Tipos de Motores a Reação

Um motor a reação, também conhecido como motor a jato ou ainda apenas como reator, é um motor que expele um jato rápido de algum fluido para gerar uma força de impulso.Em geral, o termo se refere a uma turbina que expele um jato em alta velocidade, gerando empuxo e, com isto, gerando força propulsora para diversos usos.

Conheça os principais tipos usados na aviação:

Motor Turbofan

O turbofan é um motor a reação utilizado em aeronaves projetadas especialmente para altas velocidades de cruzeiro. Possui um excelente desempenho em altitudes elevadas, entre 10 e 15 mil metros, apresentando velocidades na faixa de 700 Km/h até 1.000 Km/h.

Basicamente, neste tipo de projeto, o motor é constituído por um “fan” (ventilador ou ventoinha), que complementa o fluxo de ar gerado pelos compressores de baixa pressão e alta pressão.

Tipo mais moderno de motorização, foram evoluídos do turbojato de eixo duplo, basicamente aumentando o tamanho relativo do compressor de baixa pressão, até o ponto em que uma parte do ar passa pelo motor contornando o fluxo principal (bypass ratio) ao redor da câmara de combustão.

Esse ar pode tanto se expandir através de um bocal, independente do quanto seja misturado aos gases quentes que saem da turbina de baixa pressão, antes de se expandir através de um bocal comum. Apesar de gerarem um jato mais lento, os turbofans são mais silenciosos que seus turbojatos equivalentes.

Imagem: Reprodução Ocw.mit.edu

São justamente muito apreciados na aviação civil, por serem relativamente pouco ruidosos. Atualmente, praticamente todos os motores que impulsionam os aviões comerciais a jato são turbofans. Entretanto, são menos utilizados em aeronaves militares, nas quais altas velocidades e baixo peso são necessários, ao passo que ruído e eficiência são menos importantes.

Os turbofans tem ainda uma eficiência térmica maior, que será explicada mais abaixo. Nele, o compressor de baixa pressão é frequentemente chamado de ventoinha. Os civis geralmente têm uma única, enquanto a maioria das versões militares apresentam múltiplas ventoinhas.

Imagem: Reprodução

Motor Turbojato

O turbojato, ou turboreator, é o tipo mais simples e mais antigo de motor a jato para fins gerais. Como visto em outro post (link), dois engenheiros distintos, Frank Whittle, no Reino Unido, e Hans von Ohain, na Alemanha, desenvolveram independentemente o conceito durante o final da década de 1930.

Em 27 de Agosto de 1939, o Heinkel He 178 se tornou o primeiro avião do mundo a voar sob a propulsão do turbojato, se transformando assim no primeiro avião a jato funcional.

Imagem: Reprodução Wikipedia

Um motor turbojato é usado essencialmente na propulsão de aeronaves. Nele, o ar é introduzido no compressor giratório através da entrada e comprimido a uma pressão superior antes de entrar na câmara de combustão. O combustível é misturado com o ar comprimido e inflamado por uma faísca.

Este processo de combustão aumenta significativamente a temperatura do gás. Os produtos quentes da combustão que saem do combustor se expandem através da turbina, onde a potência é extraída para dirigir o compressor. O fluxo de gás saído da turbina se expande até à pressão ambiental através do bocal de propulsão, produzindo um jato de alta velocidade à saída do motor.

Se o momentum do fluxo da saída exceder o momentum do fluxo de entrada, o impulso é positivo, assim, há uma impulsão líquida para avante sobre a fuselagem.

Imagem: Reprodução Wikipedia

Motor Pulso Jato

O motor pulso jato foi inventado por Karavodine, em 1908, e aperfeiçoado e patenteado pelo engenheiro alemão Paul Schmidt, em 1931. Após inúmeros testes e ajustes, em 1942 o motor, batizado de Schmidt-Argus, foi utilizado nos mísseis V-1, sendo o precursor dos atuais mísseis de cruzeiro.

O pulso jato funciona utilizando um processo de combustão em pulsos, ou combustão ressonante. O ciclo termodinâmico que mais se aproxima deste funcionamento é o chamado ciclo Lenoir: a combustão inicia com a admissão de ar através do difusor frontal, onde o ar se mistura com o combustível, que é injetado ou aspirado a partir do bico injetor.

A mistura ar-combustível é admitida pela válvula e introduzida na câmara de combustão e, em contato com a faísca elétrica da vela (ou com as paredes já aquecidas), a mistura entra em combustão.

Devido à combustão ocorre o aumento de pressão na câmara. Com isso, a válvula “margarida” se fecha, impedindo a entrada de ar. Os gases de combustão são então expelidos pelo tubo de escape, fazendo surgir a força propulsora.

Imagem: Reprodução stelzriede.com

Os ciclos no pulso jato ocorrem numa frequência de combustão que depende exclusivamente de seu comprimento. Apresenta um consumo de combustível típico de 1,2 a 1,5 Kg/h por Kgf de empuxo, dependendo do combustível e do regime de voo. Quanto maior a frequência de combustão, mais elevado será o seu rendimento.

Os motores Argus dos mísseis V-1 apresentavam uma frequência da ordem de 40 Hz, enquanto que um pulso jato para aeromodelismo podem chegar a frequências de 200 Hz.

Motor Ramjet (Estato jato)

Os Ramjets tentam explorar a elevada pressão da corrente de ar que se forma à frente da entrada de ar, devido à alta velocidade de voo. Uma entrada de ar bem projetada poderá se aproveitar da pressão de entrada para permitir a combustão do combustível e a expulsão dos gases resultantes.

A maioria dos Ramjets operam em velocidades de voo supersônicas. Como precisam de alta velocidade de voo para poderem iniciar o seu funcionamento, é necessária a utilização de um motor secundário para levar a aeronave até uma velocidade crítica, na qual inicia o seu funcionamento.

Imagem: Reprodução okieboat.com

Os Ramjets geralmente não são capazes de gerar impulso útil com pressões geradas a velocidades aproximadamente da metade de velocidade de som, e são ineficientes até que a velocidade aerodinâmica exceda mil km/h.

Mesmo acima da velocidade mínima necessária, vários fatores podem determinar a eficiência do Ramjet como, por exemplo, a altitude do voo.