TURBOCOMPRESSORES -- APS 6° SEMESTRE -- EM6P28

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Atividade Prática Supervisionada 
Turbocompressor 
Discentes: 
 Victor Hugo Marchiori RA- N265CB-4 
 
 
 
 
 
 
Docente: 
Profº. André Luiz A Bosso 
EM7P28 
 
Período Noturno 
 
 
 
 
Universidade Paulista - JK 
São José Do Rio Preto 10 de maio de 2021 
 
Campus São José do Rio Preto - JK 
ICET – Instituto de Ciências Exatas e Tecnológicas 
 
 
RESUMO 
O presente trabalho tem como proposta e intuito apresentar o seguinte item: 
Turbocompressores. Turbocompressor, ou turbo, serve para oferecer mais potência 
sem ter que aumentar o tamanho do motor. Como o rendimento está diretamente 
relacionado com a massa de ar que o motor consegue aspirar por ciclo de admissão, 
o turbo tem a missão de comprimir o ar antes de ele ser admitido. Resultando: mais 
massa de ar na câmara de combustão, mais potência. O turbo utiliza os gases de 
escape, fazendo com que eles girem uma turbina a até 150.000 rpm. Ela é ligada a 
outra turbina que bombeia o ar fresco para dentro do motor. Ao ser comprimido, o ar 
se aquece. Isso faz ele ocupar mais espaço do que deveria. Ele também pode fazer o 
combustível entrar em combustão antes do tempo, causando a famosa "batida de 
pino". Por isso o turbocompressor é quase sempre associado ao Inter cooler. Ele é 
uma peça que se parece com um radiador e que refrigera o ar admitido no motor. 
Além de manter a mistura na temperatura certa, isso permite colocar mais ar para 
dentro dos cilindros. 
 
Palavras-chave: Turbocompressor. 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
1 - Introdução..............................................................................................................4 
1.1 Principais Componentes.........................................................................................8 
1.1.2 Tipos e Aplicações ..............................................................................................9 
2 - Objetivos..............................................................................................................13 
3 - Concepção adotada para o Turbocompressor Construído.............................15 
4 - Fundamentos Teoricos.......................................................................................15 
4.1 1ª Lei da Termodinâmica Aplicada a Turbocompressores.....................................15 
4.2 Tipos de Perdas Existentes nos Turbocompressores........................................... 20 
5 - Metodologia do Projeto e Fabricação.................................................................21 
5.1 Peças, Componentes e Recursos de Fabricação Disponíveis..............................21 
5.2 Critérios de dimensionamento e Memorial de Cálculo Resumido.........................22 
5.3 Descrição do Processo de Fabricação .................................................................22 
5.4 Valores Medidos e Calculados..............................................................................24 
 
6 - Conclusões ..........................................................................................................26 
6.1 Dificuldades e Facilidades encontradas no desenvolvimento do trabalho.............28 
6.2 Comparação qualitativa em Relação aos Demais Turbocompressores 
Desenvolvidos............................................................................................................28 
7 Referências Bibliográficas....................................................................................30 
 
 
4 
 
1 INTRODUÇÃO 
Hoje em dia, fala-se muito em convergência digital de mídias e, de fato, os 
avanços tecnológicos na área de telecomunicações e microeletrônica portátil têm 
proporcionado saltos quânticos na popularização e na produção em escala dos 
produtos advindos dessa revolução digital, inclusive no Brasil. Os complexos 
sistemas de engenharia, também necessitam de uma convergência digital de 
soluções para atingir novos patamares tecnológicos, já que muito tem sido 
desenvolvido cientificamente e rapidamente absorvido pela indústria, porém de 
forma fragmentada e isolada. A integração de sistemas, bancos de dados em 
tempo real, interfaceamento de aplicativos, modularidade, enfim, a comunicação 
e o compartilhamento de dados e informações associados a sistemas 
inteligentes híbridos que manipulem o conhecimento gerado é a chave para o 
desenvolvimento de produtos e sistemas mais seguros 
Para que um motor ganhe mais potência onde não necessário o aumento da 
litragem é usado um turbo compressor. Acoplado ao tudo de escape do motor, 
os gases resultantes da queima giram a turbina a até 150.000 RPM (rotações 
por minuto), que por sua vez gira o eixo ligado a outra turbina, comprimindo o ar 
e assim introduzindo mais oxigênio na câmara de combustão, gerando assim 
mais potência. Eficientes e autogerenciáveis. Diante de um cenário competitivo 
de abertura econômica e atração de investimentos, principalmente em áreas 
estratégicas como a geração e transmissão de energia, transporte e 
telecomunicações, é fundamental a busca por equipamentos críticos com essas 
qualidades, pois com o aumento dos riscos e incertezas regulatórias devido às 
mudanças de políticas governamentais e ambientais, é necessário um 
planejamento e controle de custos de Operação e Manutenção (O&M) Esse 
tradicional programa de manutenção possui uma das políticas de gestão e 
análise da manutenção preventiva mais sistemáticas e focadas na função dos 
equipamentos técnicos e nas consequências de suas falhas funcionais do ponto 
de vista operacional, tendo a segurança como prioridade, porém buscando 
otimizar os custos das tarefas de manutenção. Uma das principais heranças de 
um programa de MCC efetivo e maduro é o aumento do nível de conhecimento 
do pessoal de O&M sobre os equipamentos críticos de uma planta industrial ou 
frota de aeronaves baseados em turbinas a gás. conhecimento explícito e em 
5 
 
parte implícito apresenta um potencial enorme para ser agregado a tecnologias 
capazes de manipular e gerar conhecimento, como a Manutenção Baseada na 
Condição (MBC) que trata essencialmente do diagnóstico e/ou do prognóstico 
de falhas e os sistemas baseados em conhecimento que aplicam técnicas de 
Inteligência Artificial (IA) capazes de manipular conhecimento e gerar análises 
complexas similares às de especialistas humanos. O alto índice de 
disponibilidade das turbo máquinas é comprovado pelos longos períodos de 
operação sem que haja a necessidade de paradas para a substituição e/ou 
reparo de peças e componentes internos. A sua concepção relativamente 
simples trouxe como consequência a alta confiabilidade e a elevada relação 
potência/dimensões; essas que são algumas das características fundamentais 
responsáveis pela popularização do uso das turbo máquinas, primeiro na 
aviação e, mais tarde, na geração de energia e no transporte de grandes 
volumes de fluidos. Por conseguinte, falhas catastróficas são bastante raras 
nesse tipo de equipamento, devido, sobretudo, à grande quantidade de 
instrumentos e dispositivos de proteção e intertravamento, que permitem o 
monitoramento da condição e o desarme automático da máquina antes do 
comprometimento físico dos seus componentes, e também devido às 
características de degradação física lentas e dependentes praticamente apenas 
da qualidade dos fluidos veiculados e do controle das condições de operação do 
processo. Contudo, em função principalmente do elevado consumo de 
combustível é uma necessidade premente avaliar a eficiência global desses 
equipamentos, pois sua deterioração excessiva pode significar grandes 
prejuízos financeiros para uma planta industrial, além de lançar maiores 
quantidades de resíduos poluentes na atmosfera. A forma de manutenção mais 
utilizada para evitar a ocorrência de falhas e a redução da eficiência térmica de 
turbo máquinas é a manutenção/revisãogeral, efetuada após o desligamento 
completo da máquina, onde se executa a limpeza geral das partes internas, 
repara-se e/ou substitui-se componentes eventualmente danificados e realizam-
se inspeções dimensionais e ajustes das partes móveis da turbo máquina. A 
frequência dessa rotina varia significativamente conforme as características de 
operação de cada turbo máquina, sendo na maioria das vezes baseada na 
experiência do pessoal de O&M, utilizando-se um intervalo de tempo 
predeterminado, obtido normalmente de recomendações do fabricante e refinado 
6 
 
de forma empírica. Esse rigorosos para manter-se vivo com lucratividade nesses 
mercados que demandam grandes investimentos iniciais em equipamentos 
complexos. Nesse contexto, as turbos máquinas desempenham um papel 
central ou fundamental na operacionalização de sistemas de geração de energia 
e no transporte de fluidos nas indústrias química e petroquímica, assim como na 
aviação comercial e militar. Os avanços tecnológicos da aviação sempre 
trouxeram lições importantes para a engenharia como um todo, mas 
influenciaram de forma decisiva no desenvolvimento das turbos máquinas e da 
Manutenção Centrada na Confiabilidade (MCC). 
O ar ao ser comprimido se aquece, ocupando mais espaço do que deveria 
podendo causar efeitos indesejados, tais como a combustão antes do tempo. 
Para sanar o problema a turbina está ligada ao Inter Cooler, que refrigera o ar 
comprimido, deixando em temperatura certa para o trabalho dos cilindros. 
Revisando a literatura referente a motores a combustão para automóveis 
nacionais, pouco foi encontrado, devido aos parcos estudos acadêmicos nesta 
área de conhecimento assim como à falta de iniciativa de membros da indústria 
para compartilhar conhecimento prático. Este trabalho tem dentre seus objetivos 
a disseminação do conhecimento sobre motores a combustão interna. A 
indústria nacional de automóveis vem enfrentando grande pressão dos 
consumidores por veículos a preços de venda menores, fazendo com que a 
diversidade de motorização dos automóveis diminua. Se os preços ao 
consumidor final são otimizados com esta medida, alguns nichos de mercado, 
como o de automóveis esportivos acaba sendo relegado a segundo plano. O 
objetivo primário deste estudo é analisar o processo e resultado da alteração de 
potência em um automóvel nacional, através da instalação de um 
turbocompressor. No presente momento este estudo será importante para um 
nicho de mercado, mas no futuro com a pressão por maior economia de 
combustível e diminuição de emissões os fabricantes de automóveis estarão 
mais inclinados à utilização de turbocompressores em seus projetos, devido à 
inerente vantagem deste sistema ao regenerar parte da energia térmica e 
cinética que seria desperdiçada nos gases de escape. Logo na admissão do ar 
atmosférico já existem diferenças entre os motores. Em um motor originalmente 
aspirado, que passaremos a chamar somente de aspirado, o ar é admitido no 
7 
 
motor pela depressão gerada pelo movimento descendente do pistão (em ciclo 
de admissão). O mesmo acontece com os motores turbo (originalmente 
turboalimentados) e turbinados (motores naturalmente aspirados onde foi 
instalado um turbocompressor) quando o compressor do turbocompressor não 
tem rotação suficiente para gerar pressão positiva no coletor (pressão positiva é 
quando a pressão no coletor de admissão é maior que a atmosférica). Logo 
nestes regimes o motor turbinado trabalha exatamente como um aspirado com 
as desvantagens que em um motor turbo ou turbinado a taxa de compressão é 
baixa, gerando um baixo aproveitamento térmico do combustível neste regime. 
Quando a turbina passa a ter fluxo de gases de escape suficientes para gerar 
pressão positiva no coletor, é que aparece a vantagem dos motores 
turboalimentados. No motor turbo existe um pico de pressão e depois a curva de 
pressão cai com o aumento de rotação através de um controle eletropneumático 
comandado pela ECU, de forma a minimizar os esforços no motor e garantir uma 
durabilidade longa. No motor turbinado o controle da pressão no coletor é 
mecânico através da válvula de alívio. Com isto após se atingir a pressão 
regulada, a válvula mantém uma pressão constante no motor conforme a rotação 
cresce. Em motores turbinados é usual a utilização de turbina maior, de modo a 
adiar a pegada do compressor e diminuir a backpressure, para diminuir os 
esforços no motor. No compressor a compressão do ar gera um aumento na 
temperatura deste que é desfavorável para o motor. O uso do álcool que absorve 
uma quantidade energia do ar considerável quando se vaporiza é uma vantagem 
quando em regimes de carga plena já que abaixa a temperatura do ar admitido. 
Porém isto é um problema quando o motor se encontra frio, pois o combustível 
não irá se vaporizar, e a mistura não será homogenia, gerando uma combustão 
incompleta e sintomas de falta de combustível, mesmo quando a mistura estiver 
rica. Aconselha-se o uso de coletor com aquecimento para aperfeiçoar o 
desempenho do veículo a álcool, principalmente quando sistemas de 
realimentação não estão presentes, como em motores carburados. Para evitar 
problemas na partida a frio do motor, é necessário 20 instalar o sistema de 
partida a frio. Lembre que o ponto de fulgor do etanol combustível é de 13ºC. O 
ar ao sair comprimido e quente do compressor ruma para o Inter cooler, 
conforme fig. 02, quando este existe, onde sofre um resfriamento antes de entrar 
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no motor, garantindo uma maior confiabilidade no motor, e alguma potência a 
mais, pois o ar resfria e fica mais denso. 
 Figura 1 Sistema Turbo Compressor 
 
1.1 Componentes Principais 
 
O turbocompressor consiste em um par de rotores radiais, ligados entre si por 
um eixo, assim um dos lados funciona como uma turbina, girando o eixo, assim 
transformando o outro lado em um compressor. 
Alguns componentes também estão presentes, são eles, a válvula de alívio e 
válvula de prioridade. 
A válvula de alívio, está localizada no coletor do escapamento, tendo como 
função regular o fluxo de gases que entram na turbina, controlando assim o seu 
giro (RPM). 
A válvula de prioridade, está localizado nas mangueiras de admissão do turbo 
ou ate mesmo no coletor de admissão, ela controla a pressão de ar no coletor 
de admissão, quando o motor não está gerando trabalho, quando o motorista tira 
o pé do acelerador, por exemplo, a pressão no coletor aumenta, pois, a turbina 
o Inter cooler, se este existir, o ar passa pelo corpo de borboleta, conforme fig. 
01, rumando para o coletor de admissão. Quando o motor encontra-se 
pressurizado e a borboleta se fecha, a válvula de prioridade alivia a pressão que 
tenderia a crescer com a inércia do compressor e poderia danificar a tubulação, 
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a borboleta e até romper o eixo do turbocompressor, gerando prejuízos. Portanto 
não se aconselha rodar sem válvula de prioridade. Após passar pelo coletor de 
admissão onde o ar é pulverizado com o combustível pelos bicos injetores, a 
mistura ar-combustível passa pelas válvulas de admissão e entra na câmara de 
combustão, onde o trajeto azul dos gases não queimados se 
 
 Figura 2 Válvula de Alivio 
ainda continua girando, ao detectar o aumento da pressão a válvula de prioridade 
se abre, normalizando assim a pressão, liberando parte do ar para a atmosfera. 
 
 
 
1.2 Tipos e aplicações 
 
Atualmente temos turbocompressores mecânicos e elétricos, seu uso se justifica 
por proporcionar uma melhor eficiência aos motores de combustão interna. 
A demanda de veículos na sociedade atual busca cada vez mais motores 
pequenos, que possam ter rendimento máximo, emitindo menos poluentes. Ao 
se juntar isso com a economia de combustível, é possível encontrar um grande 
mercado para a utilização de turbocompressores. Utilizando esse componente, 
é possível fazer com que motoresmenores alcancem potências maiores, 
podendo diminuir o tamanho dos carros. É possível ainda diminuir o consumo de 
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combustível e, consequentemente, a quantidade de poluentes lançados no 
ambiente. A eficiência de motores de combustão interna do ciclo Otto é 
relativamente baixa, e por isso um turbocompressor se torna um grande aliado 
na busca por melhores resultados. Esse equipamento redireciona gases de 
escape, a princípio não utilizados, para as pás de uma turbina, responsável por 
girar um compressor, que comprime o ar que entra nos cilindros do motor, 
garantindo uma maior pressão e assim um motor mais eficiente. Atualmente, a 
indústria automotiva, através da utilização de turbocompressores, foi capaz fazer 
com que motores menores desenvolvessem potências próximas ou até maiores 
do que motores com maior cilindrada. Vários são os modelos de automóveis que 
possuem motor adequado com turbo. Esses motores são o que de mais moderno 
pode se encontrar no mercado, e são capazes de proporcionar grandes 
economias e resultados no uso urbano ou em competições. Pode-se citar, por 
exemplo, o motor do Up! TSI, carro da Volkswagen que utiliza o sistema de 
turbocompressor para fornecer melhores resultados em um carro 1.0. Muitas 
pessoas, na busca por um carro mais econômico e mais potente, instalam 
turbocompressores em seus automóveis particulares. Com isso, surgem muitos 
kits de turbos à venda em diversos meios. Ao utilizar-se um turbocompressor, 
deve-se saber o deslocamento do motor, assim como a potência que se deseja 
atingir. A realidade do dimensionamento desse equipamento envolve diversos 
parâmetros, o que pode transformar a sua utilização de gratificante para um 
grande tormento. Um turbo menor poderá não dar nenhuma potência extra, 
enquanto um muito grande poderá causar exageros capazes de prejudicar o 
automóvel. 
Nos carros de rua e pista são usados geralmente turbos mecânicos, com uma 
variedade de produtos no mercado, atendendo diversos tipos de gosto e 
necessidade. Geralmente são usados com coletores monofluxo e pulsativos: 
Monofluxo, todos os cilindros estão conectados no mesmo coletor de escape, é 
ineficiente, os gases de um cilindro acabam entrando na tubulação de outro 
cilindro no coletor, perdendo volume até chegar à turbina, o carro demora para 
‘encher e turbina’ causando o turboleg, fazendo com que o motor seja mais fraco 
 
11 
 
 Figura 3 Coletor 
 
 
em baixas rotações, mais ainda são muito usados em carros de arrancada, por 
exemplo, pois os motores são sempre em altas rotações. 
Pulsativo, a carcaça quente da turbina do turbocompressor é dividida, assim 
podendo dividir os cilindros no tubo de escape, por exemplo, em um motor quatro 
cilindros, os cilindros 1 e 4 saindo por um coletor e o 2 e 3 por outro, gerando 
assim pulsos no sistema de escape, como o tudo de escape está dividido, logo 
está menor, aumentando a velocidade dos gases, resultando assim em pressão 
positiva mais rápido, fazendo com que o motor ‘acorde’ mais cedo. Sistema 
usado pela BMW com o nome de twin scroll. 
 
 
 
 
 
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Com o aumento dos combustíveis nos postos, as montadoras estão optando por 
motores menores, chamado de Downsizing, onde motores de 8 cilindros vêm 
sendo substituídos por 6 e consequentemente por 4 cilindros, no Brasil alguns 
 Figura 4 Motor 
carros estão com motores 3 cilindros, com tamanho de 1000cc, com o 
Volkswagen UP, mais não deixando de lado a eficiência e potência, para que 
isso seja possível, é necessário a utilização de turbocompressores, trazendo 
torque em baixas rotações e potência, gerando mais velocidade final e gastando 
menos combustível. 
A tecnologia mais recente de sobre alimentação é o uso de turbinas com 
acionamento elétrico. Elas não dependem dos gases de escapamento para 
 Figura 5 Compressor elétrico 
está disponível. O sistema pode ser usado em conjunto a turbinas convencionais, 
como no Audi SQ7 a diesel 
http://jornaldocarro.estadao.com.br/marcas/audi
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2 OBJETIVO 
 
Pesquisa de um protótipo de turbocompressor, com base na indústria 
automotiva, buscando assim ter o maior rendimento possível com os materiais 
utilizados para a construção dele. 
A demanda de veículos na sociedade atual busca cada vez mais motores 
pequenos, que possam ter rendimento máximo, emitindo menos poluentes. Ao 
se juntar isso com a economia de combustível, é possível encontrar um grande 
mercado para a utilização de turbocompressores. Utilizando esse componente, 
é possível fazer com que motores menores alcancem potências maiores, 
podendo diminuir o tamanho dos carros. É possível ainda diminuir o consumo de 
combustível e, consequentemente, a quantidade de poluentes lançados no 
ambiente. A eficiência de motores de combustão interna do ciclo Otto é 
relativamente baixa, e por isso um turbocompressor se torna um grande aliado 
na busca por melhores resultados. Esse equipamento redireciona gases de 
escape, a princípio não utilizados, para as pás de uma turbina, responsável por 
girar um compressor, que comprime o ar que entra nos cilindros do motor, 
garantindo uma maior pressão e assim um motor mais eficiente. Atualmente, a 
indústria automotiva, através da utilização de turbocompressores, foi capaz fazer 
com que motores menores desenvolvessem potências próximas ou até maiores 
do que motores com maior cilindrada. Vários são os modelos de automóveis que 
possuem motor adequado com turbo. Esses motores são o que de mais moderno 
pode se encontrar no mercado, e são capazes de proporcionar grandes 
economias e resultados no uso urbano ou em competições. Pode-se citar, por 
exemplo, o motor do Up! TSI, carro da Volkswagen que utiliza o sistema de 
turbocompressor para fornecer melhores resultados em um carro 1.0. Muitas 
pessoas, na busca por um carro mais econômico e mais potente, instalam 
turbocompressores em seus automóveis particulares. Com isso, surgem muitos 
kits de turbos à venda em diversos meios. Ao utilizar-se um turbocompressor, 
deve-se saber o deslocamento do motor, assim como a potência que se deseja 
atingir. A realidade do dimensionamento desse equipamento envolve diversos 
parâmetros, o que pode transformar a sua utilização de gratificante para um 
grande tormento. Um turbo menor poderá não dar nenhuma potência extra, 
14 
 
enquanto um muito grande poderá causar exageros capazes de prejudicar o 
automóvel. 
O objetivo deste trabalho é demonstrar como a técnica de sistema especialista 
pode ser empregada na implementação de diagnósticos de falhas automatizados 
para turbo máquinas com o intuito de auxiliar equipes de operação e 
manutenção. Por meio do monitoramento da performance aero/termodinâmica, 
esse tipo de sistema visa permitir a redução dos custos de operação e 
manutenção desses equipamentos com uma maior precisão na identificação de 
causas de perdas de eficiência para a especificação e planejamento de tarefas 
de manutenção. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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3 CONCEPÇÃO ADOTADA PARA O TURBOCOMPRESSOR CONTRUÍDO 
 
Pelo modo de construção mais simples o turbo adotado é o monofluxo, onde a 
turbina é acionada pela passagem dos gases do escape, de modo que em baixas 
rotações a eficiência do turbocompressor será baixa, visto que não será gerado 
pressão no lado do rotor de compressão. 
À medida que o motor sobe a rotação, o fluxo de gás no escape aumenta, assim 
aumentando a rotação da turbina, a turbina por sua vez transfere o torque pelo 
eixo para o rotor de compressão, comprimindo o ar e consequentemente 
alimentando a admissão com mais oxigênio, assim quanto mais oxigênio na 
mistura Ar x Combustível mais eficiente a queima e obtém-se mais potência. 
4 FUNDAMENTOS TEÓRICOS 
 
4.1 - 1ª Lei da termodinâmica aplicada a turbocompressores 
 
Como qualquer outra ciência, a termodinâmica não nasceuatemporal. Suas 
raízes mais profundas são encontradas em trabalhos de Euler (1753), Black 
(1757), Lambert (1779) e Lavoisier (1784). No começo do século dezenove tem-
se Biot (1804), Fourier (1808/22) e Laplace (1816/22). Entretanto o trabalho de 
Carnot1 , em 1824, pode ser considerado o marco inicial da termodinâmica. A 
partir de então a teoria recebeu várias (e em alguns casos erráticas2 ) 
contribuições, sendo modificada entre 1850 e 1854 através da fundamental 
substituição da teoria calórica pelo conceito de que calor e trabalho são uniforme 
e universalmente interconversíveis, conforme experimentalmente demonstrado 
por Joule em 1847. Costumase denominar termodinâmica clássica à teoria que 
Clausius, Kelvin e Rankine edificaram entre 1850 e 1854, acrescida de trabalhos 
publicados posteriormente, especialmente por Clausius em 1862 (sua famosa 
desigualdade). A teoria chamada clássica, portanto, é temporal e antecede à 
tendência estática, que se inicia imediatamente após. O tratado publicado por 
Gibbs3 em 1901 consolidou o já pré-existente enfoque estático, através dos 
lógicos conceitos estatísticos inicialmente desenvolvidos por Maxwell 
(publicados entre 1860 e 1879) e por Boltzman (publicados entre 1868 e 1896). 
A termodinâmica foi assim modernizada, adquirindo um novo brilho ao ser 
16 
 
relacionada ao mundo microscópico que começava a atrair toda a atenção 
científica no começo do século vinte. Porém, entre outros, desde a sua defesa 
de tese de doutorado junto à universidade de Munique, em 1879, Planck não 
aceitou a ideia de que para ser matematicamente exata a termodinâmica 
devesse limitar-se a sua parte estática. Autor, desde 1891, de um dos mais 
famosos tratados sobre termodinâmica4 , até sua morte, em 1947, Planck 
manteve sua convicção5 . Deve-se ressaltar que, ao contrário de outros que 
também optaram pelo enfoque estático (por exemplo, mais de duas décadas 
antes Kirchhoff e o próprio Gibbs, embora sem utilizar estatística, já defendiam 
tal ponto de vista), Gibbs foi quem conseguiu consolidá-lo não apenas por causa 
da atualização que a inclusão do comportamento das partículas trouxe à 
termodinâmica, mas principalmente porque ele foi um dos poucos a aplicar total 
rigor matemático ao estudo da termodinâmica (oito anos após, sem usar nem 
estatística nem ciclos de Carnot, mas sim a teoria para equações diferenciais de 
Pfaf, outra defesa da tendência estática, matematicamente bem fundamentada, 
foi publicada por Carathéodory6 ). Talvez por causa desta razão histórica, 
atualmente tende-se a usar lógica matemática rigorosa somente no tratamento 
estatístico da termodinâmica. Em consequência, muitos químicos consideram 
que este tratamento seja o único realmente seguro. Entretanto, já foi elaborada 
uma teoria que, embora sendo completamente independente de valores 
estatisticamente esperados para sua exata compreensão lógica7-12, mantém 
coerência com as teorias estatísticas que se mostram capazes de produzir 
valores esperados concordantes com aqueles da mecânica dos meios 
contínuos13,14 (evidentemente a parte estática desta teoria mantém 
concordância com a termodinâmica estatística gibbsiana). Ela é a temporal 
termodinâmica dos meios contínuos, ativa área de pesquisas12,14 que faz a 
inatural separação entre termodinâmica e cinética química de imediato 
desaparecer, o que permite uma visão unificada e muito mais abrangente dos 
processos químicos. Em especial, ressalte-se que a primeira lei é, de acordo 
com a termodinâmica dos meios contínuos, considerada um balanceamento de 
energia que, junto com as equações para balanceamento de massa e de 
momentos angular e linear, formam o coração da mecânica clássica, uma ciência 
temporal. Essa afirmação não corresponde apenas a uma razoável suposição 
conceitual. Na verdade, foi matematicamente demonstrado que os conceitos 
17 
 
clássicos de espaço e tempo implicam em que a energia total de qualquer meio 
contínuo separa-se numa parte interna e outra cinética, o que produz como 
conseqüência a primeira lei15 . Pretende-se neste trabalho apresentar aspectos 
inerentes à interpretação da definição matemática de energia interna, criticar 
apresentações da primeira lei freqüentemente encontradas e sugerir a 
alternativa oferecida pela termodinâmica dos meios contínuos. Sua intenção é 
colaborar na importante tarefa de aumentar a abrangência da termodinâmica, 
sem recorrer a métodos estatísticos. O mesmo poderia ser feito em relação a 
segunda lei e, também, a todo embasamento da termodinâmica química, sem 
mudar absolutamente em nada as já bem estabelecidas e úteis aplicações 
práticas desta última, pelo contrário, potencialmente ampliando-as. 
DIFERENCIAIS E INTERVALOS FINITOS Em livros didáticos usuais, 
geralmente encontra-se a definição matemática da variação da energia interna 
de um sistema fechado, DU = Q + W (1) Esta equação limita-se a mostrar que a 
soma do calor com o trabalho trocados entre o sistema e seu exterior, durante 
um processo que ocorra entre estados de equilíbrio termodinâmico 564 Moreira 
& Bassi Quim. Nova terminais, é igual à diferença entre as energias internas 
respectivamente associadas a estes dois estados, não fornecendo nenhuma 
informação, ou restrição, quanto aos estados intermediários que constituem o 
processo, logo sendo aplicável tanto para processos reversíveis como 
irreversíveis (independentemente dos significados que cada autor dê a estes 
adjetivos). Deve-se, entretanto, deixar claro que a energia cinética do sistema, 
tomado como corpo rígido, foi previamente subtraída do trabalho total. Porém, é 
muitíssimo comum que, mantendo sua validade tanto para processos reversíveis 
como irreversíveis, a equação (1) seja indevidamente extrapolada para dU = dQ 
+ dW (2) Suponha-se Y = y(X) uma função diferençável, com derivada ( ) dX dY 
Y'= y' X = , logo dY = y’(X)dX. Lembre-se que Y’ é o valor, bem determinado, da 
razão entre dois zeros, porque dX dY Y'= limDX®0 . Lembre-se, também, que 
por definição um diferencial é livre para assumir qualquer valor real, mas 
somente valores reais (portanto ±¥ estão excluídos e zero está incluído), desde 
que tal real guarde, com o valor de pelo menos um outro diferencial, relação bem 
definida através de uma ou mais funções derivadas. Ao se isolar dY não foi 
gerada incoerência matemática, pois os dois lados da equação foram 
multiplicados por dX, o que mantém a integridade da relação. Por outro lado, a 
18 
 
multiplicação dos dois lados da equação pelo inverso de dX, ou de dY, não 
poderia ser efetuada, porque dX e dY assumem, obrigatoriamente, também o 
valor zero e o inverso de zero diverge. Entretanto, se o valor zero pudesse ser 
proibido para dX e dY, como de fato pode para DX e DY, tanto a multiplicação 
quanto a divisão por dX ou dY poderiam manter a integridade da relação. Por 
razões análogas, a igualdade (1) absolutamente não implica na (2), somente 
podendo ter significado matemático esta última se forem conhecidas, através 
das correspondentes funções derivadas, as definições dos três diferenciais 
envolvidos. Estendendo a linha de raciocínio até aqui tomada conclui-se que, se 
A = a(X, Z), B = b(X, Z) e se existir a equação diferencial dY =AdX + BdZ, então 
ou X = x(W), Y = y(W) e Z = z(W) existem e são diferenciáveis, ou Y = y(X, Z) 
existe e é diferenciável, ou ambas as condições são satisfeitas (nos dois últimos 
casos, a equação diferencial é denominada exata, sendo portanto inexata 
quando apenas a primeira condição ocorrer). Logo, se na equação (2) tivermos 
dQ = TdS, = å = F Y J dW j 1 jd j , T = t(S,Y1,...,YJ ), F j = fj (S,Y1,...,YJ ) para j 
= 1,..., J e U = (S,Y1,...,YJ ) diferenciável, ela será uma equação diferencial 
exata, independentemente da denominação ou significado físico das variáveis e 
funções recém-propostas. Entretanto, se a equação (2) não for exata, ela não 
poderá ser postulada a menos que,conjuntamente, seus três diferenciais sejam 
definidos em termos de W. Note-se entretanto que: (a) a equação (2) costuma 
ser proposta antes de qualquer discussão sobre a segunda lei e (b) se a única 
alteração na forma da apresentação fosse a reversão da ordem em que as duas 
leis são tradicionalmente propostas (persistindo, portanto, a omissão da 
definição dos diferenciais), a condição dQ = TdS seria necessária para a validade 
da equação (2). Surge então, a interpretação de que dU é um diferencial exato 
mas dW e dQ não são (sendo por causa disto em alguns livros16,17,18, mas 
não em todos os que adotam essa opinião19,20, até anotados através da 
substituição do símbolo “d” por grafias que variam de um para outro texto), ou a 
suposição de que dW e dQ são intervalos finitos enquanto que dU é um 
diferencial (neste caso omite-se o símbolo “d” salvo antes da letra U 21,22). De 
fato, equações diferenciais exatas e inexatas realmente existem conforme já 
afirmado, mas exclusivamente para o uso da visão estática da termodinâmica 
clássica criaram-se diferenciais exatos e inexatos10, 23 e até desencontradas 
representações gráficas para estes últimos. Entretanto, mesmo que se deseje 
19 
 
criar essa distinção, isto absolutamente não evita a exigência de que os 
diferenciais da equação inexata sejam definidos, sem o que ela perde seu 
significado matemático. Sob este aspecto tal criação é, portanto, completamente 
inócua. Por outro lado, a subtração de dois valores finitos positivos e bem 
determinados sempre produz um real bem definido (que evidentemente só será 
zero se os dois valores forem iguais), nunca um diferencial (que, conforme já 
lembrado, corresponde a um real indeterminado, o qual mantém uma relação 
bem definida com pelo menos outro real indeterminado). Os livros didáticos 
sobre termodinâmica geralmente não apenas são, sob o aspecto matemático, 
profundamente diferentes daqueles de eletromagnetismo, mecânica, 
hidrodinâmica ou elasticidade por exemplo, como também da termodinâmica 
gibbsiana, tanto na sua parte estatística quanto naquela não estatística, esta 
última previamente publicada, durante décadas, com a mesma exatidão 
matemática característica de Gibbs. O contraste torna-se ainda mais intenso 
naqueles livros que, de acordo com a tendência talvez predominante entre 
químicos dedicados às áreas de mecânica quântica, espectroscopia ou 
termodinâmica estatística, enfocam a físico-química a partir da visão 
microscópica, para daí explicar o mundo macroscópico. Estes últimos textos 
17,18 usam um linguajar necessariamente simplificado mas exato em suas 
respectivas partes iniciais, mas capitulam ao chegar, já na metade do livro ou 
após isso, à visão estática da termodinâmica clássica. Fato semelhante ocorre 
também em textos de mecânica de meios contínuos ou de ciência dos materiais 
destinados a físicos ou engenheiros, onde nos capítulos iniciais usam-se campos 
tensoriais, jacobianos etc., mas no capítulo de termodinâmica todo este arsenal 
é desprezado, optando-se por uma pseudo-matemática reservada 
exclusivamente para este capítulo. 
 
Na Primeira Lei da Termodinâmica, usamos conceitos como energia interna, 
calor e trabalho, que são pertinentes ao âmbito das máquinas térmicas 
(aplicações tecnológicas de fundamental importância para a Termodinâmica). 
Imagine uma máquina movida a vapor, quando o fluido de trabalho dessa 
máquina (o vapor d'água) recebe calor de uma fonte externa, duas conversões 
de energia são possíveis: o vapor pode ter a sua temperatura acrescida em 
20 
 
alguns graus ou, ainda, pode expandir-se e mover os pistões dessa máquina, 
realizando, assim, certa quantidade de trabalho. 
"A variação da energia interna de um sistema termodinâmico corresponde à 
diferença entre a quantidade de calor por ele absorvida e a quantidade de 
trabalho que esse sistema realiza." 
 
Precisamos nos atentar para algumas regras de sinais: 
• ΔU – será positivo, se a temperatura do sistema aumentar; 
• ΔU – será negativo, se a temperatura do sistema diminuir; 
• Q – será positivo, se o sistema absorver calor do meio externo; 
• Q – será negativo, se o sistema ceder calor ao meio externo; 
• τ – será positivo, se o sistema se expandir, realizando trabalho sobre o 
meio externo; 
• τ – será negativo, se o sistema se contrair, recebendo trabalho do meio 
externo. 
 
 Taxa de energia do escoamento 
 Wa = HP *A/F*BSFC/60 
4.2 - Tipos de perdas existentes nos turbocompressores 
A principal perda se da por conta do atrito das peças no interior do 
turbocompressor, superfície interna com rugosidades e estriados, causando 
assim turbulência no interior da turbina,e principalmente pelo fluxo de ar, que em 
modelos monofluxo tem perdas significativas de rendimento em baixas rotações. 
Proposta de parâmetro de eficiência para o turbocompressor 
Π = P2c/P1c 
21 
 
 
5 METODOLOGIA DE PROJETO E FABRICAÇÃO 
 
5.1 Peças, componentes e recursos de fabricação disponíveis 
 
Para construção do protótipo foram usados: 
● Mdf (40x40x18); 
● Acrílico 2 mm (40x40) 
● 1 eixo para carrinho de cartuchos de impressora; 
● 2 hélices de secador de cabelo; 
● 16 cantoneiras de metal; 
● 24 parafusos (3,5x2); 
● 8 parafusos médios; 
● 10 cm de haste de cobre 3/4″ para fabricação de 2 buchas de 2,5 cm cada; 
● Furadeira; 
● Parafusadeira; 
● Brocas para madeira e para metal; 
● 5 anéis elásticos; 
● Cola silicone preta; 
● 1 cerra parra cano; 
● Massa plástica; 
● Lixas para madeira; 
● Hastes de madeira 
● Cano de 40 mm para conectar a bancada de teste. 
 
 
Tabela 1 Custos do projeto 
Custo do projeto R$ 
Mdf 40,00 
Parafusos 5,00 
Hélices 60,00 
Massa plástica 35,00 
Acrílico 20,00 
22 
 
Anel elástico 9,00 
Haste de cobre 18,00 
Cantoneiras 3,00 
Cola silicone preto 22,00 
Total 212,00 
 
 
5.2 Critérios de dimensionamento e memorial de cálculo resumido 
 
Para o desenvolvimento do protótipo levamos em consideração que o formato e 
tamanho das hélices de secadores de cabelo proporcionaram maior eficiência 
que os modelos de hélices para coolers de computadores, sabendo que a maior 
proximidade das pás da turbina ao sistema ao qual foi instalada proporcionaria 
um melhor aproveitamento do fluxo de ar gerado pela bancada de teste, assim 
proporcionando uma maior rotação ao eixo e por sua vez, garantirá a eficiência 
do compressor, que também seguiu o mesmo processo de montagem citado 
acima. 
 
5.3 Descrição do processo de fabricação 
A montagem do projeto foi pensada para diminuir ao máximo as perdas de 
cargas geradas por atrito, sendo assim optamos por construí-lo com uma entrada 
de ar no meio da caixa e uma saída posicionada na lateral, para gerar um maior 
aproveitamento das pás e facilitar a entrada e saída do fluxo de ar, as paredes 
das câmaras do sistema foram revestidas por massa plástica a fim de reduzir a 
porosidade da madeira, e com isso reduzir o atrito gerado nas paredes internas 
do protótipo. 
Para o sistema de ligamento das câmaras foram usadas hastes de madeira para 
suporte, cantoneiras de metal e parafusos para fixação das caixas as hastes, o 
sistema foi ligado por meio de um eixo central e um eixo de apoio, sendo este 
último usado apenas para manter a hélice do compressor centralizada, para uma 
melhor eficiência na rotação do eixo foram utilizados buchas de cobre com 
23 
 
diâmetro interno ligeiramente maior que o diâmetro externo do eixo, 
possibilitando assim que o mesmo gire livremente sem sofrer grandes perdas de 
velocidade. A fixação das buchas se deu por um furo concêntrico de igual 
diâmetro em relação à medida externa das buchas, para sua fixação foi usada 
cola de silicone preta assim como para a fixação das hélices aos eixos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Imagens apenas para exemplo 
24 
 
5.4 Valores medidos e calculados 
Tabela de dados obtidos no experimentoGrup
o 
P0 [KPa] Delta 
P [Pa] 
dotm [Kg/s] V0 
[m/s] 
dotEf 
[W] 
Média 
1 85 145 0,0069035
42 
5,63 0,6376 1,068
8 
85 430 0,0118883
66 
9,69 1,5 
2 100 190 0,0079025
05 
6,44 0,8754 0,437
7 
3 375 246 0,0089919
84 
7,33 3,2773 4,493
3 
340 684 0,0149939
48 
12,2
2 
5,7094 
4 0 70 0,0047966
38 
3,91 0,0367 0,032
9 
0 60 0,0044408
24 
3,62 0,0291 
5 4 148 0,0069745
92 
5,69 0,1378 0,140
8 
3 158 0,0072063
69 
5,87 0,1438 
6 0 6 0,0014043
12 
1,14 0,0000
9 
0,001 
 0 7 0,0015168
3 
1,24 0,0012 
7 O ar da turbina foi jogado no soprador 
8 157 305 0,0100123
93 
8,16 1,7486 1,753
4 
155 312 0,0101266
37 
8,25 1,7581 
9 156 307 0,0100451
66 
8,19 1,7475 1,758 
154 317 0,0102074
58 
8,32 1,7685 
10 108 170 0,0074750
21 
6,09 0,8655 0,813
3 
80 200 0,0081077
99 
6,61 0,761 
11 25 50 0,0040538
99 
3,3 0,1134 0,113
7 
27 46 0,0038883
64 
3,17 0,114 
12 90 200 0,0081077
77 
6,61 0,834 0,417 
 
 
25 
 
Gráfico (Media x Grupo) obtido no experimento 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Média x Grupo
26 
 
6 CONCLUSAO 
Com a análise dos componentes e sistemas afetados se conclui que a adaptação 
de um turbocompressor em um automóvel nacional é possível. Existe um 
mercado de peças para troca e reposição, apesar deste mercado estar em 
processo de consolidação. Em relação à durabilidade haverá alguma perda em 
durabilidade, e esta está ligada à maneira no qual o motor é operado já que este 
passa a estar mais suscetível ao mau uso, e não ao ganho de potência em si, 
dado ganhos de potência moderados, ou seja, até 80% sobre o original. O ganho 
esperado de 60 a 80% se concretizou, com pressão positiva no coletor ao redor 
de 0,6bar. A correlação de ganho está ao redor de 1:1, ou seja, para 1,0bar de 
pressão se consegue 100% a mais de potência, no intervalo de 0 a 100%. Dentre 
as diferentes metodologias para a alimentação do motor sob as novas condições, 
a que se obteve melhores resultados foi a instalação de um bico injetor de 
combustível suplementar que só é acionado ao haver pressão positiva no coletor, 
controlado por um controlador externo, independente da ECU do motor, e com 
os quatro bicos injetores de combustível originais trocados por modelos com 
maior vazão, para compensar a utilização de álcool como combustível. O uso do 
Inter cooler é recomendado para pressões no coletor acima de 0,6bar no coletor. 
Durante a elaboração deste estudo o veículo rodou por 15mil km com 
turbocompressor instalado sem apresentar problemas relacionados à instalação 
do turbocompressor. Dentre as diferentes configurações para o caso estudado 
com motor com turbocompressor adaptado, a mais representativa se obteve com 
65% de ganho de potência sobre a potência do motor original com uso de um 
bico monoponto extra controlado por um controlador de bico suplementar e 
quatro bicos multiponto, sem Inter cooler trabalhando com 0,6bar de pressão no 
coletor de admissão. Sob esta configuração o veículo, um GM Corsa Hatch 1,6L 
8v ano 1996 efetuou a medição de 0 a 100km/h em 7,8s, ou seja, abaixo dos 
8,0s conforme objetivo do estudo. Neste caso o gasto para a modificação do 
motor para atingir está configuração foi de o veículo manteve uma boa 
dirigibilidade, sem falhas ou funcionamento irregular em condução normal. Para 
a partida a frio e durante a fase de aquecimento do motor, o motor apresentou 
funcionamento irregular. É recomendada a instalação de um sistema de partida 
27 
 
a frio, e o aquecimento do motor, para este atingir sua faixa de temperatura 
normal e funcionar sem falhas. 
 
6.1 Dificuldades e facilidades encontradas no desenvolvimento do trabalho 
 
Podemos definir que para a construção de um turbocompressor, um ponto muito 
importante é a escolha do tipo de material a ser usado, qual deve ser o ideal para 
que esteja de acordo com as normas do projeto e aquele que teria um melhor 
escoamento, suas dimensões devem ser proporcional à hélice comprada uma 
das primeiras escolhas feitas, pois ela seria a base de tudo, uma hélice bem 
definida poderia dar uma grande vantagem, o restante da estrutura seria 
construída de acordo com essas hélices, outro material a ser escolhido seria o 
eixo a qual se estivesse torto deixaria todo o projeto desalinhado provocando 
atrito da hélice com as laterais da parede de madeira tendo perda de 
desempenho, as laterais das paredes devem ser o mais liso possível para 
facilitar o seu escoamento. 
Depois de todos os materiais selecionados era só montar, uma das partes mais 
fácil e bem simples, porém bastante delicado, pois um furo errado poderia 
comprometer todo o projeto e seria necessário trocar a peça danificada ou até 
mesmo ter que refazer o trabalho, os materiais são de fácil acesso, apenas as 
hélices que teria que comprar em sites específicos, pois não se encontra em 
nossas cidades, porém o restante seria facilmente encontrado. 
6.2 Sugestões de trabalhos futuros 
 
Os turbocompressores podem ser usados em aviões que eram movidos a 
pistões como de automóveis com o propósito de não ocasionasse um excesso 
de combustível quando esses aviões tentassem voar mais alto, que ocorria o 
problema da mais baixa massa específica do ar, onde é possível corrigir isso 
com um turbo compressor compacto que permite a captação do disperso e 
rarefeito ar atmosférico encontrado nas altitudes mais elevadas, é um dos 
benefícios encontrados por esse equipamento, também encontrados em 
instalações de automóveis, e a estudos para a indústria automobilística para à 
28 
 
utilização de turbos compressores em seus projetos, devido à inerente vantagem 
deste sistema ao regenerar parte da energia térmica e cinética que vai ser 
descartada no escapamento, estudo como estes nos garantira uma melhor 
economia de combustíveis e diminuições de gases na atmosfera. Existe 
atualmente, grande dificuldade no dimensionamento correto de 
turbocompressores para aplicação em motores de combustão interna do ciclo 
Otto. Diversos proprietários procuram uma solução para seus elevados gastos 
com combustível do veículo e falta de potência. Visando melhores resultados, 
muitos optam pela utilização de um turbocompressor. Esse equipamento, capaz 
de proporcionar um aumento de potência significativo e uma possível redução 
do consumo específico do veículo, vem se tornando cada vez mais popular. 
Muitas pessoas optam pela compra de carros que já utilizam esse sistema, 
enquanto outras adaptam seus próprios automóveis para utilização de turbo. 
Entretanto, muita discussão ocorre sobre qual o mais adequado para cada 
automóvel, qual o tamanho ideal, e quais resultados serão obtidos e para isso, 
muitos cálculos devem ser realizados. É importante levar em consideração as 
dificuldades envolvendo a utilização de um turbocompressor. Diferente de um 
veículo com um motor mais potente, o veículo com motor sobrealimentado pode 
oferecer problemas como o atraso na resposta, ou turbo lag, oferecendo bons 
resultados apenas a partir de uma certa velocidade de rotação. Ainda, caso o 
turbocompressor não venha de fábrica, serão necessárias várias adaptações e 
ajustes após a instalação desse equipamento. Um motor sobrealimentado irá 
requerer uma complexidade maior da central eletrônica do veículo. Tendo em 
vista sua popularidade e as possíveis dificuldades da sua instalação, esse 
projeto visa facilitar a utilização do turbocompressor. Através da facilitação dos 
cálculos, utilizando o programa criado na ferramenta Excel, e o maior 
entendimento dos mapas de compressores e turbinas, é possível, através das 
informações aqui apresentadas, selecionar de maneira relativamente simples e 
rápida, um conjunto turbocompressor conveniente para diferentes tipos de 
aplicações. Dessa forma, o projeto atingiu o seu objetivo, ao fornecer uma 
ferramenta capaz de garantir que pessoas possam fazer oseu próprio 
dimensionamento de turbocompressor, para as suas necessidades específicas, 
de maneira simplificada. Os resultados que podem ser adquiridos através desse 
estudo se assemelham aos projetos realizados por preparadores de veículos. A 
29 
 
consideração de alguns valores aproximados e médios, ao invés de valores 
específicos de cada motor, em cada velocidade de rotação e a não realização 
de testes, fazem com que os resultados obtidos sejam estimativas da realidade. 
Para se trabalhar com motores específicos, utilizando todas as suas 
especificações e detalhes, algumas alterações devem ser feitas nos cálculos, 
reduzindo-se o número de aproximações, bem como alguns testes devem ser 
realizados. Assim, para dar continuidade a esse trabalho, o próximo passo é uma 
aplicação real em um automóvel através dos cálculos realizados com essa 
metodologia. Com isso seria possível visualizar na prática o ganho de potência, 
a redução do consumo de combustível, a diminuição da emissão de poluentes e 
possíveis problemas práticos de adaptação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
30 
 
7 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 
 
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