Os turbocompressores são utilizados tanto em motores de ciclo Otto quanto de ciclo Diesel. Em motores Diesel, esses sistemas têm a importante função de assegurar o fornecimento de uma maior quantidade de ar na admissão, de modo a aumentar a eficiência e a potência do processo, além de reduzir o consumo de combustível.

Um motor de aspiração natural com cilindrada de 6 l, por exemplo, tem uma potência aproximada de 220 hp e pesa quase 300 kg. Um motor turbinado de mesma potência terá uma cilindrada de 2,5 l e pesará 115 kg. Ou seja, com o turbocompressor a propulsão será mais econômica e terá uma melhor relação peso-potência.

Estruturalmente, o turbo compressor é composto por turbina e compressor de ar rotativos, ambos situados nas extremidades opostas de um mesmo eixo. O gás de escapamento é utilizado para girar o rotor da turbina, seguindo depois para a atmosfera, enquanto o ar de admissão é comprimido pelo compressor e admitido no cilindro, já com uma pressão positiva sobre o pistão, aumentando a compressão e melhorando a mistura ar-combustível.

Os turbocompressores são projetados para suportar temperaturas da ordem de 840oC e rotações da ordem de 180 mil rpm. Seus principais componentes são o elemento compressor (formado por turbina, compressor, eixo e carcaça central), carcaças da turbina e compressor. A carcaça central sustenta o eixo por meio de dois mancais flutuantes, cuja lubrificação é feita com o óleo do motor através de galerias situadas na peça. O óleo passa pelos mancais e lubrifica o eixo – fazendo também sua refrigeração – e então retorna ao cárter do motor.

Nessas condições de trabalho, a lubrificação é fundamental. De fato, a principal causa de avarias é a negligência na manutenção do óleo do motor, como mostrado adiante. Porém, antes de iniciar a avaliação do turbo, também é importante verificar se o eventual problema não está em outros componentes do sistema, tais como mangueiras, braçadeiras, filtros de ar, sistema de injeção, juntas, conexões e outros.

Na partida do motor, é importante mantê-lo sem carga e em baixa rotação durante 1 (um) minuto, para que o óleo do cárter chegue até o turbocompressor e a pressão nos mancais atinja o valor de operação, estabilizando-se. Se isso não for feito, poderá faltar óleo para lubrificação do turbo no início da operação, ocorrendo danos por falta de lubrificação.

Da mesma forma, na parada do motor, é necessário aguardar alguns segundos para que a rotação do turbo se reduza. Caso contrário, o óleo acumulado na carcaça central, em contato com as partes aquecidas, também irá se aquecer, podendo queimar os componentes. Evidentemente, não se deve acelerar o motor antes de desligá-lo, pois o turbo continuará girando por inércia, sem lubrificação.

LUBRIFICAÇÃO

Quando se diz que a lubrificação é um procedimento fundamental da manutenção em turbocompressores, evidencia-se a necessidade de bom funcionamento do sistema de lubrificação do motor, particularmente no que diz respeito à filtragem e aos vazamentos. Note-se que o excesso de viscosidade também pode causar deficiência de lubrificação.

No entanto, a falta de óleo nos mancais do turbo pode decorrer não apenas de vazamentos, mas também devido a diversos fatores externos, como pressão elevada dos gases de escapamento no cárter do motor, dreno entupido, nível baixo de óleo no cárter, excesso de temperatura na saída dos gases e outros.

Quando a lubrificação é insuficiente ou se utiliza óleo inadequado (por estar fora da especificação ou pela troca não ser efetuada no período especificado), o aumento de temperatura poderá danificar o eixo e os mancais flutuantes. Nessa situação, o eixo terá uma coloração azulada e os mancais apresentam com riscos. Também pode ocorrer perda das condições de vedação dos anéis da carcaça central.

Como o óleo lubrificante do turbo é o do cárter do motor, o risco de contaminação é alto. As principais causas de contaminação podem incluir a saturação do filtro de óleo, motor recondicionado com impurezas nas galerias, óleo carbonizado devido às altas temperaturas geradas, partículas provenientes do desgaste de outros componentes do motor e resíduos de combustão incompleta.

O aumento de temperatura na carcaça central também pode provocar a formação de borra, neste caso bloqueando a passagem de óleo pelos mancais e danificando-os, com consequentes danos também no eixo. Assim, além de verificar o nível de óleo no cárter, é preciso verificar se há vazamentos ou obstruções nas linhas de lubrificação do turbo.

A manutenção deficiente do óleo fará com que o óleo perca parte de suas propriedades lubrificantes devido à diluição e à deterioração química, aumentando a quantidade de impurezas sólidas que circularão pelo sistema se o filtro estiver obstruído.

Essas impurezas podem bloquear as canaletas de lubrificação da carcaça central e de lubrificação dos mancais, acelerando seu desgaste. Nessa situação, podem ser observados riscos distribuídos uniformemente no perímetro das superfícies dos casquilhos, eixo da turbina e cartucho central.

O desgaste acelerado pode causar desbalanceamento dos conjuntos, com consequências graves, tendo em vista as rotações envolvidas. Também causará um aumento das folgas radiais, que produz o roçamento dos rotores nas respectivas carcaças.

RISCOS

A entrada de objetos pode ocorrer tanto no lado de admissão como no lado de escape. Os objetos podem ser desde partes de filtros, juntas ou peças danificadas, como anéis ou válvulas do motor, porcas, parafusos etc. O risco é que esses componentes danifiquem o rotor ao passar por ele, causando dobragem ou ruptura das aletas.

Uma única pá de rotor danificada causará desbalanceamento do eixo, com uma progressão de agravamento dos danos que poder chegar à destruição completa do turbocompressor. Por essa razão, recomenda-se uma inspeção cuidadosa do sistema nas manutenções do turbocompressor e do motor, de modo a verificar se não há algum componente ou partes soltas nas tubulações. Os principais sintomas de problemas desse tipo são perda de potência, ruídos anormais, vazamentos e excesso de fumaça.

Quando ocorre uma obstrução na tubulação de admissão ou de escapamento, é gerado um esforço axial nos mancais, inclusive nos mancais de encosto, o que acelera o desgaste desses componentes, aumentando o consumo de óleo e criando a possibilidade de contaminação do ar de admissão.

Além disso, devido ao trabalho em alta rotação, o turbocompressor precisa ter um perfeito equilíbrio de pressões entre os sistemas de admissão de ar e de escapamento. Quando ocorre o desequilíbrio dessas pressões, o conjunto rotativo é forçado axialmente, causando desgaste dos componentes internos, vazamento, ruídos anormais e, em alguns casos, emissão de fumaça branca.

As principais consequências dessa situação incluem o desgaste tanto do rotor da turbina e da proteção térmica (devido ao atrito), como dos canais de alojamento dos anéis de segmento (colar e eixo) e do mancal de encosto e colar, além de provocar desbalanceamento e atrito dos rotores nas carcaças.

Confira alguns itens de inspeção

Os principais indícios de problemas decorrentes de deficiências ou falhas no turbocompressor são perda de potência, emissão de fumaça (branca ou preta), ruídos anormais e consumo excessivo de combustível.  Basicamente, a detecção compreende:

Inspeção externa do turbocompressor: parafusos, porcas, arruelas, conexões soltas, tubulações de óleo danificadas, carcaças trincadas, corroídas ou danificadas, vazamentos, problemas de instalação.

Inspeção da carcaça e rotor da turbina: remover as conexões do escapamento e verificar a carcaça e rotor (danos, vazamento de óleo e roçamento). Caso positivo, desmontar e analisar. Com respeito a vazamentos:

Se o vazamento vem do motor, inspecioná-lo conforme instruções do fabricante; se os depósitos forem excessivos, desmontar e analisar o turbo.

Se o vazamento vem da carcaça central, verificar se há depósitos na carcaça. Se houver, pode ocorrer obstrução no retorno do óleo, excesso de pressão no cárter ou posicionamento incorreto da carcaça central.

Inspeção da carcaça e rotor do compressor: proceder de forma similar à detalhada para a carcaça e rotor da turbina. A presença de óleo também pode ser devida à restrição no sistema de admissão, antes do turbo (a pressão de óleo poderá exceder a pressão do compressor e o óleo será aspirado).

Verificação de ruídos ou folgas excessivas: aperto de conexões, roçamento dos rotores, folgas axiais.

Fumaça preta: se houver assobio, haverá perda de pressão ou vazamento de ar. Verificar a restrição do filtro de ar, acúmulo de sujeira no rotor do compressor, juntas soltas nas tubulações e passagem interna de gás.

Fumaça branca ou azulada: indica queima de óleo lubrificante. Verificar balanceamento do conjunto, obstrução no retorno de óleo e avarias nos rotores.