CAPÍTULO VI
MOTORES GENERALIDADES
Conceito - As máquinas que produzem energia mecânica a partir de outros tipos de energia, são denominados Motores.
Todos os motores que transformam energia calorífica em energia mecânica, são denominados motores térmicos. Portanto os motores dos aviões a hélice e a jato são motores térmicos.
O motores térmicos podem ser classificados em:
Quanto ao sistema de propulsão, os aviões podem ser classificados em dois grupos principais:
AVIÕES A REAÇÃO
Estes aviões usam motores que impulsionam o ar diretamente. Contrariamente à hélice, o motor a reação impulsiona massa relativamente pequenas de ar a grandes velocidades. Os principais tipos são:
Neste motor, o ar admitido é impulsionado num fluxo de alta velocidade, utilizando a energia expansiva dos gases aquecidos pela combustão. Em baixas velocidades ou baixas altitudes, torna-se antieconômico e ineficiente, sendo por isso um motor mais apropriado para aviões supersônicos.
É um motor turbojato modificado onde quase toda a energia do jato é aproveitada para girar uma turbina (cujo principio de funcionamento é o mesmo do catavento), a qual aciona uma hélice através de uma caixa de engrenagens de redução. É um motor ideal para velocidades intermediárias entre as dos motores a pistão e os motores "turbofan".
Do estudo acima, fica claro que cada tipo de motor é mais indicado para uma determinada faixa de velocidades e altitudes. Na ordem crescente destas, são indicados o motor a pistão, o turboélice, o "turbofan" e o turbojato
AS QUALIDADES DO MOTOR AERONÁUTICO
Dentre as qualidades exigidas do motor aeronáutico, as mais importantes são a segurança de funcionamento, durabilidade, ausência de vibrações, economia, facilidade de manutenção, compacidade, eficiência térmica e leveza.
EFICIÊNCIA TÉRMICA
É a relação entre a potência mecânica produzida e a potência térmica liberada pelo combustível. Na prática, a eficiência dos motores aeronáuticos é da ordem de 25% a 30%, o que é muito pouco, considerando-se que os motores elétricos de alta potência têm eficiências que superam facilmente os 90%.
LEVEZA
Em termos técnicos, a leveza é indicada pela relação massa-potência, que é igual a razão entre a massa do motor e a sua potência. Evidentemente, essa relação deve ser a menor possível. A figura abaixo compara a leveza de dois motores típicos:
FACILIDADE DE MANUTENÇÃO E DURABILIDADE
A segurança de funcionamento dos motores depende de uma cuidados manutenção, que geralmente compreende duas partes:
ECONOMIA
Os motores aeronáuticos deves ter baixo consumo de combustível. Há duas definições de consumo:
EQUILÍBRIO E REGULARIDADE DO CONJUGADO MOTOR
Indica a suavidade do funcionamento. O termo "equilíbrio" indica que as forças internas do motor devem se equilibrar, evitando o aparecimento de vibrações no sentido transversal (para cima e para baixo, ou para os lados). O termo "regularidade do conjugado motor" indica a ausência de vibrações no sentido da rotação, isto é, que o motor deve girar da forma mais regular e contínua possível. Neste sentido, os motores a reação superam os motores a pistão, conforme ficará claro após o estudo dos mesmos.
NOTAS:
"Conjugado" é o mesmo que "momento" ou "torque", "Conjugado motor" é o esforço que faz o eixo do motor girar, o qual provém da energia da queima do combustível.
EXCESSO DE POTÊNCIA NA DECOLAGEM
Os motores de aviação devem ser capazes de manter por curto tempo (cerca de 1 minuto) uma potência superior à de projeto, para ser usada durante a decolagem.
PEQUENA ÁREA FRONTAL
Preferivelmente, os motores aeronáuticos devem apresentar peque área frontal, para que possam ser instalados em aviões de fuselagem estreita e aerodinâmica.
Este não é um critério absoluto. De fato, existem motores aeronáuticos com enorme área frontal (chamados motores radiais), que são tolerados por serem leves e compactos.
Todos os motores que transformam energia calorífica em energia mecânica, são denominados motores térmicos. Portanto os motores dos aviões a hélice e a jato são motores térmicos.
O motores térmicos podem ser classificados em:
- Motores de combustão externa;
- Motores de combustão interna;
No motor de combustão externa, o combustível é queimado fora do motor. Ele tem como vantagem aceitar qualquer combustível, mas não podem ser usado em aviões, pois é excessivamente pesado.
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| Imagem 1 |
No motor de combustão interna, o combustível é queimado no interior do motor. Esse motor pode desenvolver elevada potência e ser ao mesmo tempo leve, o que é vantajoso para uso aeronáutico.
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| Imagem 2 |
Quanto ao sistema de propulsão, os aviões podem ser classificados em dois grupos principais:
- Aviões a Hélice;
- Aviões a Reação;
AVIÕES A HÉLICE
Neste aviões, o motor não produz diretamente a tração, mas através de uma hélice. Esta se baseia na Lei da Ação e Reação, impulsionando grandes massas de ar a velocidades relativamente pequenas. Os motores usados para girar a hélice podem ser de dois tipos:
- Motores a Pistão;
- Motores Turboélice;
AVIÕES A REAÇÃO
Estes aviões usam motores que impulsionam o ar diretamente. Contrariamente à hélice, o motor a reação impulsiona massa relativamente pequenas de ar a grandes velocidades. Os principais tipos são:
- Motores Turbojato;
- Motores "Turbofan";
MOTOR A PISTÃO
Este motor assemelha-se aos dos automóveis, mas é construído dentro das exigências aeronáuticas de leveza, confiabilidade, alta eficiência, etc. É econômico e eficiente em baixas velocidades e altitudes, mas sua maior vantagem é o baixo custo, sendo por isso muito utilizado em aviões de pequeno porte. Será estudado detalhadamente nos próximos capítulos.
Este motor assemelha-se aos dos automóveis, mas é construído dentro das exigências aeronáuticas de leveza, confiabilidade, alta eficiência, etc. É econômico e eficiente em baixas velocidades e altitudes, mas sua maior vantagem é o baixo custo, sendo por isso muito utilizado em aviões de pequeno porte. Será estudado detalhadamente nos próximos capítulos.
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| Imagem 3 |
MOTOR A TURBOJATO
Neste motor, o ar admitido é impulsionado num fluxo de alta velocidade, utilizando a energia expansiva dos gases aquecidos pela combustão. Em baixas velocidades ou baixas altitudes, torna-se antieconômico e ineficiente, sendo por isso um motor mais apropriado para aviões supersônicos.
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| Imagem 4 |
MOTOR A TURBOFAN
Esse motor é constituído por um turbojato acrecido de um "fan" (ventilador, em inglês). O "fan" funciona como uma hélice de características especiais, criando um fluxo de ar frio que mistura-se com os gases quentes do jato principal. As vantagens deste motor são a elevada tração, baixo ruído e grande economia de combustível. É por isso o tipo de motor mais amplamente utilizado nos aviões de alta velocidade atuais.
Esse motor é constituído por um turbojato acrecido de um "fan" (ventilador, em inglês). O "fan" funciona como uma hélice de características especiais, criando um fluxo de ar frio que mistura-se com os gases quentes do jato principal. As vantagens deste motor são a elevada tração, baixo ruído e grande economia de combustível. É por isso o tipo de motor mais amplamente utilizado nos aviões de alta velocidade atuais.
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| Imagem 5 |
MOTOR A TURBOÉLICE
É um motor turbojato modificado onde quase toda a energia do jato é aproveitada para girar uma turbina (cujo principio de funcionamento é o mesmo do catavento), a qual aciona uma hélice através de uma caixa de engrenagens de redução. É um motor ideal para velocidades intermediárias entre as dos motores a pistão e os motores "turbofan".
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| Imagem 6 |
Do estudo acima, fica claro que cada tipo de motor é mais indicado para uma determinada faixa de velocidades e altitudes. Na ordem crescente destas, são indicados o motor a pistão, o turboélice, o "turbofan" e o turbojato
AS QUALIDADES DO MOTOR AERONÁUTICO
Dentre as qualidades exigidas do motor aeronáutico, as mais importantes são a segurança de funcionamento, durabilidade, ausência de vibrações, economia, facilidade de manutenção, compacidade, eficiência térmica e leveza.
EFICIÊNCIA TÉRMICA
É a relação entre a potência mecânica produzida e a potência térmica liberada pelo combustível. Na prática, a eficiência dos motores aeronáuticos é da ordem de 25% a 30%, o que é muito pouco, considerando-se que os motores elétricos de alta potência têm eficiências que superam facilmente os 90%.
LEVEZA
Em termos técnicos, a leveza é indicada pela relação massa-potência, que é igual a razão entre a massa do motor e a sua potência. Evidentemente, essa relação deve ser a menor possível. A figura abaixo compara a leveza de dois motores típicos:
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| Imagem 7 |
FACILIDADE DE MANUTENÇÃO E DURABILIDADE
A segurança de funcionamento dos motores depende de uma cuidados manutenção, que geralmente compreende duas partes:
- INSPEÇÕES PERIÓDICAS - Os motores devem ser inspecionados em determinados intervalos (25 horas de voo, 50 horas de voo e etc), onde são também feitos serviços como troca de óleo, limpeza ou substituição de filtros, regulamentos, etc. Para facilitar esse trabalho, a facilidade de manutenção é importante.
- REVISÂO GERAL - Após determinado número de horas de voo (esse tempo é conhecido como durabilidade), o motor sofre revisão geral, onde é totalmente desmontado para verificação e substituição de peças desgastadas ou danificadas.
A durabilidade é frequentemente referida através das iniciais "TBO" ("Time Between Overhauls" - tempo entre revisões gerais).Os períodos entre inspeções e o número de horas para revisão geral são determinados pelo fabricante do motor (não do avião).
ECONOMIA
Os motores aeronáuticos deves ter baixo consumo de combustível. Há duas definições de consumo:
- CONSUMO HORÁRIO - É a quantidade de combustível consumido por hora de funcionamento. Ex.: 30 litros/hora, 7 galões/hora, etc.
- CONSUMO ESPECÍFICO - Este consumo leva em consideração a potência do motor. Assim, um consumo específico de 0,2 litro/HP/Hora indica que o motor consome 0,2 litro de combustível por HP produzido, em cada hora de funcionamento do motor.
O consumo horário é utilizado nos cálculos de navegação aérea e o consumo específico serve para comparar eficiências de motores.
EQUILÍBRIO E REGULARIDADE DO CONJUGADO MOTOR
Indica a suavidade do funcionamento. O termo "equilíbrio" indica que as forças internas do motor devem se equilibrar, evitando o aparecimento de vibrações no sentido transversal (para cima e para baixo, ou para os lados). O termo "regularidade do conjugado motor" indica a ausência de vibrações no sentido da rotação, isto é, que o motor deve girar da forma mais regular e contínua possível. Neste sentido, os motores a reação superam os motores a pistão, conforme ficará claro após o estudo dos mesmos.
NOTAS:
"Conjugado" é o mesmo que "momento" ou "torque", "Conjugado motor" é o esforço que faz o eixo do motor girar, o qual provém da energia da queima do combustível.
EXCESSO DE POTÊNCIA NA DECOLAGEM
Os motores de aviação devem ser capazes de manter por curto tempo (cerca de 1 minuto) uma potência superior à de projeto, para ser usada durante a decolagem.
PEQUENA ÁREA FRONTAL
Preferivelmente, os motores aeronáuticos devem apresentar peque área frontal, para que possam ser instalados em aviões de fuselagem estreita e aerodinâmica.
Este não é um critério absoluto. De fato, existem motores aeronáuticos com enorme área frontal (chamados motores radiais), que são tolerados por serem leves e compactos.
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