Os motores são aparelhos capazes de produzir energia mecânica a partir de outros tipos de energia. Na aviação, grande parte dos motores são do tipo térmico, isso significa que a energia mecânica é gerada a partir da energia calorífica proveniente do combustível.

Esses motores térmicos podem ser do tipo combustão externa, onde o combustível é queimado fora do motor ou do tipo combustão interna, em que a queima do combustível é feita dentro do motor.

De acordo com o sistema de propulsão, os aviões podem ser classificados em dois grupos principais, aviões a hélice e a reação.

Nos aviões a hélice a tração é gerada pela hélice utilizando da energia produzida pelo motor, essa tração impulsiona grandes massas de ar a baixa velocidades. Os motores mais comuns neste tipo são o pistão e o turboélice:

• Motor a pistão: se assemelham aos motores dos automóveis, contudo a tração é produzida por uma hélice. Estes apresentam baixo custo e boa eficiência em baixas velocidades e altitude. Por isso, é altamente utilizado em aviões de pequeno porte.

• Turboélice: utiliza a energia expansiva dos gases para girar uma turbina com uma hélice acoplada. Assim como no motor a pistão, a tração é produzida pela hélice, contudo a uma velocidade maior.

Já nos aviões a reação a tração é produzida diretamente pelo motor. São amplamente utilizados em aeronaves comerciais e supersônicas pois são capazes de movimentar o ar a grandes velocidades. Os motores mais comuns neste tipo são o turbojato e o turbofan:

• Turbojato: a tração é produzida diretamente pelo motor em que se utiliza da energia expansiva dos gases aquecidos pela combustão para impulsionar um fluxo de ar de alta velocidade.

• Turbofan: parte do princípio de funcionamento do turbojato, porémcom a adição de um fan na parte dianteira do motor, que cria um fluxo de ar frio aumentando a tração. Esse tipo de motor é o mais utilizado nas aeronaves comerciais, pois o ruído é menor e a economia de combustível é maior comparado aos motores turbojato.

Dito isto, temos um tipo motor específico para cada perfil de voo. Para voos a velocidades e altitudes altas utilizam-se os motores turbojato e turbofan. Já para voos a velocidades e altitudes mais baixas utilizam-se os motores a turboélice e a pistão.

E para garantir o bom funcionamento e a segurança desses motores, estes devem atender alguns critérios de qualidade, como:

• Eficiência Térmica: relação entre a potência mecânica produzida e a potência termina liberada pelo combustível. Os motores aeronáuticos apresentam uma eficiência de 25% a 30%.

• Leveza: é a relação massa/potência do motor, quanto menor for
  essa relação maior é a leveza.

• Facilidade de manutenção e durabilidade: o funcionamento adequado do motor ao longo de sua vida depende das manutenções. Estas são classificadas em inspeções periódicas que acontecem a determinados intervalos de tempo conforme estabelecido pelo fabricante e, pela revisão geral que também ocorre em um intervalo de tempo específico, porém maior, definida como Time Between Overhauls (TBO). Nesta revisão o motor é submetido a uma verificação mais abrangente em que há substituição de peças desgastadas ou danificadas.

• Economia: para que o motor seja financeiramente bom, deve apresentar baixo consumo de combustível.

a) Consumo horário que representa o consumo de volume ou peso por unidade de tempo.

b) Consumo específico, que leva em consideração a potência desenvolvida.

• Equilíbrio: o motor deve funcionar suavemente, sem vibrações.

• Excesso de potência na decolagem: o motor deve ser capaz de
  manter uma potência além do projetado em operações críticas como
  na decolagem e arremetida.

• Pequena área frontal: a área frontal do motor deve ser a menor o
  possível para reduzir o arrasto.

Contudo, como o foco desta disciplina são os aviões de pequeno porte, aprofundaremos os conhecimentos nos motores a pistão.

MOTORES E PISTÃO

Os motores a pistão também são conhecidos como motores convencionais que equipam praticamente todas as aeronaves de pequeno porte e instrução.

Como já vimos, seu princípio de funcionamento baseia-se na energia proveniente da queima de combustível dentro dos cilindros.

Este motor trabalha em ciclos realizando um conjunto de fases dentro de algumas etapas chamada de tempo. Existem os motores a dois tempos e a quatro tempos. Contudo, neste capítulo vamos abordar somente o motor a quatro tempos, que também é conhecido como ciclo de Otto.

O pistão se movimenta verticalmente dentro do
cilindro, e quando atinge os seus dois pontos
máximos recebem o nome de ponto morto
alto e ponto morto baixo. E a distância entre
os dois pontos é chamado de curso.

O funcionamento teórico do motor ocorre através da repetição de ciclos que compreendem os quatro tempos de admissão, compressão, combustão e escapamento.

• Admissão: neste tempo ocorre admissão da mistura ar – combustível para dentro do cilindro pela válvula de admissão, neste momento o pistão está se locomovendo do ponto morto alto para o ponto morto baixo. E quando o pistão chega ponto morto baixo a válvula de admissão se fecha.

• Compressão: neste tempo a compressão da mistura é realizada por meio do movimento do pistão do ponto morto baixo para o ponto morto alto com as válvulas fechadas. Essa compressão aumenta a eficiência da queima do combustível.

• Combustão: a vela produz a centelha necessária para a combustão, e a queima do combustível gera uma explosão empurrando o pistão para o ponto morto baixo.

• Escapamento: os gases resultantes da combustão são expulsos do cilindro por meio de uma válvula de escapamento que se abre quando o pistão está se movimentando do ponto morto baixo para o ponto morto alto.

Vale ressaltar que na prática este ciclo
teórico pode sofrer alterações devido a
combustão real não ser instantânea; as
válvulas e tubulações apresentarem
resistência à passagem da mistura e
dos gases queimados; e também
devido a inércia dos gases.

COMPONENTES DO MOTOR

• Cilindro: parte do motor onde a mistura ar-combustível é admitida, comprimida e queimada. É feito de material resistente, leve e além disso, é bom condutor de calor. E é dividido em cabeça e corpo.

Cabeça do cilindro: nela estão instaladas as válvulas de admissão e escapamento e as velas de ignição. Normalmente são feitas de liga de alumínio e possuem aletas para auxiliar no resfriamento.

Corpo do cilindro: é onde o pistão se movimenta e para evitar o desgaste desse movimento, a parte interna é endurecida. E assim como na cabeça, a parte externa pode conter aletas para auxiliar no resfriamento.

• Cárter: base da estrutura do motor onde se fixam os cilindros, eixo de manivelas e acessórios. A fixação do motor à aeronave é feita através do cárter.

• Eixo de Manivelas: transforma o movimento linear do pistão em rotativo. As suas partes principais são o moente, parte onde se prende a biela, e o braço da manivela que liga o moente aos suportes.

• Mancais: peças que apoiam e permitem o movimento das partes móveis minimizando o atrito.

• Biela: responsável por transmitir a força de expansão dos gases do pistão para o eixo de manivelas. Geralmente são constituídas de aço em forma de I ou H.

• Pistão: é a peça cilíndrica que desliza no interior do cilindro. Geralmente feito de liga de alumínio, pois além de ser leve é um bom condutor de calor. Possui em sua saia, os anéis de segmento que servem para vedar a folga que pode existir entre o pistão e o cilindro.

• Válvulas de Admissão e Escapamento: tem a função de abrir e fechar a entrada da mistura combustível e saída dos gases de escapamento.

• Câmara de Combustão: é o espaço localizado no interior do cilindro onde a mistura ar-combustível é queimada.

E com a intenção de aumentar a potência de um motor a pistão, destacam-se alguns aspectos principais:

1. Através da pressão produzida na câmara de combustão, chamada de pressão efetiva média indicada.
2. Através do cumprimento do curso do pistão.
3. Pelo número de rotações por minuto dividido por dois.
4. Pela quantidade de cilindros.

Neste contexto, uma das formas mais utilizadas para aumentar a potência do motor é aumentando o número de cilindros, os chamados motores multicilíndricos. Onde os cilindros são organizados de modo que funcionem simultaneamente em horizontais opostos, radiais e em linha.

• Cilindros horizontais opostos: é a configuração mais utilizada, os cilindros são dispostos horizontalmente, reduzindo o acúmulo de óleo na câmara de combustão e velas. Geralmente, são fabricados com quatro ou seis cilindros, o mesmo deixa o motor compacto, leve e barato.

• Radial: os cilindros são dispostos radialmente em torno do eixo de manivelas. Apesar de ser a melhor maneira para organizar muitos cilindros em um mesmo motor, esse formato deixa o motor grande.

• Em linha: os cilindros são distribuídos em fila, reduzindo a área frontal, porém deixando-o mais cumprido. É um motor utilizado em aviões com fuselagem estreita. Vale ressaltar que o seu peso e a probabilidade de apresentar vibrações é maior comparado aos cilindros horizontais opostos.

PERFORMANCE DO MOTOR

O desempenho do motor é mensurado principalmente pela potência desenvolvida em diferentes fases do voo.

A potência é definida como sendo o trabalho que o motor executa por unidade de tempo, mensurada em horse power, onde 1 HP = 76kgf/m/s.

E os fatores que mais impactam na potência são a cilindrada, a eficiência ou rendimento e a velocidade de rotação.

• A cilindrada é o volume deslocado pelo pistão entre os pontos morto alto e baixo. Importante não confundir com volume do cilindro.

• A eficiência ou rendimento indica a parcela de energia calorífica convertida em energia mecânica, varia entre 25% a 30%. A eficiência também depende da taxa de compressão que é a relação entre o volume do cilindro e volume da câmara de combustão, quanto maior a taxa de compressão, melhor é a eficiência. Porém, a taxa máxima é de 8:1 devido a detonação.

• Limitações de rotação da hélice, os motores aeronáuticos são na maioria das vezes de baixa rotação e alto torque, isso é conseguido com altas cilindradas.

Seguindo a ordem de grandeza da potência desenvolvida pelo motor, elas são classificadas em:

• Potência Teórica: representa a totalidade da energia liberada pela queima do combustível.

• Potência Indicada: é medida na cabeça do pistão, representa a potência desenvolvida pelos gases queimados sobre o pistão.

• Potência Efetiva: é medida no eixo da hélice, representa a potência que o motor entrega para o eixo da hélice. Ela se subdivide em potência máxima, aquela que o motor é capaz de fornecer por um
  curto período de tempo e, pela nominal, aquela pela qual o motor foi construído.

• Potência Útil: é produzida pelo grupo moto-propulsor sobre a aeronave. Potência de Atrito: representa a perda de potência para as partes internas do motor.

• Potência de Atrito: representa a perda de potência para as partes internas do motor.

Se você ainda não sabia de tudo isso, ou se de alguma forma esse conteúdo foi útil para você, continue atento ao nosso blog para estar sempre atualizado sobre a aviação. E aproveita para nos seguir nas nossas redes sociais também, no instagram e no youtube.