Motores Turbo Jato
Transcript of Motores Turbo Jato
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
1/86
UNIVERSIDADE TUIUTI DO PARAN
Anderson de Almeida
Luiz Felipe Eyrosa
Rodrigo Ferreira
MOTORES TURBO-JATO: CONCEPO, FUNCIONAMENTO EAPLICAO NA AVIAO
CURITIBA2008
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
2/86
1
Anderson de Almeida
Luiz Felipe Eyrosa
Rodrigo Ferreira
MOTORES TURBO-JATO: CONCEPO, FUNCIONAMENTO EAPLICAO NA AVIAO
Trabalho de Concluso de Curso apresentado aoCurso de Tecnologia e Manuteno de Aeronaves naFaculdade de Cincias Aeronuticas da UniversidadeTuiuti do Paran, como requisito parcial para aobteno do grau de tecnlogo em manuteno deaeronaves.
Orientador: Jos Marcos Pinto
CURITIBA2008
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
3/86
2
RESUMO
Este trabalho visa demonstrar o funcionamento bsico e principais componentes dos
motores turbo-jato. Mostra tambm o quanto foi importante para a aviao odesenvolvimento deste tipo de motor aeronutico.Sendo de fcil construo, alcanando alta performance, operando com baixamanuteno, poucas peas mveis e baixa vibrao ante os motores convencionais,ganhou destaque no processo evolutivo aeronutico numa das principais pocas docrescimento da aviao mundial.
Palavras chave: motor a reao, turbo-jato, propulso a jato
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
4/86
3
LISTAS DE FIGURAS
FIGURA 1 PARTES FUNDAMENTAIS DE UM MOTOR TURBO-JATO.....................11FIGURA 2 COMPRESSOR ROTATIVO DE FLUXO CENTRFUGO...........................12FIGURA 3 COMPRESSOR AXIAL...............................................................................13FIGURA 4 COMPRESSOR CENTRFUGO DE SIMPLES FACE................................13FIGURA 5 COMPRESSOR CENTRFUGO DE DUPLA FACE....................................14FIGURA 6 ENTRADA AXIAL........................................................................................15FIGURA 7 ENTRADA BIFURCADA.............................................................................16FIGURA 8 PS ESTACIONRIAS...............................................................................17FIGURA 9 TURBINA....................................................................................................18FIGURA 10 PS ORIENTADORAS.............................................................................19FIGURA 11 DIFUSOR E COLETOR............................................................................20FIGURA 12 CMARA TIPO TUBO...............................................................................21FIGURA 13 CMARA TIPO ANULAR..........................................................................22FIGURA 14 CMARA DE COMBUSTO....................................................................23FIGURA 15 CMARA DE FLUXO DIRETO.................................................................24FIGURA 16 CMARA DE FLUXO DE RETORNO.......................................................25FIGURA 17 COLETOR DE ESCAPE...........................................................................28FIGURA 18 AR PRIMRIO E AR SECUNDRIO........................................................42FIGURA 19 BICO INJETOR.........................................................................................43FIGURA 19B BICO PULVERIZADOR..........................................................................44FIGURA 20 TRAJETRIA DE UM BALO..................................................................51FIGURA 21 REPRESENTAO DA FORA PROPULSORA....................................51FIGURA 22 COMPARAO COM MOTOR CONVENCIONAL..................................59FIGURA 23 SISTEMA DE COMBUSTVEL.................................................................64FIGURA 24 BAROSTATO............................................................................................66FIGURA 25 VLVULA ACELERADORA......................................................................68FIGURA 26 TORNEIRA DE ALTA PRESSO E ACUMULADOR...............................70FIGURA 27 BICOS INJETORES..................................................................................71FIGURA 28 BOMBA DE COMBUSTVEL....................................................................72FIGURA 29 SISTEMA DE LUBRIFICAO A SECO..................................................77
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
5/86
4
SUMRIO
1 INTRODUO ........................................................................................................ 05
2 HISTRICO ..............................................................................................................063 PARTES FUNDAMENTAIS DO MOTOR TURBO-JATO..... ....................................113.1 ROTOR ..................................................................................................................123.2 CAIXA DO DIFUSOR E COMPRESSOR................................................................203.3 CMARA DE COMBUSTO ................................................................................ 213.4 CAIXA CENTRAL ................................................................................................. 263.5 CAIXA DA TURBINA ............................................................................................ 263.6 COLETOR DE ESCAPE ........................................................................................273.7 ACESSRIOS ....................................................................................................... 284.0 FASES DE FUNCIONAMENTO ............................................................................ 294.1 ADMISSO ........................................................................................................... 29
4.2 COMPRESSO .................................................................................................... 314.3 COMBUSTO ....................................................................................................... 384.3.1 Teoria da combusto .........................................................................................394.3.2 Ar primrio e ar secundrio ................................................................................414.3.3 Fluxo direto e de retorno ....................................................................................424.3.4 Mistura combustvel ...........................................................................................424.3.5 Bicos injetores ....................................................................................................434.3.6 Combusto .........................................................................................................454.4 Escape ..............................................................................................................464.4.1 Ps orientadoras ............................................................................................... 474.4.2 Atrito superficial ..................................................................................................48
4.4.3 Turbina ...............................................................................................................485.0 TEORIA DA FORA PROPULSORA ....................................................................505.1 EFICINCIA PROPULSORA .................................................................................535.2 SEQUNCIA DO MOTOR TURBO-JATO ..............................................................585.3 APLICAO DA FORA PROPULSORA ..............................................................616.0 SISTEMAS ..............................................................................................................636.1 SISTEMA DE COMBUSTVEL ...............................................................................636.1.1 Barostato .............................................................................................................666.1.2 Valvula aceleradora .............................................................................................686.1.3 Conjunto torneira e acumulador ..........................................................................696.1.4 Bicos injetores ....................................................................................................70
6.1.5 Bomba de combustvel .......................................................................................716.2 SISTEMA DE PARTIDA .........................................................................................746.3 SISTEMA DE LUBRIFICAO ..............................................................................756.4 SISTEMA ELTRICO E DE IGNIO ...................................................................776.5 SISTEMA ANTI-FOGO E ANTI-GELO ....................................................................806.6 INJEO DE GUA/METANOL ............................................................................826.7 PS COMBUSTORES ...........................................................................................827.0 CONCLUSO ...........................................................................................................848.0 REFERNCIAS.........................................................................................................85
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
6/86
5
INTRODUO
Com a realizao deste trabalho, sero abordados os principais conhecimentos
sobre motores turbo-jato, explanando seu histrico, suas partes fundamentais, seu
funcionamento e seus sistemas sem particularizar qualquer modelo especfico.
Este motor foi uma revoluo para a poca, pois trouxe solues ante as baixas
performances dos motores convencionais. O motor turbo-jato iniciou uma nova era
entre os motores aeronuticos, trazendo simplicidade na construo e elevada
eficincia. Este motor possibilita elevadas velocidades e operao em altas altitudes
devido as suas caractersticas de construo, sendo muito requerido para equipar
aeronaves militares.
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
7/86
6
2 HISTRICO
A idia dos motores a jato surgiu, como conceito, no primeiro sculo depois de
Cristo, quando Heron de Alexandria inventou o eolpila. Este invento usava vapordirecionado atravs de dois tubos de modo a conseguir movimentar uma esfera em seu
prprio eixo. Na verdade, o invento nunca foi utilizado como fonte de energia mecnica,
e os potenciais usos prticos da inveno de Heron no foram reconhecidos.
Simplesmente foi considerado como uma curiosidade.
A propulso a jato, literalmente e figurativamente, pode ser levada a srio com
a inveno do foguete pelos chineses no sculo XI. Foguetes inicialmente foram
destinados a simples fins, como no uso de fogos de artifcio, mas gradualmente
passaram a serem usados para propelir armamentos de grande efeito moral. Neste
ponto, a tecnologia estagnou-se por sculos.
No sculo XX, persistia o problema de que os motores a foguete eram
ineficientes para serem usados na aviao. Em seu lugar, por volta da dcada de 1930,
o motor a combusto interna em suas diversas formas (rotativos, radiais, ar-refrigerados
e refrigerados a gua em linha) eram os nicos tipos de motores viveis para o
desenvolvimento de avies. Esses motores eram aceitveis em vista das baixas
necessidades de performance ento exigidas, dado o menor desenvolvimento dos
meios tcnicos. Entretanto, os engenheiros estavam j a prever, conceitualmente, que o
motor a pisto era autolimitado em termos de performance. O limite era e dado
essencialmente pela baixa eficincia da hlice. Isto se d quando as lminas da hlice
aproximam-se da velocidade do som. Se a performance do motor, assim como a do
avio, aumentasse sempre, mesmo com essa barreira, ainda assim haveria a
necessidade de se melhorar radicalmente o desenho do motor a pisto ou um tipo
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
8/86
7
completamente novo de motor teria que ser desenvolvido. Esta a motivao que est
por trs do desenvolvimento da turbina a gs, comumente chamada apenas por motor a
jato, a qual poderia ser quase to revolucionria para a aviao quanto o primeiro vode Santos Dumont.
Os desenvolvimentos mais adiantados ento, eram motores hbridos em que
uma fora suplementar, e externa, que auxiliava na compresso. Neste sistema,
chamado termojato, desenvolvido por Secondo Campini, o ar era primeiramente
comprimido por um ventilador movido por um motor a pisto convencional, e depois
misturado com combustvel e inflamado para obter o jato de empuxo. Exemplos desse
tipo de motor foram desenvolvidos por Henri Coand no avio Coand-1910e, muito
mais tarde, pelo Caproni Campini e o motor japons Tsu-11 usado para equipar o
avio Ohka, utilizado em misses de tipo kamikazeno fim da Segunda Guerra Mundial.
Nenhum desses avies obteve muito sucesso, inclusive acabaram sendo mais lentos
que os avies equipados com motores convencionais. A chave para motor a jato vivel
foi a turbina a gs, utilizando energia oriunda de um compressor para se auto-
propulsionar. A turbina a gs no foi uma idia desenvolvida nos anos da dcada de
1930, a patente para uma turbina estacionria foi registrada por John Barber na
Inglaterra em 1791. A primeira turbina a gs autopropelida, entretanto, foi construda
em 1903 pelo engenheiro noruegus Egidius Elling. As primeiras patentes para a
propulso a jato foram encaminhadas em 1917. Limitaes do desenho e dos meios
tcnicos de engenharia e metalurgia aplicados na produo inviabilizaram, num
primeiro momento, tais motores. Os principais problemas eram a segurana,
confiabilidade, peso e, especialmente, a operao dos motores.
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
9/86
8
Os motores a reao enfrentaram diversas dificuldades para serem estudados e
fabricados, tais como incerteza de segurana no funcionamento, falta de materiais
especficos, alto dispndio econmico e estratgias poltico-militares.Em 1929, um estudante de aeronutica ingls, Frank Whittle, encaminhou suas
idias sobre um motor turbo-jato para seus superiores. Em 16 de janeiro de 1930,
Whittle pediu sua primeira patente, concedida em 1932. A patente exibia um
compressor de dois estgios axial seguido por um compressor centrfugo simples. Mais
tarde, Wittleconcentrou-se apenas em simplificar o compressor centrfugo, por conta de
uma variedade de razes prticas.
Em 1935, Hans Von Ohain iniciou um trabalho em um projeto similar na
Alemanha, aparentemente sem conhecimento do trabalho desenvolvido por Wittle.
O primeiro motor desenvolvido por Whittle funcionou em 1937. Era alimentado
com combustvel lquido e possua a bomba de combustvel acoplada ao motor. O
motor de Von Ohain, desenvolvido cinco meses depois de Whittle, era abastecido por
gs, sem ter um dispositivo de abastecimento acoplado. A equipe de desenvolvimento
de Whittle passou por apuros por no conseguir parar o motor no seu teste, mesmo
depois que este teve o combustvel cortado. Isto se deu porque vazou combustvel para
dentro do motor, fazendo-o funcionar at queimar completamente o combustvel
vazado. Whittle infelizmente no conseguiu desenvolver um revestimento selante
apropriado para o projeto, e assim que ficou para trs de Von Ohain na corrida para
colocar um motor a jato no ar. Ohainaproximou-se de Ernst Heinkel, um dos grandes
empresrios da indstria aeronutica alem da poca, que imediatamente percebeu o
potencial do projeto. Heinkel tinha recentemente adquirido a companhia Hirth de
fabricao de motores e Ohaine seu mecnico chefe, Max Hahn, foram alocados em
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
10/86
9
uma nova diviso da empresa Hirth.Eles produziram seu primeiro motor, o HeS 1em
setembro de 1937. Ao contrrio do projeto de Whittle, Ohainutilizou hidrognio como
combustvel, abastecido por presso. Seus desenvolvimentos posteriores culminaramno motor HeS 3, movido a gasolina e gerando 499 Kgf de empuxo (5 kN). Este motor foi
montado na compacta e simples fuselagem do He 178, pilotado pelo alemo Erich
Warsitzno incio da manh de 27 de agosto de 1939, no aerdromo de Marienehe, em
um curtssimo perodo de desenvolvimento. O He 178 foi o primeiro avio a jato do
mundo a voar. O primeiro avio turbo-jato civil a voar foi o Vickers, de fabricao
inglesa.
O primeiro motor de Whittleestava tornando-se vivel, e a companhia de Whittle,
a Power Jets Ltda., comeou a receber financiamento do Ministrio do Ar. Em 1941,
uma verso operacional do motor, chamada de W.1, gerando 454 Kgf de empuxo (4
kN) foi montada em um Gloster E28/39, voando pela primeira vez em 15 de maio de
1941 na base area da RAFem Cranwell.
O motor parecia timo, entretanto, dadas a limitaes tcnicas iniciais sobre o
controle da velocidade do eixo do motor, o compressor necessitava ser muito grande
para produzir o nvel de potncia necessrio. Uma desvantagem a mais foi o fato do
fluxo de ar ter que ser recurvado em direo traseira do motor para a cmara de
combusto e bocal do motor.
O austracoAnselm Franzda diviso de motores da Junkers (Junkers Motoren
ou Jumo) resolveu estes problemas com a introduo do compressor axial,
essencialmente uma turbina invertida. O ar que entra na parte dianteira do motor
levado para a seo traseira por uma ventoinha (dutos convergentes) na qual
comprimido contra uma seo de lminas no rotativas chamadas estatores (dutos
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
11/86
10
divergentes). Tal processo no de modo algum to potente quanto o compressor
centrfugo, de forma que um nmero de pares de estatores e ventoinhas so colocados
em srie de modo a gerar compresso suficiente. Ainda que seja muito mais complexo,o motor resultante tem um dimetro significativamente menor. A Jumoatribuiu o nome
para Jumo 004. Depois de se resolverem muitas dificuldades tcnicas, a produo em
massa do Jumo 004 iniciou-se em 1944, com vistas a equipar o primeiro avio de
combate reao, o caa Messerschmitt Me 262. Por conta de Hitlerdesejar um novo
bombardeiro baseado no Me 262, o avio chegou muito tarde para trazer qualquer
alterao na posio alem na Segunda Guerra Mundial. Entretanto o Me 262 seria
sempre lembrado como primeiro avio a jato operacional. Aps a Guerra, os avies Me
262 foram extensivamente estudados pelos aliados, contribuindo no desenvolvimento
dos primeiros caas a reao sovitica e norte-americana.
Os motores axiais foram melhorados desde a sua introduo. Com as melhorias
na tecnologia de rolamentos, a velocidade do eixo do motor pode ser significativamente
aumentada, reduzindo drasticamente o dimetro das ventoinhas. Seu menor
comprimento uma caracterstica vantajosa desse tipo de desenho. Seus componentes
so, tambm, atualmente mais robustos dado que esses motores so mais suscetveis
a danos oriundos da penetrao de objetos estanhos dentro do motor.
Os motores britnicos foram extensivamente licenciados pelos Estados Unidos.
Seu projeto mais famoso, o Nen, tambm equipou avies soviticos aps um acordo
de troca de tecnologia. Projetos inteiramente norte-americanos no viriam at a dcada
de 1960, quando comearam a surgir diversas companhias de outros pases
culminando em vrios tipos de motores derivados do turbo-jato.
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
12/86
11
3 PARTES FUNDAMENTAIS DO MOTOR TURBO-JATO
Da mesma maneira que os motores a pisto, os motores turbo-jato tambm
apresentam partes fundamentais, bem como acessrios, entrada de ar, cmara decombusto, difusor, conjunto da turbina, conjunto de escape.
As diferenas dos sistemas nos motores so determinadas pelas modificaes
em torno de suas partes fundamentais, por isso qualquer mudana nas partes
fundamentais ou acrscimo de partes vem constituir motivo para diferenciar esse de um
outro semelhante sem novas adaptaes ou mudanas. Seguem abaixo suas partes
fundamentais (figura 1):
Fig 1- Partes fundamentais de um motor turbo-jato
Fonte:Motores a Jacto, Editora Lep 1954, p. 95
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
13/86
12
3.1 ROTOR
o conjunto mvel composto de trs partes bsicas: compressor; roda ou disco
da turbina e eixo do rotor.O compressor tem a funo de captar e comprimir o ar atmosfrico para o
interior das cmaras de combusto.
Geralmente um rotor de um motor turbo-jato possui um compressor, mas
tambm existem motores com mais de um compressor instalado num mesmo eixo
comum ao rotor. Eles podem ser ento de dois tipos bsicos: compressor rotativo de
fluxo centrfugo (figura 2) ou compressor rotativo de fluxo axial (figura 3).
Figura 2 Compressor rotativo de fluxo centrfugo
Fonte: Motores a Jacto, Editora Lep 1954, p. 156
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
14/86
13
Figura 3 - compressor rotativo do tipo axial
Fonte: Motores a Reao, Editora Asa 1999, p. 42
O compressor centrfugo recolhe o ar de forma longitudinal e o expele de forma
perpendicular ao seu eixo. Pode apresentar mais dois tipos bsicos: compressor
centrfugo de simples face (figura 4) e compressor centrfugo de dupla face (figura 5).
Figura 4: compressor centrfugo de simples face
Fonte: Motores a Jacto, Editora Lep 1954, p. 235
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
15/86
14
Figura 5: Compressor centrfugo de dupla face
fonte: Motores a Jacto, Editora Lep 1954, p. 97
O compressor centrfugo construdo em um simples bloco de metal especial e
as suas lminas recurvadas so forjadas no prprio bloco metlico.Nesses tipos de compressores o ar admitido obliquamente ao eixo
longitudinal por entradas de ar circulares e tambm existem casos em que o ar
admitido diretamente, ou seja, ao mesmo nvel do eixo do prprio motor.
O compressor de dupla face apresenta lminas recurvadas na face dianteira e
na face traseira, favorecendo a admisso de uma massa de ar maior, enquanto o
compressor de face simples apresenta lminas recurvadas somente em uma das duas
faces, geralmente na face dianteira.
Porm alguns motores possuem dois tipos de tomada de ar, onde se far
necessrio de acordo com o tipo de aeronave que ir equip-lo, ou seja, um tipo o
axial (figura 6) e o outro o axial-bifurcado (figura 7).
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
16/86
15
Fig 6 - Entrada de ar tipo axial
Fonte: Motores a Reao, Editora Asa 1999, p. 42
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
17/86
16
Fig 7 - Entrada do tipo axial bifurcado
Fonte: Motores a Jacto, Editora Lep 1954, p. 101
Como j visto, os compressores centrfugos podem apresentar dupla face de
lminas recurvadas. Esses motores ento possuem duas entradas de ar do tipo anelar
sendo cada qual destinada a orientar o ar para as duas faces do compressor, onde
existe geralmente uma tela para proteg-lo contra qualquer tipo de objeto estranho que
possa passar pelo compressor, prejudicando seu funcionamento ou danificando o
compressor. O alojamento que envolve o compressor centrfugo chama-se caixa do
difusor que onde o compressor gira encaminhando o ar comprimido para as cmaras
de combusto, sendo essa uma de suas funes.
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
18/86
17
O compressor rotativo de fluxo axial provoca o deslocamento do ar durante a
compresso no sentido longitudinal do motor, ele apresenta ps perifricas instaladas
em um tambor rotativo que representa o prprio corpo do compressor. Ele tambm temuma srie de ps intermedirias que so chamadas de ps estacionrias presas nas
periferias do tambor que envolve o compressor (fig 8), as ps formam um verdadeiro
anel, e do mesmo modo as ps estacionrias formam uma espcie de coroa presa no
interior da caixa do compressor. Cada anel formado pelas ps perifricas denominado
de estgio do compressor, e o nmero de estgios dos compressores de fluxo axial
varia de acordo com o tipo de motor.
Fig 8 ps estacionrias no tambor
Fonte: Motores a Reao, Editora Asa 1999, p. 42
A roda da turbina mais um componente do rotor e feita de um metal
especial, em que esto instaladas as ps perifricas (fig 9). A funo da roda da turbina
juntamente com as ps perifricas de manter girando o compressor durante o
funcionamento do motor. Esse conjunto gira pelo impacto de ar nas ps das turbinas
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
19/86
18
que esto presas ao eixo do rotor. As ps perifricas apresentam uma seo aeroflica
assim como as ps estacionrias e perifricas do compressor axial. A roda da turbina
forjada em gessop-18-be as suas ps perifricas forjadas em nimonic-80e geralmenteesto presas por processos especiais, o mais usado do tipo encaixe.
Um rotor pode apresentar uma ou mais rodas de turbina, mas nos motores atuais uma
nica roda empregada.
Figura 9 turbina
Fonte: Apostila da Anac
Na frente das ps perifricas tem uma srie de ps recurvadas fixadas entre
dois anis de dimetros diferentes para formar o conjunto de ps orientadoras (fig 10),
tendo como funo principal dirigir a massa gasosa superaquecida para as ps da roda
da turbina, alm desse encargo, elas tem a funo de limitar a passagem de massa
gasosa. Tambm so conhecidas como agulhetas, que tem por finalidade converter
todo os outros tipos de energia que a massa gasosa possa possuir ao deixar as
cmaras de combusto. O anel de ps orientadoras um conjunto indispensvel para
motores turbo-jatos convencionais.
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
20/86
19
Figura 10 ps orientadoras
Fonte: Apostila da Anac
O eixo do motor formado por trs partes: eixo frontal do compressor, eixo
traseiro do compressor e eixo da turbina.
O eixo frontal do compressor est apoiado em um mancal frontal no eixo do
rotor frente do compressor. Essa poro no transpassa o corpo do compressor onde
presa por parafusos muito resistentes. Nesse eixo esto presas tambm as
engrenagens dos acessrios.
O eixo traseiro do compressor tambm ligado por parafusos muito resistentes
at o eixo da turbina. A turbina est fixada na parte traseira do eixo do motor, podendo
estar apoiada ou no sobre um mancal. O eixo da turbina estende-se pela face
dianteira da roda da turbina at o eixo traseiro do compressor, ele possui um mancal de
suporte especial.
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
21/86
20
3.2 CAIXA DO DIFUSOR E DO COMPRESSOR
equipado com compressor centrifugo onde esto alojadas as lminas do
conjunto do difusor.Esta caixa s considerada nos motores que possuem compressores
centrfugos, pois envolve uma srie de coletores instalados em sua periferia para
canalizar o ar para suas cmaras de combusto (fig 11). Ela envolve o compressor e
tambm serve para dar suporte aos difusores e coletores.
Figura 11 difusor e coletor
Fonte: Motores a Reao, Editora Asa 1999, p. 47
J a caixa do compressor axial no apresenta difusores porque nos motores
axiais a orientao do ar se faz diretamente para as cmaras de combusto atravs das
ps estacionrias.
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
22/86
21
3.3 CMARA DE COMBUSTO
A cmara de combusto mais que fundamental em um motor turbo-jato, pois
nela que acontece a queima da mistura ar combustvel. Com isso tem-se o aumentoda temperatura ambiente, fazendo com que os gases da combusto se expandam e
escapem com alta velocidade atravs do conjunto turbina/escapamento. Elas devem
ser cuidadosamente desenhadas, pois o seu desenho interfere diretamente no
desempenho de todo o motor. Geralmente tem formato de um tubo (fig 12), o que
facilita sua identificao.
Figura 12: cmara tipo tubo
1 Corpo da cmara2 Cpula da cmara
Fonte: Motores a Jacto, Editora Lep 1954, p. 109
Em outros motores pode-se apresentar uma nica cmara de combusto
fugindo do formato padronizado de tubo, esse tipo de cmara de combusto
denominado de cmara do tipo anular (figura 13).
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
23/86
22
Figura13: cmara tipo anular
Fonte: Motores a Jacto, Editora Lep 1954, p. 113
Nestes dois tipos de cmaras existem duas partes principais na sua estrutura
que um cilindro interno e um cilindro envolvente ou principal.
O cilindro interno nas cmaras tubulares um tubo construdo de material
especial que tem alto grau de resistncia contra elevadas temperaturas e apresenta
orifcios precisamente alinhados (figura 14).
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
24/86
23
Figura 14 - Cmara de combusto
Fonte: Apostila da Anac
O espao interno desse cilindro chamado de cmara primria ou de chama.
No cilindro principal ou envolvente das cmaras de combusto do tipo tubular, o cilindro
interno envolvido completamente pelo cilindro principal. O espao interno do cilindro
envolvente chama-se cmara secundria que limitada pelo cilindro interno.
Nas cmaras do tipo anular o cilindro interno tambm envolvido pelo cilindro
principal, em todos os casos o cilindro principal a nica parte da cmara que visvel
por fora.
Em um motor turbo-jato que tenha vrias cmaras do tipo tubular, todos os
cilindros internos so ligados entre si por meio de pequenos tubos chamados
interconectores, que facilitam a combusto durante a partida, espalhando a combusto
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
25/86
24
entre as cmaras. Da mesma maneira os cilindros envolventes tambm esto ligados
entre si.
Uma cmara do tipo tubular pode ser dividida em duas partes que so cpula ecorpo.
Cpula: a poro da cmara de combusto que no motor com compressor do tipo
centrifugo est presa ao cotovelo da caixa do difusor, ou em motores equipados com
compressores do tipo axial ela est presa canalizao que orienta a massa de ar do
compressor para a cmara de combusto. Mas apesar disso, a posio de uma cpula
pode depender do tipo do modelo de cmara de combusto empregada no motor.
Corpo: outra parte da cmara e representa quase a totalidade da cmara. Geralmente
os tubos que ligam as cmaras entre si esto alojados no corpo da cmara.
De acordo com o sentido do fluxo de ar admitido e o fluxo dos gases de
escapamento , as cmaras do tipo tubular se classificam em dois grupos: cmara de
combusto de fluxo direto (figura 15) e cmara de combusto de fluxo de retorno
(figura 16).
Figura 15: cmara de fluxo direto
Fonte: Motores a Jacto, Editora Lep 1954, p. 111
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
26/86
25
Figura 16: cmara de fluxo de retorno
Motores a Jacto, Editora Lep 1954, p. 111
Cmara de combusto de fluxo direto: a massa de ar resultante da combusto
expelida no mesmo sentido que entrou.
Cmara de combusto de fluxo de retorno: a massa de ar resultante da combusto
expelida inversamente em relao ao sentido que entrou, passa por um tubo curvado e
ento se dirige turbina no sentido de sada do motor.
Existem motores turbo-jato que apresentam mais de uma cmara de
combusto, mas h vrios tipos que ainda apresentam uma nica cmara que quase
sempre do tipo anular, onde o sentido do fluxo que se escapa o mesmo do fluxo de
admisso.
O nmero de cmaras de combusto em um motor turbo jato pode variar de
acordo com o tipo do motor, existem motores que possuem dez cmaras, e outros com
dezesseis cmaras de combusto.
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
27/86
26
3.4 CAIXA CENTRAL
Constitui uma parte fundamental do motor, pois em alguns motores ela liga a
caixa do difusor caixa da turbina. Ela envolve o eixo do rotor e por isso consideradaa espinha dorsal do motor. As maiorias dos motores atuais possuem essa caixa central,
at mesmo porque naqueles que so equipados com vrias cmaras de combusto
tubulares, estas esto distribudas em torno da caixa central.
3.5 CAIXA DA TURBINA
A caixa da turbina dividida em:
- Conjunto do anel de ps orientadoras de fluxo para a turbina:
- Anel externo da roda da turbina.
O conjunto do anel de ps orientadoras do fluxo para a turbina tem a funo de
direcionar a massa gasosa superaquecida e tambm converter em energia cintica.
Essas ps esto fixadas entre dois anis de dimetros maiores, conhecidos por anel de
conjunto externo e outro com dimetro menor colocado no interior do de maior dimetro
e conhecido por anel interno do conjunto. As ps orientadoras se prendem a face
externa do anel externo.
O anel externo da roda da turbina envolve completamente a roda da turbina na
altura das pontas de suas ps perifricas, tendo como nica funo isolar
completamente a roda da turbina do meio exterior e tambm continuar formando a
canalizao do ar.
Ele est diretamente ligado ao anel externo do conjunto das ps orientadoras
do fluxo para a turbina e tambm se liga diretamente ao cone externo do coletor de
escape do motor.
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
28/86
27
As cmaras de combusto de um motor turbo-jato equipado com vrias
cmaras de combusto tubulares se prendem ao conjunto das ps orientadoras do
fluxo para a turbina, por intermdio dos adaptadores do conjunto do coletor da turbina.3.6 COLETOR DE ESCAPE
Assim chamado o conjunto formado pelos cones de escape, que determina a
abertura de sada da massa gasosa resultante da queima nas cmaras de combusto,
e normalmente representado por dois cones , o cone externo e o cone interno.
O cone externo ou coletor propriamente dito uma seo semicnica que
representa o verdadeiro coletor de escape tendo como funo orientar os gases
oriundos das cmaras de combusto para fora do motor expelindo-os pelo tubo de
escape.
O cone interno perfeitamente cnico e fechado por completo e est no interior
do coletor do escape, tendo como funo determinar o aumento gradativo do espao
interno que por onde os gases saem.
fixado por montantes aerodinmicos que se prendem face interna do coletor.
Existem alguns tipos de motores turbo-jato que possuem bocais variveis, que
possibilitam a variao do espao por onde os gases so expelidos, usados para
aumentar a performance em determinadas velocidades. Estes bocais so ajustados por
meios mecnicos pelo piloto em vo.
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
29/86
28
Fig 17: coletor de escape montado
1 caixa central2 e 3 tubo de escape4 bocal de escape5 montantes do suporte do motor6 cmaras de combusto7 tubo de escape do ar de refrigerao
Motores a Jacto, Editora Lep 1954, p. 248
3.7 ACESSRIOS
Os acessrios dos motores turbo-jato so as diversas unidades que compem
os sistemas como, sistema de ignio, sistema de combustvel, sistema hidrulico, etc.
Nos motores com compressor rotativo de fluxo centrfugo a maioria dos
acessrios est na parte frontal do motor, e naqueles com compressores rotativos de
fluxo axial os acessrios se distribuem no s na parte frontal do moto, mas tambm
sobre a caixa do compressor. Raramente encontraro-se acessrios depois da caixa docompressor, exceto algumas unidades de certos sistemas como bicos injetores de
combustvel, conjunto de ignio e medidores de temperatura.
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
30/86
29
4 FASES DO CICLO DE FUNCIONAMENTO DO TURBO-JATO
Um motor turbo-jato possui quatro fases que definem seu funcionamento, queso admisso, compresso, combusto e escapamento. Para este tipo de ciclo de
funcionamento damos o nome de ciclo aberto.
Isso porque toda a massa gasosa que admitida pelo motor inteiramente
expelida para fora aps passar por diversos estgios e tratamentos dentro do reator.
Mesmo que essa massa tenha sido transformada em seu estado fsico ou teve
adicionado outro componente, no caso o combustvel, ainda recebe a denominao de
massa gasosa ao sair do motor.
Ainda pode-se afirmar que certas turbinas a gs funcionam em um ciclo fechado,
mas no no objeto deste estudo. Agora ser definida cada uma das quatro fases
citadas anteriormente.
4.1 ADMISSO
Teoricamente, a admisso ou suco do ar produzida pelos compressores do
rotor, sejam axiais ou centrfugos. A rotao do rotor depende do tipo de conjunto
compressor/turbina utilizado, mas suas revolues variam desde 10.000 at 18.000
rotaes por minuto (rpm). Como exemplo, o motor DeHavilland Goblin desenvolve
3.000 rpm em regime de marcha lenta, 8.700 rpm em regime de cruzeiro e 10.200 rpm
em regime de decolagem. Grandes foras centrfugas operam principalmente no
compressor e na turbina atravs do eixo.
Estes compressores tm seu movimento rotativo impelido pelas turbinas ao
longo do final do rotor em um nico eixo. Quando o avio est parado, a suco dos
compressores o nico meio de entrada de ar no motor.
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
31/86
30
Quando o avio inicia se deslocamento, a massa de ar que vai de encontro ao bocal de
entrada do compressor aumentada pela velocidade aerodinmica do avio, fazendo
com que uma maior quantidade de ar penetre no motor. E essa massa de ar auxiliar aumentada proporcionalmente velocidade do avio. Quanto maior a velocidade de
deslocamento, maior ser a massa de ar que ser canalizada ao interior do motor, o
que provocar aumento de rendimento.
Chamamos de massa de ar de admisso justamente essa massa que penetra
dentro do motor e se dirige s palhetas do compressor atravs da suco dos
compressores, e se for o caso, a massa que entra do fruto do deslocamento.
As entradas de ar ou bocais de motor possuem diversas formas que foram
projetadas para propiciar uma quantidade otimizada de ar para dentro do motor.
Essas entradas devem canalizar o ar de uma forma eficiente, que garanta o bom
desempenho de todo o motor. Suas principais caractersticas so de promover a
entrada de ar com o mnimo de atrito em suas paredes, seu formato deve evitar que o
ar entre turbilhonado e deve ter formas que excluam o mximo a possibilidade de
ingesto de materiais estranhos.
Diversos bocais foram produzidos para diversos tipos de avies e sempre de
acordo com o tipo de compressor usado.
Nos motores turbo-jatos equipados com compressor rotativo do tipo centrfugo
de dupla face, a massa de ar admitida atravs de duas entradas circulares,
destinadas a orient-la sobre as duas faces do compressor. Quando o motor apresenta
este tipo de entrada de ar, encontramos fixadas no compressor lminas guias, que tem
a funo de auxiliar a mudana brusca do sentido de deslocamento da massa de ar,
que admitida perpendicularmente ao eixo longitudinal do rotor. O fluxo de massa de ar
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
32/86
31
admitida atinge as palhetas do compressor numa direo paralela ao eixo longitudinal
do rotor.
Geralmente, as entradas de ar circulares esto equipadas com um a telametlica destinada a impedir a penetrao de qualquer corpo estranho no
compartimento do compressor, o que poderia causar danos nas palhetas.
Nos motores turbo-jatos equipados com compressor rotativo centrfugo de
simples face, a massa de ar normalmente admitida atravs de uma entrada de ar do
tipo axial, isto , um tipo de entrada de ar que admite o ar no sentido longitudinal do
motor.
H tambm um tipo de entrada do tipo axial-bifurcado. Este tipo pode ser
adaptado para motores que possuem compressor centrfugo rotativo de fluxo centrifugo
de simples face. Essa entrada favorece o avio que possui pouca rea frontal ou o
motor est numa determinada posio impossibilitando a instalao da entrada pelo
nariz do avio, fazendo com que duas entradas sejam instaladas ao lado da raiz das
asas.
4.2 COMPRESSO
Aps a massa de ar penetrar na entrada do motor, ela passar pela segunda
fase do processo que o de compresso. Assim que o ar toca as palhetas do
compressor, este processo se inicia. O volume de ar a ser comprimido varia com a
rotao do conjunto eixo-compressor e a velocidade do avio, que quanto maior for
esta velocidade de compresso, maior ser a quantidade de ar comprimido. O trmino
da compresso se d com a massa gasosa comprimida e com certa velocidade
entrando na cmara de combusto.
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
33/86
32
Nesta fase o principal tratamento dado massa de ar a compresso, que
sempre feita por um compressor rotativo.
O compressor rotativo pode ser de dois tipos bsicos:- Compressor rotativo de fluxo centrfugo;
- Compressor rotativo de fluxo axial.
O compressor rotativo de fluxo centrfugo pode apresentar uma ou duas faces
de palhetas. Neste compressor temos duas subfases:
Subfase de compresso: quando a massa de ar sofre a ao do compressor:
Subfase de difuso: quando o ar sofre a fase de difuso.
Subfase de compresso nesta fase, com o compressor girando, o ar admitido
axialmente atravs das entradas de ar que vo a regio central do compressor, e so
colhidas para as palhetas curvadas e mudam sua direo, que era axial e passa a ser
perpendicular ao eixo do motor pelo movimento do compressor. Em virtude da fora
centrifuga causada, a massa de ar impelida para a periferia da face do compressor,
ocasionando um aumento de presso e velocidade do ar. O aumento de presso da
massa de ar depende grandemente da velocidade registrada na ponta das palhetas do
compressor, pois quanto maior for a velocidade maior, ser a presso. O ar, deixando
os canais formados pelas palhetas do compressor, ter uma velocidade tangencial
adicionada a sua velocidade radial, e por essa razo que podemos considerar uma
velocidade resultante.
A subfase de compresso termina no momento em que o ar deixa o compressor
em alta velocidade e penetra nos canais formados pelas palhetas fixas do difusor.
Uma observao muito importante deve ser feita em torno do ar de admisso.
Percebemos que o ar de admisso tem sua trajetria mudada de 180 para 90 e flui
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
34/86
33
radialmente na direo da periferia do compressor. Mas a massa de ar em seu primeiro
contato como disco do compressor, no tem uma orientao radial uniforme que seja
de maneira satisfatria, pois, quando ela entra em contato com o compressor sofre umaao por parte deste, que lhe transmite um movimento rotativo. Por ser o ar um fludo
viscoso, e tambm pela ao do atrito superficial da massa de ar no disco do
compressor, este movimento rotativo transmitido ao ar de admisso (aquele ar que
est vindo e ainda no atingiu o compressor), com uma intensidade decrescente.
Por essa razo, o ar de admisso aproxima-se e toca o compressor com um movimento
helicoidal, no sendo assim um movimento direto e uniforme para chegar a parede do
compressor. muito importante observar que tal movimento rotativo transmitido
somente a uma poro da totalidade da massa de ar de admisso, poro essa situada
prxima ao compressor.
Existem alguns fatores responsveis pelas perdas registradas durante a
subfase de compresso.
Durante a segunda fase do ciclo de funcionamento de um motor turbo-jato com
compressor de fluxo centrfugo, as perdas se registram, em maior nmero, no
compressor, durante a subfase de compresso. Algumas dessas perdas registradas
durante a compresso, variam consideravelmente com o tamanho e o tipo de
compressor empregado no motor. O nmero de palhetas empregadas em um
compressor influi muito na eficincia do mesmo. Podemos dizer que um compressor
que possui um pequeno nmero de palhetas produzir uma pequena quantidade de
trabalho til perdendo eficincia. Essa uma das desvantagens apresentadas por um
compressor rotativo de fluxo centrfugo possuidor de um pequeno nmero de palhetas.
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
35/86
34
Por outro lado, poder parecer que um grande nmero de palhetas ser ideal
para obteno de um elevado grau de eficincia no compressor. Mas na realidade isso
no se aplica.Dessa maneira, se um grande nmero de palhetas for empregado, teremos um
grande aumento na rea atuadora, e, por conseguinte, um aumento na resistncia
produzida pela frico da massa de ar, e tendo como resultante uma reduo na
eficincia adiabtica do compressor.
Em adio ao fator rea, tem o fator peso, que tambm atua como elemento
desfavorvel eficincia de um compressor.
Assim, havendo um grande nmero de palhetas, o peso do compressor ser
aumentado, pois se torna necessrio aumentar a sua dimenso para manter sua
solidez e obter-se um espao capaz de acomodar o volume de massa de ar, absorvido
em maior escala. Pelas razes apresentadas, um nmero varivel, de doze a vinte e
quatro palhetas, empregado em um compressor centrfugo de um motor turbo-jato, o
que melhores resultados oferece.
O atrito nos mancais dos compressores faz com que ocorram perdas na
eficincia do compressor de fluxo centrfugo, j que absorve uma certa quantidade de
potncia transmitida pela turbina ao compressor.
Subfase de difuso - esta subfase comea no momento exato em que a massa de ar
penetra nos canais do conjunto do difusor. O difusor que envolve o compressor e tem o
formato de um anel, possui palhetas fixadas e colocadas de tal modo que as suas
extremidades livres esto alinhadas com a direo da velocidade resultante do ar
expelido do compressor. Com essa disposio, o ar ser suavemente canalizado para o
interior do difusor. A massa de ar que deixa o compressor possui uma alta velocidade
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
36/86
35
de deslocamento, mas ao passar atravs do difusor, ter essa velocidade bem
reduzida. Essa a mais importante funo do difusor, e executada graas ao fato de
os canais difusores possurem suas reas internas aumentadas gradativamente, medida que se aproximam da periferia do conjunto do difusor. Com a diminuio da
velocidade da massa de ar teremos uma converso da energia cintica em energia de
presso. Isso indica que a massa de ar ter a sua presso aumentada ao passar pelos
canais difusores, e que no somente nos compressores que se registra esse aumento
de presso.
A subfase de difuso termina exatamente quando a massa de ar penetra nas
diversas cmaras de combusto existentes no motor turbo-jato.
Outra funo do difusor, no motor equipado com compressor de fluxo centrfugo,
a de fazer com que a massa de ar comprimido seja canalizada suavemente, de
maneira a reduzir ao mnimo a turbulncia que possa surgir, momentos aps a massa
de ar haver deixado o compressor. Convm frisar que a principal funo do difusor a
de converter a energia cintica da massa de ar em energia de presso.
As perdas so registradas no funcionamento do motor turbo-jato, quando h
variao no sentido de fluxo da massa de ar que sai do compressor, em relao s
palhetas fixas do difusor.
Com o compressor girando sob condies ideais de funcionamento, a massa de
ar comprimida suavemente recebida pelas palhetas do difusor. Estas esto colocadas
de tal maneira que o seu ngulo de entrada auxilia muito a penetrao normal e suave
da massa de ar comprimida, nos canais por ela formados.
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
37/86
36
Na prtica, as condies de operao de um motor divergem bastante das
condies ideais de funcionamento, as quais correspondem as eficincias tericas
mximas do motor.A variao na direo de fluxo da massa de ar, ao deixar o compressor, produz
um rpido aumento de turbulncia no interior dos canais difusores, causando uma
grande reduo na eficincia do compressor. Estas turbulncias do origem a um
aumento excessivo de temperatura, atingindo um valor bem superior ao normalmente
registrado durante uma compresso eficiente, o qual concorre bastante para diminuir a
eficincia da compresso, por conseguinte, a eficincia de funcionamento de todo o
motor ser prejudicada.
Outra causa que responsvel pela intensidade da compresso da massa de ar
absorvida no interior do motor turbo-jato a frico das partculas de ar contra as
paredes da superfcie do canal difusor. Essa frico dependendo da intensidade
tambm diminui a eficincia do compressor.
Se o compressor rotativo for do tipo axial, a segunda fase de ciclo de
funcionamento processa-se da seguinte maneira: a compresso total da massa
absorvida executada por uma srie de compresses intermedirias, isto , cada
estgio do compressor comprime a massa de ar medida que ela for passando atravs
das diversas ps dos diversos estgios existentes no compressor. Essa compresso
tem uma direo paralela ao eixo longitudinal do motor.
Nesta segunda fase que se inicia quando a massa de ar absorvida atinge o
primeiro estgio das ps dos compressores, e termina quando passa pelo ltimo
estgio e segue em direo a turbina, ocorre a compresso do ar, sendo que este ter
sua velocidade diminuda e sua presso aumentada. As ps do compressor so
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
38/86
37
firmadas em um tambor rotativo. Este tambor tem um formato de funil, que vai
aumentando o dimetro de seu corpo para o interior. O tambor gira dentro de uma
carenagem, que tem seu formato de uma forma que deixa uma passagem mais larga noseu incio, mais precisamente no bocal do motor, e na medida que vai se introduzindo
para dentro essa passagem vai ficando cada vez mais estreita. As ps esto fixadas
nestes espaos entre o tambor e a carenagem. Elas so instaladas em uma
determinada posio formando um ngulo. Este ngulo calculado para que a
passagem do ar se processe de maneira suave e com o mnimo possvel de resistncia,
que geralmente produzida pelo chamado choque de entrada da massa de ar no
conjunto das ps compressoras. E entre essas ps rotativas, esto fixadas na
carenagem as ps estacionrias, que como o prprio nome diz, no giram, e servem
para direcionar e ajudar a pressionar o ar que sai da p rotativa. O ar, ao passar pelo
anel das ps compressoras, adquire certa velocidade tangencial no sentido do
movimento de rotao do compressor. Assim, a massa de ar deixa essas ps
compressoras com sua velocidade axial de origem, paralela ao eixo de rotao, mais a
velocidade tangencial componente.
A velocidade que penetra nos primeiro estgios do compressor chama-se
velocidade absoluta, e a velocidade que deixa os compressores e maior chama-se
velocidade resultante. Mas essa velocidade resultante quando deixa o compressor no
mais paralela ao eixo, e sim inclinada, formando um determinado ngulo.
As ps estacionrias tambm tm um ngulo pr-definido de instalao. Isso faz
com que o ar passe por elas com o mnimo de turbulncia. Esto alinhadas de modo
que seus bordos de ataque acatem a massa de ar vindo das ps rotativas de maneira
adequada para gui-las para o prximo estagio de ps rotativas. O principal fato que
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
39/86
38
essa massa de ar advinda das ps estacionrias atinja as ps rotativas da mesma
maneira que atingiram as ps rotativas anteriores. Todas as pontas das ps tm uma
certa distncia da parede externa por causa da dilatao pela velocidade etemperatura. Dessa maneira, a massa de ar perde a fora tangencial adquirida nas ps
rotativas, diminuindo as perdas e aumentando a presso e fluxo nico da massa de ar.
Convm dizer que a velocidade sempre diminuda quando o ar passa nas ps
estacionrias. Em cada estgio nota-se que h uma poro diferente de massa de ar
que sofre modificaes, isso porque cada estgio tem um grau de compresso devido
ao estreitamento do sistema. O nmero de estgios depende da compresso requerida
para o motor.
importante notar que, nesta segunda fase deste ciclo de funcionamento, as
duas subfases se processam em cada estgio do compressor. Portanto podemos
concluir que a massa de ar absorvida passar tantas vezes por esta ou aquela subfase
quantos forem os estgios existentes no conjunto do compressor do motor. Essa uma
das principais diferenas que pode apresentar o ciclo de funcionamento do motor turbo-
jato equipado como compressor axial, em relao ao ciclo de funcionamento de outro
motor turbo-jato equipado com um compressor centrfugo. Neste ltimo tipo de motor,
temos a massa de ar considerada passando somente uma vez pela subfase de
compresso e tambm uma nica vez pela subfase de difuso.
4.3 COMBUSTO
Esta a fase em que a massa de ar com presso e determinada velocidade sai
do compressor e queimada dentro da cmara de combusto. Aps a queima, a
massa gasosa acelerada para fora da cmara de combusto.
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
40/86
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
41/86
40
alargando-se em um certo ponto varivel logo aps o bico injetor de combustvel. Isso
eficaz porque logo que a massa de ar entra em combusto com o lquido inflamvel,
ter um espao suficiente para expandir-se em alta velocidade para a sada da cmara.Isso se processa de uma maneira suave e constante no funcionamento do motor. O fato
de a cmara ter um espao convexo na sua parede, faz com que a massa de ar
expandida somente flua na direo da sada. Havendo a queima de combustvel, a
expanso processar-se- nica e exclusivamente graas a energia fornecida por esta
combusto. Em outras palavras, a energia necessria para a execuo da expanso
lateral da massa de ar fornecida pela prpria chama de combusto, no havendo
nenhuma alterao na velocidade e na presso da massa de ar. Devemos notar que
com a queima de combustvel, o fluxo de ar tornar-se- compressvel, pois ocorrer
uma reduo de sua densidade, o qual no afeta a presso esttica, pelo fato do
grande aumento de temperatura ocorrido. H a possibilidade de aumentar ainda a
velocidade dos gases usando uma cmara de fluxo dividido. O jeito encontrado de
encaixar uma tubulao em volta do bico injetor chamado cilindro interno. Esta
tubulao tem primeiramente na sua entrada a forma divergente ligando-se logo aps
por uma forma convergente na sada. Isso faz com que uma parte da massa de ar
penetre neste espao e sofra um aumento de presso junto com o combustvel
pulverizado pelo bico injetor. O resultado uma massa gasosa com maior presso que
se encontra com o restante da massa de ar externa, fazendo com que todo o conjunto
adquira maior velocidade na sada da cmara de combusto. Este dispositivo evita
certas inconvenincias ocorridas na sua ausncia, como distribuio desigual da
expanso dos gases, pelo fato do dimetro da cmara ser grande demais e a mistura
desigual do combustvel como os gases por parte do bico injetor.
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
42/86
41
4.3.2 Ar primrio e ar secundrio
O ar primrio o que entra pela entrada principal para ser introduzido aos bicos
injetores, dos quais so 25 por cento do total enviado pelos compressores. Temostambm o ar secundrio (fig 18), que representa os outros 75 por cento, que so
usados para se misturarem massa gasosa j queimada e promoverem a devida
ventilao necessria ao resfriamento das paredes da cmara de combusto, evitando
que as chamas afetem a parede interna da cmara. Esse ar secundrio penetra por
orifcios localizados estrategicamente na extenso externa da cmara de combusto.
Tambm este ar chamado ar de diluio. O ar primrio tambm dirigido rea dos
bicos injetores para formar uma pequena turbulncia, a fim de melhorar a mistura do ar
com o combustvel.
Fig 18: ar primrio e ar secundrio
Fonte: Motores a Jacto, Editora Lep 1954, p. 192
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
43/86
42
No inicio do funcionamento do motor, a combusto da mistura ar e combustvel
processa-se pela ao de fascas produzidas por uma vela de ignio, sendo que
depois que o motor atinge determinada rotao, essa fasca cessa e a combustotorna-se contnua.
4.3.3. Fluxo direto e de retorno
Na cmara de combusto de fluxo direto, o sentido de direo de deslocamento
da massa de ar primrio, e mais o escape da massa gasosa superaquecida, atravs da
cmara de chama, so os mesmos que o deslocamento da massa de ar introduzida na
cmara de combusto. Neste caso o sentido de fluxo do ar primrio o mesmo do fluxo
de ar secundrio.
Na cmara de combusto de fluxo de retorno, h uma estrutura interna tal que o
movimento da massa de ar primrio, mais a massa de ar gasosa aquecida, ser
exatamente o oposto do fluxo de ar secundrio. Esse tipo de cmara foi uma das
primeiras usadas nos motores turbo-jato, sendo substitudas posteriormente pelas de
fluxo direto e logo depois de fluxo dividido.
4.3.4 Mistura combustvel
A mistura combustvel de suma importncia para o bom funcionamento do
motor turbo-jato
Ela formada no interior da cmara de combusto por uma certa quantidade de
combustvel e ar primrio. O combustvel comumente usado o querosene. Convm
salientar que o querosene de aviao usado diferente do querosene domstico. O
querosene de aviao deve conter na suas propriedades dois requisitos bsicos: alto
valor calorfico e capacidade de produzir o mnimo de poluio. Tambm se deve ter
facilidade de pulverizao, ausncia de matrias slidas, capacidade de suportar baixas
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
44/86
43
temperaturas sem perder suas propriedades e possuir elevado ponto crtico de
volatilidade, que a temperatura em que o combustvel se torna suficientemente voltil
para formar a mistura combustvel com o ar primrio. Quanto mais for elevado o pontocrtico de volatilizao, menos voltil ele ser, o que de fato lhe dar maior segurana
ao registrar menor perigo de exploses.
4.3.5 Bicos injetores
Os bicos injetores (fig 19) possuem uma estrutura interna que possibilita que o
combustvel seja dividido em vrias partculas muito pequenas para ser misturado com
o ar primrio. Cada cmara de combusto possui um bico injetor, se alojando em
diferentes situaes dependendo do tipo de cmara de combusto.
Fig 19 - A: bico injetor
Fonte: Motores a Jacto, Editora Lep 1954, p. 260
A ao pulverizadora de um bico pulverizador precisa ter gotculas de
combustvel com o dimetro mais parecido possvel para bom funcionamento da
queima. Na verdade no importa a quantidade de gotculas, e sim, a sua formao. A
variao de tamanho entre as partculas varia de 10 a 200 mcrons de dimetro, e a
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
45/86
44
quantidade varia de 5 a 10 milhes de partculas por centmetro cbico de combustvel
pulverizado.
Mas a mais importante caracterstica do bico injetor ainda a melhor queima docombustvel. Sendo assim, existe um sistema que se chama pr-vaporizao do
combustvel no interior da cmara de combusto.
Figura 19 B: dispositivo de pr-vaporizao de combustvel
A bico injetor de combustvelB tubos pr-vaporizadores
Fonte: Motores a Jacto, Editora Lep 1954, p. 203
Este sistema tem por finalidade bsica vaporizar o combustvel antes que ele
penetrar no recinto da cmara de combusto propriamente dita.
Ele constitudo em cada cmara de combusto, por um bico injetor que termina
em quatro tubos de dimetro bastante reduzido. Atravs desses tubos o combustvel introduzido no interior de cada um dos tubos pr-vaporizadores que so recurvados, e
devido a temperatura tem seu contedo pulverizado antes de sair para a queima.
Este sistema tem mostrado ser bastante eficiente, principalmente pelo fato de ser quase
impossvel a formao de carvo.
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
46/86
45
4.3.6 A combusto
A combusto da mistura combustvel marcada pela presena de uma chama a
frente do bico injetor de combustvel e processa-se numa regio muito pequena, situadana primeira poro da cmara.
O sistema de ignio de turbina apresenta um ignitor de chama diferente
daqueles utilizadas nos sistemas de ignio dos motores convencionais. Os ignitores
somente geram fasca no momento da partida, sendo que aps o incio do
funcionamento do motor, a fasca cessa e a chama torna-se constante com a adio
contnua de combustvel. O seu eletrodo deve ser capaz de resistir a uma corrente de
muito maior energia, em relao ao eletrodo de velas para motores convencionais. Essa
corrente de alta energia pode rapidamente causar a eroso do eletrodo, mas os
pequenos perodos de operao minimizam manuteno da vela. O espao do eletrodo
de uma vela de ignio tpica muito maior do que aquela das velas de centelha, uma
vez que as presses de operao so muito menores, e as centelhas podem ser mais
facilmente conseguidas do que nas velas comuns. Finalmente, a sujeira nos eletrodos,
to comum nas velas de motores convencionais, minimizada pelo calor das velas de
alta intensidade.
Para a combusto ser eficiente, deve-se ter tempo, temperatura e turbulncia.
Resumindo, significa tempo de queima o mnimo possvel, temperatura a mais baixa
possvel e o mnimo de turbulncia. A temperatura aproximada na combusto chega a
2000 C, com tempo Maximo de 10 a 20 milsimos de segundo.
A chama de combusto apresenta a cor amarela quando o motor est bem
regulado. Chama a ateno uma cor vermelha plida caso Haja desregulagem de
algum componente.
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
47/86
46
O comprimento da chama varia diretamente com a razo da mistura de
combustvel-ar. Os bicos injetores so projetados para trabalhar com um volume
especfico de ar e combustvel. Existe um limite de chama para que no afete aestrutura da cmara e os componentes do bico injetor, que se chama de razo mxima
de mistura. Um item importante da chama manter-se acesa durante a passagem de
fortes correntes de ar. Sabe-se que o ar que entra na cmara de combusto muito
veloz em relao ao tempo de propagao da chama. Por isso que importante ter
uma pequena regio de turbulncia em volta da chama para diminuir a velocidade do
ar.
Convm salientar que a massa de ar que no tomou parte da combusto sofre
uma acelerao no seu movimento, causada pela grande quantidade de calor que lhe
transmitida pela chama de combusto. Essa massa acelerada chega a 168 metros por
segundo de velocidade.
O final registrado no momento exato em que a massa de ar mais os produtos
da combusto deixam as cmaras de combusto e penetram no anel de ps
orientadoras de fluxo para turbina, passando antes atravs de tubo orientadores que
ligam as cmaras de combusto com o conjunto da turbina.
4.4 ESCAPE
O escape se inicia quando os gases superaquecidos que saem da cmara de
combusto se encontram com os anis das ps orientadoras de fluxo e se dirigem para
a turbina.
O final coincide com o do ciclo de funcionamento do motor, e marcado pelo
escape da massa gasosa para a atmosfera passando pelo coletor de escape.
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
48/86
47
O produto da combusto no interior da cmara de combusto sai da mesma com
uma velocidade aproximada de 168 metros por segundo, uma presso de 4,08 quilos
por centmetro quadrado e temperatura perto dos 837 C. Nestas condies elaencontra-se com as ps orientadoras de fluxo para a turbina.
4.4.1 Ps orientadoras
A funo dessas ps orientadoras dirigir os gases advindos da combusto para
a turbina com o mnimo de formao de turbulncia. Essas ps esto instaladas
formando um ngulo chamado ngulo terico de eficincia mxima.
Essas ps orientadoras so formadas por uma serie de ps fixadas entre dois
anis, sendo que um anel serve de base inferior e outro de base superior que contorna
toda a extenso da p. A fixao difere de modelo para modelo. Geralmente so
fixadas atravs de pinos rebitados transpassados.
Outra forma o processo de flutuao, onde os encaixes convergem-se ao
contrrio do sentido de rotao do rotor.
As extremidades da p orientadora no so paralelas entre si nem to pouco
com o eixo longitudinal do motor. Este fato concorre para evitar o deslocamento
longitudinal das ps, em relao ao motor.
Existe um folga entre os anis suportes e as ps orientadoras do valor
aproximado de 0,005 de polegada, que destinada a prevenir o rompimento das ps
quando se processar a dilatao influenciada por elevadas temperaturas.
Quando a massa gasosa proveniente da cmara de combusto atravessa as ps
orientadoras, recebe uma queda de presso e um aumento de velocidade, ou seja,
converte-se em energia cintica. Este processo ocorre na agulheta ou embocadura, que
so os espaos existentes entre duas ps orientadoras. Em alta velocidade, os gases
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
49/86
48
se dirigem turbina fazendo com que ela gire e conseqentemente mova o
compressor.
4.4.2 Atrito superficialApesar de, teoricamente, no se considerar a existncia de protuberncias nas
paredes das agulhetas, na prtica no possvel obter uma superfcie lisa e
completamente livre de protuberncias. As protuberncias existentes nas superfcies
das ps orientadoras diminuem a velocidade do fluxo da massa gasosa, acarretando
desta maneira uma perda de eficincia no funcionamento do motor. As ps orientadoras
de fluxo, ao sarem da fbrica, apresentam uma superfcie bem polida, mas aps um
perodo de funcionamento do motor, sofre a ao corrosiva dos gases superaquecidos,
combinada com o atrito das partculas desses mesmos gases fluindo am alta
velocidade, vai tornando mais spera as superfcies das ps.
Se as superfcies das ps orientadoras forem examinadas com um microscpio,
podem-se verificar inmeras protuberncias, que atuam como freios sobre a parte da
massa gasosa que est em contato direto com as paredes das agulhetas.
4.4.3 Turbina
A turbina tem a finalidade de extrair a energia cintica dos gases em expanso
que escoam da cmara de combusto, e transformar em energia mecnica, dando
potncia ao compressor e aos acessrios. Ela formada por um rotor preso a um eixo
ligado diretamente ao compressor, tendo palhetas fixadas ao seu redor. Pode-se ter um
ou mais estgios.
Existem dois tipos principais mais utilizados de palhetas na turbina:
Palheta de impulso;
Palheta de reao.
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
50/86
49
A palheta de impulso a sua forma convergente, e sua rea de entrada maior do que
a de descarga, promovendo a acelerao dos gases acarretando diminuio de
temperatura e presso. Os gases ao passar por essas palhetas sofrem mudana dedireo, assim sendo, surge uma fora de impulso para girar o rotor.
A palheta de reao faz com que os gases no sejam acelerados, apenas tem sua
direo mudada. Isso acontece porque a primeira extremidade da palheta
arredondada, e a outra extremidade afinalada, diferente da palheta de impulso que
contm as duas pontas afinaladas.
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
51/86
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
52/86
51
Figura 20 trajetria do balo
Fonte: Motores a Jacto, Editora Lep 1954, p. 124
Figura 21 representao da fora de propulso
Fonte: Motores a Jacto, Editora Lep 1954, p. 125
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
53/86
52
Outro exemplo para entendermos melhor o funcionamento de uma
metralhadora montada sobre uma plataforma com rodas assentadas sobre trilhos. Cada
disparo proporcionar a expulso de um projtil, tendo uma mesma fora da mesmadireo, mas em sentido contrrio trajetria no interior do cano. Esta reao tambm
conhecida vulgarmente como recuo. A sucesso dos recuos provoca o movimento do
conjunto montado sobre os trilhos.
Num motor a jato, cada molcula de massa de ar que se movimenta no seu
interior, pode ser comparada com os projteis da metralhadora em disparo. Com
exceo dos foguetes que transportam elementos propelentes no seu bojo, o motor
desloca-se e suga o ar e expele-o com velocidades superiores que as de entrada,
acelerando esta mesma massa para se obter a fora propulsora que chamamos de
trao. Este o princpio bsico dos motores aerotrmicos de propulso a jato.
Variando os procedimentos de produzir a acelerao da massa de ar absorvida, temos
uma variedade de motores aerotrmicos de reao direta (propulso a jato). Mesmo os
foguetes que funcionam segundo o mesmo princpio, a segunda lei de Newton, possui
dispositivos de funcionamento ligeiramente diferentes dos motores a reao direta.
Enquanto os turbo-jatos funcionam dependendo do meio em que se encontram,
os foguetes so completamente independentes do meio ambiente.
No caso dos foguetes, toma-se o exemplo de uma pessoa sentada em uma
cadeira de balano, possuindo ainda uma certa quantidade de tijolos para arremessar
para frente. Cada arremesso lhe dar um impulso para trs, e quanto mais rpido e
sucessivo ela arremessar, maior ser o movimento contrrio do balano. No caso dos
motores trmicos a jato que empregam o ar atmosfrico para seu funcionamento,
sabemos que a fora de trao cai para um valor igual zero, quando a velocidade da
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
54/86
53
massa de ar expelida for igual a velocidade da massa de ar absorvida. Concluindo que
a trao ser negativa se a velocidade da massa de ar expelida for menor que a
velocidade da massa de ar absorvida.Esta concluso no se aplica aos motores de foguetes, pois para qualquer
velocidade de ejeo da massa gasosa, teremos sempre uma trao correspondente e
proporcional velocidade de ejeo. Por isso os motores foguetes podem alcanar
velocidades superiores s registradas no bocal de escape do prprio motor.
Simplificando, podemos dizer que a trao em libras numericamente equivalente ao
produto da massa de ar, passando atravs da unidade propulsora e considerada em
cada segundo de tempo, com excesso de velocidade da corrente de ar. Este excesso
igual a velocidade com que o ar expelido (ou acelerado), menos a velocidade do
avio em ps por segundo.
5.1 EFICINCIA PROPULSORA
Esta eficincia definida como sendo o trabalho til executado pela trao
dividido pela quantidade de trabalho transmitido corrente de ar que passa pelo
atuador (hlice ou motor a jato). E representada pela letra grega . O trabalho til
expresso em termos correspondentes fora propulsora igual ao produto da trao
pela velocidade do avio:
TRABALHO TIL = T.V,
Onde T expresso em lbs (libras) e V em ft./s. O trabalho til, portanto,
expresso em ft.lbs/s (ps libras por segundo).
Sendo o cavalo fora (HP) equivalente a 550 ft.lbs de trabalho por segundo,
escreve-se assim:
THP= T.V/550
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
55/86
54
Onde o THP representa o cavalo de fora de trao (Thrust horse Power).
Numa concluso de dois caminhos bem diferentes:
a) Estando o observador colocado numa posio qualquer junto a massa de arque no participa da corrente;
b) Estando o observador colocado no prprio avio.
a) Para um observador colocado num ponto qualquer, a corrente de ar ter uma
velocidade igual a Vs-V, onde V a velocidade do avio e Vs a velocidade da
corrente de ar considerada.
A energia cintica da corrente de um fludo dada por:
Ee=. massa.v
Onde v igual a (Vs-V); e a massa por segundo g.AV.
Ento a energia da corrente relativa massa de ar que est servindo de base,
ser igual a:
. g AV.(Vs-V)
A quantidade de trabalho transmitido para a corrente da massa de ar ser
igual soma do trabalho til com a energia da corrente da massa de ar.
Como vimos anteriormente, a eficincia propulsora representada por:
=T.V / T.V+. g AV (Vs-V)
Substituindo o valor de T(trao) =g.AV.(Vs-V) teremos:
=g AV (Vs-V) V / g AV(Vs-V) V+ g AV(Vs-V)
Onde, =V(Vs-V) / V(Vs-V)+ V(Vs-V)
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
56/86
55
b) Para o observador colocado no prprio avio, que ser o ponto de referncia,
teremos:
A energia cintica da corrente da massa de ar na frente do avio em movimento,
igual a:
Ec=g AV.V
A energia cintica da corrente da massa de ar em relao ao avio, igual a:
Ec=q AV.Vs
A quantidade de energia transmitida para a corrente da massa de ar igual a
diferena entre esses dois valores:
g AV (Vs-v)
O trabalho til j definido, igual a:
g AV (Vs-V) . V
Neste caso, a energia propulsora ser igual ao quociente de trabalho til pela
energia transmitida corrente.
Conclue-se que a eficincia propulsora inversamente proporcional razo
entre a velocidade da corrente de ar e a velocidade do avio. Portanto, quanto maior for
essa razo menor ser a eficincia propulsora.
Em um exemplo de que a velocidade do avio de 400ft/s, e a velocidade da
corrente de 440ft/s, teremos ento 95,2%. A eficincia propulsora no ser admissvel
idia de obter-se um valor excessivo para Vs (velocidade corrente da massa gasosa
que se desprende do motor em relao velocidade do avio), por isso iria resultar em
uma grande perda de energia intil, transmitida para a corrente da massa gasosa.
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
57/86
56
Neste exemplo a eficincia propulsora foi de 95,2%, podemos perceber que a Vs
excedeu V em cerca de 10% (Vs=440ft/s e V=400ft/s), sendo assim a energia da massa
gasosa aproximadamente 5% de toda a energia perdida no sistema.Neste ponto de vista chega-se a vrias concluses:
Supondo a possibilidade de manter constante a porcentagem de excesso da Vs
sobre a V com o intuito de obter sempre um valor satisfatrio para a eficincia
propulsora, logo a quantidade Vs-V tornar-se- menor quando a velocidade do avio (V)
for baixa.
Considerando agora o avio voando a uma velocidade inferior qualquer, mas
mantendo a mesma trao para ambos os casos, faz-se o seguinte raciocnio:
A trao determinada pela frmula g AV (Vs-V); a densidade do ar (g) ser
constante par uma determinada altitude a qual considera-se invarivel; a velocidade (v)
do avio e a velocidade Vs da corrente de massa de ar em relao ao avio, so
consideradas como dadas e tambm invariveis. Voltando a frmula que determina a
trao, verifica-se que o nico elemento varivel ser a rea de seco (A).
Para manter a trao constante evidente que quanto menor for a velocidade do
avio, maior ser a rea de seco do atuador (moto a jato ou hlice).
Num caso mais especfico, onde o avio tem uma velocidade mdia, pode-se
supor o fato de ser necessrio uma rea com um dimetro to grande que seria
impossvel representar a rea de um atuador por intermdio de um conduto. Neste caso
deve-se utilizar outro tipo de conduto, uma hlice. Mas tudo deve ser analisado,
mantendo um mesmo valor para a trao, em diversas situaes de uma velocidade
varivel do avio.
Nesta idia conclui-se que:
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
58/86
57
1) Um motor a jato com estrutura bsica, no pode ser como uma unidade
propulsora eficiente para avies de pequena velocidade, segundo as mesmas
consideraes feitas quanto a ampliao da rea da seco.
2) No caso em avies com velocidades moderadas, a hlice aparece como sendo
nica soluo prtica, vendo que possui possibilidades de obter uma rea de
seco maior.
No h dvidas de que o motor a jato pode produzir trao em praticamente
qualquer velocidade, mas em um caso particular como o dos avies de baixa
velocidade, a eficincia propulsora desses motores teria um valor to baixo que a
instalao seria de carter pouco econmico.
At o momento, os motores turbo-jato possuem uma estrutura bem particular
baseada em um compressor, movimentado por uma turbina, que fornece ar para a
cmara ou cmaras de combusto de fluxo constante. Essa mesma massa de ar
movimenta a turbina, escapando em seguida pelo conjunto de escape (em forma de
tubo) com uma velocidade superior a velocidade aerodinmica do avio. A diferena
entre essas duas velocidades registrar a o valor da trao liquida do motor.
Recordando o estudo sobre a trao e sobre eficincia propulsora, pode-se
dizer que a massa de ar medida exatamente frente da tomada de ar do avio no
ponto em que a velocidade do ar no seja materialmente diferente da velocidade (V)
do avio.
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
59/86
58
5.2 SEQUNCIA DO MOTOR TURBO-JATO
O motor convencional de quatros tempos, comum em carro e avies, est
baseado num ciclo chamado de ciclo-aberto, onde as operaes compem-se dequatro tempos:
1) Admisso
2) Compresso
3) Expanso ou potncia
4) Escape
Para aqueles que no conhecem as operaes, em seguida mostraremos uma
breve descrio. Todas as funes se processam numa seqncia regular em cada
cilindro.
No cilindro, quando o pisto desce, a mistura ar e combustvel entram na cmara
de combusto, atravs de uma entrada controlada pela vlvula de admisso: neste
momento a vlvula se fecha e o pisto sobe para comprimir a mistura, e em seguida
ser gerado uma centelha pelas velas.
Aps a queima, os gases expandidos resultantes da combusto, foram o pisto
para sua posio anterior (esse tempo considerado como potncia ou ignio);
novamente o pisto sobe, mas agora pra expulsar os gases atravs de outra vlvula,
chamada de vlvula de escape.
Para cada subida ou descida do pisto dentro do cilindro, corresponde a volta
do eixo de manivelas do motor. Como um ciclo completo corresponde a quatro tempos,
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
60/86
59
isto , duas subidas e duas descidas do pisto, tem-se ento duas voltas do eixo de
manivelas para cada ciclo completo do cilindro.
Mas para cada duas voltas do eixo de manivelas, temos somente um tempo depotncia. Por conseguinte, a energia de trabalho aplicada intermitentemente ao eixo
de manivelas.
Num motor turbo-jato o ar absorvido por um compressor de palhetas rotativas e
orientado por palhetas estticas para a cmara de combusto, onde o combustvel
constantemente pulverizado no prprio ar. A combusto constante, no existe
combusto intermitente, como no motor convencional.
Na figura 22 percebe-se de forma bem simples a operao do motor turbo-jato.
Figura 22 comparao das fases do motor convencional e turbo-jato
Fonte: Motores a Jacto, Editora Lep 1954, p. 137
Entendendo melhor este funcionamento, considera-se uma massa de ar
passando pelas suas diversas fases durante o ciclo de funcionamento, dentro do motor.
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
61/86
60
A massa de ar absorvida a fase, cada um dos tratamentos que o ar sofre no
seu percurso dentro do motor. Esse termo, fase, substitui inteiramente o termo tempo,
normalmente utilizado para explicar cada uma das etapas do ciclo de funcionamento deum motor convencional. O termo tempo no pode ser empregado num motor turbo-jato,
pelo fato do seu funcionamento ser nico e contnuo. Em resumo, o motor
convencional, em cada uma de suas quatro etapas da massa de ar absorvida
processado separadamente no cilindro, tendo durao determinada, na qual chamamos
de tempo.
Esta regra no se aplica ao motor turbo-jato. No seu ciclo de funcionamento
temos a massa de ar passando ao mesmo tempo pelas quatro etapas, isto , no
momento que o ar absorvido, ele passa a ser comprimido, j tem-se a compresso,
em seguida a combusto e finalmente o escape, tudo processado simultaneamente em
todo o motor, no importando o nmero de cmaras existentes.
Fica mais evidente quando o motor se encontra em funcionamento, porque os
primeiros instantes da partida do motor no tm a fase de escape, sem que antes haja
a fase de compresso e a fase de combusto.
O funcionamento do motor turbo-jato pode ser explicado assim:
O ar sugado e comprimido no compressor, na cmara de combusto o
combustvel injetado em forma de pulverizao e em seguida queimado. Apenas uma
pequena parte do ar absorvido queimada. Devido a uma temperatura muito elevada
no momento da combusto, a mistura queimada expande o ar que no tomou parte da
combusto e numa velocidade relativamente alta, os gases e a massa de ar
superaquecida abrem caminho atravs da nica sada, a extremidade a cmara. A
passagem rpida dos gases aquecidos sobre as ps da roda da turbina, imprimindo um
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
62/86
61
movimento rotativo, cria uma energia mecnica no eixo comum turbina e ao
compressor, a qual utilizada para movimentar o compressor e os acessrios do motor.
O compressor continua girando e mantendo o suprimento de ar, fluindo atravsda unidade, isto , do motor.
Uma vez passado pelas ps da turbina, os gases e o ar superaquecido se
escapam pela extremidade traseira do motor, atravs do conjunto de escape, numa
forma de jato em alta velocidade.
Esta fora que gasta na eliminao dos gases produz uma reao direta no
sentido oposto aos gases de escape, que resulta na fora propulsora do motor.
5.3 APLICAO DAS FORAS PROPULSORAS
Num motor turbo-jato de compressor centrfugo de dupla face, a massa de ar
admitida atravs das duas entradas circulares, circulando em duas faces do
compressor.
As cargas impostas por essa massa de ar ao compressor so anuladas uma a
uma, isto , a carga imposta pela massa de ar, penetra pela entrada circular frontal,
anulada pela carga imposta pela massa de ar que penetra pela entrada de ar circular
traseira, e vice-versa.
Toda a massa de ar comprimida pelo compressor na forma centrfuga,
orientada em seguida para a cmara de combusto.
A massa de ar para entrar nas cmaras de combusto sofre uma variao no
seu sentido de deslocamento, o que d origem a fora de reao. A soma de todas as
foras que atuam nos coletores (motores equipados com compressor de fluxo
centrfugo) produz cerca de dois teros da fora propulsora total.
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
63/86
62
A massa de ar entrando nas cmaras de combusto sofre o efeito de elevao
de temperatura. Nesta ao, h uma expanso intensa, o que dar origem a foras ps-
anteriores, que atuam contra as paredes internas. Esta fora constitui cerca de um teroda fora total de propulso.
Esta mesma massa saindo das cmaras de combusto, passa pelo anel de ps
orientadoras de fluxo para a turbina e finalmente escapa para a atmosfera, atravs do
conjunto de escape. Neste caso h foras atuando no sentido ntero-posterior. A maior
fora que atua neste sentido registrada no anel de ps orientadoras de fluxo para a
turbina, constitui mais da metade da fora total, tanto num motor a jato como em
motores turbo-jatos em geral.
Assim, representam-se as diversas foras ou cargas impostas pela massa de ar
circulante com valores expressos por porcentagem, tendo-se por base um valor X
desconhecido para as foras totais atuando nos dois sentidos. A diferena entre a fora
total que atua no sentido ps-anterior do motor e a fora total que atua no sentido
ntero-posterior, constitui a potncia disponvel ou a trao lquida do motor que
100%.
Lembrando que a soma final de todas as foras que atuam no sentido ps-
anterior ser sempre maior que a soma de todas as foras que atuam no sentido
antero-posterior.
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
64/86
63
6 SISTEMAS
6.1 SISTEMA DE COMBUSTVEL
Em um motor turbo-jato, o combustvel controlado e canalizado atravs de umsistema prprio que apresenta diversos componentes. de se esperar que haja um
certo nmero de variaes de sistemas de combustvel de diversos modelos de motor
turbo-jato, mas mesmo assim pode-se afirmar que determinados componentes bsicos
repetir-se-o.
Do mesmo modo que nos motores convencionais a gasolina, os motores turbo-
jato apresentam em seu sistema bombas de combustveis, vlvula aceleradora, bicos
injetores, unidades controladoras e outras.
Sero abordados aqui todos esses elementos constantes ou comuns de um
sistema de combustvel do motor turbo-jato.
O sistema de combustvel descrito abaixo pertence ao motor Rollys Royce
Dervent - I
Este propulsor contm um motor com compressor centrfugo de dupla face e seu
sistema de combustvel apresenta as seguintes partes,
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
65/86
64
Figura 23 sistema de combustvel do motor Derwent v
Fonte: Motores a Jacto, Editora Lep 1954, p. 250
a ) bomba de combustvel de deslocamento varivel ( especialmente construda para
esse motor)
b ) unidade baromtrica de controle de presso ( barostato )
c ) vlvula aceleradora
d ) unidade acumuladora, possuindo uma torneira de alta presso
e ) tubulaes condutoras de combustvel
f ) uma srie de 10 bicos injetores
-
8/9/2019 Motores Turbo Jato
66/86
65
Analisando este sistema de combustvel, notamos que apesar de simples, ele
funciona de uma maneira bastante eficaz. O combustvel que advm dos tanques entra
na bomba de combustvel principal de alta presso atravs de uma bomba eltricaauxiliar de suco (de baixa presso). A bomba de combustvel principal, que
acionada pelo prprio motor, possui deslocamento varivel e opera junto com a unidade
baromtrica de controle de presso, para que no ultrapasse os mximos de presso
permitidos. Esta bomba funciona com uma ligao com o prprio motor em
funcionamento. Depois que o combustvel sai da bomba vai para a vlvula aceleradora,
e trabalha sobre uma presso que no ultrapassa 91Kg/cm . Quando o piloto move as
manetes de potncia, est atuando na vlvula aceleradora, permitindo ou fechando a
passagem de combustvel que vai para as cmaras de combusto, e desta maneira,
controlar a potncia do motor. Esta vlvula tem o mesmo principio de funcionamento da
borboleta de combustvel nos motores a pisto.
Depois que o combustvel passa pela vlvula aceleradora, ele se dirige para a
unidade acumuladora. O acumulador serve para dar presso nos bicos injetores
somente durante a partida do motor, pois no inicio da rotao no h fora suficiente da
bomba para ocorrer pulverizao de combustvel nas cmaras de combusto, pois
como o sistema dispe-se d