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Noções sobre Motores a Reação e Fans SEST – Serviço Social do Transporte SENAT – Serviço Nacional de Aprendizagem do Transporte ead.sestsenat.org.br CDU 629 85 p. :il. – (EaD) Curso on-line – Noções sobre Motores a Reação e Fans – Brasília: SEST/SENAT, 2017. 1. Engenharia mecânica. 2. Veículo - motor. I. Serviço Social do Transporte. II. Serviço Nacional de Aprendizagem do Transporte. III. Título. 3 Sumário Apresentação 6 Unidade 1 | Teoria de Jato 7 1 Introdução 8 1.1 Funcionamento 8 1.2 Utilização 12 1.2.1 Aerotérmicos 12 1.2.2 Peso e Potência 16 1.3 Faixas de Operação 17 Glossário 18 Atividades 19 Referências 20 Unidade 2 | Motores Turboélice 21 1 Introdução 22 1.1 Construção 22 1.2 Aplicação 25 1.3 Classe de Potência 27 1.4 Faixas de Operação 28 Glossário 29 Atividades 30 Referências 31 Unidade 3 | Motores Turboeixo 32 1 Introdução 33 1.1 Construção 33 1.2 Aplicação 36 4 1.3 Sistema de Proteção 37 Glossário 40 Atividades 41 Referências 42 Unidade 4 | Motores Turbojato 43 1 Introdução 44 1.1 Tipo de Fluxo 44 1.2 Funcionamento 46 1.3 Pós-queimadores 48 Glossário 50 Atividades 51 Referências 52 Unidade 5 | Fans 53 1 Introdução 54 1.1 Construção 54 1.1.1 Rotor 57 1.1.2 Estator 58 1.1.3 Duto de Derivação 59 1.2 Funcionamento 62 1.3 Aproveitamento do Fluxo 65 Glossário 69 Atividades 70 Referências 71 Unidade 6 | Manutenção de Motores a Reação e Fans 72 1 Introdução 73 1.1 Preventiva 73 5 1.2 Corretiva 77 1.3 Regulagens de Motores 78 Glossário 81 Atividades 82 Referências 83 Gabarito 84 6 Apresentação Prezado(a) aluno(a), Seja bem-vindo(a) ao curso Noções sobre Motores a Reação e Fans! Neste curso, você encontrará conceitos, situações extraídas do cotidiano e, ao final de cada unidade, atividades para a fixação do conteúdo. No decorrer dos seus estudos, você verá ícones que têm a finalidade de orientar seus estudos, estruturar o texto e ajudar na compreensão do conteúdo. Este curso possui carga horária total de 30 horas e foi organizado em 6 unidades, conforme a tabela a seguir. Fique atento! Para concluir o curso, você precisa: a) navegar por todos os conteúdos e realizar todas as atividades previstas nas “Aulas Interativas”; b) responder à “Avaliação final” e obter nota mínima igual ou superior a 60; c) responder à “Avaliação de Reação”; e d) acessar o “Ambiente do Aluno” e emitir o seu certificado. Este curso é autoinstrucional, ou seja, sem acompanhamento de tutor. Em caso de dúvidas, entre em contato através do e-mail suporteead@sestsenat.org.br. Bons estudos! Unidades Carga Horária Unidade 1 | Teoria de Jato 5h Unidade 2 | Motores Turboélice 5h Unidade 3 | Motores Turboeixo 5h Unidade 4 | Motores Turbojato 5h Unidade 5 | Fans 5h Unidade 6 | Manutenção de Motores a Reação e Fans 5h 7 UNIDADE 1 | TEORIA DE JATO 8 Unidade 1 | Teoria de Jato 1 Introdução Os motores que se enquadram na teoria de jato são a reação. Eles utilizam o fluxo de ar em alta velocidade para converter a energia calorífica em força mecânica. A massa de ar acelerada pela queima, ao passar pela seção de turbinas, tem sua energia cinética aproveitada para movimentá-las, sendo essas turbinas responsáveis por girar o conjunto de eixos do motor e, assim, converter em trabalho mecânico a queima dos gases. A potência é obtida por meio da Terceira Lei de Newton, segundo a qual para toda ação corresponde uma reação de mesma intensidade, porém de sentido oposto. Essa reação propulsiona o motor à frente, em virtude de a massa de ar queimada (ação) ser orientada para a saída do motor, ou seja, para a seção de escapamento do motor. Todo fluxo de ar que adentra no motor tem sua energia aproveitada, como na queima, de modo a alimentar o sistema pneumático da aeronave. Assim, os motores a reação são diretamente dependentes do fluxo de ar em alta velocidade que percorre seu interior. 1.1 Funcionamento Os motores jatos necessitam de um motor de partida, que, em inglês, é chamado de starter, para dar início ao seu funcionamento. Esse componente poderá ser elétrico ou pneumático, dependendo do porte do motor. Os motores pequenos ou de baixa potência utilizam starter elétrico, o qual transforma a energia elétrica proveniente da bateria da aeronave ou de uma fonte externa, denominada ground power unit (GPU), em energia mecânica, para acionar uma caixa de acessórios. 9 Essa caixa compreende a bomba de combustível, que alimentará os bicos injetores logo após ser acionado o manete de potência ou a torneira de combustível, isso dependerá do modelo da aeronave, e a bomba de óleo lubrificante, que lubrificará os rolamentos do motor, quando do início de sua rotação. As Figuras 1.A e 1.B ilustram uma caixa de acessórios e sua posição no motor. Alguns motores necessitam de uma caixa de transferência para efetuar a ligação entre o eixo principal e a caixa de acessórios. Figura 1.A: Caixa de acessórios Figura 1.B: Posicionamento da caixa de acessórios no motor O eixo principal do motor, composto pelo conjunto de compressores e turbinas, inicia sua rotação por meio da caixa de acessórios, pois sua ligação é feita por intermédio do eixo torre, em inglês, tower shaft. O eixo principal fará o conjunto de compressores girar, o qual “Permite a admissão do ar, comprimindo-o. Depois do compressor, o ar sob pressão é entregue à câmara de combustão, onde a mistura é processada e queimada, gerando energia calorífica” (PALHARINI, 1998, p. 14). 10 A energia calorífica, formada pela expansão dos gases da queima, é entregue à turbina. Esta parte converterá aquela energia em mecânica, produzindo o trabalho motor, bem como o aumento da rotação do eixo principal para uma rotação por minuto (RPM) que mantenha o funcionamento do motor. Despreza-se assim, a necessidade do starter e interrompe seu funcionamento. A Figura 2 demonstra o fluxo de ar de um motor jato da sua entrada até a saída. Figura 2: Fluxo de ar de um motor jato Após a estabilização da RPM, o que ocorre geralmente na faixa de 60% de sua rotação total, conhecida como marcha lenta, em inglês, idle, o motor passa a ser controlado pelo posicionamento do manete (Figura 3) em seu quadrante. Isso gera o aumento de combustível na região da câmara de combustão, elevando a queima e consequentemente, a quantidade de fluxo de ar, aumentando a rotação do eixo e a potência do motor. Figura 3: Quadrante de manete Para dar início ao funcionamento do motor, o ciclo de partida ocorre nestes passos: • colocar a chave de starter para a posição de ligado - a caixa de acessórios começa a girar o eixo principal do motor; 11 • observar a elevação da pressão de óleo - indica que o motor está sendo lubrificado; • RPM do eixo principal em 10% - abre-se a torneira de combustível, o que libera automaticamente os ignitores a fornecerem a centelha para a combustão. Essa rotação pode variar conforme o fabricante, porém é necessária para permitir que o combustível só chegue à câmara de combustão quando o fluxo de ar lá estiver. Isso evita que a mistura formada torne-se rica ou pobre, o que dificultará a queima; • RPM do eixo principal em 20% - caso o motor seja duplo eixo, o segundo eixo deve apresentar rotação; • RPM do eixo principal em aproximadamente 55% - o starter deve ser desacoplado automaticamente. Caso não o seja, ele deve ser retirado por meio do desligamento da chave de starter; • RPM do eixo principal em aproximadamente 60% - estabilização do motor em marcha lenta; • observar pressão do óleo na faixa verde de operação - indica que o sistema de lubrificação está a pleno funcionamento. O tempo normal de uma partida leva em torno de 15 segundos, porém, para os motores que equipam as aeronaves de asas rotativas, esse tempo é de aproximadamente 60 segundos. Tempo necessário para a estabilização do rotor principal da aeronave. A temperatura do motor deve ser observada durante todosos passos de uma partida, não devendo extrapolar o limite definido pelo fabricante, pois caso ocorra, exigirá uma inspeção especial no motor, em inglês, overtemp, que significa partida quente. Durante a realização do início de funcionamento do motor, se houver qualquer passo que não seja atendido conforme prevê o fabricante, deve-se interromper imeditamente o ciclo de partida para a verificação de alguma falha do motor, isso garante seu funcinamento continuadamente seguro. 12 1.2 Utilização A utilização dos motores a reação está relacionada à necessidade de carga, com a potência necessária e com a altitude de operação da aeronave, ou seja, o teto de voo definido pelo fabricante. Aeronaves não pressurizadas utilizam motores a reação mistos, os turboélices. Eles também podem equipar aeronaves pressurizadas, sendo limitados pela altitude máxima de eficiência das hélices. Em grandes altitudes, a tração da hélice é drasticamente diminuída, provocando perda de altitude e sustenção. Aeronaves que possuem teto de voo acima de 30.000 pés normalmente utilizam motores turbojato ou turbofan. Sendo estes últimos mais econômicos, porém de menor potência que os turbojato. As aeronaves de asas rotativas utilizam os motores turboeixo, pois são os que possibilitam a rotação dos rotores principal e de antitorque, comumente chamado de rotor de cauda. Cada tipo de motor será descrito nos próximos capítulos, no decorrer da unidade. 1.2.1 Aerotérmicos Os motores a reação são aerotérmicos, pois se classificam como aspiradores de ar. São motores que utilizam o ar atmosférico em seu meio natural para efetuar a admissão, a compressão, a queima, a expansão e o escape. O consumo de combustível desses motores está associado ao nível de voo e à potência produzida. Pelo fato de o ar que o motor consome estar associado ao meio natural, vários fatores influenciam em sua tração, pois ela está diretamente relacionada às grandezas que afetam a densidade do ar, quais sejam pressão e temperatura atmosféricas e umidade relativa do ar. As Tabelas 1, 2 e 3 demonstram essas relações de tração. 13 Tabela 1: Pressão atmosférica Tabela 2: Temperatura atmosférica Tabela 3: Umidade relativa Os motores aerotérmicos, na categoria de jatos, podem ser de dois tipos de reação: direta e mista. Os motores de reação direta são aqueles cuja potência é transmitida diretamente à aeronave como força propulsiva. Enquanto os de reação mista têm sua potência transmitida parte direta e parte indiretamente à aeronave como força propulsiva. a) Motores jato de reação direta: • Jato Puro (turbojato): produzem muita potência, porém só são econômicos a grandes altitudes, pois necessitam de uma grande quantidade de combustível para efetuar a mistura ideal para a queima e produção da potência. A Figura 4 ilustra um motor turbojato. Figura 4: Motor turbojato Pressão atmosférica Densidade do ar Tração do motor Aumenta Aumenta Aumenta Diminui Diminui Diminui Temperatura atmosférica Densidade do ar Tração do motor Aumenta Diminui Diminui Diminui Aumenta Aumenta Umidade do ar Densidade do ar Tração do motor Aumenta Diminui Diminui Diminui Aumenta Aumenta 14 • Turbofan: são mais econômicos, pois utilizam parte do ar admitido para produzir potência, sem a necessidade de queima, logo apenas uma pequena parte de ar necessita de combustível para efetuar a mistura. A Figura 5 ilustra um motor turbofan. Figura 5: Motor turbofan • Estatorreator: motor de reação direta que não apresenta nenhuma peça móvel em sua constituição. Sua principal característica é a compressão feita pela difusão, sendo um motor empregado como acréscimo de empuxo, mais conhecido como pós-queimador, do inglês after burner. A Figura 6 ilustra um motor estatorreator. Figura 6: Motor estatorreator • Pulso Jato: motor semelhante ao estatorreator, porém apresentando um conjunto de válvulas flapes instaladas em sua entrada de ar, o que gera maior produção de potência feita pelo controle das perdas de admissão. O funcionamento desse motor é feito por pulsos, mas considerado constante, já que são na quantidade de 50 pulsos por segundo. A Figura 7 apresenta um motor pulso jato. 15 Figura 7: Motor pulso jato Segundo Palharini (1998, p. 29), “Esse tipo de motor a reação direta foi empregado para impulsionar as famosas bombas alemãs V.1.” b) Motores jato de reação mista: • Turboélice: são os mais econômicos, pois utilizam a força de tração da hélice como o maior meio de potência para a aeronave. Esse valor é cerca de 90%, tornando o ar admitido necessário apenas para produzir a rotação da hélice. A Figura 8 ilustra um motor turboélice. Figura 8: Motor turboélice • Turboeixo: são os motores utilizados exclusivamente para equipar as aeronaves de asas rotativas. A Figura 9 apresenta um motor turboeixo. Figura 9: Motor turboeixo 16 1.2.2 Peso e Potência Os motores empregados como meio de propulsão em aeronaves devem atender às características da leveza, que correspondem à relação massa/potência e “que é igual a razão entre a massa do motor e a sua potência” (HOMA, 1998, p. 28). Essa relação deve ser a menor possível para que o motor forneça uma maior potência. Um exemplo típico de tal correspondência é a comparação entre dois motores de mesmo cavalo de força (HP), em inglês, horse power, em que o de menor massa será o mais eficiente. a) Motor 1: • massa de 200 Kg; • potência de 250 HP; • relação massa-potência - 200 / 250 = 0,8 Kg/HP. b) Motor 2: • massa de 800 Kg; • potência de 250 HP; • relação massa-potência - 800 / 250 = 3,2 Kg/HP. Além do peso, a tração deve ser considerada, já que a potência do motor é em função da velocidade de voo. Conforme Palharini (1998, p. 18), essa potência pode ser calculada matematicamente pela fórmula (Thp) = (T) x (V), sendo (Thp) a potência tratora, (T) a tração e (V) a velocidade de voo. Os motores a reação produzem elevada potência e apresentam baixo peso, o que torna possível fornecer tração para que a aeronave atenda a todas as fases do voo, ou seja, desde a decolagem até o pouso, sem perda de sustentação. Esses motores são capazes também de atender, além da sustentação do voo, à necessidade de alimentar o sistema pneumático da aeronave. Esse sistema é composto de ar de pressurização, oxigênio, climatização e proteção contra gelo e chuva. 17 1.3 Faixas de Operação As faixas de operação dos motores a reação iniciam-se em sua partida e encerram-se no corte do motor, onde a produção de potência deve atender a todas as exigências necessárias a um voo seguro e com o menor desgaste mecânico do motor. Isso leva ao aumento da vida útil do motor e, consequentemente, à diminuição de seus custos operacionais. a) Partida - faixa operacional na qual se remove o motor da inércia e o leva até a faixa de marcha lenta. O cuidado nessa fase é com o controle de temperatura do motor, visto que com as primeiras queimas, para dar início ao seu funcionamento, o motor atinge rapidamente os limites de temperatura máxima permissível. Esses limites nunca devem ser extrapolados para evitar danos e desgastes prematuros ao motor. b) Marcha lenta - faixa operacional que se inicia após o término da partida, quando o motor é considerado autossustentável. A rotação apresentada é de aproximadamente 60% de sua rotação máxima permissível. Esse valor poderá variar conforme o fabricante do motor ou as condições ambientais de pressão, temperatura e umidade. c) Aceleração - faixa operacional em que se aumenta a alimentação de combustível nos queimadores (câmara de combustão) para produzir a elevação de rotação e seu fornecimento de potência para a aeronave. d) Redução - diminuição da rotação do motor pela redução da injeção de combustível, com o objetivo de diminuir a potência fornecida à aeronave e, em consequência, sua velocidade. e) Cruzeiro - faixa operacional para atender ao maior período de funcionamentodo motor com relação ao voo da aeronave. Sua potência está relacionada entre 70 e 75% de sua rotação máxima. Rotação que não provoca o desgaste prematuro do motor, em virtude de sua temperatura estabilizar em valores de 350 °C abaixo de sua temperatura limite. f) Corte - remoção do fornecimento total de combustível ao motor, o que cessa por completo sua rotação. Esta fase só deve ocorrer após uma estabilização de, pelo menos, três minutos na faixa de marcha lenta, para permitir que as 18 peças internas do motor tenham sua diminuição de temperatura gradativa. O corte do motor sem o período de estabilização é permitido em situação de emergência, como exemplo, uma situação de fogo no motor. Resumindo Os motores jatos, ou, mais comumente denominados, motores a reação, utilizam o fluxo de ar em alta velocidade para efetuar seu trabalho, que representa sua produção de potência. Para que isso ocorra, todo motor a reação, com vistas a dar início ao seu funcionamento, usa um starter para retirá-lo da inércia e efetuar a rotação do eixo do motor. A rotação do eixo faz o fluxo de ar ser admitido, comprimido, expandido e escapado, realizando o ciclo de funcionamento de um motor a combustão e trazendo a produção de potência, isso torna possível sua utilização como motores aerotérmicos de reação direta ou mista. A propulsão dos motores a reação para a utilização em aeronaves está relacionada à razão massa/potência, que nada mais é do que a leveza. A leveza dos motores a reação gera o aproveitamento propulsivo que as aeronaves necessitam para efetuar o voo com sustentação e a alimentação de seu sistema pneumático, além de atender às faixas de operação do motor: partida, marcha lenta, aceleração, redução, cruzeiro e corte. Glossário Desacoplado: retirado do sistema, da sua ligação com a caixa de acessórios. Asas rotativas: helicópteros. Teto de voo: altitude máxima que uma aeronave pode chegar, definida pelo fabricante ou pela capacidade aerotérmica do motor. 19 a 1) Julgue verdadeiro ou falso. A potência é obtida por meio da Terceira Lei de Newton, segundo a qual para toda ação corresponde uma reação de mesma intensidade, porém no mesmo sentido. Verdadeiro ( ) Falso ( ) 2) Julgue verdadeiro ou falso. A propulsão dos motores a reação para a utilização em aeronaves está relacionada à razão massa/potência, que nada mais é do que a leveza. Verdadeiro ( ) Falso ( ) Atividades 20 Referências BRASIL. Agência Nacional de Aviação Civil – ANAC. RBHA 65: despachante operacional de voo e mecânico de manutenção aeronáutica. 2001. Disponível em: <http://www2. anac. gov.br/biblioteca/rbha/rbha065.pdf>. Acesso em: 20 jul. 2015. ______. Agência Nacional de Aviação Civil – ANAC. RBHA 141: escolas de aviação civil. 2004a. Emenda 141-01. Disponível em: <http://www2.anac.gov.br/biblioteca/rbha/ rbha141.pdf>. Acesso em: 20 jul. 2015. ______. Ministério da Defesa. Comando da Aeronáutica – COMAER. Departamento de Aviação Civil – DAC. MCA 58-14: manual do curso mecânico manutenção aeronáutica – grupo motopropulsor. Brasília: DAC, 2004b. Disponível em: <http://www2.anac.gov.br/ habilitacao/manualCursos.asp>. Acesso em: 20 jul. 2015. ESTADOS UNIDOS DA AMÉRICA – EUA. U.S. Department of Transportation. Federal Aviation Administration – FAA. FAA-H-8083-32: aviation maintenance technician handbook - powerplant. Oklahoma City, OK: U.S. Department of Transportation, Federal Aviation Administration, 2012. v. 1. Disponível em: <https//www.faa.gov/regulations_ policies/handbooks_manuals/aircraft/media/faa-h-8083-32-amt-powerplant-vol-1. pdf>. Acesso em: 20 jul. 2015. ______. U.S. Department of Transportation. Federal Aviation Administration –FAA. FAA-AC65-12A: airframe and powerplant - mechanics. 1976. Disponível em: <http:// www.faa.gov/documentlibrary/media/advisory_circular/ac_65-12a.pdf>. Acesso em: 20 jul. 2015. HOMA, J. M. Motores convencionais: aeronaves e motores – conhecimentos técnicos. São Paulo: Editora Asa, 1998. PALHARINI, M. J. A. Motores a reação. 3. ed. São Paulo: Asa, 1998. SCHIAVO, A. C. Motores a reação. São Paulo: EAPAC, 1998. 21 UNIDADE 2 | MOTORES TURBOÉLICE 22 Unidade 2 | Motores Turboélice 1 Introdução Os motores turboélice são os de reação mista. Eles utilizam um motor jato para efetuar o acionamento de uma hélice. Ademais, apresentam sua maior parte de propulsão fornecida pela hélice e a parte reatora do motor complementa essa propulsão. São mais econômicos que os de jato puro, sendo mais eficientes em baixas altitudes, porque o conjunto de pás que formam as hélices tem sua capacidade de tracionar uma massa maior de ar, elevando assim, a velocidade da aeronave, sem que com isso seja necessário aumentar a rotação do motor. São motores que substituíram os outros convencionais em aeronaves de maior capacidade de carga e de maior teto de voo operacional, pois os motores a reação utilizados para acionar a rotação da hélice necessitam de menos ar que os motores a pistão, o que aumentou o teto de voo e a classe de potência dessas aeronaves. 1.1 Construção Os motores turboélice apresentam em sua construção principal um motor jato formado por um conjunto de compressores e turbinas montado em um eixo que é girado por ação dos gases queimados da câmara de combustão, esta normalmente é do tipo anular (Figura 10). 23 Figura 10: Câmara de combustão do tipo anular O conjunto de compressores pode ser do tipo centrífugo ou axial. Ele dependerá da classe de potência exigida, pois o de fluxo axial apresenta maiores taxas de compressão, apesar de aumentar o comprimento do motor. As Figuras 11 e 12 mostram os tipos que podem ser utilizados nos motores turboélice. Figura 11: Compressor centrífugo Figura 12: Compressor axial 24 O acionamento da hélice é feito por meio do eixo do motor pela caixa de redução. Essa caixa é necessária para limitar a rotação da hélice, evitando que este componente sofra perda de sustentação, chamada de disparo de hélice. Por ela ser um aerofólio, precisa manter o fluxo de ar em contato com suas pás, neste caso, sua velocidade não pode ser a mesma do eixo do motor. Esse eixo necessita de grande rotação para a produção de trabalho mecânico e fornecimento de energia para atender aos sistemas do motor (combustível e óleo) e aos da aeronave (hidráulica e pneumática). As Figuras 13.A e 13.B ilustram modelos de motor turboélice com seus componentes básicos: compressor axial ou centrífugo, turbinas, câmara de combustão, caixa de redução, vela, injetor de combustível e exaustão. Figura 13.A: Motor turboélice com compressores axiais Figura 13.B: Motor turboélice com compressores centrífugos Alguns modelos de motores turboélice apresentam eixos duplos, um deles é o responsável pela rotação da hélice. Nesse tipo de motor, usa-se uma turbina exclusiva para o giro da hélice, chamada de turbina livre. A Figura 14 apresenta um típico motor turboélice de duplo eixo com turbina livre. Os eixos desses motores são formados pelo conjunto de turbinas, sendo uma para acionamento dos compressores e outra para a potência da hélice. Os gases produzidos pela queima acionam as turbinas, que respectivamente, efetuam a rotação dos seus eixos. Como o conjunto de potência é 25 responsável apenas pela rotação da hélice, exige-se uma quantidade menor de gases para o seu acionamento, elevando assim, a eficiência desses modelos de motores turboélice, apesar de apresentarem um maior número de partes móveis. O eixo formado pelo conjunto de turbinas dos compressores é responsável pelo trabalho mecânico do motor, acionando-os, e o conjunto de acessórios (bombas de combustível, óleo lubrificante e óleo hidráulico, starter e gerador de energia contínua ou alternada) é instalado na caixa específica. Com o objetivo de diminuir a carga de trabalho do eixo de turbinas dos compressores, esses motores apresentam a combinaçãodos dois modelos de compressores, o axial e o centrífugo, diminuindo, com isso, o peso final do eixo. Figura 14: Motor turboélice de turbina livre 1.2 Aplicação Os motores turboélice têm sua aplicação em aeronaves de pequeno, médio e grande porte. Portanto, elas podem ser equipadas com um número variado de motores (monomotoras ou multimotoras), bem como com variadas classes de potência. Outro fator que se usa na aplicação dos motores turboélice é a quantidade de pás que forma o conjunto da hélice e podem ser três, quatro, cinco, seis e até mesmo oito pás. As Figuras 15.A e 15.B demonstram alguns tipos de motor com número variado de pás de hélice. A quantidade de pás que forma o conjunto de hélice, bem como seu tamanho, é usada para aumentar a força da hélice, já que constituem a peça-chave para a potência da aeronave, influenciando em sua velocidade, consumo de combustível e até na performance das manobras. 26 Figura 15.A: Hélice multipar - quatro pás Figura 15.B: Hélice multipar - oito pás Os motores turboélice são usados também em aeronaves que necessitam de pouso em pistas curtas e/ou não asfaltadas, pois, por apresentarem menor velocidade que as aeronaves a reação direta, seu poder de frenagem é aumentado pelo passo reverso da hélice. O passo da hélice significa a distância percorrida por uma pá ao dar uma volta completa (360°). No caso do passo reverso, a hélice inverte a tração da massa de ar, forçando-o a se deslocar para a frente, criando assim, uma resistência ao avanço da aeronave. 27 1.3 Classe de Potência Os motores turboélice apresentam classes variadas de potência, o que gera o aumento na gama de aplicação desses motores na aviação. Sua potência está relacionada ao cavalo de força do eixo da hélice (SHP), em inglês, shaft horsepower. O SHP total dos motores turboélice é fornecido conforme a necessidade de carga da aeronave, bem como sua quantidade de motores instalados. A seguir, algumas classes de potência SHP de acordo com a quantidade de peso a ser transportado na aeronave. Usa-se como referência a quantidade de passageiros para a escolha da classe de potência dos motores turboélice: • até 4 passageiros - motores de 580 SHP; • de 5 a 6 passageiros - motores entre 650 e 920 SHP; • de 7 a 9 passageiros - motores de 1.200 SHP; • de 10 a 12 passageiros - motores de 1.600 SHP; • de 15 a 20 passageiros - motores de 1.940 SHP; • de 25 passageiros - motores de 2.470 SHP. Essas classes de potência podem variar conforme o fabricante do motor, para que um mesmo modelo de motor possa equipar diferentes modelos de aeronaves. Aviões que necessitam de transporte de uma maior carga utilizam multimotores turboélice para aumentar a sua capacidade de potência por peso. Como exemplo, uma aeronave que necessite transportar o peso de 50 passageiros utilizará dois motores de 2.470 SHP. O peso final que os motores suportam para fornecer a potência de voo necessária não se baseia somente na quantidade de passageiro, pois o peso da aeronave vazia também é computado, bem como o peso do combustível e da carga a ser transportada, sendo então considerado como peso final o total da aeronave (peso vazio somado ao combustível, a carga e a quantidade de passageiros). 28 h O consumo aproximado de combustível de um motor turboélice de grande SHP é de aproximadamente 1.100 litros por hora de voo (1.100 litros/hora), com toda a carga e com utilização de 75% de sua potência. Isso significa um consumo de 0,05 litros por passageiro por quilômetro voado (0,05/pas/Km). 1.4 Faixas de Operação As faixas de operação dos motores turboélice são definidas conforme a capacidade da hélice em produzir tração. Esse fator está diretamente relacionado à massa de ar, ou seja, à pressão atmosférica e à velocidade máxima de rotação da hélice. Outra razão que influencia na faixa de operação é o passo da hélice, algumas apresentam passo variável controlável, outras, passo variável automático. No primeiro caso, o passo da hélice pode ser aumentado para melhorar a potência da aeronave, sem a necessidade do aumento de rotação, o que gera um ganho no consumo de combustível, já que não é necessário o aumento da injeção de combustível no motor. O segundo tipo de controle da hélice é feito automaticamente conforme a mudança de rotação do motor, sendo então o passo aumentado quando o motor é acelerado e diminuído quando a rotação for reduzida. Os motores turboélice atuam em faixas do nível do mar até 30.000 pés de altitude sem perda de eficiência, limitados apenas pela capacidade das hélices em tracionar a massa de ar e produzir a potência necessária de voo. Sendo assim, esses motores podem variar seu consumo conforme a densidade do ar, logo faixas operacionais econômicas para eles são cerca de 25.000 pés de altitude. 29 Resumindo Motores turboélice são do tipo a jato a reação mista, nos quais a maior potência é produzida pela hélice (90% de potência). O motor a reação, por sua vez, é praticamente usado para produzir a rotação da hélice, apesar de complementar a potência restante (10%) com os gases em expansão. As construções desses motores compreendem, basicamente, um eixo principal que comporta um conjunto de compressores e turbinas para admitir o ar, aumentando sua energia até a queima em uma câmara de combustão, normalmente do tipo anular. O conjunto de turbinas é acionado pelos gases queimados em expansão, o que gera a transformação da energia cinética em mecânica do motor. A aplicação dos motores turboélice está relacionada à capacidade máxima de carga e peso da aeronave, ou seja, seu peso vazio mais tripulação, passageiro, combustível, bagagem óleo lubrificantes e hidráulico, quando for o caso. E também ao comprimento, ao tipo de pista e à velocidade de voo da aeronave, bem como à sua classe de potência, na qual se pode variar de 580 a 2.470 SHP. Tudo conforme sua faixa de operação, seu teto operacional de voo, sem que a hélice apresente perda de eficiência tratora. Glossário Aerofólio: perfil que provoca variação na direção e na velocidade de um fluido. Performance: resultados que permitem maior potência pelo menor consumo de combustível. Pés: unidade de medida americana que equivale a 30,48 centímetros. 30 a 1) Julgue verdadeiro ou falso. Os motores turboélice são os de reação mista. Eles utilizam um motor jato para efetuar o acionamento de uma hélice. Verdadeiro ( ) Falso ( ) 2) Julgue verdadeiro ou falso. Os motores turboélice são usados também em aeronaves que necessitam de pouso em pistas curtas e/ou não asfaltadas. Verdadeiro ( ) Falso ( ) Atividades 31 Referências BRASIL. Agência Nacional de Aviação Civil – ANAC. RBHA 65: despachante operacional de voo e mecânico de manutenção aeronáutica. 2001. Disponível em: <http://www2. anac. gov.br/biblioteca/rbha/rbha065.pdf>. Acesso em: 20 jul. 2015. ______. Agência Nacional de Aviação Civil – ANAC. RBHA 141: escolas de aviação civil. 2004a. Emenda 141-01. Disponível em: <http://www2.anac.gov.br/biblioteca/rbha/ rbha141.pdf>. Acesso em: 20 jul. 2015. ______. Ministério da Defesa. Comando da Aeronáutica – COMAER. Departamento de Aviação Civil – DAC. MCA 58-14: manual do curso mecânico manutenção aeronáutica – grupo motopropulsor. Brasília: DAC, 2004b. Disponível em: <http://www2.anac.gov.br/ habilitacao/manualCursos.asp>. Acesso em: 20 jul. 2015. ESTADOS UNIDOS DA AMÉRICA – EUA. U.S. Department of Transportation. Federal Aviation Administration – FAA. FAA-H-8083-32: aviation maintenance technician handbook - powerplant. Oklahoma City, OK: U.S. Department of Transportation, Federal Aviation Administration, 2012. v. 1. Disponível em: <https//www.faa.gov/regulations_ policies/handbooks_manuals/aircraft/media/faa-h-8083-32-amt-powerplant-vol-1. pdf>. Acesso em: 20 jul. 2015. ______. U.S. Department of Transportation. Federal Aviation Administration –FAA. FAA-AC65-12A:airframe and powerplant - mechanics. 1976. Disponível em: <http:// www.faa.gov/documentlibrary/media/advisory_circular/ac_65-12a.pdf>. Acesso em: 20 jul. 2015. HOMA, J. M. Motores convencionais: aeronaves e motores – conhecimentos técnicos. São Paulo: Editora Asa, 1998. PALHARINI, M. J. A. Motores a reação. 3. ed. São Paulo: Asa, 1998. SCHIAVO, A. C. Motores a reação. São Paulo: EAPAC, 1998. 32 UNIDADE 3 | MOTORES TURBOEIXO 33 Unidade 3 | Motores Turboeixo 1 Introdução O motor turboeixo é usado para equipar aeronaves de asas rotativas (helicópteros), por permitir o acionamento do conjunto de rotores: principal e de contratorque. O rotor de contratorque, chamado de cauda, é usado para evitar que a célula do helicóptero gire no sentido oposto à rotação do rotor principal. Os motores turboeixo substituíram, na maioria das aeronaves, os motores convencionais, o que gerou o aumento da capacidade do voo, elevando a capacidade de carga, o teto operacional e a segurança da operação. Permitiram ainda, a utilização de mais de um motor para equipar uma aeronave, chamada de bimotora. Eles são, ainda, reatores que utilizam uma turbina livre montada em um eixo ligado a um conjunto de engrenagens para acionamento dos rotores dos helicópteros e compressores de fluxo centrífugo, a fim de tornar o motor compacto e leve. 1.1 Construção Conforme ilustra a Figura 16, os motores turboeixo são divididos em duas seções, uma é a geradora de gases e turbina de potência e a outra é a seção da caixa de redução. 34 Figura 16: Vista das seções do motor turbo Cada seção é composta de: a) seção geradora de gases e turbina de potência - apresenta eixo duplo concêntrico chamado de (N1) (Number One), formado pelo conjunto de turbina do compressor e compressor centrífugo, e o eixo de (N2) (Number Two), formado pela turbina de potência. Além desses componentes, a seção geradora de gases é composta ainda de: • entrada de ar - responsável por orientar o fluxo de ar para o compressor centrífugo; • compressor centrífugo - responsável pelo aumento de energia do fluxo de ar por ação centrífuga; • câmara de combustão - local onde ocorre a mistura ar/combustível por meio de dois injetores utilizados durante a partida e de dez injetores pós-partida, também realiza a queima dessa mistura; • turbina do compressor - acionada pelos gases queimados, tendo como função a rotação do eixo de (N1) para efetuar a rotação do compressor centrífugo; 35 • estatora de turbina - aleta responsável por orientar o fluxo de ar queimado para um ângulo correto de impacto na turbina de potência; • turbina de potência - tem como função o movimento do conjunto de engrenagens (redução e de acessórios), também é acionada pelos gases queimados; • escapamento - parte da seção responsável por orientar o fluxo de ar queimado para fora do motor, acelerando sua saída para evitar interrupção do fluxo contínuo de ar do motor turboeixo. b) seção da caixa de redução - sua função é reduzir a velocidade da turbina de potência para uma velocidade compatível com o acionamento da transmissão principal, que nos helicópteros é quem transmite a potência dos motores turboeixo para o rotor principal e de cauda. Outro conjunto de engrenagens de redução também está instalado na seção da caixa de redução. Esse segundo conjunto é responsável pela redução da velocidade da turbina geradora de gases, chamada de turbina do compressor, para uma velocidade adequada ao acionamento de todos os acessórios do motor. Por fim, a seção da caixa de redução contém o reservatório de óleo do motor, instalado em sua parte inferior. A Figura 17 apresenta a vista explodida do conjunto de engrenagens de redução, com suas respectivas rotações por minuto. Essas rotações variam conforme o modelo e a classe de potência do motor. Figura 17: Vista explodida do conjunto de redução 36 1.2 Aplicação Os motores turboeixo têm sua aplicação voltada para a instalação em aeronaves de asas rotativas (helicópteros), o que torna possível a transferência da potência produzida pelo motor jato em força de rotação dos rotores (principal e de cauda), ocasionando a sustentação e o controle direcional de voo do helicóptero. A utilização desses motores em substituição aos convencionais, para o acionamento dos rotores, levou o voo de helicóptero a tornar-se mais rápido, seguro e com teto operacional mais alto. Outro fator na aplicação foi o aumento da capacidade de carga, levando à criação de helicópteros maiores e mais potentes. As Figuras 18.A e 18.B ilustram modelos de helicópteros de pequeno e de grande porte. Figura 18.A: Helicóptero de pequeno porte - seis ocupantes Figura 18. B: Helicóptero de grande porte - vinte ocupantes A segurança na utilização do motor turboeixo em helicópteros ocorreu em fator da exigência de uma alta rotação constante do motor para manter o funcionamento dos rotores, gerando um desgaste acentuado do motor pelo fato de a temperatura de funcionamento se manter próxima do limite. Os motores jatos são mais resistentes, 37 visto que apresentam menos peças em contato direto e contam com o auxílio do resfriamento feito pelo alto fluxo de ar que percorre o motor durante o seu funcionamento. Com o aumento da capacidade de potência nos motores turboeixo aplicado em helicópteros, gerou-se o aumento de sua manobrabilidade e elevou-se a utilização deste componente na aviação civil e militar. 1.3 Sistema de Proteção O sistema de proteção dos motores turboeixo é utilizado para manter e garantir o funcionamento seguro do motor e, em caso de perda total do motor, garantir o pouso seguro do helicóptero. O sistema de proteção fornece o controle do motor nos seguintes parâmetros: a) Controle de combustível - verificar o fluxo de combustível para atender à demanda de potência e limitar a taxa de aceleração e desaceleração para evitar o estol e o apagamento do motor. Caso o sistema de injeção de combustível apresente falha e o fluxo de combustível seja reduzido, os motores turboeixo apresentam injetores preferenciais para evitar o apagamento do motor; b) Controle de sobrevelocidade - os motores turboeixo mantêm sua rotação constante entre 95 e 98% de sua RPM máxima, que é de 100%. Essa rotação é referente ao eixo de (N2) composto pela turbina de potência e, em caso de sobrevelocidade (rotação acima de 104% de N2), o fluxo de combustível é diminuído para evitar o despalhetamento da turbina por excesso de rotação. Se ela continuar a subir e atingir 114% de (N2), o motor é cortado automaticamente. c) Controle de sobretemperatura - o limite de temperatura é definido pelo fabricante do motor. Caso ultrapasse os 5 ºC, o combustível é reduzido para que a potência seja diminuída até o limite de 92% de (N2). Porém, se a temperatura não for reduzida para os parâmetros normais, o motor é cortado automaticamente. 38 d) Sistema de partida rápida - utilizado em aeronaves bimotoras, efetua a partida automática do segundo motor quando o primeiro atinge a rotação de 50% do eixo de N1 (eixo gerador de gases, formado pelo compressor centrífugo e pela turbina do compressor). Não é possível dar partida nos dois motores ao mesmo tempo. e) Sistema de proteção contra fogo - o sistema é formado por sensores térmicos instalados na região de fogo do motor, normalmente em número de dois por motor, luzes de alarme de fogo e aviso sonoro na cabine de pilotagem. O sistema de extinção é composto de uma garrafa de extinção que utiliza como agente extintor o HALON 1301 (composto químico bromotrifluormetano). A região de fogo do motor é formada por uma parede para efetuar a proteção da célula do helicóptero, evitando a propagação do fogo. As Figuras 19.A e 19.B ilustram a posição da garrafa de extinção e da parede de fogo do motor turboeixo. Figura 19.A: Localização da garrafa de extinção em um motor turboeixo Figura 19.B: Localização da garrafade extinção e parede de fogo em um motor turboeixo 39 f) Autorrotação - o sistema de autorrotação dos motores turboeixo possibilita a rotação do rotor principal em caso de parada total dos motores. Pelo fato de a turbina geradora de potência ser uma turbina livre, ou seja, seu eixo (N2) não ter ligação com o eixo responsável por gerar os gases do motor (N1), o rotor principal mantém uma rotação que leva a descida ao solo do helicóptero em uma situação de segurança. Na situação de autorrotação, o fluxo de ar pelo rotor principal tem seu sentido invertido, passando de baixo para cima e produzindo sustentação do helicóptero até o pouso. A Figura 20 mostra uma manobra de descida em autorrotação. Figura 20: Descida de um helicóptero em autorrotação 40 Resumindo Os motores turboeixo são utilizados em helicópteros por possibilitarem o acionamento dos rotores principal e de cauda. Apresentam carcaças divididas em duas seções, uma responsável por gerar os gases do motor e sua potência e outra formada pelo conjunto da caixa de redução. Eles devem ser compactos para se adequarem ao compartimento de instalação e não elevarem o peso final do helicóptero. São construídos com estágio simples de compressor de fluxo centrífugo acionado por estágio simples de turbina, montados em um mesmo eixo (N1), que é o eixo gerador de gases e de acionamento da caixa de acessórios. Os motores apresentam uma turbina livre (N2), responsável por acionar a caixa de redução, produzindo a potência para a rotação dos rotores. Todo motor turboeixo contém um sistema de segurança para efetuar os controles de combustível, partida, sobrevelocidade e temperatura, proteção contra fogo e autorrotação em caso de perda total de rotação do motor. A autorrotação leva o helicóptero ao solo em segurança. Glossário Aleta: lâmina fixa para orientação de fluxo, o mesmo que palheta. Concêntrico: eixos que apresentam o mesmo centro. Despalhetamento: perda das palhetas da turbina. As palhetas são arrancadas de sua sede pela força centrífuga da rotação. Perda das palhetas do disco rotor por alta rotação ou por vibração excessiva. 41 a 1) Julgue verdadeiro ou falso. O motor turboeixo é usado para equipar aeronaves de asas rotativas (helicópteros). Verdadeiro ( ) Falso ( ) 2) Julgue verdadeiro ou falso. Alguns motores turboeixo contêm um sistema de segurança para efetuar os controles de combustível. Verdadeiro ( ) Falso ( ) Atividades 42 Referências BRASIL. Agência Nacional de Aviação Civil – ANAC. RBHA 65: despachante operacional de voo e mecânico de manutenção aeronáutica. 2001. Disponível em: <http://www2. anac. gov.br/biblioteca/rbha/rbha065.pdf>. Acesso em: 20 jul. 2015. ______. Agência Nacional de Aviação Civil – ANAC. RBHA 141: escolas de aviação civil. 2004a. Emenda 141-01. Disponível em: <http://www2.anac.gov.br/biblioteca/rbha/ rbha141.pdf>. Acesso em: 20 jul. 2015. ______. Ministério da Defesa. Comando da Aeronáutica – COMAER. Departamento de Aviação Civil – DAC. MCA 58-14: manual do curso mecânico manutenção aeronáutica – grupo motopropulsor. Brasília: DAC, 2004b. Disponível em: <http://www2.anac.gov.br/ habilitacao/manualCursos.asp>. Acesso em: 20 jul. 2015. ESTADOS UNIDOS DA AMÉRICA – EUA. U.S. Department of Transportation. Federal Aviation Administration – FAA. FAA-H-8083-32: aviation maintenance technician handbook - powerplant. Oklahoma City, OK: U.S. Department of Transportation, Federal Aviation Administration, 2012. v. 1. Disponível em: <https//www.faa.gov/regulations_ policies/handbooks_manuals/aircraft/media/faa-h-8083-32-amt-powerplant-vol-1. pdf>. Acesso em: 20 jul. 2015. ______. U.S. Department of Transportation. Federal Aviation Administration –FAA. FAA-AC65-12A: airframe and powerplant - mechanics. 1976. Disponível em: <http:// www.faa.gov/documentlibrary/media/advisory_circular/ac_65-12a.pdf>. Acesso em: 20 jul. 2015. HOMA, J. M. Motores convencionais: aeronaves e motores – conhecimentos técnicos. São Paulo: Editora Asa, 1998. PALHARINI, M. J. A. Motores a reação. 3. ed. São Paulo: Asa, 1998. SCHIAVO, A. C. Motores a reação. São Paulo: EAPAC, 1998. 43 UNIDADE 4 | MOTORES TURBOJATO 44 Unidade 4 | Motores Turbojato 1 Introdução Os motores turbojato tiveram sua criação em 1930 por Frank Whittle e em 1935, aperfeiçoamento por Hans Von Ohain. Entretanto, o primeiro motor jato a ser utilizado com combustível líquido ocorreu em 1937 e somente foi instalado em uma aeronave em 1941. Esses fatos históricos levaram a aviação a um crescente avanço. E tornaram possível voar mais rápido e em maiores altitudes. Os motores turbojato, comumente chamados de jato puro, são os que produzem grande potência, sendo atualmente utilizados em aeronaves militares de combate. Os motores possibilitam a instalação de pós-queimadores, o que gera um acréscimo de 90% em sua potência final. Esses motores aceleram uma grande quantidade de massa de ar e a transformam em energia calorífica para depois convertê-la em energia mecânica, produzindo a propulsão necessária ao voo de uma aeronave. 1.1 Tipo de Fluxo O tipo de fluxo de ar utilizado nos motores turbojato está diretamente relacionado aos modelos de compressor utilizados pelo motor. Os do tipo que utilizam compressores centrífugos apresentam um fluxo paralelo ao eixo do motor até atingir o compressor, quando se torna perpendicular ao eixo, em virtude de a compressão ser feita pela força centrífuga do impelidor. Após o fluxo ser acelerado pelo impelidor, é conduzido à queima por um conjunto coletor e entregue à câmara de combustão, passando antes por um difusor que tem a finalidade de diminuir a velocidade do fluxo, aumentando sua pressão e tornando possível a entrada do ar na câmara de combustão. A partir 45 dessa câmara, o fluxo de ar volta a ser paralelo ao eixo do motor até a sua saída pelo duto de escapamento. A Figura 21 demonstra um típico motor turbojato de compressor centrífugo. Figura 21: Motor turbojato com compressor centrífugo Os motores turbojato que utilizam compressores axiais apresentam um fluxo de ar paralelo ao eixo do motor da sua admissão até o escape, tornando os motores mais potentes, visto que não perdem energia na mudança de direção do fluxo (de paralelo para perpendicular e novamente para paralelo). No entanto, são motores de maior comprimento, pois os compressores axiais são formados por vários conjuntos estatores e rotores para formar a compressão final da massa de ar admitida. A Figura 22 demonstra um típico motor turbojato com compressor axial. Figura 22: Motor turbojato com compressor axial 46 O fluxo de ar nos motores turbojato também apresenta variações de temperatura no decorrer de seu deslocamento pelo motor. Os motores são divididos em seções fria e quente, sendo cada uma composta de: a) Seção fria do motor: • entrada de ar - tem a função de orientar o fluxo de ar para o interior do motor; • compressores - responsáveis pelo aumento de energia do fluxo de ar. b) Seção quente do motor: • câmara de combustão - local responsável por efetuar a mistura ar/combustível e produzir a sua combustão; • turbinas - responsáveis pela transformação da energia cinética dos gases queimados em mecânica, expandindo-os e produzindo o trabalho motor. As turbinas são as responsáveis pela rotação do eixo e do acionamento da caixa de acessórios; • escapamento - parte do motor responsável por acelerar a saída dos gases queimados do motor e usado como meio de acréscimo na aceleração dos gases, complementando em cerca de 10% a potência do motor. 1.2 Funcionamento O funcionamento do motor turbojato ocorre com o início do ciclo de partida realizado por meio do starter. Nele aciona-se a caixa de acessórios que produzirá a rotação do eixo do motor até sua estabilização em marcha lenta, quando a partir de então, será o conjunto de turbinas dos compressores que produziráa rotação da caixa de acessórios e de seus componentes. O funcionamento é definido conforme a quantidade de eixos que o motor apresenta: a) motor de eixo único - o ar contido na região dos compressores tem sua energia aumentada e seu deslocamento forçado até a câmara de combustão pela rotação dos compressores e pelo formato expansor de sua carcaça. O ar comprimido é misturado ao combustível na câmara de combustão e inflamado 47 para prover a rotação do conjunto de turbinas. Estas transformam a energia cinética dos gases em mecânica, gerando a rotação do eixo do motor e consequentemente, o conjunto de compressores e os acessórios do motor instalados na caixa de acessórios. Por esse fato, as turbinas de motores a reação são chamadas de turbinas a gás. Após as primeiras queimas, as turbinas aumentam sua rotação, provocando a admissão do ar feita pelos compressores, e ampliando o fluxo de ar e a potência do motor. A Figura 23 ilustra um motor turbojato de eixo único com as respectivas peças que o compõem. Figura 23: Motor turbojato de eixo único b) Motor de eixo duplo - os eixos são denominados concêntricos independentes, sendo o eixo interno chamado de baixa pressão ou de (N1). O eixo é composto do conjunto de compressores instalados em sua dianteira e de turbinas em sua traseira. O eixo passa pelo interior do eixo de alta pressão ou (N2) sem tocá- lo. O segundo eixo, o externo, localiza-se no centro do motor e é composto também de um conjunto de compressores instalados em sua parte dianteira e de uma turbina em sua traseira. O funcionamento desse tipo de motor tem seu início feito por meio do eixo de (N2), pois é o que é mecanicamente ligado à caixa de acessórios, enquanto o eixo de (N1) só é movimentado pelo fluxo de ar após a queima da mistura (eixo livre). Após esse último procedimento, o funcionamento segue as mesmas características de um motor de eixo único. 48 A criação de motores de eixo duplo se deu pelo fato de diminuir a carga de trabalho de motores de alta potência, que exigem um grande número de compressores para a produção da energia do fluxo de ar. A Figura 24 ilustra um motor turbojato de eixo duplo. Figura 24: Motor turbojato de eixo duplo 1.3 Pós-queimadores Os pós-queimadores são utilizados em motores turbojato para aumentar sua potência, sem a necessidade de aumentar o número de estágios de compressão, o que levaria a um comprimento maior do motor. Essas partes são instaladas logo após o último conjunto de turbinas e produzem a queima de todo o fluxo de ar admitido pelo motor que não foi queimado pela câmara de combustão. Conforme Palharini (1998): “A combustão pode ser processada porque apenas 25% do ar induzido para o reator toma parte da combustão na câmara. A quantidade de ar restante, cerca de 75%, é convencionalmente empregada no arrefecimento da seção da câmara de combustão e turbina” (PALHARINI, 1998, p. 67). O pós-queimador nada mais é do que um motor estatorreator instalado no final do motor jato, composto de um conjunto de injetores de combustível e uma vela de ignição para dar início a primeira queima, produzindo o aumento de potência total do motor em aproximadamente 90%. 49 Ao acionar o pós-queimador, o consumo de combustível do motor eleva-se, pois a compressão do fluxo de ar está demasiadamente menor do que quando feita pelo conjunto de compressores, bem como a quantidade de ar a ser misturada com o combustível para fazer a mistura da queima é de aproximadamente 75% a mais do que na câmara de combustão. O acionamento do pós-queimador é feito automaticamente pelo quadrante de manete. Nele, ao ser movimentado para sua posição de aceleração, passa por uma microswitch que libera o combustível para os injetores da pós-combustão e a energia para a vela de ignição, como também atua no sistema de geometria variável da entrada de ar e do escapamento para que adquiram o formato para velocidades supersônicas. A Figura 25 demonstra os detalhes de um motor com dispositivo de pós-queimadores. Figura 25: Detalhes de um motor com pós-queimador Resumindo Os motores turbojato são utilizados como meio de propulsão para aeronaves que necessitam de grande potência ou de grandes velocidades. São mais usualmente aplicados em aeronaves militares de combate, por permitirem a instalação do dispositivo de pós-combustão. O fluxo dos motores turbojato está relacionado ao tipo de compressor aplicado, podendo ser centrífugo ou axial. Seu funcionamento se dá por meio de um starter até a rotação do eixo principal do motor tornar-se autossustentável, produzindo a admissão, a compressão, a expansão e o escape do fluxo de ar, por meio da rotação do conjunto de compressores e turbinas. 50 Glossário Impelidor: peça do conjunto de compressão centrífuga responsável por acelerar a massa de ar. Velocidades supersônicas: velocidades acima da velocidade do som, que é de 340,28 metros por segundo. 51 a 1) Julgue verdadeiro ou falso. Os motores turbojato são utilizados como meio de propulsão para aeronaves que necessitam de pequenas potências ou de pequenas velocidades. Verdadeiro ( ) Falso ( ) 2) Julgue verdadeiro ou falso. O fluxo dos motores turbojato está relacionado ao tipo de compressor aplicado, podendo ser centrífugo ou axial. Verdadeiro ( ) Falso ( ) Atividades 52 Referências BRASIL. Agência Nacional de Aviação Civil – ANAC. RBHA 65: despachante operacional de voo e mecânico de manutenção aeronáutica. 2001. Disponível em: <http://www2. anac. gov.br/biblioteca/rbha/rbha065.pdf>. Acesso em: 20 jul. 2015. ______. Agência Nacional de Aviação Civil – ANAC. RBHA 141: escolas de aviação civil. 2004a. Emenda 141-01. Disponível em: <http://www2.anac.gov.br/biblioteca/rbha/ rbha141.pdf>. Acesso em: 20 jul. 2015. ______. Ministério da Defesa. Comando da Aeronáutica – COMAER. Departamento de Aviação Civil – DAC. MCA 58-14: manual do curso mecânico manutenção aeronáutica – grupo motopropulsor. Brasília: DAC, 2004b. Disponível em: <http://www2.anac.gov.br/ habilitacao/manualCursos.asp>. Acesso em: 20 jul. 2015. ESTADOS UNIDOS DA AMÉRICA – EUA. U.S. Department of Transportation. Federal Aviation Administration – FAA. FAA-H-8083-32: aviation maintenance technician handbook - powerplant. Oklahoma City, OK: U.S. Department of Transportation, Federal Aviation Administration, 2012. v. 1. Disponível em: <https//www.faa.gov/regulations_ policies/handbooks_manuals/aircraft/media/faa-h-8083-32-amt-powerplant-vol-1. pdf>. Acesso em: 20 jul. 2015. ______. U.S. Department of Transportation. Federal Aviation Administration –FAA. FAA-AC65-12A: airframe and powerplant - mechanics. 1976. Disponível em: <http:// www.faa.gov/documentlibrary/media/advisory_circular/ac_65-12a.pdf>. Acesso em: 20 jul. 2015. HOMA, J. M. Motores convencionais: aeronaves e motores – conhecimentos técnicos. São Paulo: Editora Asa, 1998. PALHARINI, M. J. A. Motores a reação. 3. ed. São Paulo: Asa, 1998. SCHIAVO, A. C. Motores a reação. São Paulo: EAPAC, 1998. 53 UNIDADE 5 | FANS 54 Unidade 5 | Fans 1 Introdução Os fans constituem a geração mais moderna e econômica de motores a reação, são grandes produtores de potência com baixo consumo de combustível. Utilizam um grande ventilador para acelerar a massa de ar e derivam parte desse fluxo em um caminho livre em torno do motor. A Terceira Lei de Newton novamente está presente na relação de propulsão nesse motor, pois a massa de ar é acelerada pelo fan e pelo formato da construção do duto bypass, conduzindo o ar para o ambiente na parte traseira do motor, quando se tem a reação em deslocar o motor à frente. Os motores fan são chamados de turbofan, pois utilizam o motor jato para produzir a rotação do fan e gerar parte da propulsão final do conjunto motor. Sua teoria veio da construção de outro motor, o estatorreator, que produzia potência pela grande aceleração da massa de ar,porém neste motor é necessária a utilização da queima de combustível. Com a instalação do fan frontal, obteve-se a aceleração do fluxo de ar sem a necessidade da grande queima de combustível. 1.1 Construção O fan é construído em módulo para facilitar sua montagem e desmontagem no processo de manutenção. Ele apresenta em sua parte frontal um spinner, que tem a função de orientar o fluxo do ar para as extremidades do conjunto de palhetas do fan. A forma pontiaguda do spinner é usada para evitar o seu congelamento, dispensando o ar quente sangrado do motor para efetuar seu descongelamento. Desse modo, o motor torna-se mais econômico, porque não há a necessidade de aumento de potência para compensar a perda de fluxo. A Figura 26 ilustra um módulo completo de fan. 55 Figura 26: Módulo de fan O spinner é fixado no fan por meio do seu suporte e por parafusos de fixação que possibilitam a correção de vibração (balanceamento) do conjunto. Utilizam-se parafusos de maior tamanho (maior peso) para efetuar o balanceamento. A Figura 27 ilustra os parafusos de balanceamento e suas localizações no conjunto. Figura 27: Localização dos parafusos de balanceamento do fan O suporte do spinner é utilizado para efetuar a ligação entre ele e o hub do fan, melhorando a aerodinâmica do conjunto. Os parafusos de balanceamento encontram- se instalados no suporte do fan e para acessá-los, torna-se necessária a remoção do spinner. As palhetas que compõem o fan são de liga de titânio e do tipo reação impulso, o que gera um maior aproveitamento do fluxo de ar. Dano às palhetas pode ocorrer por ingestão de objetos estranhos, em inglês, foreign object damage (FOD), por estarem localizadas na extremidade dianteira do motor. Os limites aceitáveis de danos e os reparos permissíveis são definidos pelos fabricantes de motor. Alguns definem que, quando houver a necessidade de troca de palheta, ela deverá ocorrer em pares casados, 56 ou seja, troca-se também a palheta de posição 180º da palheta danificada. A Figura 28 ilustra uma palheta do fan danificada em sua extremidade superior próximo ao bordo de ataque e com limite de reparo superior ao permitido pelo fabricante. Figura 28: Palheta do fan Em todo o conjunto do módulo fan, as partes rotora e a estatora são montadas em uma carcaça denominada de alojamento do módulo do fan feita de liga de alumínio, dividida em duas metades (superior e inferior). A parte dianteira do alojamento do módulo do fan recebe a entrada de ar do motor e em sua parte traseira, são instaladas as carcaças do duto de derivação e do conjunto de compressores. O conjunto suporte do fan é o alojamento que contém os rolamentos de suporte, a caixa de redução e o eixo de acionamento. Ele pertence à parte estatora do fan, sendo fixada na carcaça do alojamento suporte do motor. 57 1.1.1 Rotor O rotor do fan é formado pelo spinner e seu suporte, disco de palhetas, chamado de hub do fan, e pelo conjunto de palhetas. A quantidade e o tamanho de palhetas variam conforme a classe de potência do motor. A função do rotor do fan é captar o ar localizado no bocal de admissão do motor e acelerá-lo de forma que a parte que segue para o duto de derivação apresente o melhor aproveitamento. As Figuras 29.A e 29.B ilustram o conjunto rotor do fan em vista real e em corte do conjunto. Figura 29.A: Conjunto rotor do fan - vista real Figura 29.B: Conjunto rotor do fan - vista em corte O rotor do fan é acionado pelo eixo de (N1) (number one), que em alguns motores é formado por um conjunto de compressores e turbinas e em outros, é constituído somente pelo conjunto de turbinas, denominado turbinas de potência. A ligação do 58 eixo de (N1) com o conjunto rotor do fan é feita por meio de engrenagens de redução, usadas para garantir uma rotação segura e eficiente do fan. O conjunto de engrenagens de redução é ilustrado na Figura 30. Figura 30: Caixa de redução O rotor do fan é suportado por intermédio de dois rolamentos principais, denominados número 1 e número 2. O rolamento número 1 é do tipo esfera para suster as cargas axiais do conjunto rotor, ou seja, as suas rotações. O rolamento número 2 é do tipo rolete para suportar as cargas radiais, tem a função de resistir ao peso e à tração do conjunto. Os rolamentos do conjunto rotor e a caixa de redução estão instalados no conjunto do suporte do fan e recebem a lubrificação do sistema de óleo do motor, além disso usam como retentores os selos tipo labirinto, que são pressurizados com o ar sangrado do quarto ou quinto estágio de compressão. 1.1.2 Estator O conjunto estator do fan é usado para orientar o fluxo de ar que passou pelo rotor do fan, laminando-o para o duto de derivação e para o do motor. Cada duto apresenta um conjunto simples de palhetas estatoras aparafusadas no alojamento suporte do motor. Esse alojamento, além de receber em sua parte dianteira preso por parafusos, todo o conjunto estator do fan é também o ponto de fixação dianteira do motor. A Figura 31 ilustra essa sequência de fixação. 59 Figura 31: Conjunto estator do fan O espaçamento entre as palhetas do conjunto estator do bypass é menor do que o do estator do motor, conforme ilustrado na Figura 28. Esse espaçamento menor faz com que o fluxo de ar do duto de derivação além de ser laminado, seja também acelerado pelo formato convergente das palhetas. Caso haja algum dano nas palhetas dos conjuntos estatores, não é permitida a realização de reparos nesta área, sendo necessário trocar o conjunto. 1.1.3 Duto de Derivação Chamado de duto bypass, é o responsável por orientar e conduzir o fluxo de ar acelerado pelo fan até a extremidade traseira do motor, produzindo parte da potência do motor que depende da razão de bypass, podendo ser de baixa, média ou alta razão. Motores fan de grande derivação apresentam razões superiores a 5:1 (cinco por um). Essa derivação significa que cinco partes do ar acelerado pelo fan seguem livres e apenas uma parte segue para a região da queima do motor. Isso representa que a maior quantidade da potência total do motor é fornecida pelo conjunto do fan. A Figura 32 ilustra um duto de derivação de alta razão de bypass. 60 Figura 32: Duto de derivação de alta razão de bypass O ar entra e sai livre do duto de derivação e, além de produzir parte da potência do motor é aproveitado para a troca de calor do sistema de lubrificação (trocador de calor ar/óleo), comumente chamado de radiador de óleo. O fluxo de ar do duto mantém a região da queima e das turbinas com temperaturas mais baixas do que as de motor sem fan e também é usado como auxílio na frenagem da aeronave, por meio do sistema de reversor de empuxo. As Figuras 33.A e 33.B ilustram o reversor de empuxo utilizado pelo duto de derivação. Figura 33.A: Reversor de empuxo sem atuação 61 Figura 33.B: Reversor de empuxo com atuação Em alguns modelos (fabricantes) de motor, o duto de derivação não é considerado livre, pois não conduz o ar até a saída do motor em sua extremidade traseira, mas sim o fluxo de ar bypass entra no motor logo após as turbinas de potência. O fluxo de ar do duto de derivação é misturado aos gases queimados para só então deixar o motor pelo escapamento. Esses motores apresentam um consumo de combustível muito maior do que os de duto de derivação livre, já que sua razão de bypass é considerada baixa e não utilizam o fan em sua extremidade dianteira. Nesse caso, são os compressores responsáveis por acelerar o fluxo de ar através do duto de derivação. A Figura 34 mostra um motor típico com duto de derivação até a região das turbinas. Figura 34: Modelo de motor com duto de derivação até a região das turbinas 62 1.2 Funcionamento O funcionamento do fan dependerá do tipo de motor onde se encontra instalado, podendo ser de ligação direta com a turbina de potência ou por meio de caixa de redução com o eixo de turbina dos compressores.Independentemente do tipo de motor, o conjunto do fan sempre será acionado pelo eixo de N1, sendo sempre acionado pelo eixo de baixa pressão do motor. Quando o fan é acionado diretamente pela turbina de potência, ele dispensa o uso de caixa de redução, por não haver a necessidade de conter a rotação, já que a função da turbina é de apenas acionar o fan. Então nos motores em que o fan é acionado pelo conjunto turbinas dos compressores, tem-se a necessidade da caixa de redução, pois o eixo do conjunto apresenta maior velocidade, em virtude de as turbinas necessitarem de maior carga para o acionamento dos compressores e do fan. As Figuras 35 e 36 ilustram os modelos de motor com e sem caixa de redução para o acionamento do conjunto do fan. Figura 35: Fan com acionamento direto 63 Figura 36: Fan com acionamento por caixa de redução O funcionamento do fan será conforme descrito a seguir. a) Acionamento direto - para ele as turbinas de potência são montadas no eixo de (N1), também chamado de eixo de baixa pressão, e dependem do fluxo de gás queimado para efetuar sua rotação, pois não têm ligação mecânica alguma com o eixo de (N2), ou eixo de alta pressão. O funcionamento inicia-se com o acionamento do eixo de (N2) por intermédio da caixa de acessórios. Ocorre por meio de um starter (motor de partida), que aciona a caixa de acessórios, e esta por sua vez o eixo de (N2). A ligação da caixa de acessórios é feita mediante um conjunto de acionamento mecânico, em inglês, power take off assembly (PTO), e uma engrenagem cônica. As Figuras 37 e 38 ilustram um PTO e uma engrenagem cônica de ligação da caixa de acessórios ao eixo do motor. Figura 37: Conjunto de acionamento mecânico (PTO) 64 Figura 38: Engrenagem cônica de ligação da caixa de acessórios ao eixo de N2 Após o início da rotação do eixo de (N2), o ar e o combustível alcançam a câmara de combustão do motor, produzindo a queima e gerando os gases para o acionamento das turbinas de potência. Essas turbinas transformam a energia calorífica dos gases em mecânica para o acionamento do fan. Tendo este iniciado seu funcionamento após a queima de combustível, fornecerá a alimentação de fluxo de ar ao duto bypass e ao duto do motor, gerando a quantidade de potência ao conjunto motor, conforme definida pela sua derivação. b) Acionamento por caixa de redução - para o fan com acionamento feito por caixa de redução, seu conjunto é ligado ao eixo de N1 por meio de uma caixa de redução, com capacidade de reduzir a rotação do eixo em aproximadamente 2,5: 1 (dois e meio por um) ou reduzir na razão de duas vezes e meia a rotação do eixo. A rotação da caixa de redução atinge aproximadamente 50.000 rotações por minuto (RPM) para efetuar seu trabalho de redução, para isso necessita de uma alta qualidade de lubrificação, utilizando o fluxo de óleo lubrificante que passa pelo trocador de calor combustível/óleo. A caixa de redução é utilizada pelo motivo de a turbina de potência, além de ser responsável pelo acionamento do fan, realizar o trabalho de ligar um conjunto compressor, chamado de baixa pressão. Para que seu trabalho seja realizado com eficiência, a turbina de potência necessita de uma alta rotação, enquanto o fan tem sua velocidade controlada para evitar a perda de eficiência. Os compressores de baixa pressão montados no eixo de (N1) são utilizados para aumentarem o fluxo de alimentação dos gases de queima do motor. 65 O funcionamento desse tipo de fan é similar ao de acionamento direto, porém a ligação da caixa de acessórios com o eixo de (N2) do motor é feita mediante uma engrenagem tipo bevel e um eixo tipo torre, em inglês, tower shaft. A Figura 39 ilustra uma engrenagem bevel. Esse tipo de motor necessita de maior energia térmica para produzir o trabalho mecânico do que os de acionamento direto, logo apresentam também um maior consumo específico de combustível. Figura 39: Engrenagem tipo bevel 1.3 Aproveitamento do Fluxo Os fan instalados em motores jatos produzem um grande fluxo de ar no interior do motor, tendo essa massa de ar uma maior proporção distribuída ao duto de derivação para produzir parte da potência do motor. A potência do fan é calculada baseada na proporção de derivação do duto bypass. Um exemplo dessa proporção são os modelos de motor utilizados em aeronaves comerciais de grande porte, que apresentam motores que geram mais de 100.000 libras de empuxo e o fan sendo responsável por 85% dessa potência total. Desse modo, o duto de derivação apresenta 85% do raio total do motor. O fan apresenta em seu duto de derivação a maior parte do fluxo de ar, e este ar não sofre a queima, não apresentando alta temperatura, podendo ser aproveitado para resfriamento das carcaças do motor. Isso beneficia a carcaça da câmara de combustão 66 e a das turbinas com uma região de funcionamento mais fria. Tornam-se motores com um menor desgaste mecânico e com uma performance elevada, já que as turbinas melhoram seu aproveitamento. O fluxo de ar não apresenta perdas causadas pela dilatação da carcaça que o contém, forçando todo ar a passar através das palhetas de turbinas e aumentando sua transformação de energia cinética em mecânica para girar o conjunto de compressores e o próprio fan. Outro aproveitamento do fluxo quanto à utilização para resfriamento em motores modernos é, além de manter as superfícies das carcaças do motor com controle de dilatação térmica, de aplicar parte do fluxo no interior das carcaças e dos eixos de (N1) e (N2), diminuindo com isso o desgaste dos componentes que formam o conjunto de gases e de potência do motor. Tem-se ainda a utilização do fluxo no auxílio do resfriamento do rolamento de exaustão. Rolamento que trabalha na região de mais alta temperatura do motor, necessitando da ventilação somada ao óleo lubrificante para realizar a função do controle de temperatura do referido rolamento. Como já descrito no tópico 1.1.3 (duto de derivação), o fluxo de ar é usado como auxílio na frenagem da aeronave, por meio do sistema de reversor de empuxo. Esse aproveitamento do fluxo de ar, para auxiliar o sistema de frenagem da aeronave, gera uma economia operacional, pois se torna menor o comprimento necessário de pista para parar a aeronave, diminuindo o consumo de pneu, freio e combustível. Quanto maior a quantidade de fluxo derivado, maior será a capacidade de auxílio ao sistema de reverso da aeronave. A Figura 40 ilustra o aproveitamento do fluxo de ar do fan, sendo ele subdividido conforme descrito a seguir: • (A) - fluxo de ar admitido pelo conjunto do fan; • (B) - fluxo acelerado pelas palhetas do fan que seguirá para o duto de derivação e o duto do conjunto motor para ser misturado ao combustível e queimado na câmara de combustão; • (C) - fluxo derivado utilizado para a produção da potência do motor, feita pela aceleração do fan e da construção da carcaça de derivação. O fluxo da região (C) é aproveitado no sistema de reverso, da ventilação das carcaças do motor e do trocador de calor ar/óleo (radiador); 67 • (D) - fluxo acelerado pelo fan que seguirá para o duto do motor passando pelo conjunto estator. É utilizado para a queima do combustível e complemento da potência do motor e da realização do trabalho do conjunto de turbinas. O fluxo da região (D) é utilizado para refrigeração do interior das carcaças do motor (região E), do interior dos eixos (região F) e do rolamento de exaustão; • (E) - como descrito acima, ar utilizado para o resfriamento interno das carcaças do motor; • (F) - fluxo advindo do duto do motor. Além de refrigerar internamente os eixos de (N1) e (N2), parte é utilizado para ventilar e auxiliar a refrigeração do rolamento de exaustão. Figura 40: Fluxo de ar do fan 68 Resumindo Os fans constituem a geração de motores que produzem altas taxas de potência com um baixo consumo de combustível, pois a maior parte de potência produzidapelo motor é derivada da aceleração do fluxo de ar da região bypass do fan. O fan é construído em módulos para facilitar a manutenção, dividindo-se em parte rotora (spinner, suporte do spinner, hub e palhetas do fan) e parte estatora (conjuntos suporte do fan, do módulo do fan e do motor, conjuntos estatores do bypass e do motor). A parte rotora é responsável pela aceleração do fluxo de ar, enquanto a parte estatora se encarrega de manter a orientação do fluxo de ar, fazendo que ele siga para os dutos de derivação e do motor, livres de turbilhonamento. O funcionamento do fan é feito por meio do eixo de (N1), apresentando as turbinas de potência como as responsáveis pelo seu acionamento, podendo ser feito diretamente ou através de uma caixa de redução. O fluxo do fan, além de produzir a maior porcentagem da potência do motor, é usado ainda no sistema de reversor de empuxo, no resfriamento das carcaças e dos eixos do motor e nos sistemas de arrefecimento do rolamento de exaustão e do radiador de lubrificação. 69 Glossário Engrenagem tipo bevel: engrenagem de ligação para acionamento mecânico do eixo principal do motor. Bypass: caminho alternativo, livre de resistências ou obstáculos. Spinner: peça utilizada nos motores para orientar o fluxo de ar para o primeiro conjunto rotor de palhetas. Hub: disco rotor do fan utilizado para o encaixe das palhetas no fan. Laminando-o: orientando o fluxo de ar para evitar a perda de energia causada pelo turbilhonamento da massa de ar. Formato convergente: função de diminuir a pressão pelo aumento da velocidade, consequentemente a redução da temperatura. Tower shaft: eixo tipo torre que efetua a ligação entre a engrenagem bevel e a caixa de acessórios. 70 a 1) Julgue verdadeiro ou falso. O fan é construído em módulos para facilitar a manutenção. Verdadeiro ( ) Falso ( ) 2) Julgue verdadeiro ou falso. O funcionamento do fan é feito por meio do eixo de (N2), apresentando as turbinas de potência como as responsáveis pelo seu acionamento. Verdadeiro ( ) Falso ( ) Atividades 71 Referências BRASIL. Agência Nacional de Aviação Civil – ANAC. RBHA 65: despachante operacional de voo e mecânico de manutenção aeronáutica. 2001. Disponível em: <http://www2. anac. gov.br/biblioteca/rbha/rbha065.pdf>. Acesso em: 20 jul. 2015. ______. Agência Nacional de Aviação Civil – ANAC. RBHA 141: escolas de aviação civil. 2004a. Emenda 141-01. Disponível em: <http://www2.anac.gov.br/biblioteca/rbha/ rbha141.pdf>. Acesso em: 20 jul. 2015. ______. Ministério da Defesa. Comando da Aeronáutica – COMAER. Departamento de Aviação Civil – DAC. MCA 58-14: manual do curso mecânico manutenção aeronáutica – grupo motopropulsor. Brasília: DAC, 2004b. Disponível em: <http://www2.anac.gov.br/ habilitacao/manualCursos.asp>. Acesso em: 20 jul. 2015. ESTADOS UNIDOS DA AMÉRICA – EUA. U.S. Department of Transportation. Federal Aviation Administration – FAA. FAA-H-8083-32: aviation maintenance technician handbook - powerplant. Oklahoma City, OK: U.S. Department of Transportation, Federal Aviation Administration, 2012. v. 1. Disponível em: <https//www.faa.gov/regulations_ policies/handbooks_manuals/aircraft/media/faa-h-8083-32-amt-powerplant-vol-1. pdf>. Acesso em: 20 jul. 2015. ______. U.S. Department of Transportation. Federal Aviation Administration –FAA. FAA-AC65-12A: airframe and powerplant - mechanics. 1976. Disponível em: <http:// www.faa.gov/documentlibrary/media/advisory_circular/ac_65-12a.pdf>. Acesso em: 20 jul. 2015. HOMA, J. M. Motores convencionais: aeronaves e motores – conhecimentos técnicos. São Paulo: Editora Asa, 1998. PALHARINI, M. J. A. Motores a reação. 3. ed. São Paulo: Asa, 1998. SCHIAVO, A. C. Motores a reação. São Paulo: EAPAC, 1998. 72 UNIDADE 6 | MANUTENÇÃO DE MOTORES A REAÇÃO E FANS 73 Unidade 6 | Manutenção de Motores a Reação e Fans 1 Introdução Todo motor fan e a reação necessitam de manutenção para manter e assegurar a continuidade do funcionamento, conforme previsto pelos fabricantes. Dessa forma, todos os seus componentes são mantidos em condições de utilização ou restauração. A função da manutenção desses motores é preservar o material para mantê-lo em serviço, restituindo suas condições de operacionalidade, em caso de deterioração. Diante disso, provém a máxima segurança na sua operação e estende sua vida útil ao máximo possível, por meio da ininterrupta busca pela atualização. Para alcançar essas condições determinadas pelos fabricantes, as manutenções dividem-se em preventivas e corretivas. Elas são acrescidas de regulagens de motores, garantindo o fornecimento de potência a todas as situações de voo, independentemente das condições climáticas envolvidas durante a realização do voo. 1.1 Preventiva As manutenções preventivas são realizadas em intervalos de tempo conforme definidos por cada fabricante, devendo também ser seguido o plano de manutenção por eles determinado. Cada manutenção preventiva busca a operação segura do motor, garantindo a ele alcançar sua revisão geral, ou seu intervalo entre as revisões, em inglês, time between overhaul (TBO). Seguem algumas manutenções preventivas, assim como os tempos e tasks definidos pelos fabricantes: 74 a) Inspeções visuais para verificação de vazamentos de combustível ou de óleo lubrificante, condições gerais das carcaças, tubulações e braçadeiras. Para verificação também do estado geral dos pylones e capôs; b) Troca de óleo - substituição de todo o fluido lubrificante e dos filtros principais de óleo; c) Verificação do sistema de partida e ignição - troca dos ignitores e revisões dos starters para garantir partidas rápidas e com menor pico de temperatura; d) Lavagem de compressores - limpeza interna do conjunto de compressão para melhorar a performance do motor; e) Análise de vibração - os motores a reação e os fans perdem seu balanceamento em virtude da alta rotação dos seus eixos e conjuntos externos (hélice, rotores e o próprio fan), necessitando de correções de vibração para evitar a fadiga, com a consequente ruptura das pás da hélice, dos rotores ou do despalhetamento do fan; f) Lubrificação - cada motor apresenta uma lubrificação específica, além da fornecida pelo sistema de lubrificação do motor: • fans - o conjunto rotor (hub e palhetas) necessita de lubrificação para evitar a formação de corrosão em seu assentamento; • turboélice - verificação do sistema de governador de hélice para garantir a mudança de passo da hélice em todos os regimes do motor; • turboeixo - utilizado em seus rotores para garantir seu livre funcionamento em caso de perda total do motor, garantindo a alta rotação; • turbojato - os motores que utilizam pós-queimadores, garantindo o perfeito funcionamento da geometria variável dos dutos de admissão e escapamento do motor. g) Boroscopia - análise das condições das câmaras de combustão do motor. Esta manutenção é realizada para controlar a queima e a temperatura final do motor. Não há necessidade de abertura do motor para acesso à inspeção, ela é feita removendo a vela de ignição (ignitor) e inserindo a câmara do equipamento boroscópico em seu orifício; 75 h) Hélices - verificação dos bordos de ataque das hélices por sofrerem impactos de FOD e erosões causadas pelo fluxo de ar em alta velocidade; i) Rotores - verificação dos bordos de ataque das pás dos rotores principais por erosão causada pelo deslocamento do ar em alta velocidade e de seus conjuntos de compensadores. Outro meio de manutenção para garantir a melhora do funcionamento do motor e elevar sua vida útil é a realização de boletins de serviço, em inglês, service bulletins (SB), que se enquadram nas manutenções preventivas dos motores e podem ser: a) Recomendados - neste caso, o fabricante recomenda a sua realização, ficando a decisão final em cumprir do operador do motor. O boletim pode ser uma simples ação
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