Cap. 02 - Motores

MOTORES

Motores, são máquinas que produzem energia mecânica a partir de outros tipos de energia..

MOTOR ELÉTRICO

O motor elétrico transforma energia elétrica em energia mecânica, como por exemplo, o motor de um ventilador.

AVIÃO A HÉLICE

Neste tipo de aeronave, o motor não produz diretamente a tração, o que ocorre através da hélice.

Nas aeronaves a hélice, o motor transforma a energia calorífica do combustível em energia mecânica para movimentar a hélice.

O motor usado para girar a hélice pode ser a pistão ou turbo-hélice, nada mais sendo que um motor turbojato modificado para este fim.

AVIÃO A REAÇÃO

Estas aeronaves usam motores a reação, que impulsionam o ar diretamente.

Os motores a reação ainda podem ser do tipo turbojato ou turbofan, nada mais sendo que um motor turbojato acrescido de um "fan", que em inglês significa ventilador.

Nas aeronaves a reação (jato), o motor transforma a energia calorífica do combustível em energia mecânica para movimentar a aeronave.

MOTORES TÉRMICOS

Todos os motores que transformam energia calorífica em energia mecânica são denominados motores térmicos. Assim sendo, os motores dos aviões a hélice e a jato são motores térmicos.

Os motores térmicos podem ser classificados em: motores de combustão externa e motores de combustão interna.

Nos motores a combustão externa, o combustível é queimado fora do motor. Ele tem como vantagem aceitar qualquer tipo de combustível, mas não pode ser usado em aviões, pois é excessivamente pesado. O motor a vapor é um exemplo que podemos citar.

No motor de combustão interna, o combustível é queimado no interior do motor. Esse motor pode desenvolver elevada potência e ser ao mesmo tempo leve, o que é vantajoso para uso aeronáutico.

Quanto ao sistema de propulsão, as aeronaves podem ser classificados em dois grupos principais: aviões a hélice e aviões a reação.

Nos aviões a hélice, o motor não produz diretamente a tração, mas sim através de uma hélice. Esta se baseia na Lei da Ação e Reação, impulsionando grandes massas de ar a velocidades relativamente pequenas. Os motores usados para girar a hélice podem ser de dois tipos: motor a pistão e motor turbo-hélice

Nos aviões a reação, o motor impulsiona o ar diretamente.

Contrariamente à hélice, o motor a reação impulsiona massas relativamente pequenas de ar a grandes velocidades. Os principais tipos são: motor turbojato e motor "turbofan".

O motor a pistão, assemelha-se aos dos automóveis, mas é construído dentro das exigências aeronáuticas de leveza, confiabilidade, eficiência elevada, etc. É econômico e eficiente em baixas velocidades e altitudes, mas sua maior vantagem é o baixo custo, sendo por isso muito utilizado em aviões de pequeno porte.

No motor turbojato, o ar admitido é impulsionado num fluxo de alta velocidade, utilizando a energia expansiva dos gases aquecidos pela combustão. Em baixas velocidades ou baixas altitudes, torna-se antieconômico e ineficiente, sendo por isso um motor mais apropriado para aviões supersônicos.

O motor turbofan é constituído por um turbojato acrescido de um "fan" (ventilador, em inglês). O "fan" funciona como uma hélice de características especiais, criando um fluxo de ar frio que mistura-se com os gases quentes do jato principal. As vantagens deste motor são a elevada tração, baixo ruído e grande economia de combustível. É por isso o tipo de motor mais amplamente utilizado nos aviões de alta performance atuais.

O motor turbo-hélice é um motor turbojato modificado, onde quase toda a energia do jato é aproveitada para girar uma turbina (cujo princípio de funcionamento é o mesmo do cata-vento), a qual aciona uma hélice através de uma caixa de engrenagens de redução. É um motor ideal para velocidades intermediárias entre as dos motores a pistão e os motores "turbofan".

Fica claro agora, que cada tipo de motor é mais indicado para uma determinada faixa de velocidades e altitudes. Na ordem crescente destas variáveis, são indicados o motor a pistão, turbo-hélice, "turbofan" e turbojato.

Dentre as qualidades exigidas do motor aeronáutico, as mais importantes são: segurança de funcionamento, durabilidade, ausência de vibrações, economia, facilidade de manutenção, compacidade, eficiência térmica e leveza.

Entende-se por eficiência térmica, a relação entre a potência mecânica produzida e a potência térmica liberada pelo combustível. Na prática, a eficiência dos motores aeronáuticos é da ordem de 25% a 30%, o que é muito pouco, considerando-se que os motores elétricos de alta potência têm eficiências que superam facilmente os 90%.

Leveza, em termos técnicos, é indicada pela relação massa-potência, que é igual à razão entre a massa do motor e a sua potência. O ideal, é que essa relação seja a menor possível. Motor aeronáutico: massa de 160 kg, potência de 200 hp; relação massa-potência de 0,8 kg/hp. Motor elétrico: massa de 750 kg, potência de 150 hp; relação massa-potência de 5,0 kg/HP.

A segurança de funcionamento dos motores depende da sua durabilidade e de uma cuidadosa manutenção, que geralmente compreende duas partes:

a) Inspeções periódicas - Os motores devem ser inspecionados em determinados intervalos (25 horas de vôo, 50 horas de vôo, etc.), onde são também feitos serviços como troca de óleo, limpeza ou substituição de filtros, regulagens, etc. Para a realização desse trabalho, a facilidade de manutenção é importante.

b) Revisão geral - Após determinado número de horas de vôo (esse tempo é conhecido como durabilidade), o motor sofre revisão geral, onde é totalmente desmontado para verificação e substituição de peças desgastadas ou danificadas.

A durabilidade é referida através das iniciais "TBO" (Time Between Overhauls - tempo entre revisões gerais). O período entre as inspeções e o número de horas para revisão é estabelecido pelo fabricante do motor e não o do avião.

Os motores aeronáuticos devem ser econômicos, ou seja, ter baixo consumo de combustível.

Há dois conceitos de consumo: consumo horário - é a quantidade de combustível consumido por hora de funcionamento. Exemplos: 30 litros/hora, 7 galões/hora, etc. e consumo específico - este consumo leva em consideração a potência do motor. Assim, um consumo específico de 0,2 litro/HP/hora indica que o motor consome 0,2 litro de combustível por HP produzido, em cada hora de funcionamento do motor.

O consumo horário é utilizado nos cálculos de navegação aérea e o consumo específico para comparar a eficiência entre motores.

Equilíbrio e Regularidade do Conjugado Motor - Indica a suavidade do funcionamento. O termo "equilíbrio" indica que as forças internas do motor devem se equilibrar, evitando o aparecimento de vibrações no sentido transversal (para cima e para baixo, ou para os lados). O termo "regularidade do conjugado motor" indica a ausência de vibrações no sentido da rotação, isto é, que o motor deve girar da forma mais regular e contínua possível. Nesse sentido, os motores a reação superam os motores a pistão.

Conjugado é o mesmo que momento ou torque. Conjugado motor é o esforço que faz girar o eixo do motor, o qual provém da energia da queima do combustível. Os motores de aviação devem ser capazes de manter por algum tempo (cerca de 1 minuto), uma potência superior a de projeto, para ser usada durante a decolagem. Preferencialmente, os motores aeronáuticos devem apresentar pequena área frontal, por apresentarem menor arrasto e para que possam ser instalados em aviões de fuselagem estreita e aerodinâmica. Existem motores aeronáuticos com enorme área frontal, como os motores radiais, que são tolerados, por serem leves e compactos.

MOTOR A PISTÃO

O motor a pistão é empregado na maioria das aeronaves de pequeno porte. Eles são semelhante ao dos automóveis, com os refinamentos necessários às finalidades aeronáuticas.

Ocorrendo a queima da mistura gasosa de combustível no interior do cilindro, ocorre a expansão desses gases, impulsionando o pistão, cujo deslocamento é transformado em movimento de rotação através de uma biela acoplada a um eixo de manivelas.

O motor funciona através de sucessivos impulsos sobre os pistões, sincronizados adequadamente, conforme o número de cilindros que possua. Os motores a pistão podem ser de quatro e dois tempos.

MOTORES A QUATRO TEMPOS

Esta ilustração mostra as principais partes que compõem o motor a quatro tempos.

PONTOS MORTOS & CURSOS

Durante o seu movimento no interior do cilindro, o pistão atinge dois pontos extremos que são o Ponto Morto Alto e o Ponto Morto Baixo. A distância entre esses dois pontos chama-se Curso.

Ponto Morto Alto, é o ponto em que o pistão fica mais próximo da cabeça do cilindro. Ponto Morto Baixo, é o ponto em que o pistão fica mais distante da cabeça do cilindro. Curso, é o espaço percorrido pelo pistão no interior do cilindro, compreendido entre o Ponto Morto Alto e o Baixo.

MOTORES A QUATRO TEMPOS

O motor a pistão não parte por si só. Ele deve ser posto a girar, por meio de um motor de arranque, para que haja inércia e possa ocorrer a primeira combustão em um dos cilindros.

O funcionamento do motor se dá através da repetição de ciclos, que ocorrem ao giro de 720 graus, ou duas voltas do eixo de manivela.

Cada ciclo é formado pela seqüência de quatro etapas, denominadas tempos, durante os quais ocorrem as chamadas seis fases.

Podemos dizer que tempo é o conjunto das fases que ocorrem quando o pistão percorre um curso.

Em homenagem ao seu idealizador, este ciclo de quatro tempos é denominado ciclo Otto.

MOTORES A QUATRO TEMPOS – PRIMEIRO TEMPO

No primeiro tempo chamado de admissão, ocorre a primeira fase, chamada também de admissão, ou seja, o pistão aspira a mistura de ar e gasolina para dentro do cilindro até atingir o Ponto Morto Baixo, quando a válvula de admissão se fecha, mantendo a mistura presa em seu interior.

MOTORES A QUATRO TEMPOS – SEGUNDO TEMPO

Com as duas válvulas do cilindro fechadas, tem início o segundo tempo que se chama compressão, ocorrendo a segunda fase, chamada também de compressão.

Nele o pistão comprime a mistura de ar e gasolina que ficou presa dentro do cilindro.

MOTORES A QUATRO TEMPOS – TERCEIRO TEMPO

O terceiro tempo chama-se tempo motor.

O que determina o seu início é a ocorrência da terceira fase, denominada ignição, quando a vela produz uma faísca, dando origem a quarta fase, que é a combustão e corresponde à descida do pistão, sob pressão, provocada pela forte expansão dos gases queimados, uma verdadeira explosão, que caracteriza a quinta fase, chamada de expansão.

O motor agora funciona sozinho, pois o impulso dado ao pistão é transmitido ao eixo de manivela, que se mantém girando até a próxima combustão.

MOTORES A QUATRO TEMPOS – QUARTO TEMPO

O quarto tempo é chamado de escapamento, escape ou exaustão. Agora acontece a sexta fase, chamada de escapamento.

Onde os gases queimados são expulsos do cilindro, pelo deslocamento do pistão até o Ponto Morto Alto, ocasião que a válvula de escapamento se fecha. Daí em diante, tudo se repete, na mesma seqüência, iniciando um novo ciclo.

MOTOR A QUATRO TEMPOS - IMPORTANTE

O motor a pistão não parte por si só. Ele deve ser posto a girar, por meio de um motor de arranque, para que haja inércia e possa ocorrer a primeira combustão em um dos cilindros. O funcionamento do motor ocorre através da repetição de ciclos. Um ciclo é formado pela seqüência de quatro etapas denominadas

tempos, durante os quais ocorrem as chamadas seis fases. Em homenagem ao seu idealizador, este ciclo de quatro tempos é denominado ciclo Otto. Este ciclo Otto é completado em quatro tempos, ou duas voltas do eixo de manivela (num giro de 720 graus), durante os quais o pistão recebe apenas um impulso-motor. O motor permanece girando durante os demais tempos devido à inércia das peças em movimento. Na prática, os motores possuem quatro ou mais cilindros e as combustões ocorrem em instantes diferentes, de modo a se auxiliarem mutuamente. Podemos dizer que tempo é o conjunto das fases que ocorrem quando o pistão percorre um curso.

O primeiro tempo chama-se admissão e corresponde ao movimento do pistão do PMA (ou ponto morto alto) para o PMB (ponto morto baixo), com a válvula de admissão aberta. Nesse tempo, ocorre a primeira fase, chamada também de admissão, O pistão aspira a mistura de ar e gasolina para dentro do cilindro. Quando o pistão chega ao PMB, a válvula de admissão se fecha e a mistura fica presa dentro do cilindro. O mecanismo que abre e fecha as válvulas é chamado de sistema de comando de válvulas.

O segundo tempo se chama compressão e corresponde ao movimento do pistão do PMB para o PMA, com as duas válvulas fechadas. Nesse tempo, ocorre a segunda fase, chamada também de compressão. O pistão comprime a mistura de ar e gasolina que ficou presa dentro do cilindro. À primeira vista, a compressão parece ser um desperdício de trabalho, mas sem ela a combustão produziria pouca potência mecânica e a energia do combustível seria perdida sob forma de calor.

O terceiro tempo chama-se tempo motor e é nele que acontecem as três fases que de fato realizam a transformação da energia calorífica do combustível em energia mecânica disponível no motor.

O que determina o seu início é a ocorrência da terceira fase, denominada ignição, quando a vela produz uma centelha (faísca), dando origem a quarta fase, que é a combustão e corresponde à descida do pistão, sob pressão, do PMA para o PMB, provocada pela forte expansão dos gases queimados, uma verdadeira explosão, que caracteriza a quinta fase de funcionamento do motor, chamada de expansão. O motor pode agora funcionar sozinho, pois o impulso dado ao pistão e transmitido ao eixo de manivela é suficiente para mantê-lo girando até a próxima combustão.

O quarto tempo é chamado de escapamento, escape ou exaustão e corresponde a subida do pistão do PMB para o PMA, com a válvula de escapamento aberta. Nesse tempo ocorre a sexta fase, chamada também de escapamento. Os gases queimados são expulsos do cilindro pelo pistão. Quando o pistão chega ao PMA, a válvula de escapamento se fecha, encerrando o ciclo. Daí em diante, tudo se repete, na mesma seqüência. Agora sabemos com mais clareza, porque o motor a quatro tempos é assim chamado.

CICLO TEÓRICO A QUATRO TEMPOS

O Ciclo Otto é completado em quatro tempos, compreendendo duas voltas do eixo de manivela, durante as quais o pistão recebe apenas um impulso motor, cujo funcionamento básico está resumido:

Na prática, o ciclo teórico sofre alterações, visto que:

A combustão da mistura, bem como a abertura e o fechamento das válvulas não é instantâneo;

As válvulas e as tubulações oferecem resistência à passagem da mistura ar-combustível e dos gases queimados; e

Além de haver um retardo no início e término do fluxo desses gases, devido a inércia.

MODIFICAÇÕES NO CICLO A QUATRO TEMPOS

As modificações no ciclo a quatro tempos são ajustes feitos pelo fabricante do motor para obter a máxima eficiência durante o seu funcionamento.

As modificações aqui apresentadas são feitas para as condições de vôo de cruzeiro, cujo regime de funcionamento é o de maior utilização.

AVANÇO NA ABERTURA DA VÁLVULA DE ADMISSÃO

Avanço na Abertura da Válvula de Admissão - é a antecipação do início da abertura da válvula de admissão para que esteja totalmente aberta quando o pistão atingir o PMA, ou seja, o Ponto Morto Alto. Esse avanço é medido em graus em relação ao moente do eixo de manivelas e situa-se em torno de 15 graus, variando discretamente para cada tipo de motor.

ATRASO NO FECHAMENTO DA VÁLVULA DE ADMISSÃO

Atraso no Fechamento da Válvula de Admissão – é o fechamento um pouco depois de o pistão ter atingido o Ponto Morto Baixo. Isso é vantajosos porque permite à mistura continuar entrando no cilindro devido a inércia daquela que se encontra ainda no tubo de admissão. Esse atraso varia conforme o tipo de motor, mas situa-se de um modo geral em torno de 50 graus.

AVANÇO DA IGNIÇÃO

A modificação no Ponto de Ignição objetiva que ele ocorra antes do Ponto Morto Alto, tendo em vista que a queima completa da mistura ar-combustível leva um certo tempo. Como a velocidade de combustão é constante, o avanço de ignição deve ser tanto maior quanto maior for a velocidade de rotação do motor. Normalmente essa variação, chega a atingir valores próximos de 25 graus, conforme o tipo de motor.

AVANÇO NA ABERTURA DA VÁLVULA DE ESCAPAMENTO

Avanço na Abertura da Válvula de Escapamento - é a antecipação do início da abertura da válvula de escapamento antes que o pistão alcance o Ponto Morto Baixo. Isso visa permitir que os gases comecem a sair antecipadamente, a fim de não exercer muita oposição, quando o pistão iniciar o seu curso de retorno. Esse avanço situa-se em torno de 50 graus, variando para cada tipo de motor.

ATRASO NO FECHAMENTO DA VÁLVULA DE ESCAPAMENTO

Atraso no Fechamento da Válvula de Escapamento – nesse caso, a válvula de escapamento é fechada um pouco depois do pistão ter atingido o Ponto Morto Alto. Isso é vantajoso porque permite que os gases queimados sejam expulsos ao máximo. Esse atraso varia conforme o tipo de motor, mas situa-se de um modo geral, em torno de 20 graus.

CRUZAMENTO DE VÁLVULAS

Cruzamento de Válvulas - é o nome dado à situação que ocorre no início da admissão, quando as válvulas de admissão e escapamento ficam abertas simultaneamente devido ao avanço na abertura da válvula de admissão e o atraso no fechamento na válvula de escapamento. Esse cruzamento é benéfico para o funcionamento do motor em vôo de cruzeiro, embora não o seja, em outras condições.

MODIFICAÇÕES NO CICLO A QUATRO TEMPOS - IMPORTANTE

As modificações no ciclo a quatro tempos são ajustes determinados experimentalmente pelo fabricante do motor para se obter a máxima eficiência durante o seu funcionamento.

Elas são projetadas para as condições de vôo de cruzeiro, regime sob o qual o motor trabalha por mais tempo. Nas demais condições (como marcha lenta, decolagem, etc), que são transitórias, admite-se uma eficiência aquém da ideal.

As modificações nos tempos de admissão têm a finalidade de aumentar a carga da mistura ar-combustível admitida no cilindro e para isso são procedidas as seguintes alterações:

Avanço na Abertura da Válvula de Admissão - é a antecipação do início da abertura da válvula de admissão para que esteja totalmente aberta quando o pistão atingir a PMA. Esse avanço é medido em graus em relação ao moente do eixo de manivelas. Esse avanço situa-se em torno de 15 graus, variando discretamente para cada tipo de motor.

Atraso no Fechamento da Válvula de Admissão - a válvula de admissão é fechada um pouco depois do pistão ter atingido o PMB. Isso é vantajoso porque permite à mistura continuar entrando no cilindro devido a inércia da mistura que se encontra ainda no tubo de admissão. Esse atraso varia conforme o tipo de motor, mas situa-se de um modo geral em torno de 50 graus.

A modificação no Ponto de Ignição objetiva que ele ocorra antes do PMA, tendo em vista que a queima completa da mistura ar-combustível leva um certo tempo. A conseqüência disso é que a fase de combustão no motor real começa no segundo tempo (compressão), ao final da fase de compressão e termina no terceiro tempo (motor), ao longo da fase de combustão. Como a velocidade de combustão é constante, o avanço de ignição deve ser tanto maior quanto maior for a velocidade de rotação do motor. Normalmente essa variação, uma vez regulada, é feita de forma automática e chega a atingir valores próximos de 25 graus, conforme o tipo de motor.

As modificações nos tempos de escapamento têm a finalidade de eliminar, o máximo possível, os gases queimados no interior do cilindro e para isso são procedidas as seguintes alterações:

1. Avanço na Abertura da Válvula de Escapamento - é a antecipação do início da abertura da válvula de escapamento antes que o pistão alcance o PMB, para que os gases comecem logo a sair e não exerçam muita oposição quando o pistão iniciar o seu curso de retorno. Esse avanço situa-se em torno de 50 graus, variando para cada tipo de motor.

2. Atraso no Fechamento da Válvula de Escapamento - a válvula de escapamento é fechada um pouco depois do pistão ter atingido o PMA. Isso é vantajoso porque permite que os gases queimados continuem a sair. Esse atraso varia conforme o tipo de motor, mas situa-se de um modo geral em torno de 20 graus.

Cruzamento de Válvulas - é o nome dado à situação que ocorre no início da admissão, quando as válvulas de admissão e escapamento ficam abertas simultaneamente devido ao avanço na abertura da válvula de admissão e o atraso no fechamento na válvula de escapamento. O cruzamento das válvulas é benéfico para o funcionamento do motor em vôo de cruzeiro, embora não o seja, em outras condições.

O ângulo de cruzamento é igual a soma dos ângulos de avanço na abertura da válvula de admissão e atraso no fechamento da válvula de escapamento.

COMPONENTES DO MOTOR

Agora vamos estudar mais detalhadamente os componentes do motor.

CILINDRO

O cilindro é a parte do motor onde a mistura ar-combustível é admitida, comprimida e queimada.

Feito de material leve, resistente, e bom condutor de calor, o cilindro é constituído de três partes: a cabeça, o corpo e a câmara de combustão.

CABEÇA DO CILINDRO

A cabeça do cilindro geralmente é feita de liga de alumínio e nela são instaladas as válvulas e as velas de ignição.

As válvulas são instaladas dentro de guias de válvulas e suas cabeças se assentam sobre anéis de metal resistente, conhecidos como sede de válvulas. Externamente, a cabeça do cilindro possui alhetas de resfriamento ou refrigeração.

CORPO DO CILINDRO

O corpo do cilindro é feito geralmente de aço e possui externamente alhetas de resfriamento que aumentam a área de contato com o ar a fim de eliminar o calor.

A parte interna é endurecida para reduzir o desgaste provocado pelo movimento do pistão.

Nos cilindros de liga de metal leve, o lado interno é formado por uma camisa resistente ao desgaste.

CÂMARA DE COMBUSTÃO

A câmara de combustão é o espaço no interior do cilindro onde a mistura ar-combustível é queimada. Nos motores aeronáuticos, a câmara de combustão cônica ou semi-esférica são as mais utilizadas.

PISTÃO

Pistão (ou êmbolo) é uma peça de forma cilíndrica que desliza no interior do cilindro, servindo para aspirar a mistura ar-combustível, comprimi-la, expulsar os gases queimados e transmitir a força expansiva da combustão à biela.

PISTÃO – ANÉIS

Os anéis de compressão, são instalados nas canaletas superiores do pistão e vedam a folga entre o pistão e o cilindro.

Os anéis de lubrificação, ou anéis raspadores de óleo, que eliminam o excesso de óleo das paredes do cilindro, deixando apenas uma película suficiente para a lubrificação. Esses anéis são instalados nas canaletas inferiores do pistão. Eles e a canaleta em que estão alojados possuem pequenos furos para passagem do óleo raspado.

BIELA

A biela é uma peça de aço resistente que conecta o pistão ao eixo de manivelas, transmitindo a força expansiva dos gases.

Esta é uma biela com seus principais componentes. Note a seção em forma de "H".

EIXO DE MANIVELAS

O eixo de manivelas é a peça giratória para a qual se transmite a força do pistão, através da biela.

Ele se apoia no cárter através de mancais denominados bronzinas ou casquilhos.

MANCAIS

Mancais são peças que apoiam e permitem o movimento das partes móveis com o mínimo de atrito. O eixo de manivelas, por exemplo, se apoia no cárter através de mancais.

CÁRTER

Cárter é a carcaça do motor, onde estão fixados o cilindro, o eixo de manivelas e os acessórios.

O motor é fixado a aeronave través do cárter. Portanto, é através dele que o torque do motor e a tração da hélice se transmitem à estrutura.

Outra função cárter é a de proteger o motor contra a entrada de detritos e manter o eixo de manivelas alinhado.

COMPONENTES DO MOTOR - IMPORTANTE

O cilindro é a parte do motor onde a mistura ar combustível é admitida, comprimida e queimada.

Feito de material leve, resistente, e bom condutor de calor, o cilindro é constituído de três partes: a cabeça, o corpo e a câmara de combustão. A cabeça do cilindro geralmente é feita de liga de alumínio e nela são instaladas as válvulas e as velas de ignição.

As válvulas são instaladas dentro de guias de válvulas e suas cabeças se assentam sobre anéis de metal resistente, conhecidos como sede de válvulas. Externamente, a cabeça do cilindro possui alhetas de resfriamento. Em alguns motores não existem alhetas onde está a válvula de admissão, porque esta é resfriada pela própria mistura ar combustível. As válvulas têm a função de abrir e fechar a entrada da mistura ar combustível e a saída dos gases queimados no cilindro.

A válvula de admissão geralmente tem a cabeça em forma de tulipa, e a de escapamento a forma de cogumelo, por razões aerodinâmicas (facilitar o fluxo dos gases). As faces das válvulas que se assentam nas sedes são cônicas para se ajustarem melhor, e são endurecidas para reduzir o desgaste.

A válvula de admissão é resfriada pela própria massa ar combustível, mas a de escapamento está sujeita a forte aquecimento. Por isso, ela é feita de materiais especiais, ou então possui o seu interior oco, contendo certa quantidade de sódio. Este funde-se a pouco mais de 90 °C e movimenta-se dentro da válvula, transferindo o calor da cabeça para a haste que é, por sua vez resfriada através do contato com a cabeça do cilindro.

O Sistema de Comando de Válvulas - é o mecanismo que efetua a abertura das válvulas. Sua parte mais importante é o eixo de ressaltos ou de comando de válvulas, que é um eixo acionado por engrenagens, girando na metade da rotação do eixo de manivelas. Nos momentos apropriados, o ressalto faz o rolete subir, fazendo a válvula se abrir, através da vareta e do balancim.

O fechamento é feito por molas, no momento em que o ressalto permitir. Por segurança, os motores aeronáuticos possuem duas ou três molas em cada válvula enroladas em sentidos contrários para não se embaraçarem.

O corpo do cilindro é feito geralmente de aço e possui externamente alhetas de resfriamento que aumentam a área de contato com o ar a fim de eliminar o calor. A parte interna é endurecida para reduzir o desgaste provocado pelo movimento do pistão. Nos cilindros de liga de metal leve, o lado interno é formado por uma camisa resistente ao desgaste.

A câmara de combustão é o espaço no interior do cilindro onde a mistura ar combustível é queimada. Nos motores aeronáuticos, a câmara de combustão cônica ou semi-esférica são as mais utilizadas.

O pistão (ou êmbolo) é uma peça de forma cilíndrica que desliza no interior do cilindro, servindo para aspirar a mistura ar combustível, comprimi-la, expulsar os gases queimados e transmitir a força expansiva da combustão à biela. Geralmente é feito de liga de alumínio, porque é leve e boa condutora de calor.

Existe uma pequena folga entre o pistão e o cilindro para permitir o livre movimento e compensar a dilatação com o calor. Essa folga é vedada com anéis ou molas de segmento, instalados na saia do pistão. Há dois tipos de anéis:

Anéis de compressão, que vedam a folga entre o pistão e o cilindro, eles são instalados nas canaletas superiores do pistão; e

Anéis de lubrificação, ou anéis raspadores de óleo, que eliminam o excesso de óleo das paredes do cilindro, deixando apenas uma película suficiente para a lubrificação. Esses anéis são instalados nas canaletas inferiores do pistão. Eles e a canaleta em que estão alojados possuem pequenos furos para

passagem do óleo raspado. Sem esses anéis, o excesso de óleo permaneceria no cilindro e seria queimado durante a combustão, deixando um resíduo que prejudicaria a lubrificação.

Para evitar o desgaste dos cilindros, os anéis de segmento são feitos de material menos duro, para se desgastarem mais rapidamente e serem substituídos numa revisão geral. A biela é uma peça de aço resistente que conecta o pistão ao eixo de manivelas, transmitindo a força expansiva dos gases.

A biela é constituída de várias partes e seu corpo tem a seção em forma de "I" ou "H", para proporcionar máxima resistência e massa mínima. O eixo de manivelas é a peça giratória para a qual se transmite a força do pistão, através da biela.

Mancais são peças que apoiam e permitem o movimento das partes móveis com o mínimo de atrito. O eixo de manivelas, por exemplo, se apoia no cárter através de mancais denominados bronzinas ou casquilhos.

Para aumentar a resistência das partes feitas de aço, elas são endurecidas superficialmente, através de processos como a cementação e a nitretação.

Na cementação, efetua-se um tratamento a alta temperatura, onde a superfície do metal é enriquecida com carbono. Na nitretação, é feito o mesmo com nitrogênio.

Esses tratamentos são aplicados às superfícies internas dos cilindros, aos moentes e suportes dos eixos de manivelas, aos ressaltos e suportes do eixo de comando de válvulas, às superfícies cônicas nas cabeças das válvulas, etc.

Não é conveniente endurecer ambas as peças que funcionam em atrito, pois ambas se desgastariam. A melhor solução é o uso de um material macio com propriedades lubrificantes na peça de menor custo.

Existem ligas antifricção ou antiatrito de excelentes propriedades, com denominações como bronze fosforoso, "metal branco", etc., que são usadas em bronzinas ou casquilhos, buchas e mancais planos em geral. Apesar de macias, essas ligas apresentam vida muito longa, desde que sejam bem lubrificadas e protegidas contra impurezas abrasivas, excesso de carga e superaquecimento.

O cárter é a carcaça onde estão fixados o cilindro, o eixo de manivelas e os acessórios. O motor é fixado ao avião través do cárter.

Portanto, é através dele que o torque do motor e a tração da hélice se transmitem à estrutura do avião. Outras funções evidentes do cárter são a de proteger o motor contra a entrada de detritos e manter o eixo de manivelas alinhado.

MOTOR A DOIS TEMPOS

O motor a dois tempos recebe esse nome porque seu ciclo é constituído por apenas dois tempos.

Mecanicamente, é bastante simples e tem poucas peças móveis.

O próprio pistão funciona como válvula deslizante, abrindo e fechando janelas, por onde a mistura é admitida e os gases queimados são expulsos.

MOTOR A DOIS TEMPOS (1º Tempo)

No primeiro tempo, admitindo-se o motor funcionando, o pistão sobe, comprimindo a mistura ar-combustível no cilindro e produzindo uma rarefação no cárter.

Aproximando-se o ponto morto alto, dá-se a ignição e a combustão da mistura e simultaneamente, ocorre a admissão da mistura nova no cárter, devido à rarefação que se formou durante a subida do pistão.

Nesse tempo ocorrem 4 das 6 fases: admissão, compressão, ignição e combustão.

MOTOR A DOIS TEMPOS (2º Tempo)

No segundo tempo, os gases da combustão se expandem, fazendo o pistão descer, comprimindo a mistura no cárter. Aproximando-se o ponto morto baixo, o pistão abre a janela de escapamento, permitindo a saída dos gases queimados. Em seguida, abre-se a janela de transferência e a mistura comprimida no cárter invade o cilindro, expulsando os gases queimados.

Nesse tempo ocorrem 2 das 6 fases: expansão e escapamento.

MOTOR A DOIS TEMPOS - IMPORTANTE

O motor a dois tempos recebe esse nome porque seu ciclo é constituído por apenas dois tempos.

Mecanicamente, é bastante simples e tem poucas peças móveis.

O próprio pistão funciona como válvula deslizante, abrindo e fechando janelas, por onde a mistura é admitida e os gases queimados são expulsos.

No primeiro tempo, admitindo-se o motor funcionando, o pistão sobe, comprimindo a mistura ar-combustível no cilindro e produzindo uma rarefação no cárter. Aproximando-se o ponto morto alto, dá-se a ignição e a combustão da mistura e simultaneamente, ocorre a admissão da mistura nova no cárter, devido à rarefação que se formou durante a subida do pistão. O próprio pistão funciona como válvula deslizante, abrindo e fechando janelas, por onde a mistura é admitida e os gases queimados são expulsos.

No segundo tempo, os gases da combustão se expandem, fazendo o pistão descer, comprimindo a mistura no cárter. Aproximando-se o ponto morto baixo, o pistão abre a janela de escapamento, permitindo a saída dos gases queimados. Em seguida, abre-se a janela de transferência e a mistura comprimida no cárter invade o cilindro, expulsando os gases queimados.

Durante o ciclo de dois tempos ocorrem também seis fases, das quais quatro (admissão, compressão, ignição e combustão) se dão no primeiro tempo e duas (expansão e escapamento) no segundo tempo.

O motor a dois tempos é mais simples, mais leve e mais potente que o motor a quatro tempos, porque produz um tempo motor em cada volta do eixo de manivelas. Além disso, seu custo é menor, sendo

por isso muito utilizado em aviões ultraleves e autogiros. Contudo, não é usado nos aviões em geral, devido às seguintes desvantagens:

a) É pouco econômico, porque uma parte da mistura admitida no cilindro foge juntamente com os gases queimados;

b) Após o escapamento, uma parte dos gases queimados permanece no cilindro, contaminando a mistura nova admitida;

c) O motor a dois tempos se aquece mais, porque as combustões ocorrem com maior freqüência;

d) A lubrificação é imperfeita, porque é preciso fazê-la através do óleo diluído no combustível; e

e) O motor é menos flexível do que o de quatro tempos, isto é, a sua eficiência diminui mais acentuadamente quando variam as condições de rotação, altitude, temperatura, etc.

MOTORES MULTICILINDROS - Disposição dos Cilindros

Para se construir motores de grande potência, é melhor aumentar a quantidade de cilindros e não o tamanho dos mesmos. Visto que, em cilindros menores, a admissão, a combustão e a exaustão dos gases se processa mais rapidamente.

Os motores multicilindros funcionam suavemente, pois é maior o número de impulsos criados pela combustão e o movimento dos pistões são menores e se distribuem com maior uniformidade durante os ciclos de funcionamento, melhorando o equilíbrio e a uniformidade do conjugado motor.

A disposição mais comum dos cilindros, nos motores aeronáuticos a pistão, serão a seguir apresentados.

MOTORES COM CILINDROS EM LINHA

Nos motores com cilindros em linha, eles são dispostos em fila, tornando sua área frontal muito pequena, o que não chega a ser uma vantagem, pois só podem ser aproveitadas em aviões de fuselagem muito estreita.

Além disso, o eixo de manivelas é longo, perdendo rigidez e propiciando o aparecimento de vibrações. Para um mesmo número de cilindros, o motor em linha é mais pesado que os horizontais opostos. Por tudo isso, a disposição de cilindros em linha é pouco utilizada em aeronaves.

MOTORES COM CILINDROS RADIAIS

No motor radial os cilindros são dispostos radialmente em torno do eixo de manivelas. Somente uma das bielas (chamada biela-mestra) prende-se ao moente do eixo de manivelas e as demais (chamadas bielas articuladas) estão presas à cabeça da biela-mestra.

Apesar da área frontal considerável, esta é a configuração que acomoda melhor um grande número de cilindros, sem prejuízo de leveza e compacidade.

Atualmente, os motores radiais estão sendo abandonados e substituídos com vantagens pelos motores turbohélice.

MOTORES COM CILINDROS HORIZONTAIS OPOSTOS

O motor com cilindros horizontais opostos é a configuração de cilindros mais usada atualmente.

O motor possui área frontal relativamente pequena, é compacto, leve e barato.

Todos os cilindros ficam na posição horizontal, permanecendo limpos, sem acúmulos de óleo na câmara de combustão e vela. São geralmente fabricados com quatro e seis cilindros.

PERFORMANCE DO MOTOR

Performance pode ser compreendida como o desempenho do motor, avaliado principalmente pela potência que ele desenvolve em diversas situações.

TORQUE

Torque é a capacidade de uma força produzir rotação.

Na ilustração, o parafuso recebe um torque, que será tanto maior quanto maior a força ou maior o comprimento da chave utilizada. No motor do avião, o torque indica o esforço rotacional do eixo sobre a hélice.

POTÊNCIA

É o trabalho que o motor executa por unidade de tempo.

A potência é medida em HP do inglês Horse Power e corresponde a capacidade de um cavalo erguer um peso de 76 quilogramas forças a uma altura de um metro em um segundo. Outra unidade utilizada é o Cavalo Vapor, obtido mudando-se o peso para 75 quilogramas forças. No motor, a potência é igual ao produto do torque pela velocidade de rotação expressa em radianos.

Os fatores mais importantes na determinação da potência de um motor são a cilindrada, a eficiência ou rendimento e a velocidade de rotação.

POTÊNCIA TEÓRICA

Potência teórica é a potência liberada pela queima do combustível e representa a totalidade da energia contida no combustível. Ela é determinada em laboratório, através de um instrumento chamado calorímetro.

POTÊNCIA INDICADA

A potência indicada é aquela produzida pela queima da mistura ar-combustível sobre o pistão.

Ela é calculada através de indicadores que medem as pressões dentro do cilindro, representando-as na tela de um osciloscópio.

A potência indicada se situa em torno de 60 % da potência teórica.

POTÊNCIA DE ATRITO

Potência de atrito é aquela perdida pela fricção decorrente do movimento das partes internas do motor.

Varia de acordo com a rotação do motor. Ela é determinada pelo dinamômetro, girando o motor (sem alimentação e ignição), através de mecanismos externos.

POTÊNCIA EFETIVA

Potência efetiva é a que o motor disponibiliza em seu eixo, para movimentar a hélice ou rotor.

Ela é igual a potência indicada menos as perdas decorrentes da potência de atrito, variando desde o regime de marcha lenta até o de potência máxima.

POTÊNCIA EFETIVA NOMINAL

Potência nominal é a máxima potência efetiva, para qual o motor foi projetado, ou seja, pode ser usada continuamente. Quando falamos, em um motor com especificação de 200 HP, estamos nos referindo à sua potência nominal, também chamada de potência máxima contínua.

POTÊNCIA EFETIVA MÁXIMA

Potência máxima é a potência efetiva máxima que o motor é capaz de disponibilizar.

Geralmente supera a potência de projeto do motor, mas pode ser usada por pouco tempo, como numa arremetida, na decolagem, ou em caso de emergência.

POTÊNCIA ÚTIL

Potência útil, é a potência desenvolvida pelo grupo moto-propulsor sobre o avião. Ela também é chamada de potência tratora ou potência de tração.

Nos aviões a hélice, a potência útil é igual à potência efetiva multiplicada pela eficiência da hélice.

Por exemplo, se um motor disponibiliza 200 HP no seu eixo e o rendimento da hélice é de 80%, então a potência útil é igual a 160 HP, ou seja, o produto de 200 por zero vírgula oito.

INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA E UMIDADE

Como já é sabido, a elevação da temperatura, torna o ar menos denso, o mesmo ocorrendo, quando aumenta a sua umidade.

O motor necessita de ar para formar a mistura ar-combustível.

Se esse ar é pouco, a quantidade de mistura aspirada pelo motor será insuficiente para o seu funcionamento pleno.

A conseqüência disso, será a perda de potência do motor.

CILINDRADA

Cilindrada é o produto do número de cilindros pelo volume deslocado pelo pistão durante o seu curso.

Por exemplo, se um motor de 4 cilindros tem uma cilindrada de 1.000 centímetros cúbicos, o volume deslocado em cada cilindro é de 250 centímetros cúbicos, como é o caso dos carros populares 1 ponto zero.

EFICIÊNCIA OU RENDIMENTO

Eficiência ou Rendimento é a razão entre o que é aproveitado pelo motor para produzir energia mecânica e a capacidade calorífica do combustível empregado.

Nos motores a pistão, situa-se em torno de 25 a 30%.

A eficiência depende de aperfeiçoamentos na construção do motor; e de uma maior taxa de compressão.

Taxa de compressão ou razão de compressão, é o quociente entre o volume do cilindro e o volume da câmara de combustão.

PERFORMANCE DO MOTOR - IMPORTANTE

Performance pode ser compreendido como o desempenho do motor, avaliado principalmente pela potência que ele desenvolve em diversas situações.

Torque é a capacidade de uma força produzir rotação. No aperto de um parafuso, por exemplo, o torque, que será tanto maior quanto maior for a força utilizada para apertá-lo, ou maior for o comprimento da chave utilizada.

No motor do avião, o torque indica o esforço rotacional do eixo sobre a hélice.

Potência, é o trabalho que o motor executa por unidade de tempo.

A potência é medida em HP do inglês Horse Power e corresponde a capacidade de um cavalo erguer um peso de 76 kgf a uma altura de 1 m em 1 segundo.

Outra unidade utilizada é o Cavalo Vapor, obtido mudando-se o peso para 75 kgf.

No motor, a potência é igual ao produto do torque pela velocidade de rotação expressa em radianos por segundo.

Os fatores mais significativos na determinação da potência de um motor são: a cilindrada, a eficiência ou rendimento e a velocidade de rotação.

Potência teórica é a potência liberada pela queima do combustível e representa a totalidade da energia contida no combustível. Ela é determinada em laboratório, através de um instrumento chamado calorímetro.

Potência indicada, em inglês IHP Indicated Horse Power, é aquela produzida pela queima da mistura ar-combustível sobre o pistão. Ela é calculada através de indicadores que medem as pressões dentro do cilindro, representando-as na tela de um osciloscópio.

A potência indicada se situa em torno de 60 % da potência teórica.

Potência de atrito, em inglês FHP Friction Horse Power, é aquela perdida pela fricção decorrente do movimento das partes internas do motor. Ela varia, de acordo com a rotação do motor e é determinada pelo dinamômetro, girando-se o motor (sem alimentação e ignição), através de mecanismos externos.

Potência efetiva, em inglês BHP Brake Horse Power é a que o motor disponibiliza em seu eixo, para movimentar a hélice ou rotor. Ela é igual a potência indicada menos as perdas decorrentes da potência de atrito, variando desde o regime de marcha lenta até o de potência máxima.

A potência efetiva também é conhecida com potência ao freio, e é determinada através de dinamômetros ou molinetes que funcionam como freios, que se fazem passar pela carga imposta ao motor.

A potência efetiva pode ser vista de duas formas: potência efetiva nominal ou potência nominal e potência máxima nominal ou potência máxima.

Potência nominal é a máxima potência efetiva, para qual o motor foi projetado. ou seja, pode ser usada continuamente.

Quando falamos, em um motor com especificação de 200 HP, estamos nos referindo à sua potência nominal, também chamada de "potência máxima contínua".

Potência máxima é a potência efetiva máxima que o motor é capaz de disponibilizar. Geralmente supera a potência de projeto do motor, mas pode ser usada por pouco tempo, como numa arremetida, na decolagem, ou em caso de emergência.

Potência útil, em inglês THP Thrust Horse Power, é a potência desenvolvida pelo grupo moto-propulsor sobre o avião. Ela também é chamada de potência tratora ou potência de tração.

Nos aviões a hélice, a potência útil é igual à potência efetiva multiplicada pela eficiência da hélice.

Por exemplo, se um motor disponibiliza 200 HP no seu eixo e o rendimento da hélice é de 80%, então a potência útil é igual a 160 HP, ou seja, o produto de 200 por zero vírgula nove.

Por razões aerodinâmicas, a eficiência das hélices cai quando as suas pontas atingem velocidades tangenciais próximas a velocidade do som. De vez que não podemos imprimir rotação demasiada às mesmas, contornou-se o problema fabricando-se motores de baixa rotação e torque elevado, o que se consegue elevando-se a cilindrada do motor.

Normalmente os motores aeronáuticos a pistão, são de baixa rotação, contudo, existem motores de alta rotação que acionam as hélices através de engrenagens de redução, ou caixa de transmissão, no caso dos helicópteros.

Cilindrada é volume constituído pelo produto do número de cilindros do motor e o volume deslocado pelo pistão durante o seu curso, ou seja, desde o ponto morto alto até o ponto morto baixo.

Por exemplo, se um motor de 4 cilindros tem uma cilindrada de 1000 cm3, o volume deslocado em cada cilindro é de 250 cm3.

Eficiência ou Rendimento é a razão entre a energia que é aproveitado pelo motor para produzir energia mecânica e a energia correspondente a capacidade calorífica do combustível empregado. Nos motores a pistão, situa-se em torno de 25 a 30%.

A eficiência depende de aperfeiçoamentos na construção do motor; e de uma maior taxa de compressão.

Taxa de compressão ou razão de compressão, é o quociente entre o volume do cilindro e o volume da câmara de combustão. Não confundir volume do cilindro com cilindrada.

Para aumentar a sua eficiência, o ideal seria construir motores com taxa de compressão elevadas. Na prática, com o emprego da gasolina como combustível, não é possível adotar taxas muito superiores a 8:1, devido ao fenômeno de detonação, ou batida de pinos.

Além das potências já vistas, também nos interessa, no estudo da performance da aeronave, as que se seguem.

Potência necessária é aquela que o avião necessita para manter o vôo nivelado em uma determinada velocidade.

Potência disponível é a potência útil máxima que o grupo moto-propulsor é capaz de disponibilizar à aeronave.

No vôo de cruzeiro, com o intuito de economizar combustível e poupar o motor, utiliza-se em torno de 75 a 80% da potência disponível.

MISTURA AR-COMBUSTÍVEL

A mistura ar-combustível é quem determina o funcionamento do motor em diversas condições.

De acordo com a proporção de gasolina, a mistura pode ser: quimicamente correta, rica ou pobre.

MISTURA QUIMICAMENTE CORRETA

A mistura 15 por 1 é quimicamente correta, pois as quantidades de ar e de gasolina estão na proporção exata para a combustão completa.

MISTURA RICA

A mistura 10 por 1 é rica, pois contém mais gasolina que o necessário e sobrará combustível após a combustão. O enriquecimento desmedido da proporção ar/gasolina pode tornar a mistura incombustível.

Se uma mistura for mais rica que 5,55 por 1, ela não queimará, por falta de ar.

MISTURA POBRE

A mistura 20 por 1 é pobre, pois contém menos gasolina que o necessário e sobrará ar após a combustão. O empobrecimento excessivo da proporção ar/gasolina pode tornar a mistura incombustível.

Se uma mistura for mais pobre 25 por 1, ela não queimará, por falta de gasolina.

POTÊNCIA E EFICIÊNCIA

Neste gráfico, de um determinado motor, podemos visualizar que a mistura rica (10 por 1), produz a potência máxima de 150 HP, mas a eficiência é de apenas 10%; enquanto que a mistura pobre, (16 por 1) diminui a potência para 100 HP, mas a eficiência aumenta para 31%.

Isso demonstra que a mistura rica deve ser usada para decolar, e a mistura pobre para voar em regime de cruzeiro.

A mistura quimicamente correta, de 15 por 1, seria ideal se fosse possível efetuar sua combustão total no motor, contudo, ela não é queimada totalmente – sobrando um resíduo de combustível e de ar, após a combustão – ou seja, não teremos nem potência máxima, nem eficiência máxima, não havendo vantagem em usá-la.