Como funcionam os compressores

Autor: 
Bill Harris

Desde a invenção do motor de combustão interna, engenheiros automotivos viciados em velocidade e projetistas de carros de corrida têm procurado maneiras de incrementar sua potência. Uma das maneiras de se fazer isso é construindo um motor maior, o que nem sempre é a melhor solução: eles pesam mais e são mais caros de se fazer e manter.

Ford Ranger with supercharger
Foto cedida por Superchargers Online
Ford Ranger com compressor debaixo do capô

Outra maneira de se aumentar a potência é tornar um motor de tamanho normal mais eficiente. Isso é possível forçando-se mais ar para dentro da câmara de combustão. Mais ar significa que mais combustível pode ser admitido, e mais combustível significa uma combustão maior e mais potência do motor. Instalar um compressor é uma excelente maneira de se obter a admissão forçada de ar. Neste artigo explicaremos o que são compressores, como funcionam e como se diferenciam dos turbocompressores.

Obrigado
Obrigado a Jeff Beckman por sua ajuda com este artigo.

Fundamentos de um compressor
Um compressor é qualquer dispositivo que eleva a pressão do ar de admissão acima da pressão atmosférica. Tanto os compressores como os turbocompressores fazem isso. O termo "turbo" é na realidade uma versão reduzida de "turbocompressor", que é seu nome oficial.

a twin-screw supercharger
Foto cedida por HowStuffWorks Shopper
Compressor de parafuso duplo

A diferença entre os dois dispositivos é sua fonte de energia. Os turbocompressores são acionados pela massa do fluxo dos gases de escapamento, que impulsionam uma turbina. Já os compressores são acionados mecanicamente, por correia ou corrente a partir do virabrequim do motor.

Num motor de quatro tempos comum, um dos tempos é dedicado ao processo de admissão de ar. Este processo é composto das seguintes etapas:

  1. o pistão move-se para baixo
  2. isso cria um vácuo
  3. o ar, à pressão atmosférica, é aspirado para dentro dos cilindros 

Uma vez admitido dentro do motor, o ar deve ser combinado ao combustível para formar a mistura, uma quantidade de energia potencial que pode ser transformada em energia cinética, aproveitável através de uma reação química conhecida como combustão. A vela de ignição deflagra esta reação química ao inflamar a mistura. À medida que o combustível sofre oxidação, ocorre a liberação de uma grande quantidade de energia. A força dessa explosão, concentrada entre a câmara de combustão e o pistão, impulsiona-o pistão para baixo, criando um movimento alternado que será transformado em rotativo e no fim será transmitido para as rodas.


Motor comum incrementado com compressor/>

Colocar mais combustível na mistura resultaria em uma combustão mais potente. Mas não se pode simplesmente colocar mais combustível no motor porque é necessário uma quantidade exata de oxigênio para queimar uma dada quantidade de combustível. Essa mistura na proporção quimicamente correta - 14 partes de ar para uma parte de combustível - no caso da gasolina - é essencial para que o motor funcione de maneira eficiente. Resumindo: para pôr mais combustível, é preciso admitir mais ar.

Esse é o trabalho do compressor. Os compressores aumentam a admissão comprimindo o ar acima da pressão atmosférica, porém sem criar um vácuo. Isso faz com que uma quantidade maior de ar seja forçada para dentro do motor, criando uma sobrealimentação. Com esse ar extra é possível injetar mais combustível na mistura, aumentando-se a potência do motor. A sobrealimentação fornece em média 46% a mais de potência e 31% a mais de torque. Em condições de altitude elevada, em que o desempenho do motor diminui por causa da baixa densidade e pressão do ar atmosférico, o compressor fornece ar em alta pressão para que o motor  continue a funcionar de maneira eficiente.

Diferentemente dos turbocompressores, que se valem dos gases de escapamento gerados pela combustão para funcionar, o acionamento do compressor é obtido diretamente a partir do virabrequim. Em sua maioria, os compressores são acionados por uma correia extra e uma polia solidária a uma engrenagem de acionamento. Esta, por sua vez, faz girar os elementos do compressor. O rotor do compressor pode ter vários desenhos, porém sua função é aspirar o ar, espremê-lo dentro de um pequeno espaço e descarregá-lo no coletor de admissão.

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Foto cedida por Muscle Mustang
Compressor centrífugo ProCharger D1SC

Para pressurizar o ar, o compressor precisar girar rapidamente, bem mais que o próprio motor. A engrenagem condutora maior que a engrenagem conduzida que movimenta o rotor do compressor faz com que ele gire mais rápido. Os rotores do compressor podem girar em velocidades de 50 mil a 65 mil rotações por minuto (rpm).

Um rotor de compressor girando a 50 mil rpm representa uma pressão de sobrealimentação de cerca de 0,4 bar a 0,6 bar. Isso significa 0,4 a 0,6 bar extras acima da pressão atmosférica em uma dada altitude. Ao nível do mar, a pressão atmosférica é de 1,0132 bar. Portanto, a sobrealimentação típica de um compressor coloca cerca de 50% a mais de ar para dentro do motor.

À medida que vai sendo comprimido, o ar vai ficando mais quente, o que significa que ele perde densidade e não tem como se expandir tanto durante a combustão. Isso significa que a mistura não tem como gerar tanta potência ao ser inflamada pela vela de ignição. Para que o compressor funcione com eficiência máxima, o ar comprimido que sai dele precisa ser esfriado antes de entrar no coletor de admissão. O responsável por este processo de resfriamento é o intercooler, um resfriador de ar. Existem duas concepções básicas de intercooler: os intercoolers ar/ar e os intercoolers ar/água. Ambos funcionam exatamente como um radiador, com o ar ou a água resfriada pelo sistema de arrefecimento passando através de um sistema de canos ou tubos. À medida que sai do compressor o ar quente encontra os canos mais frios e vai sendo esfriado também. A redução da temperatura do ar aumenta a sua densidade, o que resulta na admissão de uma mistura mais densa dentro da câmara de combustão.

A seguir nós vamos dar uma olhada nos diferentes tipos de compressores.