Navegação

Seção de Combustão dos Motores à Reação

Introdução

A seção de combustão consiste basicamente de uma carcaça externa e um revestimento interno perfurado, um sistema de injeção de combustível e um sistema de ignição e partida. A função dessa seção é adicionar energia térmica ao ar entregue a ela pelos compressores, expandir e entregar os gases com velocidade a seção de turbinas. Uma maneira de pensar sobre a combustão é que quando adicionamos combustível ao ar que está comprimido e em seguida damos ignição nessa mistura, forçamos sua expansão volumétrica, porém o volume do recipiente que contém essa mistura, a seção de combustão, é constante, com isso os gases ganham aceleração para deixar esse local.

Em regime de alto fluxo de combustível e ar em motores grandes, essa combustão pode resultar em uma energia térmica de 400 a 800 milhões de Btu/h. Podendo esses gases chegar a temperatura máxima entre 850-1700 graus Celsius.

Sendo que 1 Btu equivale a aproximadamente 780 lbf.ft, ou ainda 1hp é aproximadamente 2544 Btu/h, ou seja, um motor pode chegar a uma potência equivalente de 314465hp. A configuração mais comum de combustores é a de fluxo direto, no qual o ar vem comprimido da seção dos compressores e é imediatamente adicionado combustível e dado a centelha e então o resultado da queima sai direto para a seção de turbinas.

São combustores de fluxo direto, os tipo caneca, caneca-anular e anular. Uma outra configuração de combustor é a câmara de fluxo reverso. Nesse tipo de câmara o ar deixa os compressores vai à parte traseira da câmara e lá faz um desvio de 180 graus para entrar para zona de queima. Após queimado os gases resultantes da queima ao deixar a zona de queima executam um novo desvio de 180 graus para ir de encontro com a seção de turbinas.

Tipos de Câmara de Combustão

Os tipos de câmaras que ainda hoje são encontradas em operação são:

Caneca

Caneca-anular

Anular de fluxo direto (Anular)

Anular de fluxo reverso

Câmaras de Combustão

Para serem eficientes essas câmaras devem prover meios para uma mistura apropriada de ar combustível e garantir temperaturas suportáveis pela seção de turbinas. Para cumprir essas tarefas o ar na câmara de combustão é dividido em duas partes, o fluxo primário e o fluxo secundário. O fluxo primário é aquele designado a queima propriamente dita, recebendo o combustível para ser misturado e ganhar energia calorífica para ser expandido. O fluxo secundário é o utilizado na refrigeração da câmara através da formação de um colchão de ar no entorno das paredes da câmara evitando o contato da chama com a mesma e controlando a temperatura dos gases queimados. Nos primeiros motores à reação o fluxo primário consistia de 25% do ar que entrava na câmara resultando em um remanescente de 75% do fluxo de ar para refrigeração, ou seja fluxo secundário.

Aproximadamente a metade do ar do fluxo primário flui axialmente através das palhetas de turbilhonamento no interior da câmara na área dos bicos injetores, auxiliando na pulverização do combustível, e o restante do ar é encaminhado para o interior da câmara através dos furos no primeiro terço da câmara. Ambos fluxos serão queimados. Nos motores atuais 45% do ar que deixa os compressores é utilizado para a queima, fluxo primário. Do ar remanescente, 35% é utilizado para refrigeração da câmara e controle de temperatura e os 20% restante utilizado para refrigeração das turbinas. Utilizando mais ar para a combustão aumentamos a eficiência térmica do motor e conseguimos diminuir o tamanho do motor para uma dada potência. Uma porção do fluxo secundário é responsável por criar uma proteção para a câmara de combustão em suas paredes internas e externas, evitando o contato da chama com a câmara, prolongando a vida da mesma.

Uma outra porção desse fluxo é encaminhado para saída da câmara afim de deixar os gases em temperaturas suportáveis pela seção de turbinas. Desenvolvimentos recentes levaram ao que chamamos de câmaras “smokeless”. Motores mais antigos sofriam com uma combustão incompleta que deixava combustível não queimado no duto de exaustão que carbonizava e produzia um rastro de fumaça na atmosfera. Através do encurtamento da chama e do aumento de seu poder de queima junto com utilização de materiais mais resistentes a altas temperaturas foi possível eliminar essa fumaça.

Flame-out (Pobre):

Essa condição ocorre normalmente quando temos baixa pressão de combustível, a baixas rotações ou a altas altitudes. Isso possibilita uma mistura fraca a qual pode ser facilmente apagada, mesmo com o fluxo normal de ar.

Flame-out (Rico):

Essa condição normalmente ocorre durante acelerações rápidas nos motores, onde, uma mistura super rica se apresenta causando um grande aumento na pressão de combustão que culmina em uma estagnação do fluxo de ar nos compressores. A interrupção do fluxo de ar extingui a chama na câmara. Manobras bruscas e condições turbulentas na entrada do motor também podem ocasionar um flame-out.

Caneca:

Esse é um tipo mais antigo de câmara de combustão e comumente, não é utilizada mais hoje em dia, mais adequada para motores com compressor do tipo centrífugo. Consiste em canecas individuais interligadas por tubos de interconexão. Cada caneca é uma câmara propriamente dita com seu revestimento interno,