusor
O carcaça

Turbocompressores
A carcaça em torno do difusor canaliza o ar a alta pressão para o colector de admissão. Na generalidade
dos casos, a carcaça funciona como difusor.
3.2.2 – A TURBINA
A turbina do tipo centrífugo de fluxo radial (o gás de escape entra pelo seu perímetro e sai pelo centro),
representada esquematicamente na Fig. 3.7, é utilizada quase exclusivamente em turbocompressores
para montagens em motores de automóveis, dado o seu baixo custo de produção em pequenos
tamanhos.
A. Área de entrada do fluxo de gás
R. Distância do centro da turbina ao centro
da entrada do gás
Fig. 3.7 – Carcaça da turbina com uma alheta
Na turbina representada pela Fig. 3.7, o fluxo do gás de escape é canalizado para o seu interior com uma
direcção imposta por uma só alheta. O ângulo desta alheta, assim como as dimensões da turbina são
calculados para cada caso, de modo a obter o melhor rendimento face às condições de funcionamento
pretendidas.
Outro tipo de turbina utilizado na sobrealimentação, possui um conjunto de alhetas fixas que impõem a
direcção do fluxo dos gases de escape (Fig. 3.8). Este sistema cobre uma gama mais larga de utilização,
podendo a mesma turbina ser utilizada em motores de diferentes cilindradas e com diferentes tipos de
utilização.
Fig. 3.8 – Carcaça de turbina com múltiplas alhetas

3.6
Turbocompressores
A característica que define a carcaça de uma turbina é a relação entre a área (A) de entrada dos gases
e distância (R) do centro da turbina ao centro da entrada dos gases (Fig. 3.7). A relação A/R define a
velocidade de rotação da turbina. Se mantivermos constante a distância R, quanto maior for a área A de
entrada dos gases, mais lentamente ela funciona. Se diminuirmos a área A, mais rapidamente a turbina
funciona.
Assim, alterando apenas a carcaça da turbina, podemos alterar significativamente o seu rendimento em
função da aplicação a que se destina.
3.2.3 – O CORPO CENTRAL
É no corpo central do turbocompressor que apoia o veio que liga o rotor da turbina ao impulsor do
compressor e que estão alojados os seus vedantes. O veio é normalmente apoiado em dois casquilhos
flutuantes, de alumínio ou bronze, a fim de suportarem as altas temperaturas de funcionamento do
turbocompressor.
Estes casquilhos rodam livremente, sendo impedidos de se deslocarem axialmente (ao longo do veio)
por anéis que servem de batente aos casquilhos, como é mostrado na Fig. 3.9.
Fig. 3.9 – Casquilho flutuante, impedido de deslocamento axial pelos anéis de retenção
Alguns fabricantes usam nos apoios do veio casquilhos semi-flutuantes, que possuem uma flange lateral
fixa por um anel batente, que impede o deslocamento axial. São impedidos de rodar por um picolete que
atravessa a flange e que é fixo no corpo central, como se mostra na Fig. 3.10.

Sistemas de Suspensão
3.7
Turbocompressores
Fig. 3.10 – Casquilho semi-flutuante impedido de rodar por picolete atravessado na flange
A lubrificação dos casquilhos de apoio é feita com óleo sob pressão vindo do circuito de lubrificação do
motor. O óleo flui através dos orifícios existentes nos casquilhos, ocupando os espaços existentes entre
o casquilho e o veio. A almofada de óleo que se mantém durante o funcionamento tende a amortecer
a vibração e a não permitir o contacto entre o veio, o casquilho e o corpo central. Depois de lubrificar
os casquilhos, o óleo flui por gravidade para o cárter. Mais adiante trataremos em pormenor o tema da
lubrificação dos turbocompressores.
Como foi visto atrás, existe um vedante entre o corpo central e a turbina, e outro entre o corpo central
e o compressor.
O primeiro tem como função não deixar passar o gás de escape da turbina para o corpo central, dado
que em funcionamento a pressão na turbina é sempre superior à pressão existente no corpo central.
O segundo tem duas funções a desempenhar durante o funcionamento do motor de um veículo
automóvel:
1. Na fase de aceleração do motor e durante o funcionamento acelerado, o compressor
cria uma pressão alta no seu difusor, a fim de sobrealimentar o motor. O vedante
terá que impedir que o ar ou mistura ar/gasolina passem do compressor para o
corpo central.
2. Durante o funcionamento ao ralenti na generalidade dos motores, e durante a
desaceleração, (Fig. 3.11) é criada no interior do compressor, pelo filtro de ar ou pela
borboleta do acelerador, uma depressão. Esta depressão tende a aspirar o óleo de
lubrificação do corpo central para o interior do compressor, o que deve ser impedido
pelo respectivo vedante.

3.8
Turbocompressores
Fig. 3.11 – Durante a desaceleração é criada uma depressão no interior do compressor
Para resolver o problema da vedação entre
a turbina e o corpo central é usado um
segmento, montado numa caixa próxima da
turbina, na extremidade do veio (Fig. 3.12).
Fig. 3.12 – Pormenor do segmento de vedação
entre a turbina e o corpo central
Para vedar correctamente o corpo central do
compressor, é utilizado na maioria dos casos um
vedante tipo O-ring (Fig. 3.13).
Fig. 3.13 – Pormenor de vedação entre o corpo central e o compressor

Turbocompressores
3.3 – SISTEMAS DE CONTROLO DAPRESSÃO DE SOBREALIMENTAÇÃO
A escolha do turbocompressor a montar num motor tem que ser feita não só de acordo com as
características do motor, mas também tendo em vista a utilização pretendida. Assim, para se obter de
um motor um binário elevado a baixa rotação, terá que ser montado um turbocompressor diferente do
que se adoptaria caso se pretendesse apenas elevada potência a altos regimes de rotação.
No entanto, num motor de um automóvel pretende-se uma gama de utilização muito alargada:
Para além disso, é necessário ter em atenção que o motor não suporta um aumento indefinido da
pressão de admissão, podendo o combustível entrar em detonação ou mesmo vários órgãos do motor
ficarem danificados.
Para que consigamos um rendimento optimizado do motor sobrealimentado é necessário garantir uma
elevada pressão a baixas rotações que, depois, terá de ser controlada a altas rotações.
Actualmente, os processos mais comuns de controlar a pressão de sobrealimentação são:
3.3.1 – VÁLVULA DE DESCARGA
Para evitar o aumento indefinido de pressão, está incorporada no turbocompressor uma válvula que
limita a pressão de admissão a um valor preestabelecido. Esta válvula é denominada por válvula de
descarga, ou “waste gate”. Esta válvula, quando a pressão ultrapassa um valor pré-determinado, abre
um canal de by-pass aos gases de escape, ou seja, desvia uma parte dos gases, não permitindo que
estes passem pela turbina. Deste modo garante-se que a turbina não embala, não permitindo a subida
excessiva da pressão. A Fig. 3.14 mostra o esquema de funcionamento da válvula de descarga.
Elevado binário a baixa rotação.
Rapidez na resposta em aceleração.
Elevada potência a alta rotação.
Válvula de descarga (Waste-gate).
Turbina de geometria variável.

3.10
Turbocompressores
1. Rotor da turbina; 2. Impulsor do compressor; 3. Canal de by-pass; 4. Tubo de admissão; 5. Colector de admissão; 6. Carburador;
7. Colector de escape; 8. Sinal de pressão; 9. Escape; M. Mola de restituição; V. Válvula de descarga;
Fig. 3.14 – Esquema de funcionamento da válvula de descarga
O rotor da turbina (1) do turbocompressor recebe os gases através do colector de escape (7), enviando-os
em seguida para o tubo de escape (9). Quando a caudal de gases (massa e velocidade) é considerável,
o rotor da turbina roda a alta velocidade, e o impulsor do compressor (2), origina elevados valores de
sobrepressão no tubo de admissão (4), através do carburador (6) e no colector de admissão (5). O
colector de admissão (5), transmite os valores de sobrepressão ao mecanismo da válvula de descarga
(V), através do canal (8).
A haste da válvula está unida a uma membrana que, quando recebe um sinal de sobrepressão desloca-
a e abre uma passagem (by-pass), que põe em curto circuito o colector com o tubo de escape. Quando
isto acontece, a turbina diminui a sua velocidade, pelo que a pressão no canal de sinal de sobrepressão
(8) diminui. Isto faz com que a mola (M) da válvula coloque a membrana a sua posição de repouso,
fechando a válvula e restabelecendo-se a situação anterior.
É importante que as válvulas de descarga estejam localizadas de maneira que sejam arejadas ou então
que estejam situadas com certa independência do turbocompressor, prevenindo os efeitos do calor
gerado pelo contacto com os gases de escape. O excesso de calor provoca dilatações, prejudicando o
funcionamento das molas e a duração da válvula.

Turbocompressores
A Fig. 3.15, mostra uma válvula de descarga montada no turbocompressor.
Fig. 3.15 – Turbocompressor com válvula de descarga
3.3.1 – A TURBINA DE GEOMETRIA VARIÁVEL
Outro método de controlar a pressão de sobrealimentação consiste na utilização de turbinas de geometria
variável. Com este sistema, para além de controlarmos a pressão máxima de sobrealimentação,
podemos ainda controlar de uma forma bastante eficiente o caudal de gases de escape que atravessa
a turbina, fazendo variar a sua velocidade, ao longo de toda a gama de rotação do motor e também em
função da carga (abertura da borboleta do acelerador nos motores a gasolina ou tempo de injecção nos
motores Diesel).
Uma das características de um motor turboalimentado é a sua falta de resposta em baixos regimes.
Isto deve-se ao facto de um motor deste género ser obrigado a ter uma taxa de compressão baixa,
diminuindo o rendimento do motor enquanto o turbocompressor não debita a pressão normal de
funcionamento.
Por forma a resolver este atraso na resposta, vários fabricantes desenvolvem um tipo especial de
turbinas de geometria variável. O princípio de funcionamento deste sistema tem como base a
influência exercida sobre o rendimento da turbina pela velocidade de entrada dos gases de escape.
Assim, para se manter um caudal considerável de gases de escape (o caudal depende directamente

3.12
Turbocompressores
da massa e velocidade dos gases), que proporcione uma velocidade de rotação elevada do rotor, a
área de entrada dos gases é alterada em função de diversos parâmetros (rotação, carga, temperatura,
pressão de admissão).
Em regimes baixos, a resposta é mais rápida se a área de passagem dos gases for inferior, uma vez
que os gases são acelerados. No entanto, a alta rotação, só se atingem pressões elevadas se a área de
passagem dos gases for superior, uma vez que é necessário criar-se espaço para uma elevada massa
de gases por unidade de tempo entrar na turbina.
Para alterar a área de passagem, modificando o fluxo de gases que se projecta no rotor da turbina, é
necessário colocar alhetas de orientação variável à entrada da turbina. Na Fig. 3.16 estão representadas
4 posições que as alhetas móveis podem tomar em função das condições de utilização do motor.
Fig. 3.16 – Posição das alhetas em função das condições de utilização do motor
O seu funcionamento é relativamente simples. A baixa rotação e com carga elevada, as alhetas móveis
da turbina ocupam uma posição próxima da carcaça, obrigando os gases de escape a circularem por
espaços estreitos, originando a sua aceleração.
1. Velocidade de cruzeiro
Alhetas totalmente abertas. Os gases de escape
fluem com suavidade.
2. Aceleração
Para aumentar a velocidade dos gases, as
alhetas fecham, diminuindo a área de passagem
e alcançando-se a pressão máxima.
3. Pressão máxima
Uma vez atingida a pressão máxima, as alhetas
abrem-se gradualmente.
4. Desaceleração
Quando se solta o acelerador, as alhetas abrem-
-se totalmente para reduzir a pressão.

Turbocompressores
Isto provoca um aumento considerável de rotação da turbina e, consequentemente, um aumento da
pressão de sobrealimentação em regimes baixos.
Quando o regime de rotação do motor aumentar, a velocidade dos gases também aumenta. Neste
caso, as pás de orientação do fluxo aproxima-se do rotor da turbina, aumentando a área de passagem e
controlando com exactidão o valor da pressão de saída. Desta forma, é possível manter o binário do motor
em valores elevados (o binário do motor depende directamente da pressão de sobrealimentação).
Quando se alcança uma velocidade estabilizada de rotação do motor e não é necessário disponibilizar
um valor de binário elevado, as alhetas dispõem-se de maneira a que os gases de escape se
descarreguem com suavidade.
Devido ao exacto controlo da pressão de sobrealimentação por parte das alhetas com orientação
variável, torna-se desnecessária a utilização de uma válvula de descarga.
Outra vantagem destes sistemas é a possibilidade de se elevarem as taxas de compressão até limites
nunca vistos em motores sobrealimentados.
O movimento das alhetas é controlado por uma unidade electrónica em função das condições de
condução. O sistema dispõe de vários sensores que informam a unidade de controlo sobre a pressão
do turbocompressor, a temperatura do ar de admissão, a temperatura do líquido de refrigeração do
motor, a posição do acelerador, a velocidade de rotação do motor, a velocidade do veículo e a pressão
atmosférica.
A actuação das alhetas é feita através de uma haste comandada por um diafragma instalado numa
campânula de vácuo, como mostra a Fig. 3.17.
Fig. 3.17 – Campânula de vácuo para actuação das alhetas móveis

3.14
Turbocompressores
Na Fig. 3.18 podemos ver com mais pormenor o sistema de regulação das alhetas móveis.
Fig. 3.18 – Sistema de regulação das alhetas
As alhetas estão colocadas sobre uma coroa porta-alhetas. O eixo das alhetas está ligado a um perno-
guia, situado na face oposta da coroa. O perno-guia é movimentado por uma anilha de regulação. Por
sua vez, a anilha de regulação é movimentada por um conjunto biela-manivela actuado pela campânula
de vácuo.
O comando do sinal de vácuo é feito por válvulas de solenóide que actuam em conformidade com o
processamento dos dados executado pela unidade de comando electrónica.
Nas Fig. 3.19 e 3.20, podemos ver a disposição das alhetas móveis numa turbina.
Fig. 3.19 – Turbina com as alhetas em posição
de fecho completo
Fig. 3.20 – Turbina com as alhetas em posição
de abertura total

Turbocompressores
NaFig.3.21,comparam-sevaloresdepressãonocolectordeadmissãoquandoomotorésobrealimentado
com uma turbina clássica e com uma turbina de geometria variável.
Nota-se que o aumento de pressão é muito significativo em baixa rotação, aumentando o binário e
tornando-o disponível muito cedo. Como consequência, a condução torna-se mais agradável e os
consumos de combustível baixam consideravelmente.
A. Turbocompressor clássico
B. Turbocompressor de geometria variável
C. curvas de pressão de ar no colector de admissão
P. Pressão absoluta
N. Velocidade de rotação do motor
Fig. 3.21 – Comparação dos valores de pressão no colector de admissão
3.4 – COLOCAÇÃO DO TURBOCOMPRESSOR NO MOTOR
Para se conseguir um funcionamento optimizado, a aplicação de um turbocompressor a um motor tem
que respeitar algumas regras de disposição importantes.
O facto de um turbocompressor não precisar de estar ligado a nenhuma tomada de força do motor
facilita a sua possível colocação. Mas há que ter especial cuidado no trajecto dos gases de escape e na
sua entrada na turbina, pois desta disposição depende a obtenção de um bom rendimento da turbina.
O trajecto deve ser o mais curto possível. Tem que apresentar as mínimas perdas de carga mas, ao
mesmo tempo, não pode ter maior secção útil do que a boca da turbina para não provocar perdas de
energia. Não deve ter alterações bruscas de direcção e deve dispor das juntas de dilatação necessárias
para não gerar tensões nem a cabeça do motor nem no turbocompressor devidas a diferenças de
temperatura.
3.5 – LUBRIFICAÇÃO DOS TURBOCOMPRESSORES
Grande parte dos turbocompressores são projectados no sentido de utilizar como lubrificante o mesmo
óleo de lubrificação do motor em que estão montados quer estes sejam Diesel ou a gasolina.

3.16
Turbocompressores
Na Fig. 3.22 podemos observar que o óleo que vem do circuito de lubrificação do motor entra pressurizado
no turbocompressor, sendo então canalizado para os casquilhos de apoio.
Fig. 3.22 - Diagrama do fluxo de óleo num turbocompressor
Assim é formada uma película lubrificante entre os casquilhos e o corpo central e outra entre os
casquilhos e o veio. O aparecimento desta última deve-se à existência de orifícios nos casquilhos, que
permitem a passagem do óleo para o seu interior.
Como podemos ver na Fig. 3.22, a ranhura (1) maquinada no cubo do veio do turbocompressor introduz
um diferencial de pressão com o fim de impedir que o óleo passe para a zona de vedação.
Os segmentos (2) fazem a vedação ar-óleo enquanto a gola axial (3), rodando à velocidade do veio,
expulsa o óleo do segmento de vedação através de furos existentes na própria gola.
A superfície de encosto (4) ajuda também a impedir a entrada de óleo na zona do vedante. As pressões
(5) do ar no compressor e dos gases na turbina, mais elevadas do que a pressão existente no interior
do corpo central, favorecem também a não existência de fugas de óleo através dos vedantes.
As películas de óleo no interior e exterior do casquilho têm praticamente a mesma espessura e destinam-
se a amortecer a vibração do rotor do turbocompressor, e não permitir o contacto directo entre o veio e
o casquilho e entre o casquilho e o corpo central.
Embora a parte rotativa do turbocompressor seja equilibrada durante a montagem, para velocidades
da ordem das 150 mil a 200 mil r.p.m., seria de prever alguma vibração. Na realidade, a utilização
de casquilhos flutuantes permite obter níveis de vibração tão baixos, que se torna difícil determinar a
velocidade crítica do turbocompressor. Com a utilização de casquilhos semi-flutuantes, a situação é

Turbocompressores
semelhante. Embora os casquilhos não rodem, a separação por película de óleo permite que estes
flutuem sem entrar em contacto com o corpo central ou com o veio.
Os casquilhos flutuantes, os mais utilizados, rodam com 1/3 a 1/2 da velocidade do veio. Apesar da
rotação dos casquilhos ser benéfica do ponto de vista da diminuição do atrito e das vibrações, a alta
velocidade dificulta a manutenção das películas de óleo nas suas superfícies interior e exterior.
Mesmo rodando a 1/3 da velocidade, se o veio rodar a 120 mil r.p.m., os casquilhos rodam a 60 mil r.p.m.
Com velocidades assim elevadas, os casquilhos tendem a bombear o óleo para fora do seu interior. Se
isto acontecer, a película de óleo desaparece, provocando rapidamente a gripagem do veio.
Vários construtores desenvolveram sistemas para evitar esta situação. Na Fig. 3.23 podemos ver em
corte um turbocompressor em que a zona dos casquilhos por onde o óleo entra tem uma parede mais
fina do que o resto do casquilho. Com este processo minimiza-se a acção de bombagem para o exterior
do casquilho.
1. Roda do compressor
2. Porca
3. Carcaça do compressor
4. Apoio do veio
5. Segmento
6. Anel de vedação
7. Anilha de fixação
8. O-ring
9. Anel de encosto do casquilho
10. Anel de fixação axial
11. Deflector de óleo
12. Casquilho
13. Anilha de fixação
14. Parafuso
15. Corpo central
16. Braçadeira em V
17. Conjunto da roda da turbina e veio
18. Carcaça da turbina
22. Segmento
23. Anilha de mola
Fig. 3.23 – Corte de um turbocompressor onde se pode ver a redução da parede dos casquilhos (12) na
zona de entrada de óleo

Problemas Apresentados pela Sobrealimentação
4.1
4 – PROBLEMASAPRESENTADOS PELASOBREALIMENTAÇÃO
A sobrealimentação de motores de combustão interna, como já vimos tem muitas vantagens. No
entanto, o aumento de pressão e temperatura dentro do cilindro trás inconvenientes para o correcto
funcionamento do motor. Se não se tiverem em conta estes fenómenos, a fiabilidade dos motores,
principalmente dos motores a gasolina, diminui consideravelmente.
Outro factor muito importante é a escolha acertada do tipo de turbocompressor a aplicar a um motor,
uma vez que disso depende as optimização do rendimento do motor e a agradabilidade de condução.
O motor a gasolina deve ter capacidade para, utilizando um carburador ou um sistema de injecção,
preparar uma mistura carburante com uma quantidade de gasolina emulsionada com ar. Esta mistura
passa à câmara de combustão, onde se inflamará graças a uma faísca eléctrica produzida pela vela.
Esta situação acontece quando o êmbolo de encontra numa posição muito próxima do PMS, no final
do tempo de compressão.
Pelo facto de a mistura ar/combustível ser altamente explosiva e muito sensível às altas temperaturas
e às altas pressões, a aplicação de um turbocompressor num motor a gasolina gera uma série de
problemas importantes, pois provoca o aumento da temperatura e pressão no cilindro. Este aumento
de valores não somente afecta a mistura, mas também as partes móveis do motor.
Os principais problemas a considerar e que vamos estudar a seguir são os seguintes:
4.1 - A DETONAÇÃO
Um dos mais graves fenómenos que pode ocorrer durante o funcionamento de um motor a gasolina é
a detonação.
O processo de combustão inicia-se com a faísca da vela e propaga-se por meio de ondas concêntricas
explosivas muito rápidas (mas não instantâneas), que avançam pela câmara de combustão até chegar
à totalidade da massa da mistura.
A detonação
O aumento dos esforços mecânicos
A lentidão de resposta do turbo
O aumento de temperatura
A lubrificação

4.2
Na Fig. 4.1 vemos uma série de desenhos que mostram, de cima para baixo, a forma progressiva em
que a combustão é produzida.
O primeiro desenho mostra o momento em que a faísca surge e se inicia a combustão, a qual vai
avançando como se mostra nos restantes desenhos da Fig. 4.1.
Quando as temperaturas ou as pressões são muito
elevadas,emcertospontosdacâmaradecombustão
pode produzir-se a detonação de parte da mistura
ainda não queimada. A detonação espontânea é
muito mais violenta que a provocada pela faísca.
Pode acontecer que a combustão não seja produzida
exactamente como vimos na Fig. 4.1, mas sim do
modo como mostra a Fig. 4.2.
Fig. 4.1. - Evolução da combustão no cilindro

Neste caso, quando a onda de propagação de
combustão já alcançou certo grau de expansão,
comprime a mistura ainda não queimada, que
submetida a uma pressão muito elevada auto inflama-
se.
A mistura que se inflama de uma espontânea, origina
uma frente de chama com uma velocidade de cerca
de 100 metros por segundo, ou seja, três vezes mais
rápida, o avanço inicial da faísca fica descompensado
e o êmbolo recebe a força da explosão ou expansão
dos gases quando ainda não chegou ao seu PMS.
Isto produz altíssimos esforços anormais nos órgãos
móveis, rotura das películas de óleo, possibilidade de
perfuração da cabeça dos êmbolos, perda rápida de
potência e grandes tensões na câmara de combustão.
Fig. 4.2 - Evolução da combustão com
detonação no cilindro
A detonação acontece quando a mistura ar/combustível é submetida a pressões e temperaturas muito
altas. Deste ponto de vista, a sobrealimentação pode-se tornar num problema, uma vez que o seu
principal objectivo é aumentar a quantidade de mistura dentro do cilindro, aumentando a sua pressão.
A importância deste aumento manifesta-se por uma considerável subida do valor da relação de
compressão do motor (Rc).
Suponhamos um motor com uma cilindrada unitária (V1
) de 225 cm3
e uma câmara de combustão com
um volume (Vcc1
) de 23,8 cm3
.

4.4
Este motor atmosférico terá a seguinte relação de compressão (RC1
):
Se sobrealimentarmos este motor, o aumento da pressão no cilindro com V1
=225 cm3
, corresponderá
a um aumento de volume desse cilindro. Se a admissão se fizer com 2 bar, e considerarmos que o ar
mantém a sua temperatura, conseguimos colocar no interior do cilindro o dobro da massa de mistura.
Assim, teremos o equivalente à entrada de 500 cm3
(V2
) de mistura no cilindro, à pressão atmosférica
(1 bar).
A relação de compressão (RC2
) passa a ser:
Uma relação de compressão de 22:1 produz inevitavelmente a detonação da mistura ar/gasolina.
Portanto, deduzimos que os motores sobrealimentados não podem manter a mesma relação de
compressão inicial que os motores atmosféricos.
Tendo em conta que é perigoso passar dos 11,5:1, ou pouco mais, a solução consiste em aumentar o
volume de câmara de combustão. O cálculo do volume da câmara de combustão, para satisfazer uma
relação de compressão de 11,5:1, faz-se utilizando a fórmula apresentada anteriormente, mas expressa
de forma diferente (em ordem ao volume da câmara de combustão – Vcc2
):
Podemos assim deduzir duas coisas:
A justificação da afirmação anterior é dada pelo seguinte cálculo:
Nota: Todos os valores apresentados são meramente demonstrativos, não contando com perdas de
carga nem aumentos de temperatura devidos à compressão.
RC1
=
(V1
+ VCC1
) = (225 + 23,8)
= 11,5 : 1
VCC1
23,8
RC2
=
(V2
+ VCC1
)
=
(500 + 23,8)
= 22 : 1
VCC1
23,8
VCC2
=
V2
=
500
= 47,62cm3
(RC - 1) (11,5 - 1)
A pressão que o turbo proporciona tem que estar muito bem regulada para não elevar
o seu valor acima de um ponto que faria subir a relação de compressão.
Ao aumentarmos o volume da câmara, quando o turbocompressor roda a baixa
velocidade e não gera a pressão suficiente, o motor funciona com uma relação de
compressão muito baixa.
RC3
=
(V1
+ VCC2
)
=
(225 + 47,62)
= 6,35 : 1
VCC2
47,62

Uma relação de compressão tão baixa, origina dificuldades de arranque, de aceleração, diminuição de
potência e aumento do consumo, uma vez que o rendimento térmico do motor fica reduzido.
Podemos concluir que o aumento do volume da câmara de combustão, por forma a evitar a detonação
quando o turbocompressor gera pressões elevadas, contribui para o reduzido rendimento do motor de
um motor a gasolina em baixa rotação e carga parcial.
Num motor Diesel, o problema da detonação não se coloca. No entanto, por vezes é necessário diminuir
um pouco a relação de compressão para evitar o aumento excessivo de esforços mecânicos sobre os
seus órgãos.
4.2 – O AUMENTO DOS ESFORÇOS MECÂNICOS NO MOTOR
No caso dos motores Diesel, a detonação não tem demasiada importância, pois a combustão produz-
se no momento em que se injecta o combustível na câmara, inflamando-se por contacto com o ar
quente existente no cilindro.
O problema, no entanto, pode surgir devido ao aumento de pressão e temperatura provocado pela
maior quantidade de ar admitida no cilindro.
A pressão adicional pode, de facto, originar problemas de tipo mecânico, pois os apoios (chumaceiras),
os cilindros e êmbolos e o sistema de lubrificação terão de suportar maiores cargas. Para garantir uma
fiabilidade elevada, os motores terão de ser sujeitos também a adaptação aquando da aplicação de um
turbocompressor.
Os êmbolos terão de trabalhar sob temperaturas mais elevadas e, portanto, sofrerão maiores dilatações.
Convirá, pois, que a dimensão da coroa do êmbolo tenha em conta, na sua conicidade, esta maior
temperatura de trabalho, por forma a ter uma folga suficiente para a sua dilatação.
Por outro lado, é também
corrente acrescentar um reforço
de fundição na zona de encaixe
do primeiro segmento, para
evitar o desgaste prematuro
nos êmbolos de ligas leves. Na
Fig. 4.3 temos um exemplo de
um êmbolo de um motor Diesel
sobrealimentado.
Fig. 4.3 - Êmbolo de motor Diesel sobrealimentado
Detalhe J - Reforço da zona de encaixe do promeiro segmento

4.6
Podemos ver que este segmento deixa de ter as paredes planas e paralelas para passar a ter a
face superior cónica. Tudo isto para que o segmento possa deslocar-se na ranhura com muito maior
facilidade, devido ao seu efeito de cunha.
Também os apoios irão trabalhar sob maiores pressões. O problema fundamental que isto representa
será o possível rompimento das películas de óleo lubrificante que se formam entre os veios e os apoios.
No desenho A da Fig. 4.4 temos uma situação de funcionamento normal: entre a cambota (1) e o apoio
da biela (2) existe uma película de óleo lubrificante que impede o contacto directo das duas peças.
Fig. 4.4 – Maior carga sobre a chumaceira implica uma diminuição da película de óleo, ou mesmo a sua rotura
Quando a pressão (P) aumenta, esta película de óleo lubrificante pode-se romper e permitir o contacto
de metal contra metal, o que acarreta uma rápida deterioração das peças por acção do atrito.
Estes problemas colocam-se tanto no motor a gasolina como no Diesel, devendo os seus sistemas de
lubrificação estar preparados para garantir a existência de película de óleo nas chumaceiras sujeitas a
cargas elevadas.
Assim, é necessária a utilização de óleos de lubrificação com qualidade superior, para garantir a
resistência da película contra o esmagamento.
Outro aspecto a ter em atenção é a temperatura que o óleo atinge ao passar no turbocompressor.
Geralmente são aplicados radiadores de óleo aos circuitos de lubrificação de motores sobrealimentados.
Ao retirar o excesso de calor do óleo, garante-se que este mantém as suas características durante mais
tempo.

4.3 - A LENTIDÃO DE RESPOSTA DO TURBOCOMPRESSOR
O valor da pressão de sobrealimentação gerada por um turbocompressor é praticamente proporcional
ao seu regime de rotação, ou seja, quanto maior for a sua velocidade de rotação tanto maior será o seu
caudal e também o valor de pressão na admissão.
Avelocidade de rotação do turbocompressor depende da quantidade de gases de escape expelidos pelo
motor. Sempre que o motor funcionar em baixa rotação e com carga reduzida, a turbina rodará, também,
com velocidade baixa. Numa situação destas, sempre que o condutor pretender acelerar a marcha do
veículo,aturbinademoraráumcertotempoatéatingirrotaçõeselevadase,consequentemente,aumentar
a pressão na admissão. É nestas condições que temos a lentidão de resposta do turbocompressor.
Se a isto unirmos a baixa relação de compressão inicial dos sobrealimentados, podemos concluir que
a lentidão da aceleração partindo de baixas rotações é elevada.
Asolução deste problema pode ser resolvida ao montar-se um turbocompressor suficientemente grande
para originar de imediato altos valores de pressão. Mas isto também o faria lento pela sua grande
dimensão e inércia, além de que ao rodar a elevada velocidade superaria de rapidamente os valores
máximos de pressão de sobrealimentação permitidos pela mistura ar/gasolina.
Nos motores a gasolina turboalimentados modernos este efeito nota-se cada vez menos. Para isso
contribui a utilização de turbinas com pouca inércia, de dimensão reduzida e fabricadas em materiais
ultra leves, como a cerâmica. Assim, tornam-se mais sensíveis à passagem dos gases, acelerando
e desacelerando com grande rapidez. A utilização da cerâmica alia a vantagem do reduzido peso à
elevada resistência às altas temperaturas.
Na Fig. 4.5 podemos observar um rotor de turbina fabricado em cerâmica, pronto a ser instalado num
turbocompressor.
Fig. 4.5 – Rotor de turbina fabricado em cerâmica
Na Fig. 4.6 podemos comparar o tempo de aceleração de uma turbina metálica e de uma turbina
cerâmica de um turbocompressor para veículos de turismo.

4.8
M. Rotor metálico
C. Rotor cerâmico
T. Tempo em segundos
V. Velocidade de rotação do rotor
Fig. 4.6 – Comparação da aceleração de um rotor de turbina metálico e um cerâmico
Outra solução preconizada consiste na adaptação de turbinas dotadas de alhetas de inclinação variável,
também conhecidas como turbinas de geometria variável.
O seu princípio de funcionamento consiste na optimização da velocidade do fluxo de gases de escape
que atravessam a turbina, por forma conseguir-se uma resposta mais rápida e um controlo da pressão
na admissão mais eficaz.
Nas figuras seguintes podemos ver dois tipos de turbina de geometria variável.
1. Entrada dos gases de escape na turbina
2. Rotor da turbina
3. Saída do compressor
4. Tubo de comunicação da pressão do compressor
à válvula de comando das alhetas
5. Válvula de comando das alhetas
6. Veio de deslocamento do prato das alhetas
7. Prato de comando das alhetas
8. Alhetas de orientação do fluxo de gases de escape
9. Orifício de entrada do óleo de lubrificação
Fig. 4.7 – Turbina de geometria variável com múltiplas alhetas

1. Posição de abertura total: facilita a entrada dos gases de escape
em regimes elevados do motor
2. Posição de abertura mínima: a diminuição da área de passagem
aumenta a velocidade dos gases de escape, em regimes baixos
do motor, obtendo-se uma binário motor elevado
Fig. 4.8 - Turbina de geometria variável com uma alheta
Este tipo de turbinas foi estudado mais em pormenor no ponto 3.3.2 deste módulo.
4.4 - O AUMENTO DE TEMPERATURA DO AR E DO MOTOR
O problema do aumento de temperatura reflecte-se em dois aspectos:
Depois de alguns minutos de funcionamento, a elevada energia térmica acumulada na turbina passa
também ao impulsor do compressor, aquecendo o ar de admissão muito acima da temperatura ambiente.
Para além disto, a própria compressão provoca o aumento de temperatura do ar.
O aquecimento do ar origina a sua dilatação, diminuindo a sua densidade. Se a densidade do ar diminuir,
a quantidade de mistura disponível para o processo de combustão também diminui. Por outro lado, o
excessivo calor da mistura, uma vez na câmara de combustão, eleva a temperatura de funcionamento
do motor.
Estes fenómenos determinam a necessidade de proceder à refrigeração do ar depois de comprimido
no compressor, para que chegue à câmara em condições aceitáveis.
O sistema da refrigeração do ar de admissão é efectuado por um radiador-refrigerador ar-ar, também
conhecido como intercooler, cujo circuito podemos ver na Fig. 4.9

4.10
1. Filtro de ar; 2. Válvula de controlo do ralenti; 3. Corpo da borboleta do acelerador; 4. Colector de admissão; 5. Válvula de descarga
(wastegate); 6. Turbocompressor; 7. Válvula de controlo da pressão do turbocompressor (over-boost); 8. Válvula de by-pass - para militar
o ruído de funcionamento do turbocompressor em desaceleração; 9. Radiador - Intercooler
Fig. 4.9 – Esquema de montagem de um intercooler
O turbocompressor (6) envia o ar até ao refrigerador (9), que é um radiador colocado num lugar bem
ventilado. O ar perde calor, atingindo um valor de temperatura bastante inferior àquele que tinha quando
saiu do compressor.
Com maior pormenor vê-se o trajecto do ar (setas brancas). À saída do refrigerador (9), o ar sobe até ao
colector de admissão (4) para entrar em cada cilindro através das válvulas de admissão, sendo o seu
fluxo regulado pela borboleta do acelerador (3).
A refrigeração do ar de admissão torna possível a utilização equilibrada do turbocompressor, evitando
quase por completo a ocorrência de detonação, que pode acontecer quando os valores de sobrepressão
se tornam elevados.
No ponto 5 deste manual, estudaremos mais em profundidade o sistema de refrigeração do ar
comprimido.

A produção de maior quantidade de calor na combustão, origina o aquecimento excessivo dos órgãos
do motor.
Para facilitar o arrefecimento do motor é necessário aumentar o cruzamento de válvulas. Isto permite uma
correcta lavagem do cilindro, retirando o calor excessivo acumulado durante as fases de compressão
e expansão.
Para isto avança-se a abertura das válvulas de admissão (abertura ainda na fase de escape) e atrasa-
se o fecho das válvulas de escape (fecho já na fase de admissão), em relação ao ponto morto superior
(PMS). Na Fig. 4.10 temos o diagrama de distribuição de um motor atmosférico a quatro tempos. O
cruzamento de válvulas existe num intervalo de 35º de rotação da cambota (entre AAA e RCE), uma
vez que a abertura da válvula de admissão se dá 20º antes do PMS e o fecho da válvula de escape se
dá 15º depois do PMS.
AAA. Avanço da abertura da válvula de admissão (durante a fase
final de escape)
RCA. Atraso do fecho da válvula de admissão (durante a fase inicial
de compressão)
AAE. Avanço da abertura da válvula de escape (durante a fase final
de expansão)
RCE. Atraso do fecho da válvula de escape (durante a fase inicial
de admissão)
Fig. 4.10 – Exemplo de diagrama de distribuição de motor atmosférico
O mesmo motor, ao ser sobrealimentado, apresenta um diagrama de distribuição diferente (Fig. 4.11).
O cruzamento de válvulas existe num intervalo de 50º de rotação da cambota (entre AAA e RCE). A
abertura da válvula de admissão foi adiantada em 30º e o fecho da válvula de escape foi atrasado 5º.

4.12
AAA. Avanço da abertura da válvula de admissão (durante a fase
final de escape)
RCA. Atraso do fecho da válvula de admissão (durante a fase inicial
de compressão)
AAE. Avanço da abertura da válvula de escape (durante a fase final
de expansão)
RCE. Atraso do fecho da válvula de escape (durante a fase inicial
de admissão)
Fig. 4.11 – Exemplo de diagrama de distribuição de motor sobrealimentado
Com isto, consegue-se uma boa lavagem do cilindro e ao mesmo tempo uma eficaz refrigeração.
No entanto, os avanços de abertura e atrasos de fecho das válvulas não devem ser muito exagerados,
para não ocorrer a entrada de gases de escape para o colector de admissão ou fuga de mistura ou ar
fresco pelo escape, aquando do cruzamento de válvulas.
O aumento do cruzamento de válvulas implica modificações no perfil dos cames de admissão e escape,
pelo que a árvore de cames deve ser redesenhada.
A plena carga, o motor sobrealimentado desenvolve mais calor, ficando os seus órgão sujeitos a
temperaturas mais elevadas. Para se conseguir arrefecer convenientemente o motor, é necessário
aumentar o caudal de líquido refrigerante no circuito de refrigeração.
Como consequência disto, o diâmetro dos orifícios de passagem de líquido entre o bloco e a cabeça
tem que ser ligeiramente aumentado.
Por outro lado, o radiador do sistema de refrigeração do motor, tem que Ter uma capacidade maior, visto
que para retirar calor a uma maior quantidade de líquido é necessária uma área de permuta superior.
4.5 – A LUBRIFICAÇÃO DO TURBOCOMPRESSOR
O circuito de lubrificação de um motor sobrealimentado alimenta, também, abundantemente de
óleo lubrificante o corpo central do turbocompressor, por forma a lubrificar os apoios, refrigerar o
turbocompressor e arrastar todas as eventuais impurezas que possam ter sido arrastadas pelo ar e
centrifugadas pelo impulsor compressor.

Por esta razão, em muitas instalações de motores Diesel sobrealimentados recorre-se à implantação
de um filtro de óleo lubrificante adicional de grande qualidade, que retenha as impurezas que possam
penetrar nesta zona, para melhor segurança do turbocompressor e do circuito de lubrificação em
geral.
É apresentado na figura 4.12, um esquema de circuito de lubrificação do turbocompressor.
Fig. 4.12 - Esquema do circuito de lubrificação dos turbocompressores

Sobrealimentação Seguida de Arrefecimento do Ar Comprimido
5 – SOBREALIMENTAÇÃO SEGUIDA DE ARREFECIMENTO
DO AR COMPRIMIDO
5.1 – NECESSIDADE DE ARREFECIMENTO DO AR COMPRIMIDO
A potência que se consegue extrair de um motor térmico é essencialmente função da densidade do ar
admitido.
Segundo a Lei dos Gases Perfeitos, que foi estudada no ponto 1 deste manual, a quantidade de
massa que se consegue colocar num determinado volume, depende directamente da pressão a que
está submetido o gás e inversamente da sua temperatura.
Podemos então concluir que a densidade do ar aumenta com o aumento da pressão mas, por outro
lado, diminui quando a temperatura se eleva.
Como já foi referido anteriormente, a temperatura do ar eleva-se quando este é comprimido, penalizando
a sua densidade à entrada dos cilindros.
Além disto, os motores a gasolina ou de ignição por faísca são bastante sensíveis à auto-inflamação e
à detonação (inflamação espontânea da mistura ar-combustível dentro do cilindro) e os motores Diesel
suportam mal o aumento da carga térmica provocada pela admissão de ar muito quente.
Para minimizar estes efeitos e aumentar a densidade do ar admitido, é colocado um radiador entre o
turbocompressor e o colector de admissão. O ar comprimido, ao passar pelo radiador, é arrefecido pela
circulação de ar exterior (permutador ar/ar) ou por água (permutador ar/água). O permutador para
arrefecimento do ar comprimido é normalmente designado por intercooler.
Por cada 10º C de arrefecimento do ar admitido, a potência de um motor Diesel aumenta cerca de
3%.
Na Fig. 5.1 temos um motor Diesel sobrealimentado com arrefecimento do ar comprimido.

5.2
T0
– Temperatura ambiente; T1c
– Temperatura do ar à entrada do compressor; T2c
– Temperatura do ar à saída do compressor; T1e
–
Temperatura do ar no colector se admissão, depois do permutador; T1t
– Temperatura do gás de escape à entrada da turbina; T2t
– Temperatura
do gás de escape à saída da turbina; a – Ar à temperatura ambiente; b – Ar depois da filtragem; c– Ar comprimido a alta temperatura, depois do
compressor; d – Ar comprimido refrigerado, depois do permutador; e – Gás de escape do motor
Fig. 5.1 – Circuito de sobrealimentação com permutador de calor
5.2 – AS PRINCIPAIS VANTAGENS DA SOBREALIMENTAÇÃO COM
PERMUTADOR DE CALOR
A incorporação de um permutador de calor no sistema de sobrealimentação traz vantagens importantes
tanto ao nível do rendimento como de duração do motor.
Melhora o enchimento dos cilindros, aumentando o rendimento volumétrico, logo
aumentando a capacidade de queima de combustível.
Melhora o enchimento dos cilindros, aumentando o rendimento volumétrico, logo
aumentando a capacidade de queima de combustível.
Reduza a temperatura do ciclo de funcionamento, diminuindo as cargas térmicas.
Permite a injecção de maior quantidade de combustível em cada ciclo, aumentando a
potência.
Diminui o consumo específico de combustível, uma vez que aumenta o rendimento
termodinâmico do motor.
Baixa o nível de emissões de fumos pelo escape, por haver um maior excesso de ar
nos motores Diesel.

Diminui a emissão de gases poluentes, nomeadamente NOx, uma vez que baixa a
temperatura da combustão.
Melhora a refrigeração das válvulas e cabeça do motor.
Melhora a refrigeração das válvulas e cabeça do motor.
Em conclusão, a sobrealimentação seguida de arrefecimento do ar comprimido permite fabricar motores
mais elásticos, mais potentes, mais económicos, mais silenciosos, mais fiáveis e menos poluentes.
Como inconvenientes temos o maior espaço ocupado pela instalação do permutador e o aumento de
peso do sistema de sobrealimentação.
5.3 – CRITÉRIOS DE SELECÇÃO DO PERMUTADOR DE CALOR DO
AR DE SOBREALIMENTAÇÃO
Para seleccionar um permutador de calor, ou intercooler, a primeira etapa consiste em identificar
os parâmetros de desempenho desejados em função do caderno de encargos fixado para o tipo de
aplicação considerado.
As dimensões do permutador de calor são estipuladas em função da razão de pressões de
sobrealimentação (pressão de saída/pressão de entrada), das condições termodinâmicas do ar em
questão, do seu escoamento ao longo do sistema e do nível de eficiência de refrigeração desejada.
Os parâmetros listados em seguida são essenciais para definir o permutador melhor adaptado a cada
caso:
Contribui para a diminuição do ruído na admissão do motor.
Aumenta a vida útil do motor.
Diminui as perdas mecânicas durante a compressão, uma vez que é mais fácil comprimir
ar mais fresco.
Caudal do ar comprimido: Wc
(kg/s)
Caudal de fluido de refrigeração (ar ambiente) que passa no permutador: Wr
(kg/s)
Temperatura do ar comprimido à entrada do permutador: T1h
(K)
Temperatura do ar comprimido à saída do permutador: T2h
(K)
Temperatura do fluido de refrigeração que passa no permutador: T1r
(K)

5.4
1 - Colector de admissão; 2 - Colector de escape; 3 - Válvula de descarga (wastegate); 4 - Permutador de calor
(intercooler); 5 - Filtro de ar; 6 - Compressor; 7 - Turbina; P0
- Pressão do ar à entrada do compressor; T0
- Temperatura do
ar à entrada do compressor; Wr
- Caudal de ar de refrigeração (kg/s); T1r
- Temperatura do ar de refrigeração; Wc
- Caudal
de ar comprimido (kg/s); T1h
- Temperatura do ar comprimido à entrada do permutador; P1h
- Pressão do ar comprimido
à entrada do permutador; T2h
- Temperatura do ar comprimido à saída do permutador; P2h
- Pressão do ar comprimido à
saída do permutador; T1e
- Temperatura no colector de admissão; P1e
- Pressão no colector de admissão; T2t
- Temperatura
dos gases de escape à saída da turbina; P2t
- Pressão dos gases de escape à saída da turbina
Fig. 5.2 – Vista esquemática do circuito de sobrealimentação com permutador de calor
Depois de identificados os parâmetros de desempenho desejados para o permutador, temos que ter em
conta as características que o permutador deve possuir:
Pressão do ar comprimido à entrada do permutador: P1h
(Pa)
Perda de carga aceitável através do permutador: P2h
– P1h
= Ph
(Pa)
Perda de carga do fluido refrigerante através do permutador: Pc
(Pa)
Espaço disponível para a instalação do permutador
Boa eficiência termodinâmica (rendimento)
Perda de carga reduzida quando ao ar comprimido atravessa o permutador
Peso reduzido

Nas figuras seguintes apresentamos exemplos da disposição que o permutador pode tomar em função
da sua aplicação, desde o veículo de turismo ao veículo de Formula 1 da década de 1980.
Fig. 5.3 - Permutador em posição transversal num motor turbo-diesel de veículo de turismo
Fig. 5.4 - Desposição construtiva de motor bi-turbo de altas prestações de veículo de grande turismo (GT)
com 2 permutadores de calor (A) em posição horizontal
Espaço ocupado reduzido
Facilidade de montagem
Resistência à colmatação (entupimento)
Resistência às vibrações

5.6
Fig. 5.5 - Desposição construtiva de motor bi-turbo de veículo de fórmula 1 da década de 1980
com 2 permutadores de calor (E) em posição horizontal

6 – MANUTENÇÃO E DETECÇÃO DE AVARIAS DE TURBO-
COMPRESSORES
6.1 – MANUTENÇÃO DE TURBOCOMPRESSORES
Os turbocompressores necessitam de uma manutenção periódica adequada, pois dessa manutenção
vai depender o seu tempo de vida.
Um turbocompressor pode ter uma vida útil longa, mas devido a falta de manutenção preventiva ou má
utilização pode avariar-se rapidamente.
Toda a manutenção de um turbocompressor deverá ser feita com os intervalos aconselhados pelo
fabricante, tendo em linha de conta as seguintes operações:
Verificação dos tubos e juntas de ligação quer do lado da turbina, quer do lado do
compressor, a fim de detectar qualquer fuga existente, pois uma fuga no tubo de
entrada da turbina, irá levar a uma diminuição da sua velocidade e uma menor pressão
de sobrealimentação dando origem a uma diminuição de potência. Por outro lado, uma
fuga na ligação entre o filtro de ar e o compressor, pode levar à admissão de corpos
estranhos, que em contacto com o impulsor do compressor a alta velocidade poderão
causar danos tanto no compressor como no motor.
Uma fuga que esteja localizada entre a saída do compressor e a admissão do motor,
fará baixar a pressão de sobrealimentação, baixando portanto a potência do motor e
também o caudal de gases de escape, o que fará baixar a velocidade da turbina e do
compressor, baixando ainda mais a pressão de sobrealimentação.
Na manutenção de turbocompressores deve-se fazer o reaperto de todas as ligações
que estejam frouxas ou desapertadas.
Verificar o tubo de alimentação de óleo de lubrificação do turbocompressor.
Substituir do óleo e respectivo filtro de óleo que já não esteja em condições. A utilização
de óleo em más condições poderá provocar danos nos casquilhos do turbocompressor,
devido ás altas velocidades que aqueles atinjam. Poderá também provocar a obstrução
do tubo de drenagem, o que fará subir o nível de óleo no corpo central, obrigando-o a
sair pela turbina e pelo compressor. Poderia até levar a destruição do turbocompressor
por ausência de circulação de óleo.

6.2
Com o tubo de admissão de ar do compressor e o tubo de saída do gás de escape da turbina
desmontada, deve-se:
Em seguida, já com todos os tubos montados, devem ser feitas as seguintes verificações (Fig. 6.1):
A. Controlo da pressão de sobrealimentação.
B. Queda de pressão no filtro de ar.
C. Controlo de pressão de óleo na entrada do turbocompressor.
D. Pressão de retorno no sistema de escape.
Fig. 6.1 – Pontos a verificar no turbocompressor
Sempre que o óleo do motor é substituído, deverá ser sangrado o circuito de lubrificação
do turbocompressor, fazendo rodar o motor sem ignição ou injecção até que o óleo
chegue com pressão ao turbocompressor.
Substituir do filtro de ar, pois um filtro de ar sujo, devido a uma utilização excessiva,
favorece a passagem de óleo do corpo central para o compressor e portanto para
a admissão do motor. Ao ser queimado o óleo provoca a acumulação de carvão no
sistema de escape e na turbina do turbocompressor, o que leva a que haja uma quebra
de rendimento, para além do aquecimento excessivo do turbocompressor.
Verificar se o turbocompressor apresenta alguns danos visíveis.
Verificar se o turbocompressor roda facilmente.
Verificar se a folga axial e radial estão numa situação normal.
Verificar se as pás do impulsor do compressor e do rotor da turbina não entram em
contacto com a carcaça quando se puxa ou empurra o veio, quer no sentido axial quer
no sentido radial.

Quando o veículo não está equipado com manómetro da pressão de sobrealimentação, esta deve ser
verificada da seguinte forma:
Se o turbocompressor não está equipado
com nenhum sistema de controlo da pressão
de sobrealimentação, esta dependerá da
temperatura do ar admitido, pelo que se a leitura
for efectuada com uma temperatura ambiente
diferente da indicada pelas características
técnicas do motor, terá que ser corrigida de
acordo com o gráfico da Fig. 6.2.
A. Pressão de carga registada; B. Curvas de correcção;
C. Temperatura do ar de admissão
Fig. 6.2 – Pressão de carga a diferentes temperaturas
Como podemos ver, a pressão de sobrealimentação baixa quando a temperatura sobe. Por exemplo,
a uma pressão de 0,8 Kg/cm2
, medida com ar ambiente a –10ºC, corresponde uma pressão de 0,7
Kg/cm2
medida com ar ambiente a +20ºC.
A medição da pressão de sobrealimentação num turbocompressor equipado com válvula de descarga
pode ser feita estaticamente, isto é, pode ser feita com o motor desligado. É utilizada uma fonte de
ar comprimido exterior com regulador de pressão ou, por exemplo, uma bomba de pressão manual
com manómetro, sendo feita a medição da pressão quando a válvula de descarga se desloca um
determinado curso (mm).
A – Controlo da pressão de sobrealimentação
Ligar ao colector de admissão do motor o tubo do manómetro, que deverá ter um
comprimento tal que possa fazer a leitura dentro do habitáculo.
A leitura deve fazer-se com o veículo carregado, conduzindo numa subida, à máxima
rotação do motor.

6.4
A pressão medida nestas condições não corresponde à pressão de sobrealimentação, mas sim
a um valor de calibração.
Ao aplicarmos pressão na válvula de descarga, esta ir-se-á deslocar para abrir o canal de by-pass. O
controlo do deslocamento da válvula é feito com um comparador, cuja ponta se coloca em contacto com
a cabeça da válvula.
A pressão de calibração e o deslocamento da válvula são dados do construtor e variam para cada
tipo de turbocompressor e sua aplicação.
Na Fig. 6.3 mostra-se a medição da pressão de calibração em função do deslocamento da válvula de
descarga.
A. Alimentação de ar exterior
O. Orifício calibrado
Pa. Pressão de alimentação
Pcal. Pressão de calibração
C. Comparador
T. Orifício de ventilação
1. Membrana do diafragma
2. Guia da mola
3. Espaçador
4. Guias da válvula
5. Válvula
6. Mola
7. Porca de regulação da taragem
da mola
Fig. 6.3 – Esquema de instalação para regulação da válvula de descarga, com fonte de ar comprimido exterior
Para se regular a válvula de descarga para a pressão correcta, basta apertar ou despertar a porca
de regulação (7). Ao se alterar a posição desta porca, alteramos também a taragem da mola (6),
alterando o valor de pressão a partir do qual a válvula se abre.
Atenção: Devido ao seu princípio de funcionamento e da acção combinada das pressões de ar e de
gás de escape sobre a válvula, não se pode confundir pressão de calibração da válvula
de descarga com pressão de sobrealimentação obtida à saída do compressor ou no
colector de admissão. Existe uma relação entre a pressão de sobrealimentação à saída do
compressor e a pressão de calibração. É na fase de afinação final do motor, na fábrica, que
se determina com precisão qual é a pressão de calibração, de modo a se obter uma pressão
de sobrealimentação correcta.

A obstrução do filtro de ar provoca uma queda de pressão à entrada do compressor, o que implica
uma mais baixa pressão de sobrealimentação. Assim, antes de se fazer o controlo da pressão de
sobrealimentação convêm verificar a queda de pressão no filtro de ar.
Esta medição pode efectuar-se com um manómetro ligado a um T montado na entrada de óleo do
turbocompressor.
Os valores de pressão podem variar entre 1 e 5 Kg/cm2, a 80ºC, conforme for o regime do motor
(consulte o manual do fabricante).
Uma excessiva pressão de retorno no sistema de escape, reduz a pressão de sobrealimentação e
aumenta a temperatura dos gases de escape.
No caso desta tomada não existir, poderá ser soldada uma união roscada no tubo de escape a cerca
de 200 mm da saída da turbina, como mostra a Fig. 6.4.
1. Amortecedor
2. Manómetro
3. Tubo de aço
4. União roscada
Fig. 6.4 – Tomada para medição da pressão de retorno no sistema de escape
O tubo de ligação ao manómetro deverá ter comprimento suficiente para ser possível a leitura de dentro
do habitáculo.
Esta, tal como a pressão de sobrealimentação, deve ser efectuada com o veículo carregado, numa
subida prolongada e à máxima rotação do motor.
B – Queda da pressão no filtro de ar
C – Controlo da pressão de óleo na entrada do turbocompressor
D – Contra pressão ou pressão de retorno no sistema de escape

6.6
Verificação da drenagem de óleo para o cárter
É muito importante uma boa drenagem do óleo de lubrificação, pelo que deve ser verificado se existe
alguma obstrução ou entupimento no tubo de saída do óleo.
No caso de trabalho contínuo em ambientes poeirentos ou com partículas oleosas, é conveniente a
lavagem periódica do impulsor do compressor e respectiva carcaça com gasolina de lavagem.
As impurezas acumuladas no seu interior baixam o rendimento do compressor, dando origem a baixas
pressões de sobrealimentação.
6.2 – REPARAÇÃO DE UM TURBOCOMPRESSOR
Quando se verifica a necessidade de reparar um turbocompressor, há que ter em atenção alguns
aspectos importantes:
Antes de se desarmar um turbocompressor, este deve ser convenientemente lavado com um solvente,
e marcado o posicionamento das carcaças da turbina e do compressor em relação ao corpo central.
Verificação da folga axial, utilizando um suporte de comparador como mostra a Fig. 6.5.
Fig. 6.5 – Suporte de comparador para medição da folga do veio de um turbocompressor
Uma vez colocado o comparador, deve-se carregar no suporte do comparador contra a entrada do
compressor, ao mesmo tempo que se empurra a turbina de cima para baixo, como mostra a Fig. 6.6.

Fig. 6.6 – Medição da folga axial do veio de um turbocompressor
Valores normais da folga axial são da ordem de 0,03 a 0,1 mm. Consulte sempre o manual do fabricante
respectivo.
Verificação da folga radial, utilizando uma ferramenta como a mostrada na Fig. 6.7.
Fig. 6.7 – Suporte de comparador para medição da folga radial do veio de um turbocompressor
O dispositivo curvo deve ser introduzido através da saída de óleo do turbocompressor, ficando a ponta
de medição curva encostada ao veio. A placa deve ser fixa com os parafusos de saída de óleo.
O comparador deve ser montado de modo que a sua ponta de medição fique encostada ao dispositivo
de medição da ferramenta. Segurado então nas rodas do compressor e da turbina, empurra-se e puxa-
se com força uniforme, o veio no sentido radial, como vemos na Fig. 6.8.

6.8
Fig. 6.8 – Medição da folga radial do veio de um turbocompressor
Os valores normais da folga radial são da ordem de 0,08 a 0,18 mm, no entanto, deve consultar sempre
o manual do fabricante.
Deve ter-se todo o cuidado na desmontagem a fim de não provocar danos nas pás das rodas da turbina
e do compressor, pois eles desequilibrarão a parte rotativa do turbocompressor, o que pode levar à sua
destruição quando em funcionamento a alta rotação.
Depois de desarmado, as peças devem ser cuidadosamente inspeccionadas antes e depois de serem
lavadas, a fim de se detectar a existência de elementos carbonizados ou danificados.
A lavagem das peças deve ser feita em solvente não cáustico, com escova suave e raspador plástico,
devendo depois ser secas com ar comprimido.
As peças não devem apresentar sinais de danos ou corrosão, nem devem estar empenados ou
roçados.
A turbina não deve ter marcas de atrito e os cantos da pá não devem estar aplicados devido a
desgastes.
O compressor não deve ter marcas de atrito nem danos provocados por partículas estranhas.
O veio apenas deve apresentar riscos insignificantes nas zonas de apoio.
As peças com funções de vedação não devem ter marcas de gripagem nas superfícies de trabalho.
As carcaças do compressor e da turbina não podem apresentar sinais de contacto com peças
rotativas.
As passagens de óleo devem estar limpas e sem obstruções.

Uma vez inspeccionadas as peças deverá proceder-se da seguinte maneira:
Devem em princípio ser substituídas as seguintes peças:
Verificar cuidadosamente os alojamentos dos casquilhos no corpo central. Se os alojamentos dos
casquilhos apresentarem alguns danos, devem ser substituídos se possível.
Antes de proceder à montagem, todas as peças internas devem ser lubrificadas com óleo do motor.
Uma vez armado, verificar se o veio roda livremente e se não existe contacto entre a parte móvel e a
fixa, devendo ser lubrificados os apoios do veio, através da injecção de óleo no respectivo orifício de
entrada.
No caso de avaria do turbocompressor em motores com arrefecimento do ar ou de sobrealimentação
(intercooling), é importante verificar o permutador de calor (intercooler) pois no seu interior podem estar
alojados objectos estranhos, bocados de impulsor partido ou grandes quantidades de óleo.
Ao montar um turbocompressor novo ou reparado, deve-se substituir o óleo do motor, assim como o
respectivo filtro, devendo fazer-se rodar o motor sem ignição ou injecção até que o óleo do seu sistema
de lubrificação atinja o turbocompressor.
Depois do arranque do motor deve verificar-se a pressão de óleo na entrada do turbocompressor.
6.3 – CUIDADOS NA UTILIZAÇÃO DE MOTORES COM TURBO-
COMPRESSOR
Osmotoresequipadoscomturbocompressoresnãodevemseraceleradosduranteafasedeaquecimento,
a fim de evitar altas rotações do turbocompressor enquanto não se estabelece a circulação de óleo sob
pressão em todo o circuito de lubrificação. Este aspecto é particularmente importante se o motor não
funcionar por um período longo.
Os danos pequenos podem ser polidos, usando tela com massa de polir para as peças
de alumínio e massa de alto brilho para peças de aço. Limpar minuciosamente as
peças antes da montagem.
Anéis de vedação.
Segmentos.
Parafusos da carcaça da turbina.
Casquilhos de apoio com freios.
Porcas de fixação do compressor.

6.10
Do mesmo modo depois de um longo período de trabalho contínuo deve deixar-se o motor trabalhar ao
ralenti durante alguns segundos antes de se desligar, a fim de se estabilizarem as temperaturas no motor
e baixar a velocidade do turbocompressor. Ao desligar-se o motor a alta rotação, o turbocompressor
continuará a rodar a alta velocidade depois de baixar a pressão do óleo que o lubrifica, o que pode
provocar a gripagem dos casquilhos de apoio do veio.
6.4 – DIAGNÓSTICO DE AVARIAS
O mecânico deverá ser capaz de identificar o motivo que deu origem à avaria e avaliar a necessidade
de substituição do turbocompressor. Pretende-se portanto evitar a substituição do turbocompressor
quando a falha lhe é exterior ou, detectada a avaria, efectuar as necessárias reparações antes de
instalar um turbocompressor novo ou recondicionado, evitando portanto a sua repetição.
O primeiro passo na detecção de avarias no turbocompressor consiste em colocar em funcionamento
e escutar atentamente o som emitido por ele. Poder-se-á então identificar uma fuga de ar entre a saída
do compressor e o motor, ou uma fuga no escape entre o motor e a turbina, esta traduzida por um som
mais agudo.
Se o som é cíclico ou se varia a sua intensidade, a causa provável será obstrução no filtro de ar, algo
solto no tubo de admissão do compressor ou acumulação de sujidade no impulsor ou carcaça do
compressor.
As avarias encontradas em turbocompressores são na sua maioria devidos a:
Os sintomas mais comuns que podem indicar possível avaria do turbocompressor são:
Admissão de objectos estranhos.
Falta de óleo de lubrificação.
Utilização de óleo sujo ou contaminado.
Falta de potência do motor.
Emissão de fumo negro no escape.
Emissão de fumo azul no escape, com consumo excessivo de óleo.
Excesso de ruído do turbocompressor.

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