O COMPORTAMENTO DO AR ATMOSFÉRICO EM MOTORES TIPO TURBOFAN

Comportamento do Ar Atmosférico em Motores

Tipo Turbofan - Voo em Cruzeiro

Guilherme Kevley Soares Assunção

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Denise Maciel de Almeida

Madrith Sthel Costa Duarte

Coordenação de curso de Engenharia Química

Resumo – Este trabalho apresenta um estudo do comportamento do ar em um motor do tipo Turbofan utilizando o ciclo de Brayton e o “software” GSP11. A partir das bibliografias, foram extraídos dados do ambiente de teste e características termodinâmicas para a compilação no “software”, posteriormente, foi fixado o valor das temperaturas fornecidas pelo mesmo e utilizando as pressões encontradas pelos cálculos do ciclo, foi equiparado aos da compilação a fim de determinar se o mesmo é aplicável para um determinado tipo de motor escolhido e se o comportamento do fluido apresentou alterações favoráveis. O estudo não apresentou eficiência na aplicação do método simples de Brayton o que caracteriza a necessidade da utilização de um método e valores mais específicos.

Palavras-chaves - Comportamento do ar, ciclo Brayton, “software” GSP11.

INTRODUÇÃO

Os motores por propulsão a gás ou de reação destinados ao setor aéreo são a definição da inovação na tecnologia empregada às necessidades, incluindo o aperfeiçoamento do que existe e a inclusão de novos mecanismos capazes de aumentar a eficiência, rendendo aos voos o menor consumo de combustível possível.

Para as empresas aéreas, o motor é o fundamental componente que irá colocar a aeronave a uma altitude desejada e permitir que, através da admissão do ar atmosférico, fenômenos de transferência de massa e calor, reações químicas e mecanismos termodinâmicos sejam parâmetros chave para que o fluido atmosférico em contato com a estrutura física do motor proporcione impulso para o deslocamento em altas velocidades.

O primeiro voo mecânico oficializado ocorreu no dia 17 de Dezembro de 1903, por um planador motorizado planejado pelos irmãos Wright induzindo o avanço das ciências físicas e da engenharia pelos cientistas da época que acabou gerando argumentações em meio à sociedade que aguardava com demasiada expectativa um aeroplano com densidade superior a densidade do ar e constituído de um motor tomar os ares (ANDERSON JR., 2015).

Neste mesmo período de pesquisas, em Outubro de 1906, Santos Dumont colocou nos céus seu aeroplano nomeado 14-Bis, constituído de um motor a combustão utilizado em barcos de corrida que gerava 50 HP de potência e, ao contrário dos irmãos Wright, com autonomia para decolagem e pouso sem auxílio de mecanismos externos de arremesso ou desaceleração: catapultas e pista de pouso construída de bambus colocados na transversal que tinha como intuito aumentar a área de atrito motivando a desaceleração forçada (ANDERSON JR., 2015).

A partir dos sucessos de Orville, Wilbur – os irmãos Wright - e Santos Dumont, se deu a peregrinação na melhoria dos motores e o estudo no que tangia ao comportamento do ar que, diretamente, continua sendo o principal componente para impulsionar o deslocamento. Desde essa época, até meados dos anos de 1930 e 1940, os motores alternativos já não creditavam mais a eficiência desejada devido à velocidade, percursos de interesse e aos “payloads” (que é o termo utilizado para as cargas máximas de decolagem comercial), sendo assim necessária a atribuição de motores maiores e com dinâmicas apropriadas para admissão de grande volume de ar. Desta forma, as aeronaves turboélices com motores pistonados foram perdendo espaço e dando origem a estudos para a criação de aeronaves mais potentes. Em 1939, o Alemão Hans Von Ohain que trabalhava para a Heinkel, como demonstração da tecnologia, efetivou o primeiro voo com um propulsor a jato que definiria uma gama de variações de motores derivados, tais como o Turbojet, Turboprop e o Turbofan (FERNANDES, GRANJEIRO, & PEREIRA, 2008).

A massa de ar passa a ser o parâmetro essencial para geração de trabalho realizado por um motor a propulsão e, em algumas sessões do motor, o ar apresenta variações de comportamento devido ao processo de admissão, compressão, queima, combustão, expansão e exaustão que incidirão na diferença de pressão, temperatura, viscosidade, densidade e outras propriedades físicas que são analisadas junto à quantidade de massa admitida por tempo. Todos os parâmetros de operação de um motor são função da massa de ar que, além de agente de propulsão para impulso/deslocamento é também fluido refrigerante da câmara de combustão (TONA & RAVIOLO, 2007).

Tem se, então, como objetivo deste artigo, estudar o comportamento do ar e suas transformações em cada uma das seções do motor aqui propostas, utilizando metodologias de referência e o “software” GSP11 ("Gas turbine Simulation Program") capaz de modelar as configurações do motor a partir dos valores propostos. Se apresentado valores coerentes na compilação do programa neste estudo, serão denotadas as características termodinâmicas e físico-químicas que envolvem a transferência de calor, massa e a mecânica do fluido explorado.

Você não falou nada do ciclo de Brayton no seu objetivo!!!

REFERENCIAL TEÓRICO

Acho que você deveria iniciar o seu referencial falando porque vais falar sobre o Turbofan, já que citou o Turbojet, o Turboprop e o Turbofan na introdução!

O ar atmosférico ao nível do mar é considerado com temperatura padrão de 288K e 1atm de pressão e a cada 1 km de altitude, a temperatura é decrescida próximo de 6,5K, apenas até a estratosfera. De acordo com Anderson Jr. (2015), a atmosfera, a uma altitude geométrica acima do nível do mar (hG) de 11km, aonde as aeronaves comerciais com motores Turbofan passam a maior parte do trajeto de voo, apresenta, no SI (Sistema Internacional de medidas), temperatura (T) de 216,78K, pressão (p) de 2,27X104Pa e massa específica (ρ) igual a 0,36480kg/m³, com composição da massa de ar em 78% de N2, 21% de O2 e 1% de outros gases (Ne, Kr, He, Rn, Ar e CO2) em proporções ínfimas e desprezíveis para o estudo.

Um motor Turbofan, é composto de várias seções pelas quais o ar atravessa e cada uma se comporta de maneira independente tornando as condições termodinâmicas e físicas distintas em seu desempenho. São as seções: duto convergente constituído do “Fan”, compressores