Carrinho movido a ar comprimido

1. Objetivo do Trabalho

  “Aplicar os conhecimentos adquiridos à cerca dos princípios de propulsão à jato e desenvolver um veículo propelido somente à ar comprimido”

  

2. Pesquisa sobre Propulsão à Jato

Até hoje não se sabe ao certo quem descobriu primeiro os princípios da propulsão a jato. Os historiadores afirmam que Heron, sábio matemático egípcio inventou um aparelho chamado copilia, constituído por uma esfera rotativa, movida por vapor d’ água, saindo através de bocais presos a referida esfera. A água era colocada numa bacia e depois de vaporizada, passava para a esfera, escapando pelos bocais fazia a esfera girar.

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Propulsão é o processo de alterar o estado de movimento ou de repouso de um corpo em relação a um dado sistema de referência. Este processo pode ser realizado por vários meios, usando-se fontes de energia diversas, por exemplo, a energia das ligações químicas moleculares, a energia elétrica armazenada em baterias ou proveniente de painéis solares, a energia nuclear de reações de fissão nuclear e a energia do decaimento de radioisótopos. Um corpo pode ser acelerado através de fontes de energia internas, isto é, transportadas junto com ele, como é o caso de combustíveis armazenados em tanques, ou por fontes externas, como é o caso da pressão de radiação solar. Os meios de propulsão são utilizados para mover aviões, veículos espaciais, automóveis, trens, navios, submarinos, etc.

O princípio da propulsão baseia-se na terceira lei de Newton, a lei da ação e reação, que diz que "a toda ação corresponde uma reação, com a mesma intensidade, mesma direção e sentidos contrários".

Estágios iniciais de desenvolvimento

 Devido a corrida armamentistana segunda guerra mundial, houve uma busca desenfreada pelo melhor sistema de propulsão a jato, já que os motores a foguete eram ineficientes para serem usados na aviação. Em seu lugar, por volta dos anos da década de 1930, o motor a combustão interna em suas diversas formas (rotativos, radiais, ar-refrigerados e refrigerados a água em linha) eram os únicos tipos de motores viáveis para o desenvolvimento de aviões. Esses motores eram aceitáveis em vista das baixas necessidades de performance então exigidas, dado o menor desenvolvimento dos meios técnicos.

Entretanto, os engenheiros estavam já a prever, conceitualmente, que o motor a pistão era auto-limitado em termos de performance; o limite era e é dado essencialmente pela eficiência da hélice. Isto se dá quando as lâminas da hélice aproximam-se da velocidade do som. Se a performance do motor, assim como a do avião, aumentasse sempre, mesmo com essa barreira, ainda assim haveria a necessidade de se melhorar radicalmente o desenho do motor a pistão ou um tipo completamente novo de motor teria que ser desenvolvido.

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Termojato

Amarelo: motor, Verde: compressor,
Laranja: câmara de combustão,
Vermelho: duto de saída

Esta é a motivação que está por trás do desenvolvimento da turbina a gás, comumente chamada apenas por "motor a jato", a qual poderia ser quase tão
revolucionária para a aviação quanto o primeiro vôo de Santos Dumont.

Motor turbojato

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Turbojato

Um motor turbojato é um tipo de motor de combustão interna normalmente usado para impulsionar aviões. O ar é sugado por um compressor rotativo e é comprimido, em sucessivos estágios para maiores pressões antes de passar pela câmara de combustão. O combustível é misturado ao ar comprimido e é queimado na câmara de combustão com o auxílio de ignitores. O processo de combustão eleva significativamente a temperatura do gás, fazendo com que os gases expelidos expandam-se através da turbina, na qual a força é extraída para movimentar o compressor. Embora este processo da expansão reduza a temperatura e a pressão do gás na saída da turbina, ambas estão ainda muito acima das condições naturais. O gás de em expansão sai da turbina através dos bocais de saída do motor, produzindo um jato de alta velocidade. Se a velocidade do jato exceder a velocidade de vôo do avião, existirá uma pressão de aceleração sobre a fuselagem.

Sob condições normais, a ação bombeadora do compressor impede a existência de qualquer contra-fluxo, facilitando o fluxo contínuo do motor. O processo inteiro é similar ao motor de quatro tempos, mas a admissão, compressão, explosão e exaustão se dão ao mesmo tempo em diferentes seções do motor. A eficiência mecânica do motor dependerá fortemente da razão de compressão (pressão de combustão/pressão de entrada) e da temperatura da turbina no ciclo.

A comparação entre motores a jato e motores a hélice é instrutiva. Um turbojato acelera intensivamente uma pequena quantidade de ar, enquanto um motor a hélice move uma relativamente grande quantidade de ar a uma velocidade significativamente menor. Os gases de exaustão rápidos de um motor a jato os fazem mais eficientes em altas velocidades, especialmente em velocidades supersônicas e em grandes altitudes. Em aviões mais lentos, requeridos para vôos curtos, um avião equipado com uma turbina a gás que move uma hélice, comumente conhecido como turbo-hélice, é mais comum e muito mais eficiente. Aviões muito pequenos normalmente usam motores convencionais, a pistão, para mover a hélice, mas motores turbo-hélice pequenos estão ainda menores com o surgimento de melhorias na engenharia.

O turbojato descrito acima é um turbo jato de eixo simples, no qual um único eixo conecta a turbina ao compressor. Projetos que atingem altas pressões possuem dois eixos concêntricos, que melhoram a estabilidade durante a aceleração do motor. O eixo de alta pressão externo liga-se ao eixo da turbina. Este, com o pós-combustor, formam o núcleo ou gerador de gás da turbina. O eixo interno conecta-se ao compressor de baixa pressão da turbina. Ambos ficam livres para operar em velocidades ótimas.

Motor turbofan

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