Debaixo da asa de qualquer avião comercial moderno está uma das máquinas mais sofisticadas já construídas pelo ser humano: o motor turbofan. Ele é responsável por praticamente toda a propulsão da aviação comercial atual, dos jatos regionais aos maiores widebodies, e seu funcionamento combina princípios de termodinâmica que mudaram pouco desde os anos 1960 com avanços de materiais que continuam evoluindo a cada nova geração de motor.
Imagem: Modelo em corte de um motor turbofan Ishikawajima-Harima F3-IHI-30B, exibido em feira no Japão. Foto de Hunini, via Wikimedia Commons (CC BY-SA 4.0).
Vale notar que o núcleo do motor turbofan, onde a combustão realmente acontece, opera em temperaturas que podem superar 1.500°C — muito acima do ponto de fusão de boa parte dos metais comuns, o que exige ligas metálicas especiais e sistemas de resfriamento interno complexos nas pás da turbina.
Ao contrário do que a intuição sugere, a maior parte do empuxo de um motor turbofan moderno não vem da combustão interna, e sim do grande ventilador (fan) na frente do motor. Apenas cerca de 20% do ar captado pelo fan segue para o núcleo do motor, onde ocorre a combustão; os outros 80% contornam o núcleo pelo chamado fluxo bypass, e essa parcela de ar "frio" é responsável por até 85% da potência total gerada pelo motor. É esse alto índice de bypass que torna os turbofans modernos muito mais eficientes e silenciosos do que os turbojatos das primeiras gerações da aviação a jato.
O ar que entra no núcleo passa por uma série de estágios de compressores, que elevam sua pressão e reduzem seu volume a cerca de 20% do original. Esse processo aquece o ar e aumenta drasticamente a eficiência da queima que vai ocorrer na sequência — quanto mais comprimido e quente o ar, mais completa e eficiente é a combustão do combustível injetado.
Na câmara de combustão, o ar comprimido se mistura ao combustível de aviação (Jet A-1) e é queimado continuamente, gerando gases a altíssima temperatura e pressão. Esses gases se expandem violentamente ao passar pelas turbinas, que extraem parte dessa energia para acionar o próprio compressor e o fan — um ciclo fechado que mantém o motor funcionando de forma autossustentada durante todo o voo.
Motores turbofan modernos usam pelo menos dois conjuntos de turbina. A turbina de alta pressão (HPT) fica logo após a câmara de combustão e aciona o compressor de alta pressão. A turbina de baixa pressão (LPT), posicionada depois, é conectada por um eixo mais longo ao fan e ao compressor de baixa pressão, na frente do motor. Depois de passar pelas turbinas, o que resta da energia dos gases é expelido pelo bocal de exaustão, gerando o empuxo final que soma-se ao empuxo já gerado pelo fluxo de ar do fan.
A evolução dos motores turbofan nas últimas décadas foi, em grande parte, uma corrida para aumentar essa proporção de bypass — motores de nova geração, como os usados no Airbus A320neo e no Boeing 737 MAX, têm fans progressivamente maiores em relação ao núcleo, o que reduz o consumo de combustível por passageiro transportado e diminui o ruído percebido no solo, dois fatores centrais tanto para a economia das companhias aéreas quanto para a certificação ambiental dos aeroportos.
Uma tendência clara nas últimas décadas de motores turbofan é o aumento da chamada "taxa de bypass" — a proporção entre o ar que passa pelo grande fan externo (sem entrar na câmara de combustão) e o ar que efetivamente é queimado no núcleo do motor. Motores com alta taxa de bypass, como os usados no Boeing 787 e no Airbus A350, são significativamente mais silenciosos e eficientes em consumo de combustível do que motores mais antigos com fans menores, porque geram a maior parte do empuxo empurrando um grande volume de ar a uma velocidade relativamente baixa, em vez de um volume menor de ar a velocidades muito altas — um princípio de eficiência semelhante ao de uma hélice grande girando devagar em comparação a uma pequena girando rápido.
O turbojato clássico direciona praticamente todo o ar captado para dentro do núcleo do motor, enquanto o turbofan desvia a maior parte do ar ao redor do núcleo pelo fluxo bypass. Isso torna o turbofan mais eficiente em termos de combustível e significativamente mais silencioso.
Porque o diâmetro do fan cresceu proporcionalmente ao núcleo do motor ao longo das últimas décadas, já que fans maiores aumentam a proporção de bypass e, consequentemente, a eficiência do motor — um dos motivos pelos quais motores como o LEAP e o GTF têm carenagens tão maiores que as de gerações anteriores.
Sim. Aeronaves bimotoras certificadas sob as regras ETOPS são projetadas e testadas para manter voo estável, controlável e seguro com apenas um dos motores operando, inclusive por períodos prolongados sobre o oceano.
A grande maioria dos jatos comerciais modernos sim, mas aeronaves regionais menores e turboélices usam outros tipos de motor, como o turboélice, mais eficiente em voos curtos e de menor altitude, onde a alta velocidade do turbofan não traz vantagem significativa.
Entender o turbofan também ajuda a explicar outros dois temas centrais da aviação comercial: os avanços dos motores aeronáuticos de nova geração e o próprio combustível Jet A-1 que é queimado dentro da câmara de combustão a cada voo.
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