Motores superalimentados, turbo e supercharger: Entenda cada um deles

Os motores naturalmente aspirados precisam do efeito de bombeamento dos pistões para encher os cilindros com o ar ambiente. Claro que esse movimento de subida e descida dos pistões dentro dos cilindros limitam a quantidade de ar aspirado pelo motor, e consequentemente de oxigênio, limitando a quantidade de combustível que podem ser queimada dentro das câmaras de combustão. Com isso, limitam a potência do motor. Quanto mais ar o motor aspira, mais combustível pode ser queimado dentro das câmaras de combustão e, dessa forma, maior a potência e o torque do motor.

Ainda em um motor naturalmente aspirado, pode-se utilizar comando de válvulas que permitam que se entre mais ar nos cilindros, que em contrapartida prejudicam o bom rendimento nas baixas rotações. Não tem muito o que fazer: Se aumentamos os dutos da admissão e abrimos mais as válvulas para o motor respirar melhor, essa solução compromete as baixas rotações e até os bons níveis de consumo. Assim, um motor aspirado equilibrado, deve funcionar bem, nos baixos, médios e altos regimes de rotações. Mas em nenhum deles com perfeição.

Com essa receita simples, a energia cinética e térmica dos gases de escape movem a turbina e essa, ligada através de um mesmo eixo, aciona o compressor, que aspira o ar atmosférico e o comprime na tubulação de admissão do ar de um motor. Simples e eficiente, não consome muita potência do motor, aproveitando a energia que seria perdida dos gases de escape para melhorar o enchimento dos cilindros. Além disso, sua instalação nos modernos e compactos motores é bem simples, ocupando pouco espaço, não alterando muito o layout quando comparado ao dos motores aspirados.

A boa solução mecânica encontrada pela engenharia de colocar mais ar para dentro dos cilindros e, dessa forma, conseguir queimar mais combustível, aumentando a potência e o torque, é a superalimentação (Ou sobrealimentação). Esses recursos são fáceis de serem intuídos: Ao invés dos cilindros encherem-se de ar pelo movimento de bombeamento dos pistões, colocamos uma bomba de ar externa que força a entrada do ar para dentro dos cilindros, independentemente do movimento de bombeamento dos pistões. Essas bombas externas captam o ar atmosférico e o comprime nos dutos de aspiração do motor. É fácil perceber, que com esse recurso, coloca-se muito mais ar forçado para dentro dos cilindros do que se ele aspirasse naturalmente pela pressão atmosférica.

O Turbocompressor

Uma das formas mais conhecidas de superalimentação, ou sobrealimentação, é proporcionada pelo turbocompressor, mais popularmente chamado de turbo. Ao que tudo indica, o turbo deve ser o caminho de superalimentação que a indústria automobilística mundial vai seguir. O motivo principal dessa preferência é a excelente performance dos turbos quando o assunto é a superalimentação de motores. O turbo é uma máquina de ar relativamente simples: Em um único eixo, fica ligado a turbina, acionada pelos gases de escape, e o compressor.

Quanto mais ar, mais oxigênio dentro dos cilindros. Portanto, mais combustível podemos queimar dentro das câmaras de combustão, combinando oxigênio e combustível na proporção correta. Quanto mais combustível queimado, maior a potência e o torque produzidos pelo motor. Perceba que esse recurso tecnológico aumenta sobremaneira a potência e o torque, no mesmo peso e tamanho do motor aspirado. Assim, um motor aspirado de 1 litro (A soma dos 250 cm³ de um motor de quatro cilindros ou 333 cm³ de um motor de três cilindros, totalizando 1000 cm³ ou 1 litro) que produziria de 70 a 80 cv aspirado, superalimentado ele pode ter essa potência máxima variando de 110 a 130 cv.

É fácil intuir que o ar, quando comprimido, aumenta de temperatura. Claro, teremos mais moléculas que compõe o ar atmosférico concentradas em um espaço menor, consequentemente se chocando mais e gerando mais calor. Esse fato não seria benéfico ao aumento de potência, pois ar quente coloca menos oxigênio nas câmaras de combustão. Por isso, os engenheiros solucionaram a questão esfriando o ar comprimido pelo turbo: Antes de ir para os cilindros, o ar passa através de um radiador, conhecido popularmente como intercooler, se expandindo, esfriando e, consequentemente, aumentando sua massa e quantidade de oxigênio antes de entrar nos cilindros. Na prática, isso representa mais oxigênio nas câmaras de combustão e, portanto, mais potência e torque. Outro recurso simples que aumenta o desempenho e reduz o consumo sem grandes complicações. Um simples radiador, ou intercooler, que esfria o ar da admissão.

Na prática, isso significa um aumento de cerca de 60% na potência e torque máximos, um resultado excepcional, que se alia a um bom torque nas baixas rotações e a baixíssimos índices de consumo. Uma prova cabal de que a superalimentação é a solução imediata para o futuro dos motores: Potência, torque, bom desempenho e baixo consumo. A cara do futuro.

Veja através dessa animação o funcionamento de um turbo
Confira o interior de um supercharger

 

O Supercharger

Uma outra forma de superalimentação é a dos compressores volumétricos, mais popularmente conhecidos como supercharger. O funcionamento deles é bem semelhante ao dos turbos e eles se diferem apenas na forma de acionamento do compressor: Enquanto nos turbos o compressor é acionado pelos gases de escapamento, nos compressores volumétricos, ou supercharger, o compressor de ar é acionado através de correias ou correntes dentadas ligadas diretamente ao virabrequim.

Mas, seu trabalho de captar o ar atmosférico e comprimir para dentro dos dutos de admissão é semelhante ao dos turbos: Eles, através de recursos mecânicos, captam o ar atmosférico e o comprimem para dentro do motor colocando mais ar e, consequentemente, oxigênio para dentro das câmaras de combustão. Normalmente, devido à complexidade de sua instalação, a adoção do intercooler ou radiador que esfria o ar comprimido pelo compressor, é mais difícil. Mas isso não impede a instalação do intercooler, ou esfriador do ar de admissão, nos motores que utilizam supercharger ao invés do turbo em sua superalimentação.

A vantagem do supercharger sobre o turbo está no significativo ganho de torque nos baixíssimos regimes de rotações. Por estar diretamente ligado ao virabrequim, o supercharger já inicia a compressão de ar para dentro dos cilindros logo que o regime de rotações começa a aumentar. Esse fato favorece as arrancadas e as saídas em ladeiras, pois permite o aumento do torque logo na saída ou nas retomadas de velocidades.

Em contrapartida, ao contrário do turbo, o supercharger cobra um preço para funcionar: Rouba potência do motor diretamente do virabrequim. Dessa forma, podemos dizer que, no regime de potência máxima, o compressor pode chegar a ficar com cerca de 10% do total produzido, diferentemente do turbo que oferecerá apenas uma ligeira contrapressão no sistema de escapamento quando o motor é exigido no seu máximo.

Por suas características de melhorar o torque nas baixas rotações, o supercharger já foi utilizado em motores pela Ford aqui no Brasil, pela Audi e pela Mercedes na Europa e por algumas montadoras em modelos Norte-Americanos. Agora, não tenham dúvidas, a superalimentação de motores é o futuro para unidades motrizes compactas, eficientes, com ótimos resultados de torque e potência e com bons rendimentos térmicos, o que resulta em baixo consumo de combustível e emissões de poluentes. São só vantagens e, sem dúvidas, é um tremendo avanço tecnológico para motores do presente e futuro. Para quem não sabe, os motores de Fórmula 1 atuais são pequenos e compactos 1.6 Turbo que, juntamente com os motores elétricos, dão aos carros da F1 o melhor desempenho dos carros de corrida atuais.

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    Luiz Alberto Melchert de Carvalho e Silva
    13 de maio de 2019 - 11:36

    Interessante é que os compressores não foram inventados para automóveis, porém, para compensar a rarefação do ar em altitudes elevadas dos aviões com motores a pistão, já no fim da I guerra. Os automóveis já o começaram a usar em 1919 e a Mercedes abusou deles nos anos 1930, com a terminação K como o 320k, 540k e 700K. Além de melhorar a performance os motores sobre alimentados mantêm o desempenho indepndentemente da altitude, o que faz muita diferença.

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