PONTIFCIA UNIVERSIDADE CATLICA DE MINAS GERAISEngenharia Mecnica
linha de formao Mecatrnica
RELATRIO DE LABORATRIO DE SISTEMAS TRMICOS:SOBREALIMENTAO
Belo Horizonte20141- INTRODUO:
Os motores comuns no utilizam nenhum artifcio para aumento do
fluxo de ar a no ser a aspirao natural resultante do movimento de
descida do pisto no inicio de cada ciclo. Neste movimento o pisto
geravcuo parcial, que resulta na entrada de ar, pois a presso no
cilindro menor que a atmosfrica. No entanto, a massa de ar admitida
menor que a correspondente ao mesmo volume presso atmosfrica, o que
limita a quantidade de combustvel que possvel queimar.Por este
motivo foi inventado a Sobre Alimentao, que tem como objetivo
admitir mais ar dentro do cilindro. Assim acarreta um aumentando a
presso na cmara de combusto, fazendo com que queime maior
quantidade de combustvel gerando maior potncia no motor para a
mesma cilindrada. O termo sobrealimentao refere-se ao aumento da
densidade do ar pelo aumento da presso anteriormente a cilindro do
motor. Trs mtodos bsicos so utilizados para realizar isto. O
primeiro a sobrealimentao mecnica onde a potncia de acionamento do
compressor, que pode ser centrfugo ou de deslocamento positivo,
fornecida pela rvore de manivelas do motor.. O segundo mtodo a
turboalimentao onde um sistema composto por um compressor e uma
turbina num nico eixo utilizado para aumentar a densidade do ar de
entrada. A energia existente no vapor de exausto do motor utilizada
para mover a turbina do sistema que atua o compressor que aumenta a
densidade do fluido de entrada em cada um dos cilindros. O terceiro
mtodo so os ressonadores e coletores variveis que utiliza as ondas
de presso, criadas no coletor de admisso devido natureza pulsante
do prprio processo de admisso, para aumentar o rendimento
volumtrico do motor. A geometria do coletor de admisso determinada
afim promover a reflexo destas ondas de presso de maneira que
ocorra um pico de presso no momento antes do fechamento da vlvula
de admisso. Este pico de presso provoca um aumento da vazo mssica
admitida pelo cilindro e consequentemente se obtm um acrscimo
instantneo da densidade da mistura ou ar admitidos.
2- TIPOS DE SOBREALIMENTAOA sobre alimentao a operao que
consiste em introduzir nos cilindros du um motor de combusto
interna uma quantidade de ar superior que poderia ser naturalmente
aspirada. Torna-se desejaveltanto para compensar as quebras de
densidade do ar em altitude como para elevar a potncia do motor por
unidade de volume til (cilindrada) e por ciclo (rotao).A
sobrealimentao efetua-se por compresso prvia utilizando
compressores volumtricos acionados diretamente pelo motor
(sobrealimentao mecnica) ou utilizado para este fim a energia dos
gases de escape, fazendo incidir sobre uma turbina que movimenta um
compressor centrifugo (turbo alimentao).
2.1- Sobrealimentao MecnicaO compressor de acionamento mecnico
tambm conhecido por Compressor Volumtrico so bombas de ar. Este
mecanismo pode produzir facilmente uns 50% mais de potncia do que
os motores atmosfricos do mesmo tamanho. Os antigos compressores
produziam um rudo considervel mas os atuais so muito mais
silenciosos. Como ocorrem com os alternadores, os
compressoresvolumtricos so acionados pelo movimento natural do
motor, geralmente por uma correia, noutras ocasies, por uma
corrente ou conjunto de engrenagens. Giram a uma velocidade de
10.000 a 15.000 rpm, pelo que so muito mais lentos que os
turbocompressores. A presso de sobrealimentao est limitada pela
velocidade do motor. Devido sua forma de acionamento oferecem um
maior potencia para o motor a baixas rpm que um turbocompressor.
Outra vantagem do compressor volumtrico frente ao turbocompressor
que tem uma resposta mais rpida (no sofre do efeito "lag" do
turbo). A desvantagem principal do compressor que rouba potncia ao
motor devido ao seu acionamento mecnico e esta perda aumenta medida
que sobe o regime de voltas do motor, pelo que no facilita um
rendimento eficaz do motor.
Figura1: Compressor de acionamento mecnico.
Figura 2: Sistema de motor sobrealimentado por compressor.
2.2- Sobrealimentao por TurboUm turbocompressor um compressor de
ar que usado para admisso forada de um motor de combusto interna.
Como uma forma de sobrealimentao, o turbo aumenta a densidade do ar
que entra no motor para criar mais potncia. Um turbo tem o
compressor movido por uma turbina, impulsionada pela prpria exausto
do motor, ao invs de acionamento mecnico direto como acontece com
muitas outras sobrealimentaes. O turbo uma pequena turbina radial
movida pela energia dos gases de escape de um motor. Um turbo
alimentador composto por uma turbina e um compressor num veio
comum. A turbina converte a exausto de calor e presso para forar a
rotao, que por sua vez usada para accionar o compressor.
Figura 3: Turbo compressor.
2.2.1- Modo de FuncionamentoO objetivo de um turbo o mesmo que o
de um compressor, para melhorar a eficincia volumtrica do motor,
resolvendo uma de suas limitaes cardeais. Um motor de automvel
naturalmente aspirado usa apenas o curso de um pisto para baixo
para criar uma rea de baixa presso, a fim de extrair o ar para
dentro do cilindro atravs das vlvulas de admisso. A presso na
atmosfera no mais do que 1 bar (cerca de 14,7 psi), de modo que, em
ltima instncia ser um limite para a diferena de presso entre as
vlvulas de admisso e, portanto, a quantidade de ar que entra na
cmara de combusto.Uma vez que o turbo aumenta a presso no ponto
onde o ar est a entrar no cilindro, uma grande massa de ar
(oxignio) ser forada pela entrada aumentando a presso no bloco. O
fluxo de ar adicional torna possvel manter a presso na cmara de
combusto e a mistura correta de combustvel/ar de admisso, mesmo a
altas rotaes do motor, aumentando a potncia e o torque do motor.A
vantagem do turbo bvia, em vez de desperdiar energia trmica atravs
do escape, pode-se fazer uso dessa energia para aumentar a potncia
do motor. Ao dirigir os gases de escape para girar uma turbina, que
aciona uma outra turbina para bombear ar fresco nas cmaras de
combusto com uma presso superior atmosfera normal, um motor de
pequena capacidade pode debitar uma potncia comparvel de
concorrentes muito maiores. Por exemplo, se um motor de 2,0-litros
trabalhar turbo-alimentado com 1,5 bar presso de alimentao, este
iguala um motor de 3,0-litros naturalmente aspirado. Como
resultado, o tamanho e o peso do motor pode ser muito reduzido,
conduzindo portanto, a uma melhor acelerao, conduo e frenagem. O
consumo de combustvel no necessariamente melhor neste caso. Um
turbo reduz consumo especfico, ou seja, reduz o consumo em g/kWh.
Isto significa que se um motor naturalmente aspirado de 60 cv
conseguir gerar 80 cv com um turbo, este ter um consumo melhor se
utilizarmos 60 cv em ambos os casos, e um consumo similar ou
ligeiramente pior se gerar os 80 cv (em relao ao consumo a 60 cv
sem turbo). Desta forma podemos afirmar que o turbo baixa o consumo
de combustvel de um motor. O compressor aspira o ar ambiente e
bombeia-o para o coletor de admisso a presso aumentada, resultando
numa maior massa de ar que entra nos cilindros em cada curso de
admisso.
2.3- Sobrealimentao por Ondas de Presso
Transfere a energia do ar de alimentao por meio de "ondas de
presso" geradas entre as finas paredes radiais de um tambor, que
gira graas a uma conexo direta com o veio de excntricos.Combina por
tanto o funcionamento de um turbo compressor ao aproveitar-se da
energia dos gases de escape do motor, se bem que o acionamento do
seu rotor s requer uma parte muito pequena de potncia do motor para
o mantimento do processo das "ondas de presso". Este tipo de
compressor funciona muito bem nos motores diesel, mas apresenta
desvantagens com a sua complexidade mecnica, funcionamento ruidoso
e custos de fabricao.
Figura 4: Sobrealimentao por onde de presso.
3- INTERCOOLEROintercooler um permutador intermdio decalor. A
sua utilizao d-se em motores sobrealimentados. Oar, ao ser
comprimido na sobrealimentao, aumenta a sua temperatura e
consequentemente diminuindo a sua densidade [kg/m]. Logo a funo
dointercooler diminuir a temperatura do ar comprimido para que
assim volte a aumentar a densidade.Como num certo volume de ar
quente a densidade menor (existem menos partculas), ento a
quantidade de combustvel injetada vai ser menor levando a uma
potncia limitada face ao mesmo volume de ar frio, visto que o a
relao ar-combustvel fixa. Num motor a gasolina essa relao de 14,3
(existe 14,3mol de ar para 1mol de combustvel).Ento, sendo a
temperatura do ar admitido a nica varivel, a sua diminuio faz
aumentar a densidade o que possibilita introduzir mais combustvel.
Deste modo gera-se maiores temperaturas e presses o que faz
aumentar o torque [Nm] e a potncia [kW]Contudo a alimentao de
combustvel do motor deve ser ajustada para acompanhar o aumento de
oxignio na cmara de combusto.Deve-se considerar tambm que o turbo
(ou compressor) tem um maior volume para pressurizar, tendo isso em
vista, ointercooleraumenta oturbo lage causa perdas de presso.Em
peas de boa qualidade, essas perdas no devem passar de 10% da
presso mxima. Odesigninterno dointercooler um fator que influencia
muito na quantidade das perdas.ele da 40% a mais de potencia.
REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS
FLRES, L.F.V. Sistemas Trmicos I. Apostila. Escola Federal de
Engenharia de Itajub. MG.
PINTO, Adriano Bessa. SOBREALIMENTAO AUTOMVEL. Disponvel em <
http://ave.dee.isep.ipp.pt/~mjf/act_lect/SIAUT/Trabalhos%202011-12/SIAUT_2011-12_Sobrealimentacao.pdf>
Acesso em 3 abr. 2014
