APS - TURBOCOMPRESSOR - 6 SEMESTRE - ENG MECANICA

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UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP CAMPUS 
SÃO JOSÉ DO RIO PRETO 
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA 
 
 
ALUNO: ADENILTON RODRIGUES FERNANDES - N3763J-0 - EM6P28 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ATIVIDADE PRÁTICA SUPERVISIONADA: Competição de Turbocompressores 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SÃO JOSE DO RIO PRETO-SP 
Abril de 2021 
2 
 
ADENILTON RODRIGUES FERNANDES - N3763J-0 - EM6P28 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ATIVIDADE PRÁTICA SUPERVISIONADA: Competição de Turbocompressores 
 
 
 
 
 
APS - Atividade Prática Supervisionada, 
Universidade Paulista de São José do Rio 
Preto do curso de Engenharia Mecânica 
para avaliação nota 6º semestre. 
 
Orientador : Eng. Dr. André Bosso 
 
 
 
 
 
SÃO JOSE DO RIO PRETO-SP 
Abril de 2021 
3 
 
ADENILTON RODRIGUES FERNANDES - N3763J-0 - EM6P28 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ATIVIDADE PRÁTICA SUPERVISIONADA: Competição de Turbocompressores 
 
 
 
 
APS - Atividade Prática Supervisionada, 
Universidade Paulista de São José do Rio 
Preto do curso de Engenharia Mecânica 
para avaliação nota 6º semestre
 
 
Aprovado em: 
BANCA EXAMINADORA 
_______________________/__/___ 
Prof. André Bosso – UNIP 
 
SÃO JOSE DO RIO PRETO-SP 
Abril de 2021 
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RESUMO 
 
Este trabalho realizou um estudo tema turbocompressores. Nosso principal objetivo é aliar a 
teoria estudada nas disciplinas Mecânica dos Fluidos Aplicada e Termodinâmica Aplicada, 
ministrada pelo Prof. Marcos Noboru Arima e Prof(a). Dra. Simoni M. Gheno. Como 
resultados obtidos, destacam-se o aprofundamento dos conteúdos teóricos ministrados: 
Definição e tipos de turbocompressores; 1º Lei da Termodinâmica aplicada a 
turbocompressores; Tipos de perdas existentes nos turbocompressores e Proposta de parâmetro 
de eficiência para o turbocompressor. Os resultados obtidos foram conhecimentos na prática 
conteúdos teóricos ministrados. 
 
Palavras-chave: 1º Lei da Termodinâmica, perdas e eficiências. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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ABSTRACT 
This work carried out a study on turbochargers. Our main objective is to combine the theory 
studied in the disciplines of Applied Fluid Mechanics and Applied Thermodynamics, taught by 
Prof. Marcos Noboru Arima and Prof (a). Dr. Simoni M. Gheno. As results obtained, we 
highlight the deepening of the theoretical contents taught: Definition and types of 
turbochargers; 1st Law of Thermodynamics applied to turbochargers, Types of losses existing 
in the turbochargers and Proposed efficiency parameter for the turbocharger. The results 
obtained were knowledge in practice of theoretical contents taught. 
 
Key-words: 1st Law of Thermodynamics, losses and efficiencies. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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SUMÁRIO 
 
1 INTRODUÇÃO.......................................................................................................................7 
2 DESENVOLIVIMENTO.........................................................................................................8 
2.1 Definição e tipos de Turbocompressores............................................................................9 
2.1.1 Compressor Centrífugo...........................................................................................11 
2.1.2 Compressor Axial....................................................................................................11 
2.2 Primeira lei da termodinâmica aplicada ao turbocompressor...........................................12 
2.2.1 Análise Termodinâmica do Estágio de Compressão..............................................13 
2.2.2 Fluxo de energia do escoamento............................................................................13 
2.3 Tipos de perdas existentes em um turbocompressor........................................................14 
2.4 Proposta de parâmetro de eficiência para turbocompressor.............................................16 
3 CONCLUSÃO.......................................................................................................................17 
4 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...................................................................................18 
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1 INTRODUÇÃO 
Este Trabalho faz parte de um aprendizado diferenciado proposto pela Universidade 
Paulista, nas disciplinas Mecânica dos Fluidos Aplicada e Termodinâmica Aplicada, o trabalho 
propõe desafio desenvolver um estudo teórico sobre turbocompressor e que forneça o maior 
fluxo de energia do escoamento e tenha a melhor metodologia de projeto. Dessa forma, nosso 
trabalho se dividiu em quatro etapas com seguinte assuntos: 1) Definição e tipos de 
turbocompressores 2) 1º Lei da Termodinâmica aplicada a turbocompressores; 3) Tipos de 
perdas existentes nos turbocompressores; 4) Proposta de parâmetro de eficiência para o 
turbocompressor; 
Além disso, desenvolve os estudos independentes, o auto aprendizado estimulando o 
acadêmico para o raciocínio crítico. 
 
 
8 
 
2 DESENVOLVIMENTO 
O conceito turbocompressor nasceu Inglaterra 1806 criado John Barber, foi um Inglês 
visualizador de carvão e inventor. Ele patenteou várias invenções, dos quais o mais notável foi 
um para uma turbina a gás, foi o primeiro homem a descrever em detalhes o princípio da turbina 
a gás. 
Figura 1: Conceito usado pelo John Barber 
 
 
 Fonte: Figura disponível no endereço:< https://www.mahle-aftermarket.com/media/local-media-latin-
america/catalogs/manuais-tecnicos/manual-curso-de-motores-2019.pdf > 
Os primeiros estudos a respeito do turbocompressor aconteceram no ano 1905, com a 
aplicação dos conhecimentos do Engenheiro Alfred Büchi sobre dinâmica dos fluidos, na busca 
por melhorar a performance de motores a combustão interna. 
A primeira utilização do motor turbo foi em locomotivas à diesel e, em 1920, a 
companhia norte-americana General Eletric passou a aplicar a tecnologia em aviões com 
motores Pratt&Whitney, evidenciando o desenvolvimento de equipamentos militares. 
Nas décadas de 60 e 70 essa tecnologia começou a ser aplicada nos motores a diesel, 
sem conotação de performance, mas sim de solucionar problemas de alimentação semelhantes 
aos dos aviões de guerra, quando os caminhões saíam de um porto e subiam a serra, o ar á uma 
altura elevada possuía menos oxigênio e dificultava o funcionamento do motor. Até essa época 
os compressores mecânicos e turbocompressores eram peças de motores a diesel. 
https://www.mahle-aftermarket.com/media/local-media-latin-america/catalogs/manuais-tecnicos/manual-curso-de-motores-2019.pdf
https://www.mahle-aftermarket.com/media/local-media-latin-america/catalogs/manuais-tecnicos/manual-curso-de-motores-2019.pdf
https://en.wikipedia.org/wiki/Alfred_B%C3%BCchi
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Figura 2: Evolução caminhões e o aumento peso bruto transportado. 
 
Fonte: Figura disponível no endereço:< https://www.mahle-aftermarket.com/media/local-media-latin-
america/catalogs/manuais-tecnicos/manual-curso-de-motores-2019.pdf > 
O gráfico figura 2 mostra as curvas evolução dos caminhões e o aumento peso bruto por 
toneladas (PBT), ao longo dos anos caminhões vem ganhando de potência e aumentando 
capacidade puxar mais cargas. Atualmente turbocompressores está presente nas áreas navais, 
aeroespaciais, automotivas e energéticas. 
 
2.1 Definição e tipos de Turbocompressores 
Turbinas são dispositivos que retiram energia de escoamento de um fluido 
transformando em trabalho. Já os compressores, assim como as bombas e os ventiladores, são 
utilizados para aumentar a pressão do fluido, porém diferem nas tarefas executadas. Ventilador 
aumenta a ligeiramente a pressão de um gás, compressor é capaz de aumentar bastante a pressão 
de um gás e bombas funcionam de forma parecida a um compressor, mas para líquidos. 
 
 
https://www.mahle-aftermarket.com/media/local-media-latin-america/catalogs/manuais-tecnicos/manual-curso-de-motores-2019.pdfhttps://www.mahle-aftermarket.com/media/local-media-latin-america/catalogs/manuais-tecnicos/manual-curso-de-motores-2019.pdf
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Figura 3: Esquema do fluxo do turboalimentador 
 
Fonte: Figura disponível no endereço: https://revistacarro.com.br/especial-turbo-futuro-dos-carros-esta-sob-
pressao/ 
 
Turbocompressor, um turbo compressor, também chamado de turbo compressor ou 
turbocompressor, é um dispositivo adicionado a um motor de combustão interna que usa gás de 
escape para injetar ar em um cilindro (câmara de combustão). O turbocompressor consiste em 
um par de rotores radiais conectados em um único eixo, que giram como uma turbina de um 
lado e como um compressor do outro. 
O turbo compressor é conectado ao coletor de escapamento do motor de combustão 
interna e usa a energia do gás de escapamento gerado no motor para girar uma turbina, que é 
conectada por um eixo comum com um rotor tendo a função de bombear ar, usados em 
cilindros. O rotor é um compressor centrífugo, responsável por coletar ar da atmosfera e 
comprimir o ar da porta de admissão ou coletor de admissão do motor por meio de uma 
mangueira ou tubo de alta pressão. 
O turbo compressor pode ser dividido em Fluxo axial (onde o fluxo é paralelo ao eixo 
do rotor) e compressor de fluxo Radial ou centrífugo, o fluido entra no rotor paralelo ao eixo e 
sai perpendicular a este. 
 
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Figura 4: Ilustração da diferença entre compressor de fluxo (a) axial e (b) centrífugo 
Fonte: Figura disponível no endereço: < https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/16199/16199_4.PDF> 
 
2.1.1 Compressor Centrífugo 
O compressor centrífugo trabalha com pequenas e médias vazões de ar, sendo 
normalmente utilizado para valores maiores de razão de pressão e menores vazões. Este tipo de 
compressor é formado por um rotor e um difusor envolvidos por uma carcaça. O fluido é 
acelerado no rotor, onde sua energia cinética é parcialmente convertida em pressão, em seguida, 
passa pelo difusor onde a outra parte da velocidade é convertida em energia de pressão. 
Normalmente, o compressor é projetado para que metade da pressão final seja produzida 
no rotor e metade no difusor. As novas tecnologias desenvolvidas para os compressores axiais 
permitem que estes apresentem maiores rendimentos que os compressores centrífugos, sendo 
mais utilizados em turbinas a gás. 
 
 
2.1.2 Compressor Axial 
O compressor axial é um compressor dinâmico formado por um ou mais estágios de 
compressão, sendo cada estágio composto por um par rotor/estator, onde o fluido de trabalho 
escoa paralelo ao eixo do rotor. O estator é formado por palhetas estacionárias, enquanto o rotor 
https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/16199/16199_4.PDF
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é envolvido por uma série de palhetas móveis. O ar, fluido de trabalho admitido no compressor, 
é acelerado pelo rotor e desacelerado pelo estator, onde a energia cinética é convertida em 
entalpia com conseqüente ganho de pressão estática. Este processo é repetido em outros estágios 
até que a razão de pressão desejada seja alcançada. 
Em cada estágio do compressor axial, a elevação de pressão é bem pequena devido aos 
limites de difusão impostos. Esses limites devem-se ao fato de o processo de difusão estar 
sujeito a um gradiente adverso de pressão, que pode causar descolamento e fluxo reverso 
quando o compressor estiver operando fora das condições de projeto. 
 
2.2 Primeira lei da termodinâmica aplicada ao turbocompressor 
 A primeira lei da termodinâmica é baseada no princípio de economia de energia de todo 
o sistema termodinâmico. A lei afirma que a variação da energia depende do calor absorvido e 
do trabalho absorvido. Quando aplicado a um turbocompressor, seu funcionamento pode ser 
ampliado, sendo que o funcionamento potencial do compressor depende do calor obtido, quanto 
maior o calor, maior a probabilidade. 
Cálculo do Trabalho de Compressão, para a primeira Lei da Termodinâmica, 
considerando-se o rotor como volume de controle e desprezando-se a energia potencial é 
descrita pela equação (1.1) 
�̇� − �̇� = �̇� [(ℎ2 +
𝐶2
2
2
) − (ℎ1 +
𝐶1
2
2
)] (1.1) 
Onde Q é a taxa de transferência de calor, W é trabalho por unidade de tempo, m é a vazão 
mássica, h é a entalpia específica e 
𝐶2
2
 é a energia cinética. Os índices 1 e 2 referem-se aos 
parâmetros de entrada e saída do rotor, respectivamente, figura 5. Aplicando-se a premissa do 
processo de compressão adiabático e utilizando-se definição de entalpia de estagnação, equação 
(1.1): 
𝑊𝐶̇ =
1
𝑛𝑐
(ℎ03𝑠 − ℎ01) =
𝑐𝑝
𝑛𝑐
(𝑇03𝑠 − 𝑇01) (1.2) 
Onde Wc é trabalho específico do compressor, ηc é a eficiência isentrópica do compressor, 𝑐𝑝 
é o calor específico a pressão constante, ℎ0é a entalpia de estagnação, e 𝑇0 é a temperatura de 
estagnação. Os índices 1 e 3 referem-se aos parâmetros de entrada do rotor e saída do estator, 
respectivamente, figura 5 
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2.2.1 Análise Termodinâmica do Estágio de Compressão 
Para a análise termodinâmica de um estágio de compressão, figura 5, são assumidas as 
seguintes premissas: 
• Fluido de trabalho como gás ideal; 
• Escoamento no estágio é permanente; 
• As propriedades são uniformes nas seções de entrada e saída; 
• As propriedades são de estagnação; 
• Processo de compressão é adiabático. 
 
Figura 5: Estágio de Compressão. 
 
Figura 5: Estágio de Compressão. 
 
 
 
 
 
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2.2.2 Fluxo de energia do escoamento 
 
Em outras palavras, quando o acumulador de calor é aplicado e concentrado, a operação 
se expande e o calor é convertido em potência, mas a função do intercooler é sempre resfriar o 
motor para evitar o superaquecimento. 
 
Figura 6: Representação das fases de funcionamento do sistema de combustão de um motor 
 
Fonte: Figura disponível em: < https://www.entregadeoleodiesel.com.br/como-funciona-o-sistema-de-
combustao-interna-em-motores-diesel> 
 
A maior parte da energia produzida pela combustão (energia potência da combustão) é 
desviada ou perdida, pois, além das perdas do calor eliminados pelos sistemas de escapamentos, 
arrefecimento e lubrificação, existem ainda, no caso da aplicação veicular, as perdas pelos 
atritos dos pneus, embreagem, transmissão, etc. No caso de aplicação veicular são convertidos 
em trabalhos apenas 17% da energia térmicas, nos veículos a gasolinas e a álcool e 
25%(aproximadamente) da mesma nos veículos diesel. 
 
2.3 Tipos de perdas existentes em um turbocompressor 
Insuficiência de óleo - Se não for utilizada a especificação correta de óleo, ou se o óleo 
e o filtro não forem trocados no prazo especificado pelo fabricante, a elevação da temperatura 
https://www.entregadeoleodiesel.com.br/como-funciona-o-sistema-de-combustao-interna-em-motores-diesel
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dentro da turbina queimará o óleo remanescente no eixo, exceto para a formação de limo (lodo). 
Essa formação de lodo pode bloquear o óleo do sistema de mancais e da carcaça central, a falta 
de lubrificação pode danificar o eixo e o sistema de mancais. 
Figura 7: Verificação de óleo em uma engrenagem 
Fonte: Figura disponível no endereço: https://omecanico.com.br/diagnostico-de-falhas-em-
turbocompressores/ 
Óleo contaminado apenas completar o óleo em vez de substituí-lo completamente, o 
filtro geralmente não é substituído. Portanto, o óleo acumulará impurezas sólidas, que não serão 
mais retidas pelos filtros de óleo e ar, e perderá viscosidade devido à degradação química 
natural do combustível e seus aditivos. As impurezas do óleo podem bloquear a câmara de 
lubrificação do alojamentocentral da turbina e as passagens de lubrificação dos mancais radiais, 
colares e outros componentes, formando, assim, lama. O resultado é alta temperatura e desgaste 
prematuro de rolamentos e eixos. 
Ingestão de objeto estranho, quando o gás de exaustão pode entrar, a sucção de matéria 
estranha ocorrerá no lado do compressor e no lado da turbina ao mesmo tempo. Os objetos 
podem variar de peças grandes a partículas conjuntas do coletor, filtro não trocado pode emitir 
partículas que entram no lado do compressor e danificam as pás do rotor do compressor, em 
alguns casos até as pás do rotor. 
https://omecanico.com.br/diagnostico-de-falhas-em-turbocompressores/
https://omecanico.com.br/diagnostico-de-falhas-em-turbocompressores/
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Figura 8: Rotor danificado por objeto cortante 
Fonte: Figura disponível no endereço: https://omecanico.com.br/diagnostico-de-falhas-em-
turbocompressores/ 
Turbo violado, a válvula wastegate é a válvula de segurança da turbina. A uma 
determinada pressão (lida na saída do compressor), a válvula wastegate se abre, liberando o 
excesso de gás na turbina. A válvula deixou algumas marcas no atuador. Essas marcas são o 
seu limite de trabalho. Se a peça for modificada para fazer o turboalimentador trabalhar acima 
do seu limite, a garantia será perdida para obter um desempenho superior. 
 
2.4 Proposta de parâmetro de eficiência para turbocompressor 
Os principais objetivos de utilização do turbocompressor em motores são: 
 Aumento de potência especificada; 
 Aproveitamento de 100% dos gases gerado na combustão; 
 Compensador de perda de potência devido a altitude; 
 Melhor retomada; 
 Redução de emissão de CO² - produto ecológico; 
 Redução do nível de ruído; 
 Melhor relação ar/combustível; 
 
 
https://omecanico.com.br/diagnostico-de-falhas-em-turbocompressores/
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3 CONCLUSÃO 
Com a realização do trabalho foram sanadas as dúvidas, estimulou muito o raciocínio, 
também conhecimento adquirido na sala. Nesse sentido, podemos concluir que grupo alcança 
objetivo do trabalho. O turbocompressor é responsável por melhorar a eficiência do motor, são 
algumas medidas que fabricantes motores adotaram para redução de consumo combustivel, 
aumento de potência motor e minimizar emissão de poluentes. 
No entanto podemos destacar a importância de um estudo técnico, nas disciplinas 
Mecânica dos Fluidos Aplicada e Termodinâmica Aplicada, nos mostra através das formulas 
que se aplica a teoria na pratica. 
A dificuldade em desenvolver este trabalho reside na falta de desenvolvimento real e na 
impossibilidade de explicar o embasamento teórico com a realidade. 
 
 
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4 REFERENCIAS 
 Especial turbo: futuro dos carros está sob pressão. Revista Carro, jul 30, 2015. Disponível 
em: <https://revistacarro.com.br/especial-turbo-futuro-dos-carros-esta-sob-pressao/> acesso 
em 13 Abril, 2021 
 
 Diagnóstico de falhas em turbocompressores. Revista o Mecânico, ago 7, 2015. Disponível 
em: <https://omecanico.com.br/diagnostico-de-falhas-em-turbocompressores/> acesso em 13 
Abril, 2021 
 
Manual-Tecnico-Curso-de-Motores-WEB, Mahle Metal Leve, jul , 2019. Disponível em: 
<https://www.mahle-aftermarket.com/media/local-media-latin-america/catalogs/manuais-
tecnicos/manual-curso-de-motores-2019.pdf> acesso em 13 Abril, 2021 
 
DÁRIO, Evandro Rodrigo, Disciplina : Termodinâmica, Análise da massa e energia 
aplicadas a volumes de Controle. Disponível em: 
<http://joinville.ifsc.edu.br/~evandro.dario/Termodin%C3%A2mica/Aulas%20-
%20slides/Segunda%20Avalia%C3%A7%C3%A3o/Termodin%C3%A2mica%20-
%20Aula%2011%20-%20Conserva%C3%A7%C3%A3o%20da%20Energia%20-
%20Sistemas%20Abertos.pdf> acesso em 13 Abril, 2021 
 
 
 
https://revistacarro.com.br/author/revistacarro/
https://omecanico.com.br/diagnostico-de-falhas-em-turbocompressores/
http://joinville.ifsc.edu.br/~evandro.dario/Termodin%C3%A2mica/Aulas%20-%20slides/Segunda%20Avalia%C3%A7%C3%A3o/Termodin%C3%A2mica%20-%20Aula%2011%20-%20Conserva%C3%A7%C3%A3o%20da%20Energia%20-%20Sistemas%20Abertos.pdf
http://joinville.ifsc.edu.br/~evandro.dario/Termodin%C3%A2mica/Aulas%20-%20slides/Segunda%20Avalia%C3%A7%C3%A3o/Termodin%C3%A2mica%20-%20Aula%2011%20-%20Conserva%C3%A7%C3%A3o%20da%20Energia%20-%20Sistemas%20Abertos.pdf
http://joinville.ifsc.edu.br/~evandro.dario/Termodin%C3%A2mica/Aulas%20-%20slides/Segunda%20Avalia%C3%A7%C3%A3o/Termodin%C3%A2mica%20-%20Aula%2011%20-%20Conserva%C3%A7%C3%A3o%20da%20Energia%20-%20Sistemas%20Abertos.pdf
http://joinville.ifsc.edu.br/~evandro.dario/Termodin%C3%A2mica/Aulas%20-%20slides/Segunda%20Avalia%C3%A7%C3%A3o/Termodin%C3%A2mica%20-%20Aula%2011%20-%20Conserva%C3%A7%C3%A3o%20da%20Energia%20-%20Sistemas%20Abertos.pdf