O Sonho de voar acompanha a humanidade desde a lenda de Ícaro

Resumo. O sonho de voar acompanha a humanidade desde a lenda de Ícaro. Existem controvérsias a respeito do pioneirismo nesta área, porém foi no início do século XX que o homem conseguiu, efetivamente, sair do solo com um veículo mais pesado que o ar.

Muitos estudiosos trataram deste assunto, com maior ou menor profundidade, porém os conceitos físicos básicos que explicam esta capacidade permanecem constantes até hoje. Além das asas, componentes fundamentais para o sucesso do vôo de uma aeronave, existem diversos outros sistemas essenciais para que o mais pesado que o ar tenha condições de alçar vôo. Este trabalho aborda de uma maneira simplificada todo o ciclo que explica o porquê do vôo de uma aeronave.

Palavras-chave: Turbina, Meio Ambiente, Produção mais Limpa, Eficiência Turbojatos; Turbofans;

Introdução

O objetivo deste trabalho é apresentar a evolução dos motores a jato contribuindo para a melhoria do meio ambiente através de uma analise e conceitos básicos entre o Turbojato e o Turbofan. A abordagem será feita de uma maneira simples, de modo a permitir que os conceitos possam ser compreendidos de uma maneira genérica. Para um conhecimento mais aprofundado torna-se necessário um estudo mais detalhado da bibliografia existente sobre este assunto.

1.0 O que faz um avião voar

Sabemos que o principal obstáculo nas primeiras tentativas para colocar um avião no ar era o seu peso, uma força causada pela gravidade, mas com alguns diferentes formatos na aerodinâmica dos corpos, conseguiu-se controlar este problema, de forma artesanal no início. Nos estudos e pesquisas feitos pelos cientistas das várias épocas, verificou-se que o ar, fluído que será responsável para sustentar uma aeronave em vôo é composto de alguns elementos, entre eles, nitrogênio, oxigênio e água, com isto podendo sofrer alterações em grandezas como a densidade, temperatura e pressão. Estas mudanças na atmosfera estão relacionadas entre as diferenças de temperatura e pressão entre as várias massas de ar que circulam, originando deslocamentos das camadas, dando início aos ventos, que poderão ser úteis ou desfavoráveis ao vôo.

As grandezas vetoriais e escalares estão presentes neste assunto, sendo as forças, todas vetoriais, incluindo as velocidades, pressões e acelerações, já as escalares, compostas da massa, das temperaturas e densidades. Quando um avião tem o vento a seu favor, temos uma soma vetorial, ou vice-versa, com isto, os vetores são amplamente utilizados, originando todo tipo de resultantes, sejam elas verticais, como peso e sustentação, que será vista posteriormente no item das forças, ou horizontais, como a tração e a resistência do ar, quando o avião está em vôo com velocidade constante, a soma de todas as suas forças é nula. O empuxo visto em hidrostática, também é bem utilizado, porém tendo como fluído, o ar, pois o deslocamento de ar para trás irá causar uma força para frente, então o empuxo, já relacionando com a 3º lei de Newton, lei da ação e reação (para toda força existe uma outra de mesma direção, mesmo módulo e sentido contrário). A temperatura é uma grandeza escalar muito importante, sendo muito variável, sabemos que quanto mais alto estivermos em relação ao nível do mar, menor será seu valor, o mesmo acontece com a densidade do ar, pois quanto maior a altitude, alterando nas forças relacionadas no vôo, pois altera diretamente a resistência do ar, quanto ao avanço de um corpo.  

Quatro forças básicas atuam no vôo de um avião: a gravidade, a sustentação, a resistência do ar e a tração.

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A gravidade é a força natural que puxa o avião para a terra.

A sustentação é a força que empurra o avião para cima contra a gravidade. Ela é criada pelo movimento da asa do avião através do ar.

A resistência do ar é a força natural do ar opondo-se ao movimento do avião.

A tração é a força que se opõe à resistência ao avanço e impulsiona o avião para frente. É criada pelos motores da hélice ou pelas turbinas do avião.

Quando a sustentação de um avião iguala a força da gravidade e sua tração iguala a resistência ao avanço, o avião fica nivelado. Quando qualquer uma dessas forças muda, o avião começa a subir, a fazer uma curva ou a mudar sua direção ou posição de alguma forma.

1.  O que é uma turbina.

Turbina é uma máquina construída para captar e converter energia mecânica e térmica contida em um fluido, portanto é uma medida da energia transferida pela aplicação de uma força ao longo de um deslocamento de eixo.

A turbina aeronáutica ganha grande destaque por sua importância na história das grandes invenções sendo símbolo da vitória do homem sobre o sonho de voar e também na possibilidade de grandes viagens em curtos períodos de tempo. A Turbina aeronáutica têm o objetivo de gerar empuxo suficiente para acelerar um avião a uma velocidade suficiente que a força de levantamento sobre as asas, iguale ou supere o peso dele.

A tração tem a finalidade fundamental de vencer a resistência aerodinâmica que atua sobre o avião. Ela é obtida graças a terceira lei de Newton: para cada ação cabe uma reação igual e contrária.

O obejtivo central deste trabalho é apresentar o funcionamento de dois motores, são eles: motor Turbojato e o motor Turbofan e sua relações com o meio ambiente.

2.1 Motor Turbojato

O Turbojato ou Turboreator é o tipo mais simples e mais antigo de motor a jato para fins gerais. Dois engenheiros diferentes, Frank Whittle no Reino Unido e Hans von Ohain na Alemanha, desenvolveram independentemente o conceito durante o final da década de 1930.

Um turbojato é um motor a reação que utiliza calor para gerar energia mecânica. Diferente das turbinas pulsativas, no turbojato a energia é continuamente transformada em movimento por não haver necessidade de cessar o calor, pelo contrario, é necessário que seja continuo para funcionamento estável. O conceito de turbina a reação é basicamente o mesmo para todas as variantes, muda-se apenas a quantidade de partes moveis e nas aeronaves a forma de utilização do movimento para propulsão.

O turbojato trabalha jogando ar de um lado para o outro, criando uma força que estará presente em qualquer lugar que se tenha ar. Seus pontos fortes são a potencia, economia e versatilidade, enquanto seus pontos fracos são barulho, lentidão em mudança de rotação e fragilidade em relação a entrada de ar.
Como conceito funcional, considera-se que a entrada suga o ar na frente da turbina, comprime o ar, joga na câmara de combustão onde é aquecido pela chama, essa expansão pelo aquecimento busca ‘sair’ por algum lugar, como a entrada é menor que a saída da turbina, ele segue o fluxo e faz girar a fan de exaustão e sai ao ar com velocidade e por fim a fan de exaustão proporciona força ao compressor por estarem no mesmo eixo.