Como funcionam as turbinas de avião?

Em Dúvidas automotivas por André M. Coelho

Todas as turbinas de aviões, funciona dentro de um mesmo princípio. O motor aspira o ar na parte da frente com uma hélice. Um compressor então eleva a pressão do ar. Este, por sua vez, é composto por hélices com muitas lâminas e presos a um eixo. As lâminas comprimem o ar. O ar comprimido é então pulverizado com combustível e uma faísca eléctrica acende a mistura. Os gases de queima se expandem e explodem para fora através do bocal na parte de traseira da turbina do avião. À medida que os jatos de gás disparam para trás, o motor e o avião são empurrados para a frente.

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O ar passa através do núcleo do motor, bem como em torno do núcleo. Isto faz com que algum do ar seja muito quente e algum seja mais frio. O ar mais frio, em seguida, mistura-se com o ar quente na área de saída do motor.

Uma turbina de avião opera sob a aplicação da terceira lei da física de Newton: para cada ação, há uma reação igual e oposta. Isso é chamado de empuxo. Esta lei é demonstrada em termos simples: solte um balão inflado e veja o ar que escapa propulsionar o balão no sentido oposto.

Como funciona uma turbina de avião?

Na turbina de um avião, o ar entra na entrada de frente e é comprimido, então forçado para dentro das câmaras de combustão, onde o combustível é pulverizado para dentro dele e a mistura é inflamada. Gases que formam expandem-se rapidamente e são esgotados através da parte traseira das câmaras de combustão. Estes gases exercem a mesma força em todas as direções, proporcionando impulso de avanço enquanto eles escapam para parte de trás da turbina.

Enquanto os gases deixam o motor, eles passam através de um conjunto semelhante a um leque de lâminas (turbinas) que fazem rodar o eixo da turbina. Este eixo, por sua vez, faz rodar o compressor, trazendo assim uma fonte fresca de ar através da entrada de ar. O impulso pode ser aumentado pela adição de uma secção de pós-combustão na qual o combustível extra é pulverizado nos gases de exaustão que queimam, dando um impulso adicional.

Em um motor de turbo-hélice, os gases de escape são também utilizados para rodar uma hélice ligada ao eixo da turbina para uma maior economia de combustível em altitudes mais baixas. Um motor turbo-hélice incorpora uma hélice para produzir empuxo adicional, complementando o empuxo criado pelo motor a jato para uma maior eficiência em altas altitudes. As vantagens dos motores a jato em relação a motores de pistão incluem peso mais leve com maior potência, construção e manutenção mais simples, com menos partes móveis e operação eficiente com combustível mais barato.

Perceba que por toda a extensão do eixo da turbina há “pás” de hélices que ajudam a girar o eixo, aumentando ainda mais a velocidade e pressão do ar até chegar ao local de combustão, onde o ar é misturado ao combustível e queimado para mover mais “pás”, acelerando ainda mais o avião. (Foto: usciencecompendium.blogspot.com)

Tipos de turbinas de avião

As turbinas evoluíram com o tempo, adquirindo diferentes características e tecnologias para os mais diversos fins.

Turbojato/Turbojet

O motor turbo jato é um motor de reação. Num motor de reação, gases em expansão empurram com força contra a parte dianteira do motor. O turbojato suga o ar e o comprime/pressiona. Os gases passam através da turbina e a fazem girar. Estes gases movem-se para parte de trás da turbina e disparam da parte traseira do tubo de escape, empurrando o avião para a frente.

Turbopropulsor/Turboprop

Um motor turbopropulsor é um motor a jato anexado a uma hélice. A turbina na parte de trás é acionada por gases quentes, e esta gira um eixo que aciona a hélice. Alguns pequenos aviões e aeronaves de transporte são alimentados por turboélices. Como o turbojato, o motor turbo-hélice é composto por um compressor, câmara de combustão, e uma turbina, e a pressão de ar é usada para acionar a turbina, a qual então cria energia para acionar o compressor.

Turbo-hélice/Turbofan

Um motor turboélice tem uma grande hélice na frente, que suga o ar. A maior parte do ar se escoa em torno do exterior do motor, tornando-o mais silencioso e dando maior impulso a baixas velocidades. A maioria dos aviões de hoje são movidos por turboélices. Num turbojato, todo o ar que entra na admissão passa através do gerador de gás, o qual é composto por compressor, câmara de combustão, e uma turbina. Num motor turboélice, apenas uma parte do ar entra na câmara de combustão. O restante passa através de uma hélice ou compressor de baixa pressão, e é ejetada diretamente como um jato “frio” ou misturado com o gás de escape-gerador para produzir um jato quente. O objetivo deste tipo de sistema é aumentar a pressão sem aumentar o consumo de combustível. Isto é conseguido através do aumento do fluxo de ar em massa total, e reduzindo a velocidade dentro da mesma alimentação de energia total.

Turbo-eixo/Turboshaft

Esta é uma outra forma de motor de turbina a gás que funciona muito como um sistema de turboélice. Ele não movimenta uma hélice. Em vez disso, ele fornece energia para um rotor de helicóptero. Este tipo de turbina é concebida de modo que a velocidade do rotor do helicóptero seja independente da velocidade de rotação do gerador de gás. Isto permite que a velocidade do rotor seja mantida constante, mesmo quando a velocidade do gerador varia para modular a quantidade de energia produzida.

https://youtu.be/9tPsp6IZ-aM

Estatoreatores/Ramjets

O motor a jato mais simples não tem partes móveis. A velocidade do jato força o ar para o motor. É essencialmente um turbojato em que o equipamento rotativo foi substituído. A sua aplicação é limitada pelo fato de sua razão de compressão depender inteiramente da velocidade para a frente. O ramjet não desenvolve impulso estático e muito pouco impulso, em geral, abaixo da velocidade do som. Como consequência, um veículo movido por um estatoreator requer alguma forma de decolagem assistida, tal como uma outra aeronave. Este sistema tem sido usado principalmente em sistemas de mísseis guiados. Veículos espaciais também usam este tipo de jato.

Ainda ficou alguma dúvida sobre o funcionamento dos motores dos aviões? Tem algum tipo de turbina de avião que esquecemos de colocar aqui? Deixe nos comentários suas dúvidas e sugestões!

Sobre o autor

O pai de André já teve alguns carros clássicos antes de falecer, como Diplomata, Chevette e Opala. Após completar 18 anos, tirou carteira de moto e carro, comprando então sua primeira moto, uma Honda Sahara 350. Fez um curso de mecânica de motos para começar uma restauração na moto, e acabou aprendendo também como consertar alguns problemas de carros. Seu primeiro carro foi uma Nissan Grand Livina de 2014 e pretende em breve comprar uma picape diesel. No caminho, vai compartilhando tudo que aprende no site Carro de Garagem.

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