Sobrealimentação de Motores de Combustão Interna Automotivos

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ISSN 18088449 1
 
XIX Encontro de Iniciação à Pesquisa 
Universidade de Fortaleza 
21 a 25 de Outubro de 2013 
Sobrealimentação de Motores de Combustão Interna Automotivos. 
Felipe Feitosa Nogueira 1* (IC), Edglê Cavalcante Mourão1 (IC), Lucas Nogueira Arcanjo de Oliveira (IC), Saulo 
Henrique dos Santos Esteves1 (PQ). 
1. Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia- IFCE – Curso de Engenharia Mecatrônica. 
arcebatus@gmail.com 
 
Palavras-chave: Motores de Combustão Interna, Turbo, Sobrealimentação. 
Resumo
O brasileiro passou a comprar mais e melhores automóveis. A principal técnica de aumento de potência 
para veículos automotores é a sobrealimentação, especialmente por turbocompressores. Parte-se da 
hipótese de que a sobrealimentação é uma tecnologia avançada, sendo pertinente seu uso em qualquer 
automóvel. Objetiva-se aqui comparar os motores atmosféricos em relação aos turbos. A metodologia 
adotada é um estudo bibliográfico sobre motores sobrealimentados, sua comparação com motores 
atmosféricos e um diagnóstico sobre sua aplicação. Foi descoberto que a introdução de ar com maior 
densidade permite que a potência máxima de um motor aumente, por conta de maior eficiência volumétrica. 
Assim funciona a sobrealimentação. O turbocompressor é o principal método de sobrealimentação. Ele é 
um compressor associado a uma turbina em seu eixo. Eles aproveitam parte da energia do vapor de 
exaustão do motor para acionar a turbina. A principal vantagem da sobrealimentação é a obtenção de 
maiores potências sem a necessidade de aumento da rotação e dimensões do motor. Como vantagem 
secundária se tem ainda: um motor menos espaçoso e pesado (para uma mesma potência), maior 
rendimento do motor e a geração de grandes potências por um baixo custo. É necessário arrefecer com um 
intercooler o ar inserido no motor para evitar que ele perca densidade pelo aumento da temperatura. São 
estudadas as desvantagens e pontos críticos do sistema turbo. Por fim, foi verificada a pertinência desses 
motores em carros esportivos ou onde haja a necessidade de grandes potências. Em carros populares, seu 
uso é dificultado por conta do custo. 
 
Introdução
Com a explosão do consumo, o brasileiro passou a comprar mais automóveis e a usar melhores 
tecnologias neles. A principal técnica de aumento de potência para veículos automotores é a 
sobrealimentação. Ela é feita por meio do aumento da eficiência volumétrica do motor. Há algumas técnicas 
de sobrealimentação: turbocompressores, compressores centrífugos, aumento do número de válvulas, 
dentre outras. 
Considerando a crescente demanda por motores turbo, é importante que haja pesquisas teóricas e 
experimentais em relação à sobrealimentação. Parte-se da hipótese de que a sobrealimentação é uma 
tecnologia mais avançada, sendo pertinente a sua aplicação em qualquer veículo automotor. O objetivo 
deste estudo é comparar os motores atmosféricos simples em relação aos motores turbo. 
 
Metodologia
A metodologia adotada nesta pesquisa é um estudo bibliográfico sobre aspectos do funcionamento de 
motores com sobrealimentação. Após essa coleta de dados, eles serão comparados em relação aos 
motores atmosféricos. Por fim, será dado um diagnóstico sobre a aplicação de motores sobrealimentados. 
 
 
Resultados e Discussão
A potência de um motor de combustão interna tem relação direta com a quantidade de combustível inserido 
em sua câmara de combustão. Por sua vez, a quantidade de combustível é limitada pela quantidade de ar 
inserido na mesma câmara, pois deve haver uma proporção adequada entre ar e combustível para que 
possa haver uma estequiometria aceitável na queima de mistura. Vale considerar que este processo é o 
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que gera a energia mecânica utilizada no funcionamento do motor para a movimentação do veículo e 
funcionamento dos sistemas auxiliares do automóvel. Foi descoberto que a introdução de ar com uma 
densidade superior à do ambiente permite que a potência máxima de um motor de dimensões fixas 
aumente, em virtude de uma maior eficiência volumétrica. Esse é o principio fundamental da 
sobrealimentação. Dentre os métodos de sobrealimentação, um dos mais importantes é a aplicação do 
turbocompressor. Este equipamento consiste em compressor associado a uma turbina em seu mesmo eixo. 
Eles aproveitam o restante da energia do vapor de exaustão do motor para acionar a turbina. Por sua vez, 
esta aciona o compressor que faz aumentar a densidade do fluido de entrada (ar) nos cilindros. Além disso, 
é possível associar técnicas de sobrealimentação. Por exemplo, é possível mudar o jogo de válvulas de 
admissão em um motor que já possua um sistema de turbo compressão. E é possível também uma 
sobrealimentação turbo em dois estágios, para os casos onde é necessária a geração de altíssimas 
pressões de aceleração. Neste caso, a segunda turbina de exaustão é ligada diretamente no virabrequim, 
permitindo uma pressão média efetiva ainda mais alta. A sobrealimentação pode ser usada em motores de 
4 ou 2 tempos e demandam sistemas especiais de exaustão de calor (PINTO & VALENTE, 2012). 
 
A sobrealimentação é ainda uma maneira de reaproveitar a energia liberada pelo motor de combustão 
interna. Se antes, o resíduo era liberado para a atmosfera, agora, ele será parcialmente aproveitado para 
aumentar a potência do motor que a gera. Nas figuras abaixo, pode-se perceber que o ciclo 
sobrealimentado se assemelha a um sistema fechado (figura 2), enquanto o motor atmosférico se parece 
com um circuito aberto (figura 1). 
 
Figura 1 – Esquema de um motor atmosférico. 
 
 
Extraída de: CEPRA (2000). 
 
Figura 2 – Esquema de um motor sobrealimentado 
 
 
Extraída de: CEPRA (2000). 
 
Hartman (2007) explica que: 
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O problema fundamental de um motor atmosférico simples é que o mecanismo que fornece 
potência também é o mesmo que alimenta a si próprio com ar e combustível. O motor 
precisa carregar-se de ar/combustível tanto quanto puder em um ciclo para então queimá-lo 
no próximo. O resultado disso é que, em aceleração máxima e potência de pico, os cilindros 
do motor com alimentação simples funcionam com uma enorme carência de ar (HARTMAN, 
2007). 
 
Trindade (2012) afirma que a principal vantagem da sobrealimentação é a obtenção de maiores potências 
sem a necessidade de aumento da rotação e das dimensões de um motor. Como vantagem secundária se 
tem ainda: um motor menos espaçoso e pesado (para uma mesma potência), maior rendimento do motor e 
a geração de grandes potências por um baixo custo (ver figura 3). 
 
Figura 3 – Gráfico Pressão x Volume nos motores aspirado e sobrealimentado. 
 
Extraída de: TRINDADE (2012). 
 
 
Uma vez que o turbocompressor é fixado ao coletor de escapamento do motor o fluxo de gases que saem 
como resultado da combustão nos cilindros fornece energia para girar a turbina. A turbina é conectada ao 
compressor, o qual pressuriza o ar que vai para os cilindros. O compressor é um tipo de bomba centrífuga 
que suga o ar para dentro no centro de suas palhetas e descarrega para os cilindros à medida que gira. 
Turbocompressores permitem que um motor queime mais ar e combustível ao colocá-los em maior 
quantidade dentro dos cilindros. A pressão típica fornecida por um turbocompressor é de 6 a 8 libras por 
polegada quadrada (lb./pol2). Como a pressão atmosférica normal é de 14,7 lb./pol2 ao nível do mar, o 
turbo carrega o motor com 50% a mais de ar, o que permite ganhos de 30% a 40% em potência. Uma das 
razões que não permitem um ganho maior ainda de potência pelo turbo vem do fato de se ter uma turbina 
no fluxo de escapamento, a qual aumenta a restrição de saída dos gases resultantes da combustão. Isso 
significa que, ao longo do escapamento, o motor tem que “vencer” uma contrapressão, o que diminui a 
potência. Motores atmosféricos simples têm perda de potênciaem altitudes elevadas, onde o ar é menos 
denso, pois, para cada ciclo do pistão, o motor recebe uma massa de ar menor. Um motor turboalimentado 
pode ter também redução de potência, mas a redução é menos problemática, já que o ar mais leve é mais 
fácil de ser bombeado pelo turbocompressor. Carros mais velhos, com carburadores, aumentam 
automaticamente a vazão de combustível para se ajustar ao maior fluxo de ar que entra nos cilindros. 
Carros modernos com injeção automática de combustível também fazem isso até certo ponto. O sistema de 
injeção depende dos sensores de oxigênio no escapamento para determinar se a proporção ar-combustível 
está correta, de forma que esses sistemas aumentarão a quantidade de fluxo de combustível 
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automaticamente se um sistema turbo for adicionado. Se um turbocompressor com muita pressão é 
instalado num carro com injeção automática de combustível, o sistema pode não fornecer combustível 
suficiente (o software programado no controlador não permite que isso ocorra, ou a bomba e os injetores 
não são capazes de fornecê-lo). Nesses casos, outras modificações terão que ser feitas para se conseguir 
o máximo rendimento do turbocompressor (HOWSTUFFWORKS, 2013). 
 
Como alternativa aos motores turbo, há também motores supercarregados mecanicamente. Com relação à 
diferença entre motores turbocarregados (ou turboalimentados) e supercarregados (ou superalimentados), 
tem-se: 
 
A diferença entre turboalimentação e superalimentação reside no fornecimento de potência, 
No primeiro, o aumento de carga é conseguido por meio de um conjunto turbina-
compressor, os gases quentes que saem do motor acionam a turbina que, conectada ao 
compressor, permite que se admita uma massa de ar maior para o interior do cilindro, do 
que nos motores convencionais, no caso do superalimentados, coloca-se uma correia 
conectando o compressor diretamente no motor. Teoricamente, os motores 
turboalimentados apresentam uma eficiência superior devido utilizarem a energia residual 
dos gases de exaustão, porém criam uma pequena contrapressão no sistema de exaustão 
(LORA e NASCIMENTO, 2004). 
 
Figura 4 – Detalhes Internos do Funcionamento de um Turbocompressor. 
 
 
 
 
Extraída de: GARRET (2013). 
 
Com relação aos defeitos e falhas do turbocompressor, falta de potência, desempenho ruidoso, excesso de 
fumaça ou consumo excessivo de combustível são resultados de problemas na injeção de combustível, nos 
filtros de ar, no sistema de exaustão ou na lubrificação. Danos no sistema de sobrealimentação costumam 
ser ocasionados por uma das quatro causas a seguir: 
 
Objetos Estranhos 
Danos no rotor do turbo, causado por pequenos objetos que entram na turbina ou carcaça 
do compressor em alta velocidade, levando ao desequilíbrio. 
Falta De Lubrificação 
Rachaduras no turbo e fadiga de material criado pelo atrito de metal e altas temperaturas 
como resultado das restrições de fornecimento de alimentação de óleo, a colocação de 
junta incorreta e uso de juntas ou lubrificantes de baixa qualidade. 
Contaminação de Óleo 
Danos ao sistema turbo tendo causado pela alta concentração de carbono em suspensão 
no óleo, criado por intervalos de óleo estendido alterar ou má manutenção. Danos ao 
rolamento causados por partículas de aço suspensas no óleo do motor principal. 
Excesso de velocidade e temperatura excessiva 
Danos causados por trabalhos além de seus parâmetros ou fora da especificação do 
fabricante do veículo. Problemas de manutenção, mau funcionamento do motor ou 
atualizações de desempenho não autorizadas podem levar o turbo a velocidades de rotação 
além dos limites operacionais, causando falha por fadiga de compressor e turbina 
(GARRET, 2013). 
 
Quanto ao arrefecimento do ar injetado no motor, a enciclopédia AUTOPÉDIA (2013) afirma: 
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O ar ao atravessar o compressor sofre um aquecimento que contribui para uma diminuição 
da densidade do ar (exatamente o contrário do que se pretende). Em suma, enquanto o 
aumento da pressão vai ao encontro dos objetivos, o aumento da temperatura contribui 
negativamente para o pretendido. Para diminuir este problema é normal introduzir um 
arrefecedor do ar colocado no duto que leva o ar do compressor para dentro dos cilindros. 
Este arrefecedor é muito parecido com um radiador (ou seja, utiliza o ar ambiente para 
arrefecer o ar que vem do compressor) e se chama intercooler. A grande maioria dos 
motores sobrealimentados utiliza intercooler. Muitas vezes, por falta de espaço ou por 
razões econômicas, encontramos veículos sem intercooler. Este apresenta invariavelmente 
binário e potências máximas inferiores, quando comparados com versões idênticas 
equipadas com intercooler. (Adaptação nossa ao português brasileiro e à linguagem 
acadêmica). 
 
Segundo o Centro de Formação Profissional da Reparação Automóvel (2000), há pontos que devem ser 
observados na operação de um motor turbo, são eles: 
• A possibilidade de uma ignição espontânea devido às elevadas pressões; 
• Aumento dos esforços mecânicos nos elementos orgânicos de máquinas do motor; 
• Lentidão da resposta do turbo compressor; 
• Maior geração de calor no motor; 
• Lubrificação do turbocompressor. 
Algumas medidas devem ser tomadas para evitar problemas relacionados a esses pontos críticos: evitar 
usar combustíveis de baixa octanagem em motores turbo, não permitir que a taxa de compressão seja 
maior que 22 para a gasolina (pois nesse ponto a mistura entra em combustão espontânea), fazer os 
elementos de máquinas do motor com material reforçado ou encruado para suportarem maiores esforços 
mecânicos, usar turbinas de baixa inércia, instalar um sistema de intercooler para resfriar o ar admitido para 
a câmara de combustão, verificar se o sistema de arrefecimento do motor é capaz de dissipar o calor 
gerado e instalar outro filtro de lubrificação para o compressor, pois o óleo usado para lubrificá-lo é o 
mesmo do motor, podendo levar impurezas para seu interior. Além desses pontos críticos, o motor turbo é 
mais caro que os motores atmosféricos convencionais (CEPRA, 2000). 
 
 
 
Conclusão
Os motores sobrealimentados por meio de turbocompressores parecem ser uma tendência em veículos 
automotores, especialmente em veículos esporte ou que demandem maior potência. Eles apresentam 
grandes vantagens em relação aos motores atmosféricos convencionais, tais como: maior potência e 
eficiência no processo de geração de energia mecânica. No entanto, possuem muitos pontos críticos que 
devem ser observados para que não haja danos ao veículo. Os eventuais problemas são sanados por meio 
da instalação de mais ou de melhores equipamentos e partes do motor, forçando que carros 
sobrealimentados por turbocompressores tenham um custo mais elevado que os equipados com motores 
atmosféricos convencionais. Isso dificulta bastante sua aplicação em veículos populares, onde o grande 
atrativo é justamente o baixo preço. Assim, os motores turbo encontram sua aplicação em veículos de custo 
mais elevado, não sendo uma tecnologia a ser usada em todos os veículos. 
 
Referências
AUTOPÉDIA. Intercooler. Em: <http://www.xl.pt/autopedia/motores/intercooler.shtml>. Acesso em: 14 maio 
2013
CEPRA. Sobrealimentação. Lisboa, 2000. 
GARRET. Soluções de problemas. < www.garrett.com.br/solucao-problemas.php>. Acesso em: 24 de 
Julho 2013. 
HARTMAN, J. Turbocharging Performance Handbook. Minneapolis: Motorbooks, 2007. 
HOWSTUFFWORKS adaptação, vantagens, desvantagens e trabalho do turbocompressor, trabalho 
em altitudes elevadas. <www.howstuffworks.com>. Acesso em: 25 de Julho 2013. 
LORA, E; NASCIMENTO, M. Geração termelétrica, Planejamento, projeto e operação. Interciência, 
2004. 
PINTO, A.; VALENTE, S. Sobrealimentação do Motor. Porto: IPP, 2012. 
TRINDADE, J. Máquinas de Combustão Interna: Sobrealimentação. Paço de Arcos: ENIDH, 2012.ISSN 18088449 6
 
Agradecimentos
Às nossas famílias, por todo o apoio prestado, sempre! 
Aos professores, servidores e dirigentes do Departamento de Indústria do IFCE.