Turboalimentador | O que é | Como funciona | O que faz | Manutenção | Ações Corretivas | Falhas

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Turboalimentador

Antes de entrarmos nas discussões relativas ao sistema do motor turboalimentado, devemos parar e analisar as características básicas do motor de combustão interna e do turbocompressor.

O motor de combustão interna é classificado como uma máquina consumidora de ar. Isto significa que a potência obtida de um dado motor é determinada pela quantidade de ar que ele aspira em um certo período de tempo, e não pela quantidade de combustível utilizada. Isto porque o combustível que é queimado requer ar com o qual se mistura para completar o ciclo de combustão. Uma vez que a relação ar / combustível atinge um certo ponto, a adição de mais combustível não produzirá mais potência, somente fumaça preta.

Quanto mais densa a fumaça preta, maior é o desperdício de combustível. Portanto, aumentando o combustível além de relação ar / combustível limite, resulta apenas em excessivo consumo mesmo.

Turboalimentadores são instalados e motores para aumentar a densidade do ar dentro da câmara de combustão do motor. Devido a este aumento de volume e massa de ar comprimido, mais combustível pode ser injetado para produzir maior potência num determinado motor. A versão turboalimentada de um motor manterá um nível de potência maior que sua versão não turboalimentada, quando operado em altitudes acima do nível do mar.

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O que é um turboalimentador ?

Um turboalimentador é basicamente uma bomba de ar projetada para operar utilizando a energia dos gases de escape originalmente desperdiçadas pelos motores não turboalimentados. Estes gases fazem girar o rotor da turbina (quente) acoplado através de um eixo ao rotor compressor (frio), que ao girar aspira um grande volume de ar filtrado e o fornece comprimido ao motor.

O turboalimentador, apesar da precisão com que é construído, é um equipamento muito simples e durável, entretanto exige manutenção e cuidados como qualquer outro componente do motor.

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Como funciona o turboalimentador ?

A energia térmica, de velocidade e pressão dos gases de escape do motor são utilizados para girar o rotor da turbina. A velocidade de rotação do conjunto rotativo e do rotor compressor é determinada pela forma e o tamanho do rotor e carcaça da turbina. A carcaça atua como um caracol direcionando o fluxo de gás para as palhetas do rotor da turbina, fazendo-o girar.

Uma vez que o rotor do compressor está acoplado ao eixo e rotor da turbina, estes giram com a mesma rotação. Ar filtrado é aspirado pelo rotor e carcaça do compressor, onde é comprimido e distribuído através do coletor de admissão para a câmara de combustão.

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O que faz um turboalimentador ?

Há um grande número de benefícios advindos da turboalimentação. A combustão é mais completa e mais limpa. A pressão positiva do ar na admissão (acima da pressão atmosférica) beneficia o motor de diversos modos. Durante o cruzamento das válvulas do motor, quando as válvulas de escape e admissão estão simultaneamente abertas, ar limpo passa através da câmara de combustão "lavando" os cilindros e eliminando todo o gás queimado remanescente, resfriando os cilindros, pistões, válvulas e gases de exaustão. A queima completa do combustível mais o resfriamento do motor ajudam a estender a vida do motor.

Muitos turboalimentadores são utilizados para o que é chamado normalização ou compensação de altitude do motor naturalmente aspirado. Devido a isto, dizemos que o turboalimentador foi adequado apenas para melhorar a combustão com um moderado aumento de potência, sem aumento ou débito de combustível. Com excesso de ar disponível para a combustão o motor produzirá maior potência ao nível do mar e em altitudes.

É possível aumentar com segurança a potência do motor em até 40 a 50%, com pouco ou nenhuma mudança em seus componentes, sendo necessária uma correta seleção e/ou adequação do turboalimentador. É importante a escolha correta do turboalimentador e regulagens do motor para não se exceder os limites de projeto do motor. Falha na escolha pode levar a superaquecimento do motor, pressões e temperaturas excessivas na câmara de combustão que afetam a vida do motor causando falhas em componentes, tais como: pistões, camisas, válvulas, mancais, bronzinas, etc. A alteração do débito de combustível do motor turboalimentado no campo, deve somente ser feita seguindo as recomendações e procedimentos do fabricante.

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O que é requerido para manutenção de turboalimentadores ?

Para manter a vida e o desempenho do turboalimentador, deve-se observar principalmente, como boa prática de manutenção, o sistema de filtragem de ÓLEO e AR. Anos de experiência tem mostrado que a maior porcentagem de falha em turboalimentadores são causados por falta de óleo, insuficiência ou restrição do fluxo de óleo e impurezas de óleo. A segunda maior incidência é causada por entrada de objetos estranhos nos rotores do compressor e/ou turbina.

1. A entrada de poeira (partículas sólidas) na carcaça do compressor por uma falha do sistema de filtragem pode danificar seriamente, por erosão, as palhetas do rotor do compressor e resultarão na deterioração de turboalimentador e desempenho do motor. Os danos nas palhetas quando desuniformes levam ao movimento irregular do eixo (desbalanceamento) que danificarão o mancais e consequentemente o turbo. Ingestão de areia ou poeira causam também danos excessivos nas demais partes do motor, como: pistões, anéis, camisas, etc.

Entrada de grandes objetos como arruelas, parafusos, porcas, pedras, ferramentas, etc., irão destruir completamente o turbo e muitas vezes causarão severos danos ao motor.

2. Obstrução ou restrição no sistema de filtragem de ar, resultante de manutenção deficiente, levará a uma redução de pressão e volume de ar na entrada do compressor do turbo, levando a perda de performance. Restringindo a entrada de ar, será reduzido também o fluxo de ar para o motor e a uma condição de sobrealimentação de combustível, que levará o motor a trabalhar com temperaturas excessivas e com fumaça preta. A obstrução do filtro resulta em queda na pressão entre o filtro e a entrada do compressor, principalmente em regime de marcha lenta, e portanto, há vazamento de óleo no compressor sem falha dos componentes responsáveis pela vedação.

Troca adequada de filtro de ar pode prevenir e corrigir os problemas acima.

3. Atualmente, os turboalimentadores atingem até 240.000 rpm's (rotações por minuto), temperaturas de 900ºC e utilizam sistemas de mancais flutuantes. Para preservação do sistema de mancais, é necessário óleo puro para a lubrificação e refrigeração do turbo.

4. Impurezas ou materiais estranhos, quando penetram no sistema de mancais, criam desgaste nos colos da carcaça central, mancais e eixo. Contaminante embebido na superfície dos mancais, atuam como abrasivo danificando as peças. Quando o desgaste nos colos do eixo e carcaça e nos mancais tornam-se excessivos os rotores (ambos) começam a raspar nas carcaças e a rotação do turbo diminui, como conseqüência a performance do turbo e do motor diminuem e indicações como perda de potência, fumaça excessiva, ruído e vazamento de óleo de óleo para uma ou ambas carcaças terminais serão notados.

5. O turbo nunca deve operar com o motor a plena carga com pressão de óleo menor que 30 PSI. O turbo é mais sensível a insuficiência de óleo que o motor devido a alta velocidade de rotação do eixo e a relativamente pequena área de contato com os mancais.

Falta de pressão e fluxo de óleo durante o início de funcionamento do motor tem efeitos danosos nos mancais do turbo. Se o funcionamento for normal na partida do motor, é lógico, não haverá problemas. Porém existem condições anormais. Isto ocorre por exemplo quando se funciona o motor após a troca de óleo e filtro, ou seja, quando o sistema de lubrificação está vazio. Condições similares podem acontecer quando o motor ficou parado por um longo período de tempo, neste caso o óleo do sistema de lubrificação tende a escoar para o cárter. Antes de dar a partida o motor deve ser estrangulado até observar-se estabilização na pressão do óleo. O mesmo procedimento deve ser seguido quando se dá a partida em tempo frio, pois o lubrificante pode estar congelado e necessitar de longo tempo para fluir.

Os mancais do turbo podem ser danificados se o atraso no fluxo de óleo exceder a 30 segundos e muito mais rapidamente se o motor for acelerado muito acima da rotação de marcha lenta. 

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Análise de falhas de turbos e ações corretivas

O importante em análise de falhas é determinar a causa exata do problema antes de remover e substituir a unidade.

A falha inicial e seguida de reocorrências podem ser do tipo que resulta em danos caros do motor. Danos imensuráveis também podem ocorrer na imagem do produto, no revendedor e no homem de serviço.

Freqüentemente substitui-se a unidade sem remover o problema resultando em reocorrência da falha, perda de tempo e dinheiro.

É importante lembrar que a maioria das falhas em turboalimentadores são causadas por deficiência nos procedimentos de operação, falha de manutenção, manutenção inadequada, prática de reparos incorretos e falta de manutenção preventiva.

É importante também ter em mente que a prevenção de falhas repetidas será sempre mais significativos para o cliente do que uma troca constante de peças, o que é, inclusive muito mais caro.

Apesar do grande desenvolvimento e melhoria na durabilidade e performance dos turboalimentadores nos últimos anos, situações de operação e ambiente ainda existem e podem resultar na falha do turboalimentador.

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Principais causas de falha de turboalimentador

Existem várias e diferentes causas de falhas do turbo. Elas podem ser agrupadas em 5 categorias principais:

A – Falta de lubrificação e/ou insuficiência de óleo

B – Contaminação no sistema de lubrificação

C – Oxidação ou deterioração do óleo

D – Objeto estranho no sistema de exaustão ou na entrada de ar

E – Material e construção

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