COMPONENTES DO MOTOR JANEIRO/ 2009 2009 GMP-102 GENERALIDADES
COMBUSTÍVEL
ENERGIA QUÍMICA
CÂMARA DE COMBUSTÃO
ENERGIA QUÍMICA EM ENERGIA TÉRMICA
TURBINA
ENERGIA TÉRMICA EM ENERGIA MECÂNICA
COMPRESSOR
ENERGIA TÉRMICA EM ENERGIA DE PRESSÃO
DESCARGA (TJ)
EMPUXO
Orientação dos gases: Carcaça externa. Variação de diâmetro; Acomoda a variação de pressão do ar.
Unidade que eleva a pressão e reduz o volume de ar. Bomba/ compressor. Tipos de compressores: compressores: axial e centrífugo. Fluxo axial = direção paralela ao eixo.
Compressor axial Inúmeras fileiras de palhetas e alhetas; Aletas presas a um disco estacionário; Palhetas rotativas; Rotativas aceleram o ar; Estacionárias desaceleram o ar; Energia de velocidade em energia de pressão. Conjunto Par de palheta palheta + aleta = 1 estágio. Cada estágio = 1 parcela de compressão; Cada par seguinte recebe o ar mais comprimido que o anterior; A velocidade do ar é mantida. A pressão e o volume são alterados. Estágios = multiplicar a pressão sucessivamente.
Introduz ar na câmara de combustão. Taxa de compressão: Quantas vezes a pressão de admissão foi aumentada. Exemplo: 10:1 ↑ Taxa de compressão = ↓ Consumo.
Fixa
CDP = Compressor Discharge Pressure CIP = Compressor Inlet Pressure
Compressor ideal: ↓ Área frontal ↑ Taxa de c. Dois tipos básicos: Axial e centrífugo. Existem motores com combinação entre eles. Rotativa VANTAGENS E DESVANTAGENS AXIAL
CENTRÍFUGO
↑
Eficiência
↑
Robustez
↓
Área frontal
↑
Facilidade de fabricação
↓
Resistência ao avanço
↓
Custo de fabricação
↑
Taxa de compressão
↑
Vida útil
Comprime 2 x mais
-------------
COMPRESSOR CENTRÍFUGO Fluxo centrífugo; Fácil fabricação; Menor custo; Robusto e durável; Baixa taxa de compressão (4:1 a 5:1) Motores de pequeno porte. Componentes fundamentais: Ventoinha Difusor Coletor
VENTOINHA (IMPELLER) Capta o ar exterior; Adiciona energia cinética; Acelera por força centrífuga; DIFUSOR Desacelera o ar; Energia cinética em energia de pressão; Orienta o ar para o coletor; COLETOR Conduz o ar para as câmaras de combustão;
COMPRESSOR AXIAL Mais eficiente; Admite um volume maior de ar; Maior taxa de compressão; Pode chegar a 21:1; Direção paralela ao eixo do motor; Compressão horizontal; Evita perdas de energia; (curvas) Unidades básicas: Rotor e estator.
ROTOR Palhetas montadas radialmente; Impulsionam o ar para trás; Tambores acionados por um eixo comum; Peça inteiriça (spool) Palhetas rotoras (Blades) Discos separados por anéis espaçadores. Material: Ligas de alumínio, aço ou titânio. ESTATOR Palhetas montadas radialmente na carcaça; Recebem o ar do duto de entrada/ estágio; Direcionam para a câmara ou próx. estágio; Controlam a direção do ar para cada disco rotor; O rotor gira dentro do estator; GUIAS (IGV/OGV) IGV (Inlet Guide Vane) Controlam a área da entrada de ar; Dirige o ar para o 1° estágio; Podem ter ângulo variável (motores c/ ↑ TC) Evitam o estol do compressor. Baixas velocidade do motor. OGV (Outlet Guide Vane) Carcaça traseira do compressor. GUIAS (IGV/OGV) Fornece ar à câmara de combustão com mínimo turbilhonamento. Estágios traseiros sem eficiência – Estágios dianteiros com sobrecarga = Estol. Compressor axial duplo (alta/baixa pressão) Motores que requerem alta taxa de comp. Operação com razões de pressão ↑. ↓ Consumo de combustível; Compressor dianteiro = Baixa pressão Regulam a qte. Fluxo de ar para o comp. Alta. Evita que o comp. Alta fique exposto a fluxo de ar elevado; Compressor traseiro = Alta pressão Velocidade regulada pelo sistema de combustível;
Compressor traseiro = Alta pressão Eixos concêntricos = Coaxiais Cada conjunto (baixa/alta) – Rolamento próprio; Cada conjunto acionado independente; Rotores devem trabalhar em harmonia; Rotor de alta – Gira com ar aquecido; Rotor de alta – RPM ↑. A taxa de compressão de cada estágio é em média 1,14. Compressão eficiente = 8 a 14 estágios; Temp. em um compressor simples: ↑ 10x Temp. compressor duplo: ↑ 28 x.
COMPRESSOR AXIAL
FLUXO DE AR (COMP. AXIAL)
Conceito de aerofólio; Sustentação e arrasto – Velocidade e ângulo de ataque. Aerofólio: L e D são em função da velocidade Compressor: P e T são em função da vel. Compressor: Vel. Afetada pela RPM e Fluxo de ar. Compressor = Estudo complexo Diversos aerofólios Ângulos de ataque variados e VR diferentes em tempo determinado;
AERODINÂMICA Revisão AEROFÓLIO / COMPRESSOR
Aerofólio: Força de reação do ar
No compressor o AA é relativo a rotação do compressor. Velocidade da palheta em torno do eixo = Vetor RPM. Um aerofólio estola quando o AA é excedido; Compressor de Fluxo axial: Quando ocorre estol em uma ou mais palhetas existe a possibilidade de estol total do compressor (SURGE). Ocasiona perdas, apagamento do motor e danos mecânicos.
REDUÇÃO DA VELOCIDADE DO AR DE ENTRADA, SEM MUDANÇA DE RPM, RESULTA EM AUMENTO DE AA. PODE CAUSAR ESTOL DA PALHETA. AUMENTO DA RPM, SEM O AUMENTO DA VELOCIDADE DO AR DE ENTRADA RESULTA EM AUMENTO DE AA. PODE CAUSAR ESTOL DA PALHETA. VETORES A E B IGUAIS. AS IGV’S SOMENTE DESVIAM O AR PARA O ÂNGULO ADEQUADO VETOR B
ESTOL DO COMPRESSOR Existência de grande diferença de pressão em qualquer série de estágio. Condição instável de funcionamento; Ocorre no axial (+) e no centrífugo. Turbilhonamento da massa de ar; Pressão de saída elevadíssima além do nível que a energia cinética do ar possa vencer; Surge ação oposta ao movimento do ar; Turbulência no fluxo; Descontinuidade do fluxo; Situação de estol; Efeitos: Ruídos (anormais) Zumbidos suaves e freqüentes detonações; Estouros Correções: Sangria de ar IGV de ângulo variável Redução de RPM do eixo (rel. ao fluxo) Instrumentos: Variação na EGT Flutuação de RPM s/ alterar a manete; Resposta pobres à solicitação de aceleração; AR DE SANGRIA
Usado para outros fins;
Próprio motor e para os sistemas do avião; O ar pode ser sangrado de diversos estágios do compressor; Sangrias internas e externas; Internas: Refrigeração de partes críticas (camisas de combustão, palhetas, guias, pressurização do sistema de óleo lubrificante, naceles etc) Externas: Operação dos sistemas do avião (pneumático, ar condicionado, pressurização da cabine, anti-gelo etc) A quantidade de ar sangrado varia com a demanda; Evita o estol do compressor.
VÁLVULAS DE SANGRIA
Compressor duplo: Ar sangrado entre o de baixa e o de alta. Operação automática em função de N2 e da CIT. Baixa TC mantém-se abertas; TC de projeto ou próximo, se abrem. VBV – VARIABLE BY-PASS VALVE (Válvula de by-pass variável)
VBV
CÂMARA DE COMBUSTÃO
Finalidade: Processar e queimar a mistura ar/ combustível. Fornece à turbina os gases resultantes da combustão. (* temperatura)
Exigências Queima integral da mistura; Conter ao máximo a perda de pressão através da câmara; Manter a eficiência da combustão a um nível elevado (não tender a extingui-la); Proporcionar a combustão unicamente na câmara; Proporcionar facilidade de queima do combustível para evitar incrustações.
As câmaras devem: Adicionar energia térmica aos gases; Acelerar a massa; Fornecer empuxo necessário à turbina; Garantir grande presença de ar, além das necessidades de combustão; Temperatura: +/- 2000ºC; Evitar danos aos materiais das palhetas. 25% do ar participa da queima; (Ar prim.) 75% do ar é para o resfriamento; (Ar sec.) Este excesso é usado para resfriamento da própria câmara e da turbina; Razão de fluxo de ar pode variar. Geralmente entre 40:1 e 80:1 Mistura ideal: 15:1. O ar em excesso é desviado dos injetores. ZONAS DA CÂMARA
Zona de mistura 5 a 20 ft/s
Zona de combusta 100 a 200 ft/s Camisa da câmara
Zona de diluição
Câmara de Combustão
400 a 500 ft/s
CÂMARA DE COMBUSTÃO Zona de diluição: O Ar dilui o calor concentrado, e distribui a energia térmica uniformemente por todo o fluxo de ar, antes de chegar à turbina e ao motor. Combustão deve ser completa antes que o ar secundário entre na camisa; Para evitar deficiência no aproveitamento da energia cinética pela turbina; Velocidade do ar admitido na câmara: Não deve ser elevada para não prejudicar a chama (Tendência de apagar); Parâmetros de velocidade. TIPOS DE CÂMARAS CANECA, ANULAR E CANULAR; CANECA: + usada com compressor centrífugo; ANULAR: + usada com compressor axial;
MRE – QUIZ 2
1. Para que serve o starter em um motor a reação? Serve para quebrar a inércia do eixo do motor. Permite a partida do motor.
2. Escreva a equação que define Tração de um motor durante o vôo. W a
) d − P a ) ⋅ A ⋅ (V j − V + ( P g 3. Como é o fluxo de funcionamento de um motor à reação? T r =
Fluxo contínuo.
4. Qual componente é responsável pela renovação de ar no MRE? Compressor.
5. Quando devemos desligar o starter ? Quando o conjunto compressor-turbina atingir entre 55 e 60% da sua RPM máx de operação.
6. Cite três seções de um MRE? Seção do compressor/ Seção da turbina/ Seção do combustor.
7. Como se fixam os motores às asas? Através do pylon
MRE – QUIZ 3 1. Como é obtido o empuxo em motores turbo-jato? Gases de escapamento.
2. Qual motor pode funcionar fora da atmosfera? Baixa pressão.
3. Nos motores a jato de compressor duplo, o ar passa primeiro em qual compressor, de alta ou de baixa pressão? Dois eixos concêntricos.
4. Em um motor turbo-jato de compressor duplo, o acionamento dos compressores é feito através de quantos eixos? Combustor.
5. Após o compressor o ar segue para qual seção? Compressor-turbina.
6. A partida de um MRE é dada por meio de arranque que move qual componente? Turbina.
7. Os gases queimados quando saem da câmara de combustão vão para _____________? MRE – QUIZ 4 1. De quantas formas podemos classificar os MRE? Quais? Duas. Aerotérmicos e não-aerotérmicos.
2. Cite três tipos de motores aspirantes de ar. Turbo-jato, turbo-fan, turbo-hélice.
3. Nos dias de hoje, na aviação comercial, qual o tipo de MRE mais utilizado? Turbo-fan.
4. Qual a relação entre um motor turbo-hélice e um motor turbo-eixo? O turbo-eixo é um turbo hélice com turbina livre.
5. Como é obtida a tração em motores conhecido como jato puro? Gases de escapamento.
6. Que tipo de reação ocorre em um motor turbo-hélice? Mista.
7. Qual a percentagem de ar admitido utilizado para queima em um MRE turbo-fan? 20%.
8. Que componente produz de 30 a 75% da tração em um MRE turbo-fan? Ventoinha (fan).
9. Dentre os MRE aspirantes de ar qual é o mais silencioso? Turbo-fan.
10. Qual é o papel da hélice em um MRE Turbo-héice? Agitar a massa de ar e produzir a tração.
11. Que MRE é usado como meio de acréscimo de empuxo em aviões? Estato-jato.
12. Que tipo de MRE é usado para impulsionar as bombas V.1? Pulso-jato.
13. É o MRE que caracteriza-se por não possuir peças móveis. Estato-jato.
QUESTIONÁRIO – MRE 4
Em um motor a reação, após a partida, o acionamento do compressor é feito através de um(a): a. Turbina
b. Motor elétrico c. Motor pneumático d. Manivela hidráulica
Os MRE geralmente succionam objetos estranhos, na prática este ato é denominado: a. Ingestão b. Aspiração c. Espiração d. Respiração Em um motor pulso-jato, geralmente a queima da mistura é: a. Contínua b. Vibratória c. Progressiva d. Intermitente Uma das funções exigidas da câmara de combustão é a: a. Diminuição da potência b. Perda da pressão parcial c. Acionamento do compressor d. Queima fácil do combustível Os componentes básicos de um motor a reação são: a. Compressor/turbina/ caixa de acessórios b. Compressor/turbina/câmara de combustão c. Compressor/bocal de descarga/bocal de entrada d. Compressor/caixa de acessórios/câmara de combustão Os helicópteros, geralmente, são usados motores a reação do tipo: a. Turbo fan b. Turbo eixo c. Turbo jato d. Turbo ventoinha Em um motor turbo jato, tipo compressor duplo, o acionamento dos compressores é feito através de: a. Um eixo b. Três eixos c. Eixos retos d. Eixos concêntricos Se houver aumento da temperatura atmosférica, a tração do motor: a. Diminuirá b. Aumentará c. Será nula d. Será a mesma Em uma aeronave equipada MRE, quanto maior for a altitude, a tração será: a. Maior b. Menor c. Duplicada d. Inalterada No motor turbo jato, o aumento da pressão atmosférica produz maior tração devido o (a): a. Aumento da densidade do ar b. Aumento da viscosidade do ar c. Diminuição da densidade do ar d. Diminuição da viscosidade do ar Para cortar um motor, a maneira mais correta é através da manete de:
a. Freio b. Hélice c. Mistura d. Potência Em um MRE, a finalidade básica de um compressor é: a. Girar a turbina b. Refrigerar a câmara c. Aumentar a temperatura do ar d. Fornecer ar comprimido à câmara No motor turbo jato, a tração negativa aparece devido a: a. Pressão atmosférica b. Velocidade do ar de admissão c. Pressão dos gases de escapamento d. Velocidade dos gases de escapamento Nos motores equipados com compressores axiais, a temperatura do ar de saída é: a. Igual a de entrada b. Maior que a de entrada c. Menor que a de entrada d. Proporcional a de entrada Quando os gases queimados saem da câmara de combustão são encaminhados para o(a): a. Turbina b. Descarga c. Radiador d. Compressor A conexão mecânica entre a turbina e a ventoinha é feita por meio de: a. Engrenagem b. Eixo c. Correia d. Ar comprimido
A energia calorífica liberada pelo sistema de ignição é medida em: a. Psi b. Watt c. Joule d. HP As pás de um motor turbo fan são em relação a um turbo hélice: a. Maiores b. Menores c. Iguais d. Duplas A RPM do conjunto compressor-turbina é controlada pelo sistema de: a. Ignição b. Admissão c. Combustível d. Lubrificação Uma das vantagens das turbinas em relação a um MCV é ter: a. Muitas peças móveis b. Maior dimensão c. Poucas peças móveis d. Maior vibração O produto da força pela distância chamase: a. Rendimento b. Potência c. Trabalho d. Velocidade O motor que não tem partes móveis no interior e onde a compressão é obtida pela pressão de impacto do ar chama-se: a. Turbo jato b. Turbo hélice c. Foguete d. Estatojato
Quando o ar entra na difusor: a. A velocidade aumenta b. A velocidade diminui c. A pressão se mantém constante d. A pressão diminui Em relação aos demais, o MRE que possui o nível de ruído mais baixo é o: a. Turbo fan b. Turbo jato c. Turbo hélice d. Estatojato No motor turbo hélice em relação ao compressor, a hélice tem velocidade: a. Nula b. Maior c. Igual d. Menor A manutenção de um motor a reação é um conjunto de serviços, determinado, geralmente pelo: a. Mecânico b. Fabricante do motor c. Fabricante do avião d. Proprietário do avião A força que possui mesma direção e sentido do deslocamento do avião denomina-se: a. Peso b. Tração c. Torção d. Sustentação
QUESTIONÁRIO – MRE 5
1. Em relação à aeronave, qual a importância do bocal de admissão de ar: e. Deve prover potência f. Deve fornecer ar com pouco turbilhonamento g. Deve minimizar a resistência ao avanço h. Deve ser condutor 2. Qual tipo de entrada de ar é utilizado em motores nos bancos de prova? a. Pitot b. Simples c. Geometria variável d. Boca de sino 3. E em aviões que voam com velocidade MACH maior que 1? a. Pitot b. Simples c. Geometria variável d. Boca de sino 4. O separador inercial é um tipo de sistema usado para proteger da ingestão de objetos estranhos qual tipo de MRE? a. Turbo-Eixo b. Turbo-hélice c. Turbo jato d. Turbo Prop 5. Na câmara de combustão ocorre a transformação de: a. Energia química em calor b. Energia de calor em química c. Energia mecânica em elétrica d. Energia mecânica em de potência 6. A direção do fluxo de ar em um compressor axial é: a. 90° em relação ao eixo b. Normal ao eixo c. Paralelo ao eixo d. Perpendicular ao eixo
7. Um estágio de compressão é: a. Um conjunto rotor/turbina b. Um conjunto rotor/estator c. Um conjunto compressor/turbina d. Um conjunto compressor de alta/compressor de baixa 8. Quando o ar é 13. comprimido, o volume diminui e a pressão: a. Diminui b. Aumenta c. Mantém-se constante d. Diminui lentamente 9. Os estágios de compressão servem para: a. Aumentar a velocidade b. Multiplicar a velocidade c. Multiplicar a pressão d. Dividir a pressão 10.O que significa CDP? a. Pressão da turbina na entrada do motor b. Pressão da turbina na saída do compressor c. Pressão de ar na entrada do compressor 16. d. Pressão de ar na saída do compressor 11.Um compressor ideal deve possuir: a. Alta taxa de compressão e pequena área frontal b. Alta taxa de compressão e grande área frontal c. Alta taxa de compressão e grande resistência ao avanço d. Pequena taxa de compressão 12.São vantagens de um compressor centrífugo em relação a um axial:
a. Robustez/ Taxa de compressão/ Vida útil b. Robustez/ Vida útil/ Facilidade de fabricação c. Taxa de copmpressão/ Leveza d. Taxa de compressão/ Vida útil São componentes fundamentais do compressor centrífugo: a. Ventoinha/ Difusor/ Coletor b. Ventoinha/ Estator/ Coletor c. Rotor e estator d. Rotor e difusor 14.Qual a finalidade da ventoinha? a. Aumentar a velocidade do ar b. Direcionar a câmara c. Diminuir a velocidade d. Captar a temperatura 15.Impulsiona o ar para trás em um compressor axial: a. Rotor b. Estator c. Difusor d. Ventoinha As IGV’s: a. Aumentam a velocidade do ar b. Controlam a temperatura do ar c. Controlam a velocidade do ar d. Diminuem a velocidade do ar 17.Em motores que requerem alta taxa de compressão usa-se: a. Compressor centrífugo b. Compressor axial simples c. Compressor axial duplo d. Compressor misto