Pedeorelha | Como funcionam os compressores

Yurii Mongol
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Galeria de imagens: motores

Foto cedida por Superchargers Online
Ford Ranger com um compressor sob o capô. fotos do motor do carro.

-Desde a invenção do motor de combustão interna, engenheiros automotivos, viciados em velocidade e designers de carros de corrida têm procurado maneiras de aumentar sua potência. -Uma maneira de adicionar potência é construir um motor maior. Mas motores maiores, que pesam mais e custam mais para construir e manter, nem sempre são melhores.

Obrigado
Agradecimentos a Jeff Beckman por sua ajuda com este artigo.

Outra forma de aumentar a potência é tornar um motor de tamanho normal mais eficiente. Você pode fazer isso forçando mais ar na câmara de combustão. Mais ar significa que mais combustível pode ser adicionado, e mais combustível significa uma explosão maior e maior potência. Adicionando um supercharger é uma ótima maneira de obter indução de ar forçado. Neste artigo, vamos explicar o que são supercompressores, como funcionam e como se comparam aos turbocompressores.

Um supercharger é qualquer dispositivo que pressuriza a entrada de ar acima da pressão atmosférica. Tanto os supercompressores quanto os turboalimentadores fazem isso. Na verdade, o termo "turbocompressor" é uma versão abreviada de "turbo-superalimentador", seu nome oficial.

A diferença entre os dois dispositivos d é sua fonte de energia. Os turbocompressores são alimentados pelo fluxo de massa dos gases de exaustão que acionam uma turbina. Os supercompressores são movidos mecanicamente por correia ou corrente do virabrequim do motor.

Na próxima seção, veremos como um superalimentador faz seu trabalho.

Um motor básico com a adição de um supercompressor.

Um motor comum de quatro tempos dedica um tempo ao processo de entrada de ar. Existem três etapas neste processo:

O pistão desce.
Isso cria um vácuo.
O ar à pressão atmosférica é sugado para a câmara de combustão.

Uma vez que o ar é puxado para o motor, ele deve ser combinado com o combustível para formar a carga - um pacote de energia potencial que pode ser transformada em energia cinética útil por meio de uma reação química conhecida como combustão. A vela de ignição inicia essa reação química acendendo a carga. Conforme o combustível sofre oxidação, uma grande quantidade de energia é liberada. A força desta explosão, concentrada acima da cabeça do cilindro, empurra o pistão para baixo e cria um movimento alternativo que é eventualmente transferido para as rodas.

Colocar mais combustível na carga resultaria em uma explosão mais poderosa. Mas você não pode simplesmente bombear mais combustível no motor porque uma quantidade exata de oxigênio é necessária para queimar uma determinada quantidade de combustível. Essa mistura quimicamente correta - 14 partes de ar para uma parte de combustível - é essencial para o funcionamento eficiente de um motor. Resumindo: para colocar mais combustível, você precisa colocar mais ar.

Esse é o trabalho do compressor. Os compressores aumentam a entrada comprimindo o ar acima da pressão atmosférica, sem criar vácuo. Isso força mais ar para o motor, proporcionando um "impulso". Com o ar adicional na injeção, mais combustível pode ser adicionado à carga e a potência do motor é aumentada. Supercharging adiciona uma média de 46 por cento a mais de potência e 31 por cento a mais de torque. Em situações de alta altitude, onde o desempenho do motor se deteriora porque o ar tem baixa densidade e pressão, um supercompressor fornece ar de alta pressão para o motor para que ele possa operar de forma otimizada.

Ao contrário dos turbocompressores, que usam os gases de escape criados pela combustão para alimentar o compressor, os supercompressores retiram sua energia diretamente do virabrequim. A maioria é acionada por uma correia acessória, que envolve uma polia conectada a uma engrenagem motriz. A engrenagem motriz, por sua vez, gira a engrenagem do compressor. O rotor do compressor pode vir em vários designs, mas seu trabalho é puxar o ar, espremer o ar em um espaço menor e descarregá-lo no coletor de admissão.

Foto cedida por Muscle Mustang
Supercharger centrífugo ProCharger D1SC

Para pressurizar o ar, um compressor deve girar rapidamente - mais rapidamente do que o próprio motor. Tornar a engrenagem motriz maior do que a engrenagem do compressor faz com que o compressor gire mais rápido. Os compressores podem girar em velocidades de 50.000 a 65.000 rotações por minuto (RPM).

Um compressor girando a 50.000 RPM se traduz em um aumento de cerca de seis a nove libras por polegada quadrada (psi). Isso é de seis a nove psi adicionais sobre a pressão atmosférica em uma determinada elevação. A pressão atmosférica ao nível do mar é de 14,7 psi, portanto, um impulso típico de um supercharger coloca cerca de 50 por cento mais ar no motor.

À medida que o ar é comprimido, fica mais quente, o que significa que perde sua densidade e não consegue se expandir tanto durante a explosão. Isso significa que ele não pode criar tanta energia quando é aceso pela vela de ignição. Para que um superalimentador funcione com eficiência máxima, o ar comprimido que sai da unidade de descarga deve ser resfriado antes de entrar no coletor de admissão. O intercooler é responsável por este processo de resfriamento. Os intercoolers vêm em dois designs básicos: intercoolers ar-ar e intercoolers ar-água. Ambos funcionam como um radiador, com o ar mais frio ou a água enviada através de um sistema de canos ou tubos. Conforme o ar quente que sai do superalimentador encontra os tubos do resfriador, ele também esfria. A redução da temperatura do ar aumenta a densidade do ar, o que faz com que uma carga mais densa entre na câmara de combustão.

A seguir, veremos os diferentes tipos de supercompressores.

Foto cedida por Shopper
O supercompressor Eaton, um supercompressor Roots modificado.

Existem três tipos de turbocompressores: Roots, duplo parafuso e centrífugo. A principal diferença é como eles movem o ar para o coletor de admissão do motor. Os compressores Roots e de parafuso duplo usam diferentes tipos de lóbulos de engrenagem, e um supercompressor centrífugo usa um impulsor, que puxa o ar. Embora todos esses projetos forneçam um impulso, eles diferem consideravelmente em sua eficiência. Cada tipo de superalimentador está disponível em tamanhos diferentes, dependendo se você deseja apenas dar um impulso ao seu carro ou competir em uma corrida.

O supercharger Roots é o projeto mais antigo. Philander e Francis Roots patentearam o projeto em 1860 como uma máquina que ajudaria a ventilar os poços da mina. Em 1900, Gottleib Daimler incluiu um supercompressor Roots no motor de um carro.

Supercharger Roots

À medida que os lóbulos da engrenagem giram, o ar preso nos bolsos entre os lóbulos é carregado entre o lado de enchimento e o lado de descarga. Grandes quantidades de ar se movem para o coletor de admissão e "empilham" para criar pressão positiva. Por esse motivo, os supercompressores Roots nada mais são do que ventiladores de ar, e o termo "soprador" ainda é frequentemente usado para descrever todos os supercompressores.

Foto cedida por Sport Truck
Uma picape Ford dos anos 1940 com um supercharger Roots.

Os compressores Roots são geralmente grandes e ficam no topo do motor. Eles são populares em muscle cars e hot rods porque ficam para fora do capô do carro. No entanto, eles são o superalimentador menos eficiente por dois motivos: eles adicionam mais peso ao veículo e movem o ar em rajadas discretas, em vez de em um fluxo suave e contínuo.

Foto cedida por Superchargers Online
Supercharger de parafuso duplo

Um superalimentador de parafuso duplo opera puxando o ar através de um par de lóbulos engrenados que se assemelham a um conjunto de engrenagens sem-fim. Como o turbocompressor Roots, o ar dentro de um supercompressor de parafuso duplo fica preso em bolsas criadas pelos lóbulos do rotor. Mas um compressor de parafuso duplo comprime o ar dentro da carcaça do rotor. Isso ocorre porque os rotores têm um cone cônico, o que significa que as bolsas de ar diminuem de tamanho conforme o ar se move do lado de enchimento para o lado de descarga. À medida que as bolsas de ar encolhem, o ar é comprimido para um espaço menor.

Supercharger de parafuso duplo

Isso torna os compressores de parafuso duplo mais eficientes, mas custam mais porque os rotores do tipo parafuso exigem mais precisão no processo de fabricação. Alguns tipos de supercompressores de parafuso duplo ficam acima do motor, como o supercompressor Roots. Eles também fazem muito barulho. O ar comprimido que sai da saída de descarga cria um zumbido ou assobio que deve ser subjugado com técnicas de supressão de ruído.

Foto cedida por Muscle Mustang
Supercharger centrífugo ProCharger D1SC

Um superalimentador centrífugo alimenta um impulsor - um dispositivo semelhante a um rotor - em velocidades muito altas para puxar rapidamente o ar para um pequeno compartimento do compressor. As velocidades do rotor podem atingir 50.000 a 60.000 RPM. Conforme o ar é aspirado pelo cubo do impulsor, a força centrífuga faz com que ele irradie para fora. O ar sai do impulsor em alta velocidade, mas com baixa pressão. Um difusor - um conjunto de pás estacionárias que circundam o impulsor - converte o ar de alta velocidade e baixa pressão em ar de baixa velocidade e alta pressão. As moléculas de ar diminuem a velocidade quando atingem as aletas, o que reduz a velocidade do fluxo de ar e aumenta a pressão.

Supercharger centrífugo

Os supercompressores centrífugos são os mais eficientes e os mais comuns de todos os sistemas de indução forçada. Eles são pequenos, leves e fixados na frente do motor em vez de na parte superior. Eles também emitem um gemido característico quando o motor acelera - uma qualidade que pode chamar a atenção na rua.

Fotos cortesia do Shopper
Tanto o Monte Carlo quanto o Mini-Cooper S estão disponíveis com compressores.

Qualquer um desses supercompressores pode ser adicionado a um veículo como um aprimoramento pós-venda. Várias empresas oferecem kits que vêm com todas as peças necessárias para instalar um supercharger como um projeto do-it-yourself. No mundo dos carros engraçados e pilotos de combustível, essa personalização é parte integrante do esporte. Vários fabricantes de automóveis também incluem compressores em seus modelos de produção.

A seguir, aprenderemos sobre as vantagens de sobrecarregar seu carro.

A maior vantagem de ter um supercharger é o aumento da potência. Conecte um superalimentador a um carro ou caminhão normal e ele se comportará como um veículo com um motor maior e mais potente.

Mas e se alguém estiver tentando decidir entre um supercompressor e um turbocompressor? Esta questão é muito debatida por engenheiros automotivos e entusiastas de automóveis, mas em geral, os supercompressores oferecem algumas vantagens sobre os turboalimentadores.

Os turbocompressores não sofrem atraso - um termo usado para descrever quanto tempo se passa entre o motorista pressionando o pedal do acelerador e a resposta do motor. Os turbocompressores sofrem de atraso porque leva alguns momentos antes que os gases de exaustão atinjam uma velocidade que seja suficiente para acionar o impulsor / turbina. Os turbocompressores não têm retardo de tempo porque são acionados diretamente pelo virabrequim. Certos compressores são mais eficientes em RPMs mais baixos, enquanto outros são mais eficientes em RPMs mais altos. Roots e supercompressores de parafuso duplo, por exemplo, fornecem mais potência em RPMs mais baixos. Os supercompressores centrífugos, que se tornam mais eficientes à medida que o impulsor gira mais rápido, fornecem mais potência em RPMs mais elevados.

A instalação de um turbocompressor requer uma modificação extensiva do sistema de escapamento, mas os supercompressores podem ser aparafusados na parte superior ou lateral do motor. Isso os torna mais baratos de instalar e mais fáceis de consertar e manter.

A configuração básica para um avião com um compressor centrífugo ou compressor.

Finalmente, nenhum procedimento especial de desligamento é necessário com os supercarregadores. Como não são lubrificados com óleo do motor, podem ser desligados normalmente. Os turbocompressores devem permanecer em marcha lenta por cerca de 30 segundos ou mais antes do desligamento para que o óleo lubrificante tenha a chance de esfriar. Dito isso, um bom aquecimento é importante para os compressores, pois eles funcionam de forma mais eficiente em temperaturas normais de operação.

Os compressores são adições comuns aos motores de combustão interna dos aviões. Isso faz sentido quando você considera que os aviões passam a maior parte do tempo em grandes altitudes, onde significativamente menos oxigênio está disponível para a combustão. Com a introdução de supercompressores, os aviões foram capazes de voar mais alto sem perder o desempenho do motor.

Os compressores usados em motores de aeronaves funcionam da mesma forma que os encontrados em carros. Eles retiram sua energia diretamente do motor e usam um compressor para soprar ar pressurizado na câmara de combustão. A ilustração acima mostra a configuração básica para um avião superalimentado.

Aprenderemos sobre algumas desvantagens dos compressores a seguir.

O melhor de dois mundos
A Volkswagen lançou recentemente um motor "Twincharger" em um Golf GT. O Twincharger vem com um supercompressor e um turbocompressor. Em baixas RPMs do motor, o superalimentador injeta ar nos cilindros para aumentar o torque de baixa rotação. Em altas RPM, quando os gases de escape são produzidos em quantidade suficiente, o turbocompressor entra em ação para aumentar o desempenho de ponta. O GT, que está disponível apenas na Europa, atinge 62 milhas por hora em 7,9 segundos. Ele também pode chegar a 136 milhas por hora e ainda entregar 39 milhas por galão.

A maior desvantagem dos supercompressores também é sua característica definidora: como o virabrequim os aciona, eles devem roubar parte da potência do motor. Um supercompressor pode consumir até 20% da potência total de um motor. Mas como um supercompressor pode gerar até 46% de potência adicional, a maioria acha que vale a pena.

Supercharging coloca uma pressão adicional no motor, que precisa ser forte para lidar com o impulso extra e explosões maiores. A maioria dos fabricantes considera isso especificando componentes de serviço pesado ao projetar um motor destinado ao uso sobrealimentado. Isso torna o veículo mais caro. Superchargers também custam mais para manter, e a maioria dos fabricantes sugere gás de alta octanagem de classe premium.

Apesar de suas desvantagens, os supercompressores ainda são a maneira mais econômica de aumentar a potência. Os supercompressores podem resultar em aumentos de potência de 50 a 100 por cento, tornando-os excelentes para corridas, reboque de cargas pesadas ou apenas adicionando emoção à experiência de direção típica.

Para aprender mais sobre supercarregadores e tópicos relacionados, verifique os links na próxima página.