Temos perseguido a potência desde que o motor de combustão interna ganhou vida pela primeira vez. A solução da força bruta é simples: aumentar o motor. Mas grandes deslocamentos vêm com bagagem. Adiciona peso. Queima mais combustível. Custa mais construir e continuar funcionando. Às vezes, maior não é melhor.
A jogada mais inteligente é a eficiência. Você pega um motor de tamanho padrão e o força a respirar com mais força. Você enfia mais ar na câmara de combustão. Mais oxigênio permite injetar mais combustível. Mais combustível significa uma explosão mais violenta. Mais explosão significa mais potência.
Digite o superalimentador.
Este dispositivo é a principal ferramenta para indução de ar forçado. Não é apenas um truque. É uma necessidade mecânica para motoristas que desejam uma resposta imediata do acelerador, sem esperar que os gases de escape acionem uma turbina. Neste artigo, detalhamos exatamente o que é um superalimentador, como ele manipula a pressão e como ele difere de seu primo movido pelo escapamento.
Um superalimentador é qualquer dispositivo que pressuriza a entrada de ar acima da pressão atmosférica.
Tecnicamente, tanto os superalimentadores quanto os turbocompressores desempenham a mesma função. Na verdade, a palavra “turbo” é apenas uma abreviação preguiçosa de “turbo-supercharger”. Eles compartilham um objetivo. Eles divergem na execução.
A diferença fundamental está na fonte de energia. Um turbocompressor é passivo. Ele usa a energia residual dos gases de exaustão para girar uma turbina, que então comprime o ar que entra. Um superalimentador está ativo. Está mecanicamente ligado ao virabrequim do motor por meio de uma correia ou corrente. O motor o impulsiona. O motor extrai a energia de sua própria saída para empurrar mais ar para dentro de si.
É uma troca direta. Você obtém uma resposta instantânea, mas paga por isso com perdas parasitárias.
Antes de mergulharmos na mecânica de como esses impulsores e parafusos realmente movem o ar, um rápido esclarecimento. Quando falamos aqui de superalimentadores, nos referimos ao sistema mecânico de indução forçada para motores a gasolina. Não estamos discutindo a rede de carregamento proprietária da Tesla. Esse é um tipo totalmente diferente de “super”.
Noções básicas do superalimentador
O curso de admissão é aparentemente simples. Um pistão cai. Um vácuo se forma dentro do cilindro. A pressão atmosférica, ávida por equalização, força o ar para dentro da câmara de combustão. Esse ar está apenas esperando por seu parceiro. O combustível entra na mistura, criando a carga. Isso é energia potencial. Ele fica ali, inerte, até a vela disparar. A combustão começa. A oxidação rasga o combustível, liberando energia térmica. A pressão aumenta acima da cabeça do cilindro. O pistão é pressionado. Esse movimento linear percorre o virabrequim, eventualmente girando as rodas.
Mais potência requer uma explosão maior. Explosões maiores precisam de mais combustível. Mas você não pode simplesmente despejar gás extra no cilindro. A estequiometria é importante. Você precisa de oxigênio para queimar o combustível. Em marcha lenta ou em cruzeiro na estrada, o motor funciona com uma relação ar-combustível de 14,7:1. Uma parte de combustível, quatorze vírgula sete partes de ar. Quando você pisa no acelerador, essa proporção cai. Talvez 12:1. Você está rico para maximizar o poder.
Quer executar aquele mix rico? Você precisa de mais oxigênio. Você precisa de mais ar. Isso é exatamente o que um superalimentador faz.
Comprimindo ar para obter mais potência
Um superalimentador força o ar para dentro do motor a pressões superiores à atmosfera circundante. Não é necessário vácuo. É um deslocamento positivo. O resultado é uma carga mais densa. Carga mais densa significa que você pode injetar mais combustível. Mais combustível e mais ar significam mais torque e potência. Os ganhos são mensuráveis. Em média, você observa um salto de 46% na potência e um aumento de 31% no torque.
Isto é particularmente útil em ambientes de alta altitude. Ar rarefeito significa menos oxigênio. Os motores engasgam. Um superalimentador compensa comprimindo o ar rarefeito, fornecendo uma carga densa e de alta pressão aos cilindros. O desempenho permanece consistente independentemente da elevação.
O Link Mecânico
É aqui que ele difere de um turboalimentador. Os turbos usam gases de escape para girar uma turbina. Os superalimentadores são acionados por correia. Eles extraem energia diretamente do virabrequim do motor. Uma correia acessória envolve uma polia conectada a uma engrenagem motriz. Essa engrenagem gira a engrenagem do compressor. No interior, rotores ou parafusos prendem o ar, comprimem-no em um volume menor e despejam-no no coletor de admissão.
A matemática é implacável. Para pressurizar o ar de forma eficaz, o compressor deve girar mais rápido que o próprio motor. A engrenagem motriz é maior que a engrenagem do compressor. Essa relação de transmissão cria velocidade. O compressor pode atingir 50.000 a 65.000 RPM. Rápido o suficiente para desfocar sua visão.
A 50.000 RPM, você espera um aumento de 6 a 9 psi. Isso equivale a libras por polegada quadrada acima da pressão atmosférica. Ao nível do mar, a pressão atmosférica é de 14,7 psi. Adicione 9 psi de impulso e você colocará cerca de 50% mais ar no motor do que normalmente ingeriria.
O problema do calor
A compressão gera calor. A física não negocia. O ar quente se expande. É menos denso. O ar menos denso contém menos moléculas de oxigênio por polegada cúbica. Menos moléculas de oxigênio significam uma explosão mais fraca. Se você alimentar ar quente e sobrealimentado diretamente no motor, perderá eficiência. Você desperdiça o trabalho de compressão que acabou de fazer.
A solução é o intercooler. Ele resfria o ar comprimido antes de atingir o coletor de admissão. Existem dois tipos principais: ar-ar e ar-água. Ambos funcionam como radiadores. O refrigerante ou ar ambiente flui através de uma matriz de tubos. O ar quente do superalimentador passa por cima ou através desses tubos. Transferências de calor. O ar esfria.
O ar frio é mais denso. Ar mais denso significa mais oxigênio. Mais oxigênio permite mais combustível. Mais combustível cria uma explosão mais quente e poderosa. O ciclo se completa. O motor produz energia.
Superalimentadores Roots
O desenho mais antigo. O soprador Roots. Não comprime o ar dentro da caixa. Isso o prende. Dois rotores lobados giram em direções opostas. Eles transportam o ar da entrada para a saída. A compressão acontece a jusante, no coletor de admissão. É simples. Confiável. Barato de fazer. Mas é ineficiente. Ele empurra muito ar, mas grande parte dessa energia é usada para aquecer a carga, em vez de aumentar a pressão. Ainda assim, fornece resposta instantânea do acelerador. Sem atraso. Apenas poder.
Roots: o soprador de ar original
As unidades Roots são a escolha clássica em termos de aparência, não de eficiência. Você os vê em todos os lugares em hot rods e muscle cars porque eles exigem atenção. Eles ficam no alto do compartimento do motor, muitas vezes forçando o capô a permanecer aberto. Mas por trás dessa postura teatral está um design mais antigo que o carro do seu avô. Philander e Francis Roots patentearam o conceito em 1860. Não era pela velocidade. Era para ventilação do poço da mina. Avançando para 1900, Gottleib Daimler colocou um no motor de um carro. A tecnologia havia chegado.
A mecânica é simples. Dois rotores lobados giram dentro de uma caixa. Eles se unem, mas não se tocam. À medida que giram, o ar fica preso nos espaços entre os lóbulos. Os rotores transportam o ar do lado de admissão para o lado de exaustão. Nenhuma compressão acontece dentro da própria unidade. O ar é empurrado em pedaços para o coletor de admissão. Esse influxo repentino cria uma pressão positiva. É um soprador de deslocamento. É por isso que o termo “soprador” pegou. É essencialmente uma bomba de ar com um nome chique.
Há um problema. Eles são pesados. E eles são ineficientes. Como movem o ar em rajadas discretas, em vez de em um fluxo suave, eles desperdiçam energia. Um superalimentador Roots é o tipo menos eficiente disponível. Se você está buscando potência por dólar, procure outro lugar. Se você quer o som e a postura, é difícil de vencer.
Parafuso Duplo: Eficiente e Compacto
Os superalimentadores de parafuso duplo resolvem o problema de eficiência. Eles se parecem com dois parafusos enrolados juntos. Lóbulos interligados comprimem o ar enquanto giram. Ao contrário do design Roots, a compressão ocorre dentro da caixa. Isso significa menos peso, menor área ocupada e eficiência térmica significativamente melhor.
Eles são mais complexos que as unidades Roots. Os rotores devem estar sincronizados perfeitamente. Mas o resultado é uma entrega de energia mais suave. Não há mais explosões. Apenas um impulso constante e contínuo. Isto os torna ideais para veículos de rua onde a dirigibilidade é importante. Eles não ficam fora do capô como uma unidade Roots. Eles ficam bem guardados, muitas vezes integrados diretamente no coletor de admissão.
Qual é melhor? Para potência pura na pista, uma unidade Roots grande pode ganhar em volume. Para um bonde equilibrado, o parafuso duplo é a escolha de engenharia mais inteligente. É o meio termo entre força bruta e precisão.
Como os superalimentadores de parafuso duplo realmente funcionam
Ao contrário do soprador Roots, que apenas injeta ar na entrada, um superalimentador de parafuso duplo comprime a carga dentro da própria carcaça. Ele usa dois rotores engrenados com lóbulos helicoidais que giram um em torno do outro. À medida que giram, eles prendem bolsas de ar. Mas aqui está a diferença. Os rotores são cônicos. Eles se estreitam da entrada até a saída. Isso significa que o espaço dentro de cada bolsa diminui à medida que o ar se move pela unidade. O volume diminui. A pressão aumenta. É a compressão de deslocamento positivo acontecendo em tempo real.
Este design é mecanicamente superior em termos de eficiência. Ele move mais ar com menos perda parasitária do que um sistema Roots. Mas a fabricação de precisão os torna caros. As tolerâncias entre os rotores e a carcaça são mais restritas do que em quase qualquer outro componente de indução forçada. Se as peças não forem perfeitas, o superalimentador falha. Ou faz um som semelhante ao de um motor a jato.
Eles geralmente ficam no topo do compartimento do motor. O design lembra um soprador Roots em layout. Mas o perfil de ruído é diferente. A descarga de alta pressão cria um ruído distinto. É um grito estridente que corta a cabine. Os construtores têm que lutar contra esse som. Você precisa de isolamento. Você precisa de um roteamento cuidadoso da tubulação de admissão para amortecer a frequência. Sem ele, a cabine se torna um local desconfortável para viagens longas.
Superalimentadores Centrífugos
A lógica muda quando você olha para os superalimentadores centrífugos. Eles não prendem ar nos bolsos. Eles jogam. Dentro da carcaça fica uma roda de compressor. Parece uma turbina. Ele gira a milhares de RPMs. À medida que a roda gira, ela puxa o ar para o centro. A força centrífuga empurra o ar para fora, em direção às paredes da caixa. O ar acelera. A pressão aumenta. A velocidade aumenta.
Esta é a compactação dinâmica. Funciona mais como um turboalimentador do que como um soprador. Não há conexão mecânica entre o eixo e a roda. Uma correia aciona o eixo de entrada. A redução de engrenagem dentro da unidade gira a roda do compressor muito mais rápido que o motor. As proporções típicas são 3,3:1. Algumas unidades vão até 8:1 ou superior. Quanto mais rápido a roda gira, mais ar ela lança.
A curva de eficiência é onde esse design brilha. Em baixas RPMs, um superalimentador centrífugo produz pouco ou nenhum impulso. Parece um motor padrão. Você obtém aspiração natural. À medida que a velocidade do motor aumenta, o impulso aumenta linearmente. Ele atinge o pico no topo da faixa de rotação. Isso corresponde ao comportamento dos motores naturalmente aspirados. Muitos entusiastas preferem essa sensação. Não bate no peito em modo inativo. Ele aumenta conforme você abre o acelerador.
Existe uma compensação. A entrega de energia está atrasada. Você tem que esperar que as RPMs subam antes que o impulso entre em ação. Falta a resposta instantânea do acelerador de uma unidade de raízes ou de parafuso duplo. Você pode sentir o atraso. Não é turbo lag. Não há gás de exaustão para enrolar. É simplesmente inércia. O volante pesado e a roda do compressor demoram para acelerar. Até que isso aconteça, você estará apenas girando metal.
O ruído também é diferente aqui. É um gemido de alta frequência. Parece um motor a jato decolando. É menos um gemido mecânico e mais um uivo aerodinâmico.
A mecânica do impulso
Dentro da carcaça, um impulsor em forma de rotor gira a velocidades assustadoras – muitas vezes atingindo 50.000 a 60.000 RPM. Ele suga o ar através do cubo central. A força centrífuga joga o ar para fora, contra as paredes da carcaça do compressor. O resultado? O ar sai do impulsor em alta velocidade, mas com pressão relativamente baixa.
Isso muda imediatamente no difusor. Este anel de palhetas estacionárias envolve o impulsor giratório. Quando o ar em alta velocidade atinge essas lâminas fixas, ele diminui a velocidade. A física assume o controle: conforme a velocidade cai, a pressão aumenta. O difusor converte energia cinética em pressão estática, fornecendo ar comprimido denso ao motor.
Por que a centrífuga domina as ruas
Entre todos os métodos de indução forçada, os superalimentadores centrífugos são amplamente considerados os mais eficientes. Eles são compactos, leves e aparafusados na frente do motor, em vez de ficarem no topo. Este layout mantém o centro de gravidade baixo e a linha do capô elegante.
Eles também têm uma personalidade distinta. O gemido de alta rotação é inconfundível. Soa como um motor a jato girando, um som que chama a atenção, quer você esteja em um semáforo ou em um encontro de carros.
Os fabricantes conhecem esse apelo. Vários modelos 2021 vieram equipados com essas unidades direto da fábrica. O Jaguar XF, Dodge Charger, Volvo S90 e Ford Mustang apresentavam superalimentadores centrífugos OEM. Eles oferecem aquele punção de indução forçada sem o volume de um soprador tradicional.
DIY Boost e Drag Racing
Você não precisa comprar um carro novo para obter esse desempenho. Os kits de reposição estão prontamente disponíveis para uma ampla variedade de veículos. Muitas empresas vendem pacotes de instalação completos que incluem todo o hardware necessário. É um projeto do tipo faça você mesmo viável para quem tem aptidão mecânica.
Essa personalização é fundamental no mundo dos carros engraçados e dos pilotos de combustível. Os entusiastas modificam os motores originais para sobreviver a pressões extremas. Não se trata apenas de velocidade; trata-se de confiabilidade de engenharia sob estresse.
Enquanto alguns fabricantes os implementam na fábrica, outros deixam para a comunidade do mercado de reposição impulsionar a inovação. A barreira à entrada nunca foi tão baixa. Você pode entrar em uma loja, apontar para um carro e sair com muito mais potência.
O poder da pressão
Por que os entusiastas preferem esse método aos turbocompressores? A resposta está na entrega. Um superalimentador centrífugo fornece energia linear. À medida que você pressiona o acelerador, o impulso aumenta progressivamente. Não há atraso. Não é preciso esperar que os gases de escape girem uma turbina. Quando você quer poder, ele está lá.
Esta conexão direta muda a forma como você dirige. Você sente cada grama de compressão. O motor respira mais facilmente em altas RPMs, liberando potência que as entradas originais simplesmente não conseguem acessar. É uma ligação mecânica entre o pé e o pistão.
É a única maneira de adicionar impulso? Não. Os turbos são mais eficientes termicamente em muitos cenários. Mas para uma resposta imediata do acelerador e aquele ruído característico, o superalimentador centrífugo continua sendo a melhor escolha.
A compensação? Ele extrai energia do virabrequim. Há uma perda parasitária. Você está gastando parte da potência adquirida apenas para girar o soprador. Mas para muitos motoristas, a compensação vale a pena. A onda instantânea de poder parece crua. Parece real.
Estamos apenas coçando
Por que o reforço aparafusado supera o carretel acionado pelo escapamento
O principal benefício de colocar um superalimentador em um motor padrão é a potência instantânea e tangível. Ele transforma um motorista diário comum em uma máquina que parece esconder um V8 ou V6 muito maior e mais potente sob o capô. Mas quando você está no corredor de uma loja de peças, dividido entre uma configuração de superalimentador e turboalimentador, a decisão fica confusa. Os entusiastas discutem até sangrar os nós dos dedos. Os engenheiros encolhem os ombros. A verdade? Os superalimentadores oferecem vantagens distintas que os turboalimentadores simplesmente não conseguem igualar em cenários específicos.
A vitória mais flagrante é a ausência de lag.
Os turbocompressores sofrem atraso porque dependem da velocidade dos gases de escape para girar uma turbina. Isso leva tempo. Você pressiona o pedal. O motor respira. O escapamento aumenta a pressão. A turbina gira. Então você obtém poder. Os superalimentadores contornam totalmente esse atraso. Eles são acionados diretamente pelo virabrequim por meio de uma correia ou corrente. Pressione o gás, o compressor gira, o ar é forçado para dentro da câmara de combustão, boom. Resposta instantânea do acelerador.
No entanto, nem todos os superalimentadores agem da mesma forma. As unidades de raiz e de parafuso duplo fornecem seu impacto em baixas RPMs, fazendo com que pareçam viscerais no trânsito da cidade ou durante passagens de baixa velocidade. Os superalimentadores centrífugos, por outro lado, imitam o comportamento do turbo, tornando-se mais eficientes à medida que o impulsor gira mais rápido, atingindo o pico de potência em RPMs mais altas. Você escolhe sua personalidade.
Verificação da realidade da instalação e manutenção
Pense no trabalho envolvido. A instalação de um turboalimentador geralmente requer soldagem, tubulação de escapamento personalizada e extensas modificações no sistema de escapamento. É um processo confuso e invasivo. Um superalimentador? Muitas vezes, é um assunto complementar. Você monta-o na parte superior ou lateral do motor, conecta a correia e pronto. Isso os torna significativamente mais baratos de instalar e muito mais fáceis de manter.
Os hábitos de manutenção também mudaram ao longo das décadas. Os proprietários de turbos tradicionais tinham que deixar seus motores em marcha lenta por 30 segundos antes de desligá-los para evitar coqueificação de óleo nos rolamentos do turbo. Os turbos modernos possuem sistemas automatizados de circulação de óleo que cuidam disso para você, permitindo que você desligue a ignição no momento em que estacionar. Os superalimentadores não apresentam esse problema específico de choque térmico, mas exigem um aquecimento adequado. Eles operam com mais eficiência em temperaturas normais de operação, portanto, a partida a frio e o piso imediato são uma receita para desgaste prematuro.
Curiosamente, esta simplicidade mecânica é a razão pela qual os superalimentadores são equipamento padrão em muitos motores de aeronaves. Os aviões voam em altitudes onde o ar é rarefeito e o oxigênio é escasso. Um superalimentador força mecanicamente esse ar rarefeito para dentro da câmara de combustão, permitindo que a aeronave suba mais alto sem perder o desempenho do motor. O princípio é idêntico ao da versão automotiva: compressão acionada por manivela, sem dependência do fluxo de escapamento.
O custo do ar livre
Aqui está o problema. Tudo tem um preço. A maior desvantagem de um debate entre superalimentador e turboalimentador é também sua característica definidora. Como o superalimentador está mecanicamente ligado ao virabrequim, ele consome energia para girar. Ele rouba potência do motor para criar impulso.
Estamos falando de um imposto significativo sobre a energia. Um superalimentador pode consumir até 20% da produção total de um motor apenas para funcionar sozinho. Você pode se perguntar se essa compensação faz sentido. Considere a compensação: um superalimentador típico pode gerar 46% de potência adicional. Mesmo depois de pagar aquele “imposto” de 20%, você ainda está obtendo um ganho enorme. A maioria dos entusiastas decide que a compensação vale a pena.
Mas a tensão não para no sistema de transmissão. A sobrealimentação exerce imensa pressão sobre os componentes do motor. As explosões dentro dos cilindros são maiores, mais fortes e mais quentes. Se você aparafusar um superalimentador em um bloco de motor fraco e original, é o mesmo que jogar dinheiro pela janela. O motor provavelmente irá falhar.
Os fabricantes sabem disso. É por isso que os motores sobrealimentados vêm com componentes internos reforçados – pistões mais fortes, virabrequins reforçados e sistemas de refrigeração atualizados. Essa durabilidade vem com uma etiqueta de preço. Veículos superalimentados custam mais para comprar. Eles custam mais para manter. E exigem combustível premium de alta octanagem para evitar a detonação, que aumenta na bomba.
O impulso vale o dinheiro gasto?
Apesar do custo inicial mais elevado e dos requisitos de manutenção, os superalimentadores continuam a ser uma das formas mais económicas de aumentar drasticamente a potência. Estamos falando de aumentos de potência que variam de 50 a 100 por cento dependendo da configuração. Para corridas, reboque de cargas pesadas ou simplesmente para querer um pico de adrenalina toda vez que você entra na rodovia, é difícil ignorar o retorno do investimento.
Um superalimentador não necessariamente tornará seu carro mais rápido em um tempo de quarto de milha em linha reta em comparação com um turbo bem ajustado (que pode suportar pressões imensas), mas faz o carro parecer mais rápido. A aceleração é linear, imediata e brutal.
Então, vale a pena gastar dinheiro com um supercharger? Depende do que você valoriza. Se você deseja potência máxima e eficiência de combustível em velocidades de cruzeiro, um turbo pode vencer. Se você deseja resposta instantânea do acelerador, instalação mais fácil e uma curva de potência linear que parece um motor maior, o superalimentador é o rei. Mas lembre-se, você está pagando por esse imediatismo com mais potência roubada da manivela e mais dinheiro gasto em gasolina premium.
A análise técnica
Como funciona um superalimentador?
Pressuriza a entrada de ar a níveis acima da pressão atmosférica. Ao contrário de um turbo, que utiliza o fluxo de escape, um superalimentador é alimentado mecanicamente por uma correia ou corrente conectada ao virabrequim do motor.
Quanta potência um superalimentador adiciona?
Espere um aumento na potência do motor entre 30 e 50 por cento, em média. Embora o superalimentador consuma cerca de 20% da energia para funcionar, o ganho líquido geralmente chega a um aumento de 46% na potência total.
Os superalimentadores valem o dinheiro gasto?
Eles oferecem uma compensação direta. Você obtém maior potência e uma experiência de direção que imita um motor maior. Mas você aceita o aumento do consumo de energia para acionar a unidade e o desgaste adicional dos componentes do motor, o que exige maior manutenção e melhor combustível.
