Silêncio... é uma manhã úmida,
o monomotor equipado com um PT-6, já está
com o beacon light piscando, pronto para mais uma partida.
a expectativa aumenta e, finalmente começa a sinfonia,
as velas centelham em alta amperagem, aquele apito tão
esperado começa a aumentar conforme a também
cresce a rotação... Bum!! Câmara de
combustão pega fogo, a rotação dispara
alucinadamente, o motor de partida se desaclopa, a hélice
desembandeira, vamos decolar?
Os motores a reação foram os responsáveis
por uma verdadeira revolução da aviação.
Surgidos bem no final da WWII, de invenção
alemã (embora os ingleses tenham tido a mesma idéia
há vários anos mas, sem tempo para por em
vôo antes dos nazistas), os aviões equipados
com os "motores a jato" das forças de
Hittler colocavam respeito e desafiavam os pilotos das
aeronaves aliadas equipadas com motores convencionais
de aterrorizante cavalaria, como é caso do P-51
Mustang, Corsair, Spitfire e do P-47 Thunderbolt equipadas
com motores de até 3000 hp de potência. Na
aviação civil, foram gradativamente ganhando
espaço no pós-guerra, tornando-se os responsáveis
pelo "boom" do transporte aéreo transcontinental,
e pela aposentadoria de verdadeiros titãs a pistão
dos céus como são os Constellation, Electra,
Douglas entre outros que acabaram perdendo a preferência
dos seus passageiros de vanguarda e, devido a isso, a
"preferência" de seus clientes (companhias
aéreas) devido a baixa velocidade.
uma confusão constante
Não se diz que turbina é motor. Turbina
é parte do motor. Não se diz que "eu
vi na televisão que o passarinho fez ninho dentro
da turbina!" Da próxima vez diga que fez o
ninho no motor do avião. Não aumente as
estatísticas de pérolas da aviação!
Por isso, lembre-se "motor a reação".
A Turbina é a parte de um motor que recebe os gases
quente oriundos da explosão. No jato, a turbina
é a parte quente alimentada pelos gases provenientes
da câmara de combustão e o compressor é
a parte fria, que é alimentado pelo ar frio que
após comprimido, entra na câmara de combustão
provido de pressão, velocidade e temperaturas elevadas.
Isso também vale para os carros turbo alimentados.
vamos entender como tudo isso
funciona?
Verdadeira proeza da engenharia, os motores a jato são
assustadores. Basta ficar em sua frente, olhando para
sua bocarra...
Podem ser de fluxo axial ou centrífugo, ou uma
combinação dos dois.
Atualmente existem motores a reação com
potência que ultrapassam a marca de 120.000 libras
de empuxo em bancadas de teste. Estes motores equipam
o triple-seven da Boeing. Uma potência tão
"discreta" que à grosso modo poderíamos
comparar a massa de ar sendo propelida, como se fosse
carretas de 60 toneladas arremessadas, constantemente,
pelo fan do motor.
O que impressiona é justamente esta constância
da propulsão, ao contrário dos motores do
ciclo Otto, que possuem os quatro tempos-motor ocorrendo
um de cada vez no interior de cada cilindro, os motores
a reação, do ciclo Brayton, contam com estes
quatro estágios ocorrendo simultaneamente em quatro
partes distintas do motor, vamos conhecê-las neste
motor-tour.
1º estágio (admissão)
O estágio admissão (suck) começa
aqui, estamos na entrada de admissão do motor,
bem na parte visível onde sempre os urubus teimam
em entrar durante o vôo e acabam virando picadinho.
Neste estágio o ar entra em baixa pressão,
sugado pela depressão criada pelas palhetas (blades)
do compressor e pelo ar de impacto, se aeronave já
estiver em vôo. Vale lembrar que os motores a jato
são projetados para que o ar na admissão
tenha direção velocidade e volume determinados.
Se a quantidade não estiver dentro da margem operacional,
o motor não funciona: ou ele apaga por falta de
ar, ou apaga por excesso, neste último caso imaginem
uma vela sendo apagada pela força do sopro.
2º estágio (compressão)
O estágio da compressão (squeeze) vem em
seguida. A massa de ar, obtida na admissão, chega
aos compressores intermediários e em seguida aos
compressores de alta pressão. Como logo denuncia
seu nome, este estágio faz com que o ar que vem
da admissão em pressão muito baixa ganhar,
a cada etapa da compressão, mais velocidade, caloria
e densidade. Todos estes parâmetros em níveis
absurdos de pressão e o entrega pronto para explodir
na câmara de combustão.
3º estágio (explosão)
O penúltimo estágio, explosão (bang).
É aqui que literalmente as coisas pegam fogo. A
massa de ar, entregue pelos compressores no estágio
anterior, chega prontinha para ser misturada com o combustível
(querosene), formando a famosa mistura ar-combustível
que pega fogo no interior da câmara de combustão,
que em seu interior atinge com toda facilidade mais de
1300 ºC entregando a massa de gases de combustão
para a Turbina.
4º estágio (escapamento)
Agora queimada, a mistura ar-combustível, chega
transformada em gás propelente até a Turbina,
trocando energia térmica em energia mecânica,
girando os discos de turbina, produzindo energia que faz
o 1º, 2º e 3º estágios aconteceram
anteriormente ligados em eixos concêntricos, neste
ciclo vicioso "sem fim", até que cesse
ou diminua o fornecimento de combustível. Vencida
esta fase o ar flui pelo escapamento (blow), fornecendo
a propulsão necessária para colocar a aeronave
em movimento.
Partida
Nos jatos, cada estágio depende um do outro. Assim
como nos carros, para ligar o motor a jato, precisamos
de uma forcinha extra, precisamos de um motor de partida
um famoso "motor de arranque" ligado no compressor
(2º estágio). Quando a rotação
chega em um ponto ideal, as velas centelham dentro da
câmara de combustão (3º estágio)
e explodem, levando os gases da queima para as turbinas
(4º estágio) e, assim o ar é admitido
pelo compressor (1º estágio).
Eixos concêntricos
Os estágios do motor a reação
de fluxo axial ou centrífugo ocorrem simultaneamente
e são interligados entre si por eixos concêntricos.
Nos motores de nossos carros (ciclo Otto), cada tempo
motor também depende do outro, mas cada um ocorre
de cada vez. Assim, não há escapamento sem
a explosão, esta sem a precedente compressão
e admissão, isto em duas voltas de 360º de
movimentação do eixo de manivelas.
Existem diversos tipos de motores de automóveis...
alguns com 4, 6, 8 pistões. Alguns com 8, outros
com 16, 20 válvulas, alguns turbo, outros aspirados
e também supercarregados. Alguns podem ser carburados
outros injetados eletronicamente. Enfim, todos funcionam
da mesma forma. O mesmo ocorre com os jatos. Existem diversos
modelos de motores a jato, cada um para uma aplicação.
Se é para a caça e defesa: Jato puro, se
aviação comercial moderna: Turbo Fan, se
aviação comercial para operar em pistas
curtas ou não asfaltadas, o Turbo Hélice.
Se for para helicóptero é usado o turbo
eixo (shaft). Há também os motores foguete,
pulso jato e estato-reator, os dois últimos foram
usados, restritivamente, pelos militares em beligerância.
Vamos aqui nos apegar ao turb-fan que atualmente é
o mais voado na aviação. Em um Motor tubo
Fan com dois estágios de compressor e dois de turbina
ocorrede seguinte maneira.
O Fan é ligado na Turbina de baixa
O primeiro eixo é ligado é ligado do Fan
(no 1º estágio - admissão) até
turbina de baixa (no 4º estágio - escapamento),
por um eixo que cruza por todo o sentido longitudinal
do motor, ou como dizem o pessoal daqui do interior paulista
"de fora à fora."
Os compressores de alta são ligados às turbinas
de alta
O segundo eixo é ligado do compressor de
alta (2º estágio - compressão) até
turbina de alta (ainda no 4º estágio -escapamento)
Como vemos, o 4º estágio, é ligado
ao 1º e 2º estágios do motor à
reação. E o 3º estágio? Não
foi dito anteriormente que todos ocorrem juntos e que
todos dependem de todos?
O 3º estágio não possui conexão
mecânica com nenhum dos estágios
O 3º estágio (explosão) não
possui conexão mecânica (eixos) com nenhum
dos estágios, mas sim, através de uma conexão
dinâmica Toda a energia produzida nos estágios
anteriores (1º e 2º) são transmitidos
ao 3º estágio por diferencial de pressão,
o interior da câmara de combustão deve possuir
pressão inferior ao 2º estágio do motor,
senão ocorre estol de compressor. A explosão
na câmara é transmitida, da mesma forma,
às turbinas e esta aos demais estágios (admissão
e compressão) pela expansão dos gases do
interior da câmara de combustão para as rodas
da turbina tal qual como em um cata-vento que roda com
a força do vento, ou seja a pressão nas
rodas da turbina deve ser sempre menor que a pressão
no interior da câmara de combustão.
Desta forma: A Pressão imposta nos estágios
é: 1º estágio < 2º estágio
> 3º estágio > 4º estágio.
Assim, ocorre o fluxo de ar da entrada até a saída
do motor.
