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UNIDADE 6
SISTEMA DE SUPERALIMENTAÇÃO
6.1 	– 	INTRODUÇÃO 
6.2 	– 	FINALIDADE DA SUPERALIMENTAÇÃO 
6.3 	– 	TIPOS DE UNIDADES DE SUPERALIMENTAÇÃO 
6.4 	– 	FUNCIONAMENTO DE UMA UNIDADE TURBOCOM​PESSORA
6.5 	– 	IMPORTÂNCIA DO RESFRIADOR DE AR NO PROCESSO DE SUPERALIMENTAÇÃO 
6.6 	– 	A LUBRIFICAÇÃO DOS TURBOCOMPRESSORES 
6.7 	– 	PROCESSOS DE SUPERALIMENTAÇÃO 
6.8 	– 	MÉTODOS DE LIMPEZA DA TURBINA 
6.9 	– 	EXERCÍCIOS PROPOSTOS
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UNIDADE 6
SISTEMA DE SUPERALIMENTAÇÃO
6.1 – INTRODUÇÃO
	Estamos outra vez com você, desta feita para tratarmos de um processo de alimentação de ar simples e inteligente, que permitiu aumentar consideravelmente a potência dos motores Diesel. Estamos tratando do processo de superalimentação, sobrealimentação ou supercarregamento.
De acordo com o processo de alimentação de ar, o motor Diesel pode ser classificado como: de aspiração natural ou superalimentado. 
	
O motor de aspiração natural é aquele que aspira o ar nas condições em que ele se encontra na atmosfera; ou seja, na pressão e temperatura que nós, seres humanos, aspiramos. Nesse caso, entre o filtro de ar e a válvula de aspiração do motor só existe um pequeno conduto ou coletor, como mostra a figura 6.1. Assim, a densidade do ar admitido no cilindro é aproximadamente igual à do ar ambiente, já que ele entra na máquina devido ao vácuo provocado pela descida do êmbolo. Por sua vez, o motor superalimentado é aquele em que o ar aspirado da atmosfera ambiente é comprimido antes de ser enviado ao cilindro. Essa compressão, na maioria das vezes, é feita por meio de um compressor rotativo acionado por uma turbina, como mostra a figura 6.2. O conjunto formado por essas duas máquinas é denominado turbocompressor. Quando esse dispositivo é usado, os motores superalimentados são também denominados de turboalimentados ou turbocarregados.
O turbocompressor é constituído de uma turbina e de um compressor rotativo, ambos de simples estágio, acionados por um mesmo eixo. Os gases de descarga do motor, atuando na roda empalhetada da turbina, fazem girar o eixo comum à turbina e ao compressor que é do tipo centrífugo. Assim, a turbina reaproveita uma parte da energia cinética contida nos gases de descarga do motor que seria perdida na atmosfera. Através de um filtro, o ar aspirado da atmosfera ambiente é comprimido no compressor rotativo antes de ser enviado aos cilindros. Ora, isso nos permite dizer que um motor é superalimentado quando o ar admitido nos seus cilindros encontra-se numa pressão superior àquela em que ele se encontra na atmosfera. Nesse caso, a sua densidade é maior do que a do ar que trabalha nos cilindros dos motores de aspiração natural.
Certamente você deve estar se perguntando: mas para que se aumenta a pressão do ar? É muito simples. Para aumentar o seu peso. Quando você vai aumentando a pressão do ar dentro de um mesmo cilindro, o peso desse ar também vai aumentando, porque ele vai ficando mais denso. Com isso podemos enviar mais combustível para ele, obtendo assim uma combustão mais violenta. Essa combustão mais violenta faz com que uma força muito maior atue sobre o êmbolo, resultando num considerável aumento da potência do motor.
Será que você já ouviu falar em razão estequiométrica? Pois se ainda não ouviu, saiba que ela trata de uma relação entre a massa de ar necessária à combustão completa de uma unidade de massa do combustível. Por exemplo: se dissermos que para queimar completamente 1 grama de um determinado combustível precisamos de 17 gramas de ar, estaremos falando da referida razão estequiométrica. Existe, portanto, na combustão, uma relação entre as massas de ar e de combustível. É por isso que, aumentando a massa de ar, podemos aumentar a massa de combustível, conseguindo assim mais potência. Mas lembre-se: a razão estequiométrica varia entre os diferentes tipos de combustível.
AGORA VOCÊ COMPREENDEU?
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6.2 – FINALIDADE DA SUPERALIMENTAÇÃO	
Depois de tudo que já foi explicado, fica fácil concluir que a finalidade da superalimentação é aumentar a potência do motor, sem aumentar consideravelmente o seu tamanho. É lógico que, para que isso seja possível, as peças do motor precisam ser mais resistentes para suportar as maiores pressões e temperaturas de trabalho.
Dependendo da pressão do ar de superalimentação, consegue-se hoje aumentar a potência do motor Diesel em até mais de 50%. Este fato consagrou definitivamente a máquina Diesel como a preferida na propulsão dos navios mercantes, principalmente os de médio e de grande porte, onde é extremamente importante instalar grandes potências no menor espaço físico possível.
 
O sucesso da superalimentação foi tamanho que, hoje em dia, os únicos motores Diesel não sobrealimentados são aqueles em que a potência é tão pequena que não justifica o custo da instalação de um dispositivo de superalimentação. 
Quando comparamos dois motores de mesma potência, sendo um de aspiração natural e o outro superalimentado, podemos garantir que o segundo apresenta, pelo menos, as seguintes vantagens em relação ao primeiro:
menor volume;
menor peso;
maior rendimento;
menor preço.
6.3 – TIPOS DE UNIDADES DE SUPERALIMENTAÇÃO
Você já sabe que a superalimentação é obtida, na maioria das vezes, por um dispositivo turbocompressor que aproveita a energia cinética contida nos gases de descarga do próprio motor para realizar trabalho. Há, entretanto, outros dispositivos em uso para a obtenção da superalimentação. Esses dispositivos utilizam parte da potência do motor para acionar, mecanicamente, um compressor do tipo de lóbulos ou de palhetas, como mostra a figura 6.3. 
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É um sistema simples, aplicado normalmente em motores Diesel de dois tempos de pequeno porte. No caso da figura, trata-se de um modelo antigo do motor GM tipo 71, com janelas de admissão e válvulas de descarga na cabeça. Por sua extraordinária simplicidade, o funcionamento do sistema dispensa grandes comentários. Observe que o momento representado na figura é o da lavagem do cilindro, pois tanto as janelas de admissão quanto a válvula de descarga encontram-se abertas.
6.4 - FUNCIONAMENTO DE UMA UNIDADE TURBOCOMPRESSORA
Os maiores fabricantes de unidades turbocompressoras para motores marítimos são: A Brown Boveri, a Mitsubishi e a Napier. Há, entretanto, fabricantes de motores, como a MAN, que produzem os seus próprios modelos.
Vejamos agora, com alguns detalhes, a constituição e o funcionamento de uma unidade da Brown Boveri, atentando para a figura 6.4. As principais partes do conjunto são: carcaças do compressor e da turbina, rotor e mancais do compressor e da turbina.
COMO FUNCIONA A UNIDADE BROWN BOVERI?
Os gases de descarga dos cilindros do motor Diesel entram na carcaça da turbina pelo canal (1). Essa carcaça possui espaços ocos denominados jaquetas, destinados à circulação da água de resfriamento. Passando pelo expansor (2), os gases atuam nas palhetas (3) da roda da turbina e movimentam o eixo (4). Em seguida, os gases são descarregados para o exterior da carcaça pelo canal de descarga (5), ao qual é conectada a tubulação de descarga do motor (que não aparece na figura). A carga de ar entra no compressor através do filtro silencioso (6), sendo, então, comprimida pelo impelidor (7). Daí o ar flui através do difusor (8), seguindo para o motor pelo conduto de saída (9).As câmaras de gás e de ar são separadas por uma antepara isoladora (10). Para impedir a passagem de gases para o lado do reservatório de óleo lubrificante da turbina, um suprimento de ar comprimido é enviado pelo canal “x” para o selo tipo labirinto do rotor. O rotor da unidade turbocompressora é sustentado pelos mancais (11) e (12), sendo um situado no compressor e o outro na turbina. Esses mancais tanto podem ser de rolamento quanto de deslizamento, embora os de rolamento sejam os mais usados. Eles são facilmente acessados pelas extremidades do compressor e da turbina, e são instalados commolas amortecedoras de vibração. A unidade funciona em altíssimas velocidades, sobretudo nos motores rápidos de 4 tempos, onde podem chegar às 100.000 rpm. 
O desenho básico dos turbocompressores mudou muito pouco desde a sua concepção. Apesar disso, os fabricantes de turbocompressores vêm introduzindo constantes aperfeiçoamentos visando melhorar a sua performance. Entre as alterações mais significativas, destacam-se: melhoria no desenho do indutor do compressor, melhoria no ajuste do ângulo das palhetas da turbina, otimização do formato do invólucro do compressor, eliminação do aro amortecedor de vibrações e eliminação do sistema de resfriamento por água. 
Com relação a esse particular, você deve saber que as turbinas dos motores de porte muito pequeno não possuem o referido sistema de resfriamento. O resfriamento por água baixa consideravelmente a temperatura da carcaça da turbina, mas apresenta as seguintes desvantagens:
o resfriamento dos gases de descarga reduz a eficiência da turbina;
o custo de construção da carcaça com jaquetas para água de resfriamento é maior do que o das que não possuem essas câmaras d’água.;
há possibilidade de remoção de material quando as câmaras são limpas; 
problemas podem ocorrer em caso de derrame de água no espaço do gás, causado por defeitos de fundição ou ruptura das paredes das jaquetas.
6.5	–	IMPORTÂNCIA DO RESFRIADOR DE AR NO PROCESSO DE SUPERALIMENTAÇÃO
	Durante o processo de compressão, a temperatura do ar se eleva bastante, principalmente nos sistemas em que a pressão de sobrealimentação é elevada, como no caso dos modernos motores marítimos de médio e de grande porte. Nesses casos, torna-se necessária a instalação de um resfriador logo após o compressor, para permitir a redução da temperatura do ar e o conseqüente aumento da sua densidade. Esse resfriador é normalmente do tipo de feixe tubular, sendo circulado por água salgada. A figura 6.5 mostra um sistema de superalimentação onde aparece o resfriador, e também um outro elemento denominado caixão de ar, que armazena grandes quantidades, principalmente quando o motor funciona com cargas elevadas. Nos regimes de baixas cargas, como o de manobras do navio, o rendimento da unidade turbocompressora cai tanto que se torna indispensável fornecer ao motor uma quantidade adicional de ar para o seu bom funcionamento. Nesse caso, os fabricantes de motores utilizam um dos seguintes arranjos:
Um soprador auxiliar acionado por motor elétrico, que entra automaticamente em funcionamento, sempre que o valor da pressão do ar no caixão torna-se demasiado baixo para o bom funcionamento do motor. Quando a pressão atinge um valor adequado, que corresponde a aproximadamente 75% da carga do motor, o soprador é retirado automaticamente de funcionamento. 
Bombas de ar conectadas em série com o turbocompressor.
Nos motores com cruzeta dotados de janelas de admissão e janelas de descarga, os espaços existentes entre as partes inferiores dos êmbolos e o diafragma podem ser dotados de válvulas de sucção e de descarga, e, nesse caso, os êmbolos atuam também como se fossem bombas alternativas nas baixas velocidades do motor. Nas altas velocidades, entretanto, a ação de bombeamento reduz a eficiência mecânica do motor. Por isso, o sistema dispõe de uma válvula borboleta que abre e aumenta o volume do espaço livre, diminuindo a carga das bombas, o que aumenta a eficiência mecânica e reduz o consumo de combustível do motor.
	Um fato interessante, que a figura 6.5 faz lembrar, é que nos motores superalimentados de 4 tempos ocorre um breve período de lavagem durante o cruzamento de válvulas. Você lembra que o cruzamento de válvulas é o período em que as válvulas de admissão e de descarga encontram-se simultaneamente abertas não? Pois é! A lavagem acontece porque a pressão do ar de superalimentação é bem superior à do gás no interior do cilindro, no momento do cruzamento de válvulas. Assim, além de remover parte dos gases residuais do ciclo anterior, o ar da superalimentação efetua também um resfriamento adicional no êmbolo e nas paredes da câmara de combustão.
6.6 – A LUBRIFICAÇÃO DOS TURBOCOMPRESSORES
	A lubrificação dos mancais da unidade turbocompressora pode ser feita sob pressão ou por gravidade. A unidade da figura 6.4 utiliza o método sob pressão. Observe naquela figura as bombas (14) e (15) instaladas em ambas as extremidades do rotor da unidade. Essas bombas aspiram o lubrificante dos pequenos reservatórios existentes nas carcaças do compressor e da turbina, e o enviam para os mancais do rotor, de onde retornam para os seus respectivos reservatórios. O resfriamento do lubrificante é garantido pelo próprio ar induzido que passa por fora do reservatório na carcaça do compressor e pela água de resfriamento que circula nas jaquetas da carcaça da turbina. Nas unidades que utilizam mancais de deslizamento o suprimento de óleo é maior, e o lubrificante pode ser suprido pelo próprio sistema de lubrificação principal do motor, ou por um outro sistema independente. Os reservatórios de lubrificante do lado da turbina e do compressor são equipados com visores de vidro, bujões de dreno e bujões de enchimento.
O método de lubrificação por gravidade, como o próprio nome sugere, é aquele em que o óleo lubrificante chega aos mancais do turbo compressor por ação da força da gravidade, muito embora o sistema necessite de uma bomba para conduzir o lubrificante do tanque de armazenamento, situado num plano inferior na praça de máquinas, para o tanque de gravidade que se encontra num plano bem elevado. Observe como funciona o sistema, atentando para a figura 6.6.
Qualquer uma das bombas (2) aspira o óleo lubrificante do tanque de armazenamento (1) e o envia para o tanque de gravidade (4), passando antes pelo resfriador (3) onde cede parte do calor absorvido nos mancais dos turbocompressores para a água de resfriamento, cujo circuito não aparece na figura. Do tanque de gravidade (4), que fica num plano bem elevado na praça de máquinas, o lubrificante flui para os mancais dos turbocompressores (6). Depois de lubrificar os mancais das unidades de superalimentação, o lubrificante retorna para o tanque de armazenamento (1), passando antes pelos visores situados nas tubulações de saída de cada unidade. Repare que existe uma linha de retorno ( ou tubo ladrão) comunicando o tanque de gravidade com o de armazenamento. O débito de qualquer uma das bombas (2) tem de ser superior à demanda do lubrificante do tanque de gravidade para os mancais, de maneira que com o motor em funcionamento o lubrificante esteja sempre transbordando pela linha de retorno, o que pode ser observado de vários pontos da praça de máquinas pelo visor instalado na referida linha. A capacidade do tanque de serviço deve ser suficiente para armazenar uma certa quantidade de lubrificante e todo o conteúdo do tanque de gravidade. Se houver um problema no funcionamento das bombas (2), o tanque de gravidade pode suprir por um bom tempo o lubrificante para os mancais dos turbocompressores, sem que haja risco de danos para os mancais. Esta hipótese inclusive é um tanto remota, pois uma das bombas é reserva da outra e fica sempre pronta para entrar automaticamente em funcionamento no caso de haver problemas com a que estiver operando.
6.7 – PROCESSOS DE SUPERALIMENTAÇÃO
	No item 6.5 desta unidade de ensino, tratamos de alguns arranjos utilizados pelo lado do ar para auxiliar o motor durante o seu funcionamento em baixas cargas. Faremos agora algumas considerações com relação ao processo de superalimentação pelo lado dos gases, em que distinguimos o sistema a pressão constante e o sistema por impulso.
	
No processo de superalimentação à pressão constante ( figura 6.7 ), todas as seções de descarga dos cilindros são curtas e descarregam em um tubulão de grande diâmetro que se estende ao longo de todo o comprimento do motor, com o propósito de reduzir as pulsações de pressão a um mínimo em uma dada carga. Osistema permite o escoamento do gás para a turbina a uma pressão praticamente constante. A carcaça da turbina é construída de tal maneira que todo o gás de descarga do tubulão é admitido nela por meio de uma única entrada. Para uma operação eficiente, a pressão do ar na descarga do motor deve ser ligeiramente superior à dos gases na saída dos cilindros do motor.
OBSERVAÇÃO IMPORTANTE:
Hoje em dia, praticamente todos os motores modernos de dois tempos e baixa velocidade utilizados na propulsão dos navios de médio e grande porte são equipados com o sistema de superealimentação a pressão constante. 
Comparado com o sistema por impulso, as principais vantagens do processo à pressão constante são: o arranjo simplificado da tubulação de descarga e a maior eficiência nos regimes de cargas altas. A principal desvantagem é que nas baixas cargas do motor o sistema necessita do auxílio de um soprador de ar ou de bombas sob os êmbolos, como as já descritas anteriormente.
	No processo por impulso ( figura 6.8 ), os gases de descarga fluem dos cilindros do motor e de forma pulsada são guiados para a turbina por tubulações estreitas e compridas. A turbina é construída de tal maneira que os gases sejam nela admitidos no mínimo por duas entradas.
Há ainda outros processos em uso mas que, em última análise, são variações do processo por impulso.
É IMPORTANTE QUE VOCÊ SAIBA QUE O SOPRADOR AUXILIAR ACIONADO POR MOTOR ELÉTRICO PODE APARECER TANTO NO SISTEMA POR IMPULSO QUANTO NO A PRESSÃO CONSTANTE. AFINAL, ELE PODE AJUDAR TAMBÉM NO FORNECIMENTO DE AR EM CASO DE AVARIA NO TURBOCOMPRESSOR.
6.8 – MÉTODOS DE LIMPEZA DA TURBINA 
 
A limpeza das palhetas da turbina pode ser feita com o motor em funcionamento ou parado para desmontagem completa da unidade turbocompressora. 
Com o motor em funcionamento, a limpeza dos resíduos carbonosos que se acumulam nas palhetas da turbina é quase sempre feita com água ( daí o termo “lavagem” muito utilizado a bordo ). A água é enviada por meio de um aparelho especial que consta de um tubo pulverizador que passa no interior da câmara de gás. A extremidade do tubo que fica para fora recebe conexões flexíveis de água e ar comprimido, ligadas a partir dos pontos de suprimento, um dos quais encontra-se no lado do compressor. Uma torneira automática é instalada no tubo para permitir o fluxo de água e ar atomizados para o interior do espaço de gás da turbina. Essa operação é feita com o motor em marcha reduzida, e a duração varia de 10 a 15 minutos. Durante a lavagem, as torneiras de dreno da carcaça da turbina devem ser abertas e mantidas assim, até que a água drenada do espaço de gás apresente-se limpa, quando, então, devem ser fechadas. Em seguida, a marcha de viagem do motor deve ser retomada lentamente.
Ultimamente alguns fabricantes vêm instalando arranjos em seus motores para injetar partículas de casca de noz moscada para proceder à limpeza das palhetas da turbina. As arestas afiadas das partículas de casca de noz quebrada permitem uma boa ação de limpeza no expansor e palhetas, sem danificar as lisas superfícies requeridas para a alta velocidade dos gases. Dessa maneira, garante-se também uma operação eficiente, com um mínimo de perdas na turbina.
Quando a unidade turbocompressora é desmontada para limpeza, deve-se ter o cuidado de sustentar o rotor nos cavaletes de madeira apropriados, girando-o de vez em quando por ocasião do banho. Esse procedimento é importante para garantir que todos os depósitos carbonosos sejam completamente removidos, uma vez que uma limpeza incompleta pode deixar o rotor desbalanceado, o que provocaria vibrações indesejadas durante o funcionamento do turbocompressor.
AGORA, VOCÊ PODERÁ AVALIAR A SUA APRENDIZAGEM REALIZANDO OS EXERCÍCIOS A SEGUIR. SE ALGUMA DÚVIDA SURGIR, RETORNE AO ASSUNTO MAL COMPREENDIDO E TENTE ESCLARECÊ-LA, CERTO?
6.9 – EXERCÍCIOS PROPOSTOS
I) Escreva certo ou errado de acordo com as afirmativas:
(____________)	Quanto ao processo de alimentação de ar, os motores Diesel podem ser classificados como de aspiração natural e superalimentados.
2) 	(____________)	Um compressor de lóbulos pode ser usado como dispositivo de superalimentação nos motores Diesel.
(____________)	O turbocompressor utilizado no processo de superalimentação é constituído por uma turbina e um compressor alternativo.
(____________)	O motor superalimentado não necessita de filtro de ar.
(____________)	Os mancais dos turbocompressores de superalimentação são lubrificados por salpico.
(____________)	Nem todos os turbocompressores utilizados na superalimentação de motores Diesel possuem jaquetas para circulação de água na carcaça da turbina.
(____________)	O resfriador de ar é utilizado tanto nos motores de aspiração natural quanto nos superalimentados.
(____________)	A limpeza da turbina da unidade turbocompressora de superalimentação só pode ser feita com o motor parado.
(____________)	O selo do rotor da unidade turbocompressora é do tipo labirinto.
(____________)	Tanto o sistema por impulso, quanto o a pressão constante apresentam apenas uma entrada de gases na turbina do superalimentador.
 
Assinale a única alternativa correta em cada item:
A pressão do ar admitido nos cilindros dos motores Diesel superalimentados é:
menor que a atmosférica.
igual à atmosférica.
superior à atmosférica.
igual à de injeção de combustível no cilindro do motor.
O dispositivo de superalimentação constituído por um compressor centrífugo e uma turbina denomina-se:
compressor de palhetas.
dispositivo compressor de lóbulos.
compressor alternativo.
turbocompressor.
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A densidade do ar admitido nos cilindros de um motor Diesel superalimentado é:
menor que a do ar atmosférico.
igual à do ar atmosférico.
superior à do ar atmosférico.
nenhuma das respostas acima.
O turbocompressor utilizado na superalimentação aproveita parte da energia cinética contida :
nos gases de descarga do motor.
no ar atmosférico.
no ar comprimido.
nos jatos de combustível introduzidos nos cilindros do motor.
A superalimentação em um motor Diesel tem por finalidade aumentar:
a potência do motor.
o tamanho do motor.
a velocidade do motor.
a pressão de injeção do combustível do motor.
O compressor de lóbulos utilizado como dispositivo de superalimentação em um motor Diesel é acionado:
por uma turbina a vapor.
por uma turbina a gás.
por um motor à gasolina.
pelo próprio motor Diesel.
Das condições ambientais até à admissão no cilindro de um motor superalimentado, o ar passa pelos equipamentos abaixo na seguinte ordem:
compressor – filtro de ar – caixão de ar – resfriador de ar.
filtro de ar – compressor – resfriador de ar – caixão de ar.
resfriador de ar – compressor – filtro de ar – caixão de ar.
filtro de ar – compressor – caixão de ar – resfriador de ar.
Em alguns motores Diesel marítimos, a limpeza da turbina da unidade compressora é feita com a injeção de partículas de casca de:
noz moscada.
amendoim.
castanha-do-pará.
arroz.
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Nos motores de quatro tempos superalimentados, ocorre um período de lavagem por ocasião do:
avanço à abertura da válvula de descarga.
atraso ao fechamento da válvula de admissão.
início da injeção do combustível.
cruzamento de válvulas.
10) Dos elementos abaixo, o que não pertence a um sistema de lubrificação por gravidade para turbocompressores de sistemas de superalimentação é o/a:
resfriador de óleo lubrificante.
bomba de óleo lubrificante.
visor de fluxo de óleo lubrificante.
centrifugador de óleo lubrificante.
	
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Fig. 6.2 - Turbocompressor
Fig. 6.1 – Motor de aspiração natural
Fig. 6.4 – Unidade Brown Boveri
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Fig. 6.3 - Motor GM tipo 71
Fig. 6.5 – Sistema de superalimentação
Fig. 6.6 - Método de lubrificação por gravidade
Fig. 6.7 – Processo de superalimentação 
Fig. 6.8 – Processo por impulso
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