Apostila de Motores à Reação

MOTORES À REAÇÃOFigura 1 Motor J85 Édison Henrique Baptista 2 Conteúdo 1. INTRODUÇÃO............................................................................................................................................. 6 2. PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO.............................................................................................................. 6 3. TIPOS DE MOTORES................................................................................................................................... 8 3.1 TURBOJATO ................................................................................................................................................. 9 3.2 TURBOÉLICE............................................................................................................................................... 10 3.3 TURBOFAN(TURBOVENTOINHA) ............................................................................................................... 11 3.4 TURBOEIXO................................................................................................................................................ 12 3.5 PULSOJATO................................................................................................................................................ 13 3.6 ESTATOJATO.............................................................................................................................................. 14 3.7 FOGUETE.................................................................................................................................................... 14 3.8 COMBINAÇÃO DE MOTORES..................................................................................................................... 14 4. PRINCIPAIS COMPONENTES DO MOTOR................................................................................................. 15 4.1 ENTRADA DE AR......................................................................................................................................... 15 4.1.1FORMAS DE TOMADA DE AR................................................................................................................... 15 4.1.1.1 PITOT ................................................................................................................................................... 15 4.1.1.2 SIMPLES ENTRADA............................................................................................................................... 16 4.1.1.3DUPLA ENTRADA.................................................................................................................................. 16 4.1.1.4 GEOMETRIA VARIÁVEL ........................................................................................................................ 16 4.1.1.5 BOCA DE SINO...................................................................................................................................... 16 4.1.2 TIPOS DE ENTRADA DE AR...................................................................................................................... 16 4.1.2.1 ENTRADA DE AR DE MOTOR TURBOJATO........................................................................................... 16 4.1.2.2 ENTRADA DE AR DE MOTOR TURBOÉLICE........................................................................................... 16 4.1.2.3 ENTRADA DE AR DE MOTOR TURBOEIXO............................................................................................ 17 3 4.2 COMPRESSOR ............................................................................................................................................ 17 4.2.1 COMPRESSOR AXIAL............................................................................................................................... 17 4.2.2 COMPRESSOR CENTRÍGUFO................................................................................................................... 18 4.2.3 COMPRESSORES MISTOS........................................................................................................................ 19 4.3 ESTOL DO COMPRESSOR ........................................................................................................................... 20 4.3.1 DISPOSITIVOS ANTI-ESTOL...................................................................................................................... 20 4.4 CÂMARA DE COMBUSTÃO......................................................................................................................... 21 4.4.1CONSTITUIÇÃO DA CÂMARA DE COMBUSTÃO....................................................................................... 22 4.4.2 TIPOS DE CÂMARAS DE COMBUSTÃO.................................................................................................... 22 4.5 TURBINAS................................................................................................................................................... 25 4.5.1 TIPOS DE TURBINA.................................................................................................................................. 26 4.5.2 TÉCNICAS DE REFRIGERAÇÃO DA TURBINA............................................................................................ 27 4.5.3 MATERIAIS UTILIZADOS NA CONSTRUÇÃO DA TURBINA....................................................................... 28 4.5.4 COAÇÕES SOBRE AS TURBINAS .............................................................................................................. 28 4.6 ESCAPAMENTO.......................................................................................................................................... 28 4.6.1 CONSTITUIÇÃO DO ESCAPAMENTO....................................................................................................... 28 4.6.2 ESCAPAMENTO DE MOTOR TURBOJATO ............................................................................................... 30 4.6.2 ESCAPAMENTO DO MOTOR TURBOEIXO/TURBOÉLICE.......................................................................... 30 4.6.3 ACESSÓRIOS DO ESCAPAMENTO............................................................................................................ 31 4.7 MANCAIS ................................................................................................................................................... 33 4.7.1TIPOS DE MANCAIS.................................................................................................................................. 33 4.8 CONCEPÇÃO MODULAR ............................................................................................................................ 33 4.9 MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO DOS MOTORES........................................................................................... 34 4.9.1 LIGAS LEVES ............................................................................................................................................ 34 4.9.2 AÇO......................................................................................................................................................... 34 4 4.9.3 LIGAS DE TITÂNIO................................................................................................................................... 34 4.9.4 LIGAS REFRATÁRIAS................................................................................................................................ 34 5. SISTEMA DE AR........................................................................................................................................ 34 1.1. SISTEMA DE AR INTERNO................................................................................................................ 34 1.2. SISTEMA DE AR EXTERNO................................................................................................................ 35 6. SISTEMA DE LUBRIFICAÇÃO..................................................................................................................... 35 7. SISTEMA DE COMBUSTÍVEL..................................................................................................................... 37 SUPRIMENTO DE COMBUSTÍVEL ..................................................................................................................... 37 INJEÇÃO NA CÂMARA DE COMBUSTÃO.......................................................................................................... 37 COMANDO DO SISTEMA.................................................................................................................................. 37 PARTIDA-PARADA............................................................................................................................................ 37 REGULAÇÃO..................................................................................................................................................... 37 REGULAÇÃO DO TURBOATO............................................................................................................................ 38 REGULAÇÃO DO TURBOEIXO........................................................................................................................... 38 REGULAÇÃO DO TURBOÉLICE.......................................................................................................................... 38 INJEÇÃO DE ÁGUA-METANOL.......................................................................................................................... 39 REAQUECIMENTO COMBUSTÍVEl .................................................................................................................... 40 8. SISTEMA DE .PARTIDA ............................................................................................................................. 40 LANÇAMENTO.................................................................................................................................................. 40 SUPRIMENTO DE COMBUSTÍVEL ..................................................................................................................... 40 IGNIÇÃO........................................................................................................................................................... 41 CICLO DE PARTIDA........................................................................................................................................... 41 REAQUECIMENTO EM VÔO............................................................................................................................. 41 VENTILAÇÃO.................................................................................................................................................... 41 9. SISTEMA DE DEGELO E ANTIGELO........................................................................................................... 41 5 10. INVERSÃO DE TRAÇÃO......................................................................................................................... 41 11. COMANDO E CONTROLE ..................................................................................................................... 42 12. PROTEÇÃO INCÊNDIO.......................................................................................................................... 42 13. DANOS ................................................................................................................................................. 42 14. SISTEMA DE CONTROLE MOTOR......................................................................................................... 43 15. TRAÇÃO OU EMPUXO.......................................................................................................................... 43 TRAÇÃO DO MOTOR ESTÁTICO....................................................................................................................... 43 TRAÇÃO EM VÔO............................................................................................................................................. 43 TRAÇÕES BRUTAS, NEGATIVAS E RESULTANTES ............................................................................................. 44 MEDIÇÃO DE TRAÇÃO DE UM TURBOJATO..................................................................................................... 44 REPARTIÇÃO DAS FORÇAS DE TRAÇÃO ........................................................................................................... 44 16. POTÊNCIA ............................................................................................................................................ 45 MEDIÇÃO DE POTÊNCIA .................................................................................................................................. 45 REPARTIÇÃO DE POTÊNCIA.............................................................................................................................. 45 17. COMPARAÇÃO ENTRE OS MOTORES................................................................................................... 45 6 MOTORES À REAÇÃO 1. INTRODUÇÃO Até hoje não se sabe ao certo quem primeiro descobriu os princípios da propulsão à jato. Os historiadores afirmam que Heron, sábio matemático egípcio, inventou um aparelho chamado Eulípila, constituído de uma esfera rotativa movida por vapor d’água saindo através de bocais presos à referida esfera. A água era colocada numa bacia e depois de vaporizada passava para a esfera, escapando pelos bocais fazia a esfera girar. 2. PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO O motor à jato opera de modo semelhante ao balão de brinquedo. Todos sabem que, se enchemos um balão de gás e soltarmos subitamente, este se desloca em relação à massa de ar, com certa velocidade, por alguns segundos. Para que possamos entender melhor está causa devemos estudar a lei dos gases. O gás encerrado em um recipiente exerce pressão contra as paredes do mesmo, onde aparece não pelo seu peso, pois, a força que exerce nas paredes é superior a sua massa. As moléculas do gás são dotadas de movimentos rápidos e contínuos, estando em choque constante entre elas e também contra paredes do recipiente, produzindo a pressão do gás. É lógico que, a força exercida pelo choque das moléculas contra as paredes do recipiente é pequena, sendo o gás constituído de uma quantidade muito elevadas de moléculas, produzirá um valor apreciável de pressão. Baseado nessa lei, ao inflarmos um balão de brinquedo e ao soltar subitamente o bocal de enchimento notamos claramente que o mesmo se desloca em relação ao ar com certa velocidade por alguns segundos. O motivo de conhecermos a lei dos gases é exatamente para compreendemos esse fenômeno: não é o ar em fuga, apoiando-se no ar exterior que faz o balão mover-se. Quando o balão é inflado, a pressão interna do ar, que distende a membrana, é maior que a pressão externa e exerce uma pressão em todos os sentidos. Figura 2 Eulípila Figura 3 Balão inflado 7 Se colocarmos o balão no vácuo e então soltarmos o bico é obvio que o ar em fuga não encontrará apoio (ausência do ar), mesmo assim o balão mover-se-à no sentido oposto a fuga do ar. O mesmo acontecerá se o balão for colocado na atmosfera. Soltando se o bico, remove-se uma seção da membrana do balão contra qual a pressão interna vinha exercendo força. No lado diretamente oposto ao bico, entretanto, a pressão interna continua a forçar uma área igual a da membrana e é este estado de desequilíbrio que faz com que se desloque no sentido contrário a fuga do ar. O vôo do balão é de curta duração por que a pressão do interior se perde rapidamente .Essa dificuldade poderia ser contornada mediante bombeamento de ar para dentro do balão , a fim de manter a pressão interna . Temos assim um jato elememtar empregado todos os principios da unidade que propulsiona um avião . A seguir substituindo o balão por um cilindro metálico podemos comprovar o funcionamento da turbina de gás , o qual deve ser seguido no esquema a seguir. Imaginemos um recipiente com ar comprimido,tendo na parede lateral um pequeno orificio para a saída do ar. Ao ser aberto o orifício ,dependente da quantidade de ar comprimido , o recipiente terá tendência a se deslocar em sentido contrário ao da saída do ar de acordo com a terceira leide Newton (ação e reação). “Á toda ação correspondente uma reação igual em sentido contrário” O funcionamento do motor à reação é muito simples , sendo constituído por quatro fases que são: ADMISSÃO , COMPRESSÃO , EXPANSÃO E ESCAPAMENTO Um motor de arraque gira o conjunto compressor turbina para ininciar a admissão de ar . O ar é absorvido e imediatamente comprimido pelo compressor , após é enviado para o interior da câmara de combustão , onde o combustível é continuamente injetado .Apenas uma pequena parte dessa massa de ar que penetra na câmara é requerida para formar a mistura de combustível Figura 4 Balão em deslocamento Figura 5 Fases do motor 8 Centelhas elétricas dos ignitores iniciarão a combustão da mistura ar\combustível . Após a formação da chama à frente do bico injetor de combustível , não haverá mais a necessidade do centelhamento , e então a ignição é desligada. Devido à alta temperatura dessa chama , a massa de ar contida no interior da câmara de combustão , se expandirá , mas como o restrito , o resultado será sempre uma grande aceleração dessa massa de ar em direção à turbina. Ao passar rapidamente sobre a pás da turbina , a massa de ar provoca a rotação determinando a transformação de energia cinética em mecânica ou potência do motor . 3. TIPOS DE MOTORES Motores térmicos são aqueles que transformam a energia calorífica (calor desprendido pela queima de combustível) em energia mecânica. Esses motores podem ser de combustão interna ou externa. Os motores empregados atualmente são de combustão interna, ou seja, são motores em que a queima do combustível é realizada no seu próprio interior.Os motores aerotérmicos são aqueles que utilizam ar atmosférico para o seu funcionamento. Estes motores se dividem em três tipos: MOTORES DE REAÇÃO DIRETA São os motores nos quais a potência, desenvolvida no seu interior, é diretamente transmitida ao móvel como força propulsiva (tração). Como exemplo temos os motores Turbojato, Estatojato e Pulsojato. MOTORES DE REAÇÃO INDIRETA São os motores em que a potência, desenvolvida no seu interior, necessita de elementos intermediários para a conversão em força propulsiva. Como exemplo temos os motores recíprocos (a pistão). MOTORES DE REAÇÃO MISTA São os motores em que parte da potência e transferida diretamente ao móvel e parte indiretamente. Com exemplo temos o Turboélice e o Turboeixo. É importante salientar que os motores foguetes são classificados como motores térmicos de combustão interna, mas não podem ser considerados motores aerotérmicos, pois não utilizam ar atmosférico para o seu funcionamento, levam consigo o elemento oxidante. Esses motores atuam dentro do princípio da propulsão a jato e são, portanto, considerados de reação direta. Tipos de motores à reação: Turbojato ou Jatopuro Turbohélice Turboventoinha ou Turbofan Turboeixo 9 Pulsojato Estatojato Foguete Combinação de motores 3.1 TURBOJATO São os motores de à reação, cuja força propulsiva aparece exclusivamente pela reação dos gases de escapamento. Figura 6 Motor Turbojato Axial e Centrífugo 10 3.2 TURBOÉLICE Um motor desse tipo nada mais é do que um turbojato com hélice . Entre o eixo do motor e a hélice há um redutor de velocidade . A força propulsiva é produzida 90% pela hélice e o restante pelos gases de escapamento . Alguns tipos de turbohéliece têem uma turbina extra que é utilizada para adicionar a hélice , não sendo usada para acionar qualquer compressor , esta turbina é conhecida com turbina livre. Quando se compara , considerando – se motores de mesma potência e dimensão , um motor turbohélice um turbojato , chega – se `as conclusões que ; o turbohélice é de fornecer maior tração de que turbojato em baixas velocidade . Na decolagem e na subida o turbohélice é de muita eficiência em vista da hélice acelerar uma grande massa de ar . Figura 7 Turboélice 11 3.3 TURBOFAN(TURBOVENTOINHA) Atualmente é o tipo de motor à reação mais usado na aviação comercial. Fundamentalmente é um turbohélice com as seguintes difenrencias: Ahélice é substituída por pequenas pás que trabalham dentro de uma carenagem; O diâmetro externo das pás é bem menor que os da hélice ; As pás produzem de 30 a 75 %da força propulsiva do motor ;e O motor turbofan tem maior área de admissão do que o turbojato. Grande parte do ar que é puxado pelo “fan” não entra na câmara , o que não nacessita de combustível ; desse modo, o motor produz uma elavada tração , em vista de pauxar mais ar do que o turbojato , para um consumo menor de combustível . Alguns tipos de motores têem uma relação entre o ar admitido pelo motor e o que entra no compessor de 5 : 1 . Há diversos tipos de motores turbofan , cada um tendo suas vantagens e desvantagens , assim sendo , existem motores com a ventoinha na frente e os com ventoinha na traseira . Nos motores com ventoinha dianteira o ar que não entra na câmara pode ou não ser misturado com os gases de escapamento. Figura 8 Turbofan 12 3.4 TURBOEIXO São os motores que possuem uma turbina livre ,utilizada não para acionar uma hélice , como nos motores turbohélice , e sim para acionado na industria para movimentar geradores elétricos , compressores de ar e bombas destinadas à bombear gás natural através de gasoduto. Figura 9 Motor Turboeixo 13 3.5 PULSOJATO O motor é constituído por um tubo , cujo formado interior tem a finalidade de diminuir a velocidade do ar admitido . Na parte dianteira do tubo há um conjunto de válvulas , mantidas fechadas através de molas . A abertura da válvula ocorre pela pressão de impacto e a redução interna de pressão , quando o motor se desloca. Para iniciar o funcionamento é necessário por na câmara ar comprimido que , misturando com o combustível , formará a carga combustível . Inicialmente uma vela produz centelhas para queimar a carga combustível . Depois , o calor acumulado é responsável pela combustão da carga . Quando ocorre a combustão , as válvulas são fechadas pela pressão dos gases queimados que atuam em todas as direções . Como a parte traseira do tubo é aberta , os gases saem por aí , fazendo aparecer uma força de ação e , por conseguimos , surge na direção opsta , uma força de reação que impulsiona o motor para frente . Durante o escapamento ,a pressão no interior da câmara diminuiu tornando-se menor do que a atmosfera , é quando as válvulas são abertas admitindo nova quantidade de ar que será novamente mistura do com o combustívelque é injetado continuamente . O ciclo se repete milhares de vezes por minuto. Embora o fluxo de combustível seja continuo , o funcionamento do motor apresenta ,um barulho pulsasivo , cuja frequencia defende do comprimento do tubo se descarga.A tração é praticamente do motor continua apesar do motor ser de funcionamento intermitente devido ao elevado número de combustões . Este tipo menor é usado para impulsionar projeteis guiados e planatores. Foi usado na ultima guerra , pelos alemães , para transporte de bombas que caiam juntamente com o motor quando acabava o combustível. 14 3.6 ESTATOJATO O motor estatojato é usado principalmente como um aumentador de Tração. É um motor simples por não possuir peças móveis. Consta de um tubo de diâmetro variável onde o maior diâmetro é na câmara e o menor, na saída. Na câmara de combustão há uma tela retentora de chama, um injetor de combustível e um ignitor. O motor só inicia seu funcionamento quando a velocidade do móvel onde estiver montado for de aproximadamente de 250mph. Quando esta velocidade for atingida, a pressão de ar na câmara, devido ao impacto do ar, é suficiente para iniciar o funcionamento e assim a ignição pode ser desligada pois o calor acumulado no tubo permite a queima contínua da carga combustível. A tela colocada no interior do tubo, devido as suas passagens divergentes, causa uma diminuição na velocidade do ar admitido a fim de permitir a formação da mistura ar/combustível e a manutenção da chama. Este tipo de motor é usado para impulsionar mísseis que são lançados de por foguetes e também são combinados com motores Turbojato. 3.7 FOGUETE Este tipo de motor pode operar na atmosfera ou fora da mesma porque carrega o oxigênio necessário à combustão. O oxigênio é carregado na forma líquida ou como uma substância que através de reação química o libere. 3.8 COMBINAÇÃO DE MOTORES Os técnicos, na tentativa de melhorares a eficiência dos motores e vencerem as restrições que aparecm nos vôos de alta velocidade, projetam e constroem motores obtidos pela combinação de dois tipos de motores como o Turbojato com o Estatojato, conhecido como Turbo- Estato; e o Turbojato com Foguetes, chamados de Turbo-Foguetes. 15 4. PRINCIPAIS COMPONENTES DO MOTOR 4.1 ENTRADA DE AR O conjunto de “entrada de ar” inclui a entrada de ar do motor propriamente dita e, em certos casos, uma tomada de ar a cargo do fabricante da Aeronave. A Entrada de Ar do motor é geralmente constituída por um cárter de liga leve que tem por vezes a função anexa de suportar acessórios. A Tomada de Ar pode ser disposta de várias maneiras e ser munida de equipamentos diversos (grelha de proteção, atenuador de ruído, dispositivo anti-gelo, filtro, etc.) Tem a finalidade básica de canalizar o ar para o motor a fim de garantir o melhor desempenho e deve ter as seguintes características: Fornecer ar ao motor com a mínima turbulência possível; Distribuir uniformemente a pressão de ar em toda área do compressor; e Evitar a entrada de detritos para o compressor. Obs: as quedas o perdas de pressão do ar durante a admissão são causadas pelo atrito contra as paredes do duto, viscosidade do ar, e tambêm pelas rugosidades, dobras e outras anormalidades que as paredes apresentam. 4.1.1FORMAS DE TOMADA DE AR 4.1.1.1 PITOT É o tipo de tomada de ar mais utilizada em vôos subsônicos e tem a características de ser a que melhor aproveita a pressão de impacto do ar. 16 4.1.1.2 SIMPLES ENTRADA É o tipo de tomada de ar que entrega o ar para o motor com o fluxo mais uniforme, entretanto há a perda de pressão de impacto. 4.1.1.3DUPLA ENTRADA É o tipo de tomada de ar com as características da simples entrada. As tomadas ficam juntas à fuselagem da aeronave e isto prejudica a captação do ar quando a aeronave está em vôo derivado (caranguejando). 4.1.1.4 GEOMETRIA VARIÁVEL É o tipo de tomada de ar utilizada quando, devido a velocidade da aeronave, possa haver a formação das ondas de choque que ocorre próxima a velocidade do som. Este tipo de tomada altera automaticamente a área de admissão. 4.1.1.5 BOCA DE SINO É o tipo de tomada de ar utilizada exclusivamente em motores em ensaio no banco de teste, antes de ser montado na aeronave. 4.1.2 TIPOS DE ENTRADA DE AR 4.1.2.1 ENTRADA DE AR DE MOTOR TURBOJATO Num Turbojato, a entrada de ar tem uma seção de passagem divergente de modo a transformar a energia cinética do ar em pressão. Para altas velocidades utilizamos entradas de ar que evitam a formação das ondas de choque e, em certos casos, recorremos à entradas de seção variável. Elas tambêm podem ser munidas de filtros de camada limite. 4.1.2.2 ENTRADA DE AR DE MOTOR TURBOÉLICE Num Turboélice, a entrada de ar está geralmente atrás da hélice e assim temos uma melhora na captação do ar. Em muitos casos o cárter da entrada de ar forma tambêm o alojamento do redutor de velocidade. 17 4.1.2.3 ENTRADA DE AR DE MOTOR TURBOEIXO Num motor Turboeixo, a entrada de ar é geralmente de seção regular e quase não asegura nenhuma transformação na pressão do ar. Pode tambêm apresentar uma grelha de proteção ou um filtro anti-areia. 4.2 COMPRESSOR Os compressores têem a finalidade de entregar ar comprimido à câmara de combustão. São responsáveis pela sucção, aprisionamento, compressão e entrega do ar para a câmara. 4.2.1 COMPRESSOR AXIAL O compressor axial é aquele cujo fluxo de ar é paralelo ao eixo do motor. Consta da seguintes partes básicas: ROTOR ( ou lâminas móveis) que comunica o movimento à massa de ar. A velocidade do fluxo é aumentada devido ao movimento atribuído ao ar e a pressão tambêm sobe devido a geometria das lâminas (divergência). ESTATOR (ou lâminas fixas) que transforma a velocidade do ar em pressão. A velocidade é transformada em pressão pela divergência da seção de passagem e o fluxo é redirecionado. A cada par rotor/estator temos um estágio. A velocidade do fluxo aumenta no rotor e é transformada em pressão no estator. A energia de pressão aumenta assim de estágio em estágio. Com numerosos estágios obten-se taxas de compressão elevadas. O compressor axial é perfeitamente adaptado aos motores de grande potência, contudo é de construção relativamente complexa e a sua facilidade ao estol e bastante grande. 18 4.2.2 COMPRESSOR CENTRÍGUFO O compressor axial é constituído da seguintes partes básicas: ventoina, difusor e coletor. Na ventoinha, o ar penetra axialmente e sai radialmente (perpendicular ao eixo do motor). A velocidade aumenta devido a aceleração centrífuga e a pressão, devida a seção divergente entre as lâminas. No difusor, a velocidade é transformada em pressão devido a seção divergente entre as lâminas. No coletor, o ar é orientado para a câmara de combustão. O compressor centrífugo destaca-se por mais de uma razão: simplicidade, robustez, bom rendimento; mas sua taxa de compressão é limitada. É utilizado nos motores de baixa potência. 19 4.2.3 COMPRESSORES MISTOS Certos motores possuem compressores centrífugos alimentados com estágios axiais. A sobrealimentação do centrífugo melhora a taxa de compressão para uma mesma rotação. Esta solução permite conservar todas as vantagens do compressor centrífugo ser ter o inconveniente de uma taxa de compressão demasiadamente baixa. 20 4.3 ESTOL DO COMPRESSOR O estol do compressor é uma condição de instabilidade de funcionamento tanto do centrífugo quanto no axial, sendo mais intenso neste devido a complexibilidade de trabalho. Em condições operacionais diferentes daquelas que foram adotadas durante o projeto do compressor, surge uma perturbação no fluxo de ar que se escoa entre as palhetas causando uma violenta turbulência e a destruição da uniformidade do fluxo entre cada estágio. Esta anormalidade que aparece em qualquer tipo de compressor é conhecida por Estol. O Estol pode ocorrer em um ou mais estágios. O Estol da palheta de um compressor pode ser comparado com o da asa de um avião que estola quando o seu ângulo de ataque, sendo demasiadamente grande, faz com que o escoamento do ar em torno da asa seja perturbado, causando o aparecimento de turbilhões no bordo de fuga e a diminuição da força de sustentação. No compressor o estol começa quando o ângulo de ataque normal é alterado por diminuição da velocidade do ar passando nas palhetas sem que haja alteração na velocidade do compressor. Os efeitos do estol são os mais diversos, como exemplo temos: barulho característico, diminição de rotação, impossibilidade de aceleração, vibrações, aumento da temperatura, etc. Pode, as vezes, ser tão fraco que aparenta ser uma leve vibração. As pás do compressor são projetadas e construídas para produzirem um certo grau de pressão e de velocidade em toda faixa de rotação, se alguma coisa perturbar a relação pressão, velocidade e rotação; o fluxo de ar através das palhetas será perturbado causando o aparecimento de redemoinhos que evolui para o estol da palheta. Isto pode ocorrer se o fluxo de ar sofreu uma redução causada por gelo na entrada de ar do motor, manobra de vôo, danos nas palhetas devido a ingestão, acentuado ângulo de ataque do ar com a entrada do motor, condições operacionais internas do motor, turbulência, etc. 4.3.1 DISPOSITIVOS ANTI-ESTOL Quando se constrói um compressor deve-se levar em consideração a relação entre o fluxo de ar e a taxa de compressão para as diversas velocidades. Os dois tipos de processos adotados para reduzir as possibilidades de estol do compressor é o controle do fluxo de ar através da sangria de ar de estágios intermediários ou através das aletas guias de entrada e das estatoras de ângulo variável. 4.3.1.1 VÁLVULAS DE SANGRIA DE AR (BLEED VALVE) A válvula de sangria de ar é utilizada para drenar para a atmosfera o excesso de ar que seria responsável por provocar o estol. Vale lembrar que, principalmente na partida e nas baixas rotoções, o compressor tem maior eficência do que a real demanda da câmara de combustão. Caso este ar não fosse drenado, haveria uma estagnação no fluxo de ar através da palhetas do compressor devido o excesso de ar que, fatalmente, provocaria o estol. 21 A abertura ou fechamento da vávula de sangria numa certa rotação do motor é automática e depende da temperatura, da pressão e da taxa de compressão. Deve estar aberta na partida e nas baixas rotações e manter-se fechada para que o motor atinga potência máxima. 4.3.1.2 ALETAS GUIA DE ENTRADA E ESTATORAS DE ÂNGULO VARIÁVEL As aletas guias de entrada (IGV- inlet guide vane) e as estatoras de ângulo variável constituem um dos métodos mais eficientes e confiáveis de regular o fluxo de ar do compressor. Para o compressor o ideal é que o ângulo físico das palhetas corresponda a um ângulo de ataque aerodinâmico ótimo em todas as rotações da faixa operacional do motor. A IGV e as estatoras são controlados hidraulicamente pelo sistema de combustível do motor. Nas baixas velocidade, ficam numa posição de ângulo mínimo e a medida em que o motor é acelerado, elas giram como uma única peça no sentido da posição aberta. Estarão totalmente abertas quando a faixa ideal de velocidade for alcançada, tudo isso tendo como finalidade a eficiência e controle do motor em toda gama de operação, garantido empuxo máximo, ótima economia de combustível e aceleração imediata livre de estol. 4.4 CÂMARA DE COMBUSTÃO O papel da câmara de combustão consiste em queimar a mistura ar/combustível e libertar os gases oriundos da combustão para a turbina (transformação da energia química contida no combustível em energia calorífica). Trabalha teoricamente como um componente isobárico, ou seja, as reações que ocorrem no seu interior possuem pressões constantes, qualquer aumento do fluxo de combustível se traduz em aumento da energia cinética que é expulsa da câmara de combustão. A relação ideal ar/combustível para obter uma boa combustão é de 15/1, conhecida como riqueza estequitométrica. No entanto não podemos admitir esta relação ideal por que a temperatura daí resultante seria demasiadamente alta para o motor (cerca de 2.000ºC). A câmara adimite uma relação mais elevada, da ordem de 50/1, de modo a arrefecer os gases queimados e obter uma temperatura aceitável diante das turbinas. A combustão se faz numa seção adaptada de modo a assegurar o fluxo de ar, a pulverização de combustível e a expansão dos gases. Deve tambêm assegural uma boa estabilidade da chama, o funciomamento de uma larga margem de fluxo de combustível, possibilidade de reacendimento e o funcionamento em altas altitudes. Em zona primária, o ar é admitido de modo a obter uma mistura permitindo uma boa combustão. Criamos zonas ricas e de recirculação para manter a chama ( porque a velocidade do de ar é superior ao tempo de deflagação da chama). Em zona secundária, diluimos os gases para diminuir a temperatura. O fluxo secundário ou de diluição é de 3 a 4 vezes superior ao fluxo de ar primário. Além disso é utilizado para obter uma boa repartição da temperatura e uma refrigeração das paredes da câmara. 22 4.4.1CONSTITUIÇÃO DA CÂMARA DE COMBUSTÃO A câmara de combustão consta das seguintes partes básicas: DIFUSOR O difusor tem a finalidade de diminuir a velocidade do ar entregue pelo compressor. Nos motores equipados com seção difusora as câmaras não possuem difusor. QUEIMADOR O queimador é a peça que alimenta a chama com combustível, cumprindo assim todas as funções necessárias à realização da queima. CAMISA A camisa, tambêm chamada de Tubo de Chama, é o local onde se realizam as fases funcionais do processo de adição de calor ao ar para a sua expansão e consequente aumento de velocidade. CARCAÇA A carcaça serve para suporte da camisa e o espaço existente entre as duas destina-se à passagem de ar que vai entrar na camisa. 4.4.2 TIPOS DE CÂMARAS DE COMBUSTÃO As câmaras de combustão se classificam segundo a sua forma, o sentido do fluxo e o sistema de injeção. 23 4.4.2.1 CÂMARA DE COMBUSTÃO DO TIPO CANECA Este tipo de câmara é usada nos motores dotados de compressor centrífugo e são dispostas em torno do eixo de acionamento do compressor, cada uma delas tendo seu queimador.As camisas são interligadas por tubos a fim de que todas operem na mesma pressão e permitam a combustão se propagar em todas as câmaras possuem ignitores.Quando o ar deixa o difusor do compressor centrífico é enviado pelos tubos para as câmaras. As grandes vantagens deste tipo de câmaras em relação à anular são: Baixo peso Facilidade remoção As desvatagens deste tipo de câmara aparece quando uma câmara se apaga, causando grande diferença de temperatura nas palhetas guias de turbina, podendo até empená-las. 4.4.2.2-CÂMARA DE COMBUSTÃO TIPO ANULAR Este tipo de câmara é mais simples, forma uma única câmara em torno do eixo, tem a vantagem de permitir melhor mistura do ar com o combustível e também melhor resfriamento dos gases.Os queimadores são distribuidos de maneira uniforme em torno do eixo. 24 4.4.2.1 CÂMARA ANULAR DE FLUXO REVERSO É uma câmara anular disposta de modo a inverter o fluxo de ar. Permiti reduzir o comprimento do motor, entretanto haverá perda de energia cinética devido a inversão do fluxo. Melhora o acesso aos injetores. 4.4.3 CÂMARA DE COMBUSTÃO TIPO CANULAR É o tipo de câmara que resulta da combinação da caneca com a anular. Consiste de pequena câmaras do tipo anular dispostas conforme o tipo caneca. Semelhante as disposições tipo caneca, as camisas são interconectadas por um tubo de propagação de chama. Apresenta distribuição uniforme de temperatura para as turbinas, diminuindo muito a possibilidade, em caso de apagamento, de queda de pressão no seu interior. 4.4.4 INJEÇÃO DE COMBUSTÍVEL NA CÂMARA DE COMBUSTÃO O combustível deve ser admitido na câmara de modo a obter uma homogeneização rápida da mistura. A injeção de combustível condicional portanto o funcionamento e a estabilidade da combustão. 4.4.4.1 INJEÇÃO POR INJETOR SIMPLES (SIMPLEX) O combustível é admitido sob pressão e pulverizado por um orifício calibrado. A qualidade da pulverização depende da seção de passagem do injetor calibrado, do fluxo e da pressão de suprimento. 25 Este tipo de injetor foi abandonado porque não possuia as qualidades necessárias à pulverização quando operando com fluxo baixos. 4.4.4.2 INJEÇÃO POR INJETOR DUPLO (DUPLEX) Este tipo de injetor compreende 2 (dois) injetores calibrados concêntricos alimentados separadamente por pressões diferentes. Este tipo de disposição permite manter a qualidade de puverização para os mais variados tipos de fluxos de combustível. 4.4.4.3 INJEÇÃO À PRÉ-VAPORIZAÇÃO Este tipo consiste em vaporizar o combustível antes da injeção. Não precisa de altas pressões e permite uma boa qualidade de combustão. 4.5 TURBINAS As turbinas de gás constituem o meio mais eficiente de aproveitamento da ernegia calorífica contida no gás.O conjunto compressor turbina substitui com vantagens o mecanismo de pistão, biela e eixo de manivelas dos motores a pistão.As vantagens da utilização com turbinas das turbinas são: Poucos pontos de apoio a serem lubrificados ; Poucas peças móveis; Melhor funcionamento nas grandes velocidades; Menores dimensões do que as do motor à pistão de igual potência ;e levesa Pouca vibração Desvantagens : Partida demorada Variação lenta de velocidade (principalmente em baixa rotação) Não funciona bem em sentido inverso ; Não funciona bem nas baixas velocidades ; e Elevado consumo de combustível. Nos motores a jato a turbina tem por função acionar : compressor, acessórios,hélice (motores turbohélice) e ventoinha (motores turbofan).Cerca de ¾ da ernegia cinética contida nos gases é utilizada para acionar o compressor. As turbinas utilizadas são do tipo axial e consta das seguintes partes básicas : estator e rotor.Cada par estator/rotor constitui um estágio;exemplo : se um motor possui quatro turbinas a de nº3 é conhecida como terceiro estágio. 26 O estator ou tubeira é formado por uma carreira de palhetas de perfil aerodinamico formado entre si as passagens dos gases (bocais convergentes). O rotor ou disco da turbina é uma peça circular que tem preso um eixo,ou dispõem de flange para prende-lo.Na sua periferia são instaladas as pás da turbina com seu perfil aerodinâmico. As turbinas podem ser de um ou vários estágios, no fim do último estágio existem aletas diretoras que orientam os gases eiras o de para a descarga. Os rotores podem ou não funcionar idenpendente , depende do sistema usado, do tipo de motor e da potência exigida da turbina. Nos motores se compressor duplo, a turbina dianteira aciona o compressor de alta pressão e as traseira o de baixa pressão . Os gases que saem da primeira turbina se expandem , razão pela qual é necessário , nas turbinas seguintes maior área das pás para se obter um trabalho adequado. Nos motores turbohélice , geralmente, o último estágio é usado para acionar a hélice.Nos motores turbofan , as duas ou três últimas turbinas são usadas para acionar a ventoinha . 4.5.1 TIPOS DE TURBINA As turbinas são classificadas conforme o tipo de passagem que as palhetas do estator e as pás do rotor formam entre si para os gases. Classificam–se em três tipos: impulso,reação e reação/impulso. TIPO PASSAGEM/ESTATOR PASSAGEM/ROTOR IMPULSO CONVERGENTE PARALELA REAÇÃO PARALELA CONVERGENTE IMPLUSO/REAÇÃO CONVERGENTE CONVERGENTE Em certas turbinas são dispostos “calcanhares” na extremidade de cada palheta, de modo a formar uma coroa rotativa e diminuir as fugas. 27 4.5.2 TÉCNICAS DE REFRIGERAÇÃO DA TURBINA A refrigeração das partes quentes é de uma importância considerável visto que permite o rendimento e a vida dos componentes.De um modo geral, é feita por meio de circulação de ar tomando ao nível do compressor.Assim, refrigeramos as lâminas distribuidor,os discos de turbina a até, em certos casos, as palhetas de turbinas.Existem diferentes técnicas de refrigeração das palhetas, como exemplo temos as palhetas fundidas, pré-formadas e passagem por eletroerosão. 28 4.5.3 MATERIAIS UTILIZADOS NA CONSTRUÇÃO DA TURBINA Devido à fortes coações,utilizam-se materiais de elevadíssima resistência (por exemplo:liga Níquel-Cromio-Molibdênio) e as pesquisas metalúrgicas continuam nesse domínio. 4.5.4 COAÇÕES SOBRE AS TURBINAS As turbinas, e em particular as palhetas, são submetidas a coações importantes devido a força centrífuga provocada pela alta rotação do rotor e a elevadíssima temperatura em que operam. É fundamental limitar estes esforços para evitar a deterioração das palhetas. Se as coações são demasiadamente fortes, pode acontecer um deslize da molécula que constitui o metal e provocar um alongamento. Este alongamento pode provocar o toque das palhetas com o seu “house” (anel de contenção) provocando a quebra generalizado do estágio. No caso de um motor, o alongamento se traduz primeiro por uma diminuição da folga radial, um toque das palhetas no cárter ou mesmo um bloqueio. Para além, há fusão do metal e quebra do rendimento da turbina. Para evitar o alongamento e importante limitar as coações, principalmente a temperatura,não basta limitar, mas tambêm repartir a temperatura em todo o duto de gás. No momento da afinação do motor, a medida da repartição é realizada por vários pares térmicos colocados em diversos pontos do fluxo, a regulação é feita agindo sobre os orifícios da câmara de combustão. 4.6 ESCAPAMENTO O escapamento de um motor à reação é de grande importância para o melhor desempenho, especialmente no Turbojato em que a velocidade e a pressão dos gases são os responsáveis pela tração. A temperatura dos gases que chegam ao escapamento variam entre 550 a 850ºC, conforme o tipo de motor. Os Turboélices e os Turbofan possuem temperatura mais baixas nos gases de escapamento. Nos motores dotados com Pós-combustão, a temperatura chega a atingir 1200ºC. 4.6.1 CONSTITUIÇÃO DO ESCAPAMENTO O conjunto de descarga é constituído das seguintes partes básicas: Cones (interno e externo), suportes (com perfil aerodinâmico),tubo e bocal propulsor. A forma de saída pode ser do tipo convergente ou convergente divergente, sendo aquele conhecido por bocal convencional. 29 As dimensões da área de saída do bocal vão determinar a velocidade e a densidade dos gases de escapamento, não podendo ser alterada a não ser pelo fabricante do motor, uma vez que qualquer modificação alterará o desempenho do motor. Os motores com saída variável possuem variação automática conforme o fluxo de combustível, tal necessidade é em função de se evitar fluxos sônicos, situação em que o bocal restringe a tração em função das ondas de choque. O bocal do tipo convergente-divergente, semelhante ao tubo de venturi, é usado sempre que o diferencial de pressão possa causar velocidade superior a “mach 1”. Sendo assim, a velocidade é subsônica na parte convergente, supersônica na parte divergente e sônica na união dos dois bocais. Com este tipo de bocal consegue-se maior tração quando a velocidade dos gases excede “mach 1”. É chamado de bocal termo-propulsivo. 30 4.6.2 ESCAPAMENTO DE MOTOR TURBOJATO O escapamento do gases é feito pelo canal convergente. A expansão prossegue geralmente até a obtenção da pressão atmosférica na zona de saída. Na realidade é a relação pressão de entrada/pressão de saída que caracteriza a expansão. Esta fase se efetua sem troca de trabalho e nem de calor, de modo que a temperatura total é constante enquanto a pressão estática diminui e a velocidade aumenta. Alguns motores são equipados com escapamento de seção variável. Esta seção permite adptar o bocal às diferentes condições de funcionamento e se impõe no caso da pós-combustão que se deve efetuar à pressão constante para não afetar o gerador de gás. Este tipo de motor pode tambêm usar o escapamento Termo-propulsivo (convergente divergente). 4.6.2 ESCAPAMENTO DO MOTOR TURBOEIXO/TURBOÉLICE A expansão faz-se principalmente na turbina e como não desejamos aumento de tração, o bocal forma uma saída divergente, a pressão aumenta e a velocidade diminui. A tração produzida é dita residual. 31 4.6.3 ACESSÓRIOS DO ESCAPAMENTO 4.6.3.1 INVERSOR DE TRAÇÃO Com o aumento da velocidade dos aviões complicou-se o problema de parar os mesmos durante a aterragem.Somente o uso dos freios aplicados nas rodas não é suficiente para tornar as distâncias de aterragem curta, o que levo os técnicos a utilizarem os gases se escapamento como freios pela mudança ou reversão de sua direção. No início do desenvolvimento dos aviões à jato utillizou-se pára-quedas que se abriam tão logo a aeronave tocava o solo. Nos motores à jato o sistema de reversão usado é o desvio da direção dos gases, nos turboélice o reverso é conseguido pela troca de passo da hélice, que muda o sentido da tração. O melhor seria se o reversor mudasse a direção dos gases em 180º,porém os gases de escapamento seriam sugados pelo motor,o que causaria transtornos na operação do mesmo.A tração reversa vale aproximadamente a metade da tração normal . 32 4.6.3.2 PÓS-COMBUSTÃO A pós-combustão é um método de aumento de tração de um Turbojato durante curtos períodos. O interesse deste método pode ser representado pela curva mostrando o ganho de altitude no tempo com e sem pós-combustão. A pós-combustão consiste em realizar uma segunda combustão no bocal de escapamento dos gases, e esta é possível graças a quantidade de moléculas de oxigênio livres existente devido a diluição dos gases na câmara de combustão. Além disso é possível admitir uma temperatura mais elevada porque não há, no escapamento, peças em movimento. O aumento da tração depende da velocidade de ejeção dos gases e pode atingir 50% a mais na tração normal do motor. Contudo é bastante onerosa no consumo de combustível e sobretudo limitada à operações militares. Se faz vantagosa principalmente nos Turbojato de derivação, devido a quantidade de importante de ar fresco no bocal. 4.6.3.4 SUPRESSOR DE RUÍDOS Em vista do alto nível de ruídos causar desconforto e danos físicos ao homem, como perda de audição, tonturas, etc. as autoridades mundiais de aviação resolveram reduzir o nível de ruído 33 produzido pelos aviões, principalmente em operações no solo, na decolagem e voando próximo à zonas urbanas. As fontes principais de ruído dos motores a jato são a admissão de ar, o turbilhonamento no compressor e os gases de escapamento, sendo este o de maior efeito. O ruído que os gases produzem tem baixa frequência, razão pela qual chega aos nossos ovidos com grande volume (alto decibél), sendo que os ruídos de alta frequência são dissipados mais rapidamente. A supressão de ruídos nos motores à reação utiliza diferentes sistemas de amortecimento, todos com a finalidade de reduzir o volume dos gases. Os supressores mais usados têem a função de acelerar a mistura dos gases quentes com o ar atmosférico ou com o ar de Bay-pass, no caso do Trubofan,reduzindo o nível de ruído. 4.7 MANCAIS A parte móvel de um motor, conhecida por rotor, acionada à grande velocidade e cuidadosamente equilibrada/balanceada, deve ser mantida por um certo números de Mancais cuja função é garantir a fixação às partes fixas do motor e suportar os esforços radiais (perpendiculares ao eixo do motor) e axiais (paralelos ao eixo do motor) que ocorrem com o funcionamento à elevadas rotações. Basicamente, encontramos na parte dianteira do motor mancais que suportam os esforços axiais, devido as forças de tração, e na parte traseira, na área da turbina, mancais que suportam os esforços radiais devido as elevadas coações que ali ocorrem. 4.7.1TIPOS DE MANCAIS 4.7.1.2MANCAIS DE ESFERA Os mancais de esfera são concebidos para suportas os esforços axiais, tambêm chamado de “batente”. Os esferas de “garganta profunda” tambêm suportam os esforços radiais. 4.7.1.2MANCAIS DE ROLETES ( OU RODETES) Os mancais de roletes suportam os esforços radiais que ocorrem principalmente na área da turbina. 4.8 CONCEPÇÃO MODULAR A concepção modular, adotada pelos motores da nova geração, consiste em “montar” o motor em vários conjuntos (módulos) facilmente substituíveis. Um módulo é um conjunto independente, pré-equilibrado e regulado que podemos desunir facilmente dos outro módulos sem necessitar de ferramental específico e nem de pessoal muito especializado. Com a concepção modular a idéia de potencial motor evoluiu para dar lugar a limites próprios a cada módulo, reduzindo os custos e aumentanto a disponibilidade da máquina. 34 4.9 MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO DOS MOTORES A construção dos motores à reação utiliza uma gama muito variada de materiais, sempre levando em consideração que devemos ter o menor peso possível. 4.9.1 LIGAS LEVES As ligas leves , à base de alumínio ou magnésio, são utilizadas para certos cárters ( entrada de ar, caixa de redução de velocidade, etc). A tendência é a utilização da liga de alumínio em funçaõ da maior resistência à corrosão. 4.9.2 AÇO O aço é utilizado par numerosas peças devido a sua resistência mecânica e térmica. 4.9.3 LIGAS DE TITÂNIO As ligas de titânio são utilizada na fabricação dos compressores devido as suas exelentes propriedades para uma densidade bem menor que o aço. 4.9.4 LIGAS REFRATÁRIAS São reservadas as partes quentes do motor e, sobretudo, às rodas da turbina. Quase sempre são à base de Níquel, Crómio e Molibdênio. 5. SISTEMA DE AR SISTEMA DE AR INTERNO Para além do fluxo do duto de gás, um motor incorpora um certo número de circuitos internos. Estes circuitos asseguram o equilíbrio térmico, o equilíbrio de forças e a vedação de alguns componetes do motor. EQUILÍBRIO TÉRMICO Tem por função evitar o aquecimento exagerado das peças que estão submetidas aos gases quentes. Assegura esta função através de circulação de ar sangrado do compressor. Este flui à volta ou dentro das peças a refrigerar antes de ser levado no fluxo de gás. EQUILÍBRIO DE FORÇAS Utilizado para diminuir as forças axiais sobre os mancais estabelecemos pressões de ar sobre as faces dos discos do compressor e turbina. Este mesmo serve também para o equilíbrio térmico. 35 VEDAÇÃO É utilizada em alguns motores para permitir a vedação sobre os mancais permitindo que o óleo de lubrificação seja recuperado e não se “esconda” pelas partes internas do motor. Há sempre uma pequena fuga, mas no sentido desejado e com o fluxo determinado. SISTEMA DE AR EXTERNO O sistema de ar externo assegura diversas funções, interessando diretamente ao motor ou ao aparelho sobre o qual este estiver montado. As diferentes zonas do motor são ventiladas pelo ar exterior. 6. SISTEMA DE LUBRIFICAÇÃO A lubrificação consiste em assegurar o estabelecimento e a renovação do filme de óleo sobre as peças a lubrificar (lubrificação) e em evacuar as calorias (refrigeração). No motor à Reação a lubrificação é necessária para os mancais, os pinhões e demais engrenagens da cadeia de acionameno dos acessóarios e, eventualmente, do redutor de velocidade. Os óleos utilizados devem possuir propriedades tornando-os próprios para a lubrificação e de acordo com as cargas e as temperaturas que infrentarão no interior do motor. Os óleos podem de ser de origem mineral ou sintética sendo estes os mais usados em função da sua durabilidade. A maioria dos motores à Reação utilizam sistema do tipo cárter seco ou recirculação, mas em certos motores temos a lubrificação por imersão e lubrificação de óleo perdido. Um sistema de lubrificação deve assegurar as seguintes funções: ESTOCAGEM A estocagem do óleo se efetua no tanque que faz parte integrante do motor ou está montado na célula. SUPRIMENTO O suprimento é realizado por uma bomba de óleo quase sempre do tipo engrenagem e pode ser de pressão regulada (a mais usada) ou de fluxo tota. Na extremidade de cada linha de pressão, injetores calibrados pulverizam o óleo sobre a peça a lubrificar. 36 FILTRAGEM A filtragem é assegurada, antes da lubrificação, por filtros munidos de válvulas de derivação e eventualmente de um indicador de entupimento. RECUPERAÇÃO A recuperação do óleo é imediata (sistema de cárter seco) e várias bombas são utilizadas paraconduzir o óleo ao tanque. REFRIGERAÇÃO A refrigeração do óleo é realizada por um trocador de calor, seja do tipo ar-óleo ou combustível-óleo. A regulagem da temperatura é feita por uma válvula termostática. AERAÇÃO A aeração permite a recuperação do óleo que se misturou com o ar utilizado na vedação dos mancais através de um circuito de respiradores. A separação dos vapores é realizada por impelidores centrífugos. CONTROLE O controle de funcionamento do sistema é efetuado medindo-se a pressão e a temperatura do circuito. 37 7. SISTEMA DE COMBUSTÍVEL O sistema de combustível é o responsável por todo o gerenciamento do funcionamento do motor desde a partida, acerelação máxima e corte do motor. Executando as seguintes funções: suprimento de combustível, injeção na câmara de combustão, comando, partida-parada e regulação. SUPRIMENTO DE COMBUSTÍVEL Esta função consiste em alimentar o motor com combustível sod determindas condições de pressão, temperatura, fluxo e filtragem. Utiliza-se do sistema de baixa pressão (do reservatório até a bomba principal) e do sistema principal ou de alta pressão, responsável pela alimentação da câmara de combustão. INJEÇÃO NA CÂMARA DE COMBUSTÃO É a função que consiste em injetar o combustível finamente pulverizado na câmara de combustão de modo a obter uma combustão eficaz em todas as condições de funcionamento. Um motor é geralmente munido de um sistema de injeção principal e de um sistema de injeção de partida. A injeção de partida ( de ignição) é realizada por injetores que desembocam na câmara de combustão juntamente com o sistema de ignição e permite a produção de uma chama que se propaga e inflama o combustível pulverizado pelo sistema de injeção principal. O injetor de partida pode ser simples ou injetor e ignitor ao mesmo tempo (vela incandescente). A injeção principal deve permitir uma combustão estável em toda faixa de funcionamento. Os injetores utilizados são queimadores simples ou duplos, dispositivos de pré-vaporização ou roda de injeção centrífuga (na maioria dos motores TURBOMECA). COMANDO DO SISTEMA Tem por função realizar o manuseio do motor, na maioria dos casos, age sobre uma torneira de distribuição de combustível e sobre um controlador. PARTIDA-PARADA Esta função consiste em realizar a distribuição e a dosagem do combustível no momento da partida e seu corte para a parada. Utiliza um sistema de alimentação, comando, o dispositivo de injeção e um dispositivo de dosagem de combustível para partida. REGULAÇÃO A regulação tem por finalidade manter automaticamente o motor dentro dos limites determinados. Os limites essenciais são geralmente a velocidade de rotação e temperatura da turbina, escolha esta que seexplica em função da resistência das partes quentes do motor. 38 Consiste em agir sobre o único parâmetro físico geralmente disponível: o fluxo de combustível injetado na câmara de combustão. Uma regulação determina um sinal de saída (fluxo de combustível dosado para a câmara) em função de vários sinais de entrada. Pode ser mecânica, hidromecânica, pneumática ou eletrônica; pode também associar diferentes tipos. REGULAÇÃO DO TURBOATO A regulação do turbojato dosa o fluxo de combustível selecionado pelo comando do piloto em função de vários sinais de referência. Deve sempre limitar a velocidade de rotação, a temperatura máxima e evitar as acelerações brutais que podem provocar o estol do motor. REGULAÇÃO DO TURBOEIXO O motor turboeixo tem como exigência principal que a velocidade de rotação seja constante qualquer que seja o torque aplicado. No caso de motores dotados de turbina livre, a exigência da rotação constante é transferida para a turbina livre, o gerador de gás se adapta às variações de potência, acelerando ou desacelerando. REGULAÇÃO DO TURBOÉLICE O receptor é constituído pela hélice e é preciso então assegurar a regulação motor e a regulação hélice. No turboélice convencional a regulação hélice adapta o torque resistente ao torque motor com a finalidade de manter a velocidade constante. Para uma determinada posição da manete, a potência é então fixa, o fluxo de combustível é simplesmente regulado para evitar que se ultrapassem certos parâmetros. No caso de um turboélice não-convencional a regulação do combustível adapta o motor às condições da hélice para manter a velocidade constante. A potência varia automaticamente, mesmo para uma posição fixa da manete. 39 INJEÇÃO DE ÁGUA-METANOL A injeção de água (ou de água-metano) tem por finalidade assegurar um aumento de potência em certos casos de funcionamento. A injeção tem os efeitos seguintes: baixada da temperatura devido à vaporização, aumento da taxa de compressão, aumento do fluxo de ar.Podemos então, quer aumentar o fluxo de combustível, quer utilizar a combustão do metanol para manter a temperatura turbina maxi.De qualquer forma,é obtido um aumento de potência notável. O método consiste em injetar água (ou uma mistura de água metanol) finamente pulverizada no fluxo de ar da motor. Existem diversos meios de injeção: injeção na entrada de ar,injeção na câmara de combustão.No caso representado, a injeção é realizada por injetores calibrados na periferia do disco do compressor axial. 40 A utilização da injeção de água metanol é, contudo, limitada devido ao risco de ultrapassagem da ppotência maxi e do efeito de corrosão sobre as partes quentes. REAQUECIMENTO COMBUSTÍVEl O reaquecimento do combustível permite:melhorar o fluxo,obter uma melhor pulverização, evitar o gelo da água em suspenção no combustível, restituir ao ciclo uma ernegia que seria, de qualquer modo,perdida. O método consite em transferir a ernegia calorífica dos gases de escapamento ou do óleo de lubrificação ao combustível. É quase sempre, o princípio do trocador de calor óleo-combustível que é utilizado.O trocador assegura as duas funções de resfrigeração do óleo e de reaquecimento do combustível. A distribuição e o controle são efetuados por intermediario de uma válvula de tipo termostático. 8. SISTEMA DE .PARTIDA A partida de uma turbina a gás é efetuada assegurando três funções: a função lançamento, a função suprimento e a função ignição. LANÇAMENTO Esta função consiste em acionar em rotação o conjunto rotativo do gerador de gás para que o compressor possa alimentar em ar a câmara de combustão. Existem diferentes sistemas de lançamento (cartuchos pirométricos,motor de arranque a ar...), mas o mais utilizado é o motor elétrico montado sobre uma tomada de movimento da cadeia de acionamento dos acessórios.O starter elétrico pode também ser utilizado em dínamo, o que evita então uma roda livre sobre o eixo de acionamento. O torque necessário ao acionamento depende da velocidade de rotação e da temperatura.No momento da partida, ele sobe rapitamente no princípio da fase,depois diminui quando a ignição se produz e a máquina acelera.A uma certa velocidade ele se torna nulo e o motor é então chamado de autônomo. SUPRIMENTO DE COMBUSTÍVEL Esta funçãoconsiste em alimentar,por um lado,os injetores principais e, por outro lado,os injetores de partida.Os injetores de partida permitem a propagação da chama e a ignição do combustível pulverizados pelos injetores principais.A alimentação em combustível sob pressão é realizada quer por uma bomba auxiliar, quer pela bomba principal.O fluxo de combustível necessário à partida é determinado por um dispositivo de dosagem particular. 41 IGNIÇÃO Esta função consiste em realizar a inflamação da mistura ar-combustível na câmara de combustão por meio de faíscas produzidas nas extremidades das vela . Distinguimos dois tipos de ignição:a ingnição alta tensão geralmente associada a velas incadescdentes e a ingnição alta ernegia geralmente associada a velas semi-condutoras. CICLO DE PARTIDA Se caracteriza pela evolução dos parâmetros temperatura dos gases e aceleração de velocidade de rotação no tempo.O ciclo é geralmente automático, sendo as sequências organizadas por uma caixa elétrica ou eletrônica. REAQUECIMENTO EM VÔO O processo de reacendimento em vôo é geralmente identico ao de uma partida no solo.Contudo, no caso de um Turbo-jato (ou tubo-propulsor), no molinete do conjunto rotativo torna a função lançamento inútil.É preciso, além disso, proceder ao reaceadimento num limite determinado pela velocidade de vôo e pela altidude. VENTILAÇÃO É por vezes necessário proceder ao acionamento do conjunto rotativo sem provocar a ignição:ventilação seca sem combustível, ventilação húmida com combustível, mas sem ignição.A ventilação é utilizada para a evacuação do combustível não queimado, o arrefecimento da temperatura residual ou testes diversos. 9. SISTEMA DE DEGELO E ANTIGELO É preciso distinguir: os dispositivos de degelo que têm por finalidade eliminar o gelo que se pode formar.e os dispositivos anti-gelo que servem para impedir a formação de gelo. Numa turbina a gás, a peça principal que deve ser protegida é o tubo de entrada de ar. A proteção pode ser fazer por circulação de ar quente (tomado à saída do compressor)ou por tapete de aquecimento elétrico.Notemos que se trata de dispositivos anti-gelo, visto que o degelo pode provocar a absorsorção de pedaços de gelo perigosos para o compressor. Notemos também que um dispositivo anti-gelo deve ser posto em serviço antes de penetrar numa atmosfera gelada. 10. INVERSÃO DE TRAÇÃO Uma tração iinversa assegurando a travação do aparelho pode ser obtida a direção do fluxo (ou de uma parte do fluxo) dos gases de um motor turbo-eixo. No caso de um turbo-propulsor , a travação é realizada comandando o passo negativo da hélice. 42 11. COMANDO E CONTROLE O manuseio do motor é geralmente realizado com a ajuda de uma manete única permitindo a seleção da condição desejada. As posições caracteríticas da manete determinam as condições seguintes: A manete está ligada mecânicamente ao regulador de combustível sobre o qual ela age seguundo um setor angular graduado. Certos motores só utilizam o comando mecânico para a partida e o aumento de regime.A condução do motor faz-se automaticamente graças ao sistema de regulação vezes, o comando receptor ( comando de passo por exemplo) está também ele ligado mecânicamente a regulação (antecipador). Para além da manette, diversos interruptores podem ser utilizados. 12. PROTEÇÃO INCÊNDIO A proteção contrao incêndio de um grupo motor implica um sistema de deteção e um sistema de extinção. A extinção é assegurada por garrafas extintoras e galerias de injeção do produto extintor.O comando da extinção é feito, em geral, manualmente por meio de um circuito elétrico. A deteção é realizada por detetores dispostos nas diferentes zonas do motor.Pode ser pontual ou permanente.A sinalização é feita por uma luz vermelha colocada no painel de instrumentos. Além disso, uma parede dita para-fogo (material refractário) separa a zona fria (onde estão instalados os principais acessórios ) das partes quentes do motor. 13. DANOS A pesquisa dos danos mínimos implica em particular a redução tanto quanto possível do nível de ruído dos motores. A concepção da câmara de combustão e a adaptação de bocais munidos de sobrepressores permite diminuir consideravelmente o nível de ruído.O duplo fluxo a taxa de diluição elevada é também uma solução para reduzir o número de decibel. Quanto aos danos,é preciso, claro, citar a poluição atmosférica pelos gases.Para as utilizações militares, procuramos também uma fraca. 43 14. SISTEMA DE CONTROLE MOTOR A função controle tem por finalidade : assegurar que os limites de funcionamento não são ultrapassados ,descobrir uma anomalia eventual de funcionamento , acompanhar a evolução dos parâmetros, controlar certas fases de funcionamento. Ela é realizada com a ajuda de cadeias de medição dos priincipais parâmetros motor(velocidade de rotação, temperatura gás, torque , pressão e temperatura óleo...) O controle motor utilizatambém diversas luzes de sinalização, que indicam anomalia ou fases de funcionamento. As ligações elétricas das peças de controle passam por uma caixa de junção assegurando a fronteira entre oo motor e a célula. 15. TRAÇÃO OU EMPUXO A força responsável pelo deslocamento dos aviões à jato chama-se sua empuxo ou tração.Para sua medição usam-se as unidades físicas libraforça e quilograma-força.No caso dos turbohélice considera-se a potência disponível no eixo da hélice e também a força dos gases. TRAÇÃO DO MOTOR ESTÁTICO A tração do motor à jato estático é diferente daquela desenvolvida em vôo, pois não há velocidade no ar que é aspirado. Para se estabelecer a fórmula matemática que traduz o empuxo do motor à jato, diversas considerações serão feitas como:a massa de combustível acrescida ao ar é despresível;a massa dos gases queimados somados com a massa do ar na descarga é igual a massa do ar admitido. O empuxo devido a variação das quantidades de movimento será: T=m x (Vj-V0) Os gases queimados e o ar quando saem do bocal de descarga possuem velocidade e pressão, sendo esta superior a pressão atmosférica ambiente, a diferencial entre as duas contribuíra para aumentar a tração , assim tevemos:T=m x Vj+(Pd-Pa)A Como a massa de um corpo é a reação o seu peso e a aceleração da gravidade,substituindo na fórmula temos:T=Wa\g x Vj + (Pd-Pa)A TRAÇÃO EM VÔO Quando o motor tem uma velocidade linear, como quando está voando, a tração desenvolvida pelo motor já não pode ser mais calculada pela formula acima , pois a velocidade de vôo cria uma quantidade de movimento negativa chamada tração negativa, que vale WA\g x V, onde Wa/g é a massa de ar que o motor admite e V, a velocidade do vôo. Assim a tração em vôo será: 44 T=Wa/g X Vj + (Pd-Pa).A – Wa/g x V ou: T=Wa/g x (Vj-V) + (Pd-Pa).A TRAÇÕES BRUTAS, NEGATIVAS E RESULTANTES Durante o estudo da tração vui-se que aparecem dois tipos, uma devido a velocidade dos gases, conhecida por tração bruta; e a outra chamada de tração negativa. A tração que atua no avião é a diferença entre as duas e chama-se resultante eu líquida: Tr=Tb-Tn Quando o motor não tem velocidade linear, a tração resultante iguala-se à tração bruta, pois a velocidade é nula. No caso do foguete, a tração resultante é sempre igual a tração bruta, uma vez que não há admissão de ar e assim a velocidade do vôo não interfere na tração. MEDIÇÃO DE TRAÇÃO DE UM TURBOJATO A tração pode ser calculada medindo o fluxo de ar e as velocidades de entrada do ar e de saída dos gases. Em certos casos, este parâmetro é indicado de modo permanente por um instrumento. A tração mede-se também num banco de testes. É um simples carro sobre o qual é fixado o motor que transmite a força a uma balança. REPARTIÇÃO DAS FORÇAS DE TRAÇÃO É difícil definir exatamente os pontos onde a tração se faz sentir, mas podemos no entanto dar uma ordem de grandeza para um turbojato: 60% para a frente de força de reação de compressor 30% para frente proveniente da câmara de combustão 10% para frente tendo origem no eixo 55% para trás de força de reação da turbina A tração efetiva é a força de 45%((60+30+10)-55) para a frente. MEDIÇÃO DE TRAÇÃO DE UM TURBOÉLICE A hélice transforma a energia mecânica sobre o eixo tração por aceleração relativamente fraca de uma grande massa de ar. A tração total é representada pela soma da tração da hélice e da traçao residual do gerador. Ela pode se medir num a bancada de principio identico ao do Turbojato com dificuldades , no entanto, devido às interações com a bancada. 45 16. POTÊNCIA A potência é a performance essencial de um motor fornecendo energia mecânica sobre o eixo. Lembremos que a potência é o trabalho efetuado no tempo; quer dizer o produto da força pela distância sobre o tempo. No caso de energia mecânica sobre um eixo produzindo um movimento de rotação , a potência ,é o produto do torque pela velocidade angular de rotação: MEDIÇÃO DE POTÊNCIA A potência pode-se calcular medindo o torque sobre o eixo e a velocidade de rotação. Em certos casos, este parâmetro é indicado de modo permanente por um instrumento. A potência também pode ser medida através de um banco de teste. REPARTIÇÃO DE POTÊNCIA Num motor à reação o disco de turbina fornece a potência mecânica para acionar o compressor, os acessórios e eventualmente o receptor. No caso de uma turbina acionando um receptor (turboélice ou turboeixo) só 40% da potência total extraída pela turbina está disponível sobre o eixo de saída. É preciso notar a fortíssima percentagem de potência necessária para o acionamento do compressor. Temos, também, a potência necessária ao acionamento dos acessórios. 17. COMPARAÇÃO ENTRE OS MOTORES Para comparar as performance de dois motores, é necessário que as suas grandezas físicas sejam medidas na mesma unidade. A comparação entre o consumo específico e a performance do motor à jato com os demais motores térmicos exige que façamos a conversão de tração em potência ou vice-versa. Para o motor à jato, a potência utilizada é função da velocidade de vôo. Representa-se esta potência por THP (trust horsepower), que é a potência tratora. Matematicamente pode ser calculada por uma das fórmulas do quadro seguinte, conforme as unidades de medição das grandezas, tração e velocidade: THP T V UNIDADE FÓRMULA lb mph HP (TxV)/375 lb ft/s HP (TxV)/550 Kg Km/h CV (TxV)/272 Quando o motor à reação está em funcionamento mas o avião se encontra parado no solo, o mesmo não desenvolve potência porque a velocidade de deslocamento do avião é nula.