Como funcionam os motores Turbofan?

Uma análise mais detalhada de como funcionam os motores a jato modernos.

(Foto: frank_peters/Shutterstock)

Os motores a jato funcionam com base nos princípios de compressão, combustão e expansão. Grandes quantidades de ar entram na entrada do motor com a ajuda do ventilador e passam por vários estágios do compressor. A pressão e a temperatura do ar aumentam a cada estágio antes de estar pronto para combustão. O ar é misturado com combustível pressurizado no combustor antes da mistura ser inflamada.

Os gases quentes se expandem e transferem energia para as turbinas, que por sua vez giram o ventilador na frente. Os gases residuais passam pelo escapamento do motor, gerando empuxo e impulsionando a aeronave para frente.

O princípio básico

Antes de entrarmos na complexa engenharia de um motor turbofan moderno, vamos entender o básico de como os aviões voam. Falando de maneira muito ampla, as aeronaves precisam de duas coisas para subir aos céus: sustentação e empuxo. A sustentação é a força ascendente gerada pelas asas, enquanto o empuxo pode ser definido como o impulso para frente que vem dos motores de um avião.

Durante a viagem, os passageiros só podem ver um grande ventilador na frente e um tubo de escape relativamente pequeno na parte traseira de um motor a jato, mas há muito mais coisas acontecendo entre esses dois componentes. Os principais componentes de um motor turbofan incluem a pá do ventilador, uma seção do compressor, a câmara de combustão, as turbinas e o escapamento.

Motor GTF fabricado pela Pratt & Whitney instalado no Profit Hunter da Embraer (Foto: Pratt & Whitney)

Um motor turbofan funciona em quatro etapas simples: sugar, apertar, bater e soprar, assim como os motores de combustão interna em veículos rodoviários. Na frente, o ar é sugado para dentro do motor através do enorme ventilador. O ar de alta velocidade entra então no segundo estágio, onde é comprimido por meio de pás de compressor de baixa e alta pressão, nessa ordem.

A essa altura, o ar está até 40 vezes mais denso que o normal, com temperaturas chegando a algumas centenas de graus. O ar comprimido entrará então na câmara de combustão, onde o combustível será pulverizado na tentativa de misturar os dois. A mistura é então inflamada, o que resulta na rápida expansão dos gases, que são finalmente expelidos pelos bocais de exaustão.

A terceira lei do movimento de Newton afirma que toda ação tem uma reação igual e oposta. Neste caso, os gases de escape que saem do motor em alta velocidade impulsionarão a aeronave para frente com uma força igual e oposta, também conhecida como empuxo.

O motor General Electric GE90 em uma aeronave Boeing 777 (Foto: Alec Wilson/Flickr)

Taxa de desvio

Embora agora você conheça o funcionamento básico de um motor turbofan, ainda há um detalhe crucial que precisa ser entendido. Quando o ar entra no motor através do grande ventilador de entrada, nem tudo vai para o núcleo do motor. Uma grande parte do ar que entra viaja entre a capota do motor e a camada externa do núcleo. Este ar é conhecido como ar de desvio, pois sai pela parte traseira, mas não passa pelo núcleo do motor. No entanto, é importante notar que o ar de desvio também gera empuxo. Na verdade, produz mais da metade do empuxo total do motor.

Em termos simples, quanto maior a relação de bypass de um motor, mais eficiente ele será, pois o núcleo é responsável apenas por gerar uma pequena parte do empuxo total do motor. Pode-se até dizer que a principal função do núcleo é alimentar o ventilador de entrada para manter o fluxo de ar de desvio em sua capacidade. Isto é o que torna um motor turbofan moderno significativamente mais eficiente do que os motores turbojato mais antigos que agora são predominantemente usados ​​em aviões de combate.

Motor de avião comercial com capotas abertas (Foto: Thierry Weber)

A quantidade de ar distribuída entre a rota de desvio e o núcleo do motor é conhecida como ar de desvio e geralmente é identificada pela taxa de desvio. Uma relação de bypass de 12:1 significa que para cada 12 unidades de ar que passam pelo duto de bypass, uma unidade é fornecida ao núcleo do motor.

Como o ar de desvio ainda passa pelo ventilador de admissão do motor, ele terá uma velocidade ligeiramente maior em comparação com o exterior. Como resultado, algum empuxo também é gerado quando o ar de desvio sai do motor.

Como funcionam o ventilador de entrada e as turbinas do compressor?

O grande ventilador de entrada presente na frente do motor é acionado pelo próprio motor. Quando a mistura ar-combustível é queimada, os gases quentes resultantes passam por um conjunto de turbinas conectadas concentricamente ao ventilador de entrada. Dessa forma, uma pequena parte da potência gerada pelo motor é gasta para manter o ventilador funcionando.

Um motor Airbus A350-900 em manutenção (Foto: Airbus)

As turbinas do compressor no estágio de “compressão” também são alimentadas de forma semelhante. A maioria dos motores turbofan modernos tem dois eixos concêntricos passando pelo centro, um para o ventilador de entrada e outro para as turbinas do compressor.

Com informações de Simple Flying