CARACTERÍSTICAS DOS MOTORES DE AVIÃO
Os métodos básicos de compressão
Os motores são caracterizados por comprimir o fluido de trabalho antes da adição de calor.
1. Compressores à turbina (motores a turbina)
2. Compressores a pistão (motores alternativos)
3. Compressão devido a velocidade do ar – velocidade do voo. (motores estatoreator)
4. Compressão devido à combustão (pulso jato e foguetes)
Motor Turbo Fan (baixo bypass)
Comparação dos motores de aeronaves:
Além das diferenças citadas anteriormente, existem diferenças de adequabilidade para os diferentes tipos de aeronaves.
Exigências gerais
Eficiência economia e durabilidade
Economia
O motor deve ser econômico quanto ao consumo de combustível, quanto ao custo da sua obtenção original, quanto ao custo de manutenção e atender às exigências rigorosas da razão da eficiência com baixo peso de unidade por potencial.
Durabilidade
O motor deve ser capaz de prover alta potência de saída sem sacrifício da confiabilidade. Para isso:
1. Deve ter durabilidade para operar por longos períodos entre revisões. Deve ser compacto e ter fácil acesso para manutenção.
2. Deve contar com um eficiente sistema de ignição que deverá entregar para velas e ignitores energia de alta potência no tempo exato, em qualquer condição de tempo.
3. Deve entregar o combustível na proporção correta para o ar ingerido pelo motor, independente da altitude ou condição de tempo nas quais o motor está sendo operado.
4. Deve ter um sistema de lubrificação e arrefecimento, fornecido sob pressão adequada a todas as peças móveis quando ele estiver em funcionamento.
5. Deve ser isento de vibrações excessivas e deve funcionar em grandes altitudes e velocidades. Ele deve ser montado em suportes que amorteçam as vibrações quando tiver operando.
6. Deve dispor de dispositivos medidores necessários para o monitoramento de todos os parâmetros do motor. O piloto deve ter conhecimento a todo instante das condições de funcionamento do seu motor.
Potência e Peso
O rendimento útil de todo motor de aeronave é o empuxo, a força que impele a aeronave. A potência do motor alternativo é medida em BHP – cavalo força ao freio. A potência medida nos motores a reação é medida em libras de empuxo. Entre ambos não pode ser feita uma comparação direta. Contudo uma vez que a combinação motor alternativo/hélice recebe o empuxo da hélice, a comparação pode ser feita convertendo o cavalo força, desenvolvido pelo motor alternativo para empuxo (THP – cavalo força de empuxo). Se desejado, o empuxo de um motor de turbina a gás pode ser convetido em THP – cavalo força de empuxo. Porem é necessário a velocidade da aeronave.
Esta conversão pode ser feita pela fórmula abaixo:
THP = empuxo x velocidade da aeronave em MPH / 375 libras-milhas por hora. É necessário calcular o cavalo-força para velocidade de uma aeronave, uma vez que o cavalo-força varia com a velocidade. Portanto não é prático comparar o rendimento de motor a turbina na base do cavalo força.
Os motores de aeronaves operam a uma percentagem relativamente alta da sua potência máxima durante sua vida em serviço. Durante uma decolagem o motor está sempre em potência máxima. Ele pode manter esta potência por um período, até o limite estabelecido pelo fabricante.Raramente o motor é mantido a potência máxima por mais de 2 minutos e usualmente nem atinge este tempo todo. Após a aeronave atingir a altitude de cruzeiro o motor é reduzido e pode ser mantido assim enquanto durar o vôo. Se o peso de um motor dado por BHP (peso específico do motor) diminui, a carga útil que uma aeronave pode transportar e a performance da aeronave aumentam. Cada libra a mais no peso de um motor, reduz seu desempenho. Enormes ganhos, reduzindo o peso dos motores de aeronaves através de melhorias de projeto e metalurgia tem resultado em motores alternativos, produzindo 1 hp por libra de peso ou menos.
Economia de combustível
O parâmetro básico para descrever a economia de combustível de motores aeronáuticos é geralmente o consumo específico. O consumo específico de combustível para turbo jatos e estratojatos é o fluxo de combustível (Lbs.h) dividido pelo empuxo (Lbs); e para motores alternativos o fluxo de combustível (Lbs.h) dividido pelo B.H.P. São denominados: “consumo específico por unidade de empuxo” e “consumo específico por B.H.P.” respectivamente. O consumo específico equivalente é utilizado para motores turboélices, e é o fluxo em libras por hora dividido pela equivalente potência no eixo. Comparações podem ser feitas entre os diversos motores com relação à base de consumos específico. À baixa velocidade, os motores alternativos e turboélices têm melhor economia que os motores turbojatos. Contudo, à alta velocidade, devido a perdas na eficiência da hélice, a eficiência dos motores alternativos ou turboélices torna-se menor que a dos turbojatos.
Durabilidade e Confiabilidade
Durabilidade e confiabilidade são geralmente considerados fatores idênticos, uma vez que é difícil mencionar um sem incluir o outro. Um motor de aeronave é confiável quando pode quando pode manter seu desempenho dentro de uma classificação específica, em variações amplas de atitudes de vôo, sob condições atmosféricas extremas. Padrões de confiabilidade de motores devem satisfazer as exigências da autoridade aeronáutica, do seu fabricante e do fabricante do seu produto através do projeto, pesquisa e teste. Um, rígido controle de fabricação e de procedimentos de montagem é mantido, e cada motor é testado antes de sair de fábrica. Durabilidade é o tempo de vida do motor, enquanto mantém a confiabilidade desejada. O fato do motor ter completado com sucesso seu ensaio de carga estática, indica que ele pode ser operado de forma normal por um longo período, antes de requerer uma revisão geral. Contudo, intervalos definidos de tempo entre revisão geral, não é especificado ou implicado na classificação do motor.
O TBO (intervalo entre revisões), varia com as condições de operação do motor, tais como temperaturas, duração do tempo em que o motor é operado em alta potência e manutenção recebida. Confiabilidade e duração são, dessa forma, criadas no motor por seu fabricante, porém a confiabilidade continuada desse motor é determinada pela manutenção, revisão geral e pessoal operador. Manutenção e métodos de revisão, cuidadosas inspeções periódicas e de pré-voo e estrita observância dos limites de operação estabelecidos pelo fabricante, tornarão a falha do motor uma rara ocorrência.
Flexibilidade de operação
Flexibilidade de operação é a capacidade de um motor funcionar suavemente, e apresentar o desempenho desejado a cada regime de operação, desde a marcha lenta até a potência máxima. O motor de aeronave tem que funcionar eficientemente sob todas as variações nas condições atmosféricas encontradas nas operações correntes.
Compactação
Para que hajam linhas de fluxo apropriadas e balanceamento da aeronave, a forma e o tamanho do motor tem que ser tão compactos quanto possível. Em aeronaves monomotoras, a forma e o tamanho do motor também afetam a visibilidade do piloto, tornando o motor pequeno melhor, desse ponto de vista, além de reduzir o arrasto criado pela área frontal maior. Limitações de peso são rigorosamente relacionadas com a compactação necessária. Quanto mais alongado e “espalhado” for o motor, mais difícil se torna manter o peso específico dentro dos limites permissíveis.
Seleção do motor
O peso e o consumo específico foram discutidos em parágrafos anteriores, porém, devido à necessidade de determinados projetos a seleção final de um motor pode ser baseada em outros fatores além daqueles, os quais, podem ser discutidos do ponto de vista analítico. Para aeronaves cujas velocidade de cruzeiro não excederão 250m.p.h, o motor alternativo é a escolha usual. Quando é requerida economia em alcance de baixa velocidade, o motor alternativo convencional é escolhido devido à sua excelente eficiência. Quando é requerido um desempenho em grande altitudes, o motor alternativo com turbo-compressor pode ser escolhido devido à capacidade de manter a potência homologada para grandes altitudes (acima de 30.000 pés).
Para alcançar velocidades de cruzeiros de 180 até 350 m.h.p, o motor turboélice apresenta melhor desempenho que o apresentado por outros tipos de motores. Eles desenvolvem mais potência por libra de peso que os motores alternativos, permitindo assim, maior carga de combustível ou carga para motores de uma dada potência. O rendimento total máximo de um motor turboélice, é menor que aquele de um motor alternativo à baixa velocidade. Motores turboélice operam de forma mais econômica a grandes altitudes, porém eles têm um teto de serviço ligeiramente inferior ao dos motores alternativos com turbo-compressor.
A economia de operação dos motores turboélices, em termos de toneladas de carga por libra de combustível, será usualmente menor que a dos motores alternativos, porque as aeronaves de carga são geralmente projetadas para baixa velocidade de operação. Por outro lado, o custo de operação de um turboélice pode se aproximar de um motor alternativo devido à utilização de combustível mais barato. Aeronaves que pretendam operar em altas velocidades sub-sônicas e Mach 2.0 são equipadas com motores turbojatos.
A exemplo dos turboélices, os turbojatos operam mais eficientemente em grandes altitudes. Em altas velocidades, a economia de combustível de aeronave, impulsionada através de motor turbojatos em termos de milhas por libra de combustível, é inferior àquela atingidas em baixas velocidades com motores alternativos. Contudo, em operação os motores alternativos são mais complexos que outros motores. A operação correta dos motores alternativos requer quase que o dobro da instrumentação requerida pelos turbojatos ou turboélice, além de requer diversos controles adicionais. Uma troca no ajuste de potência na instalação de alguns motores alternativos pode requerer o ajuste de cinco controles, enquanto a mudança na potência em um turbojato requer apenas a alteração no conjunto de manetes. Além disso, existe um grande número de temperaturas e pressões críticas a ser observado na instalação dos motores alternativos que na instalação dos turbojatos ou turboélices.
Tipos de motores alternativos
Muitos tipos de motores alternativos já foram projetados. Contudo, fabricantes têm desenvolvido alguns projetos que são geralmente mais utilizados que outros e são, portanto, reconhecidos como convencionais. Motores alternativos podem ser classificados de acordo com a montagem dos cilindros com relação ao eixo de manivelas (em linha, em V, radial e opostos) ou de acordo com o método de refrigeração (a líquido ou a ar). Realmente, todos os motores são refrigerados através da transferência do excesso de calor para o ar ao seu redor. Nos motores refrigerados a ar, essa transferência de calor é feita diretamente dos cilindros para o ar. Nos motores refrigerados a líquido, o calor é transferido dos cilindros para o refrigerante, o qual é enviado por tubulações e resfriado dentro do radiador, instalado no fluxo de ar. O radiador deve ser suficientemente grande para resfriar o líquido para eficiência. O calor é transferido para o ar mais devagar que para o líquido, portanto, é necessário prover finas aletas metálicas nos cilindros, para uma efetiva troca de calor. A maior parte dos motores aeronáuticos é refrigerada a ar.
Fonte: Manual FAA – Grupo Motopropulsor. Acréscimos ao texto original, fotos e notas.
