Como é um Motor de aeronave tipo alternativo

Os motores de aeronaves podem ser classificados por vários modos. Eles podem ser classificados por ciclos de operação, arranjo do cilindro, ou o método de produção de empuxo.

Todos os motores térmicos têm em comum a capacidade de converter energia calorífica em energia mecânica, por meio do fluxo de uma massa de fluido através desse motor.

A maioria dos motores de aeronaves atuais é do tipo de combustão interna, porque o processo de combustão ocorre dentro ou no interior do motor.

Você pode ver dois exemplos disso nas figuras abaixo.

Existem muitos tipos diferentes de motores de aeronave, tais como TURBO JATO, TURBOÉLICE, MOTOR ALTERNATIVO, entre outros.

Vamos descrever de uma forma geral aqui o do tipo alternativo também chamado de motor convencional.

TIPOS DE MOTORES ALTERNATIVOS (AÇÃO ALTERNADA DOS PISTÕES)

Os motores alternativos e de turbina a gás também têm subdivisões com base no tipo de arranjo de cilindro (pistão) e faixa de velocidade (turbina a gás).

Foram criados muitos tipos de motores alternativos. No entanto, os fabricantes têm desenvolvido alguns projetos que são mais usados do que outros e são, portanto, conhecidos como convencionais.

No entanto, os fabricantes têm desenvolvido alguns projetos que são mais usados do que outros e são, portanto, conhecidos como convencionais.

Classificação dos motores alternativos

Os motores alternativos podem ser classificados de acordo com a montagem dos cilindros com relação ao eixo de manivelas (em linha, em V, radial e opostos) ou de acordo com método de refrigeração (a líquido ou a ar).

Realmente, todos os motores são refrigerados através da transferência do excesso de calor para o ar ao seu redor.

REFRIGERAÇÃO DO MOTOR ALTERNATIVO

Na verdade todos motores de pistão são arrefecidos através da transferência de calor em excesso para o ar circundante.

Nos motores refrigerados a ar, esta transferência de calor é direta dos cilindros para o ar.

Portanto, é necessário colocar aletas de metal fino (figura abaixo) nos cilindros de um motor refrigerado a ar, a fim de ter uma maior superfície para transferência de calor.

Um exemplo de um cilindro de motor como alhetas de refrigeração.

A maioria dos motores de aeronaves alternativos é refrigerada a ar, embora alguns motores de alta potência usem um eficiente sistema de arrefecimento líquido.

Nos motores com refrigeração líquida o calor é transferido a partir dos cilindros para o líquido de arrefecimento, que é então enviado através de tubos e arrefece dentro de um radiador colocado na corrente de ar.

O radiador de refrigeração deve ser grande o suficiente para resfriar o líquido de forma eficiente.

O principal problema com a refrigeração líquida é o peso agregado pelo líquido de arrefecimento, trocador de calor (radiador) e tubulação para ligar os componentes.

Motores de refrigeração líquida permitem que alta potência seja obtida a partir do motor de forma segura.

Motores em Linha

Um motor em linha geralmente tem um número par de cilindros, embora alguns motores de três cilindros tenham sido construídos.

Motores Opostos ou Tipo ‘O’

O motor oposto tem duas carreiras de cilindros diretamente opostas uma a outra, com um virabrequim no centro. Os pistãos dos cilindros de ambos os bancos estão ligados a um único virabrequim.

Motores Tipo V

Em motores em V os cilindros estão dispostos em duas carreiras em linha, geralmente separadas a 60°. A maioria dos motores tem 12 cilindros, que são refrigerados a líquido ou ar.

Motores Radiais

O motor radial consiste em uma fileira ou fileiras de cilindros dispostos radialmente sobre um cárter central.

Este tipo de motor já provou ser muito robusto e confiável. O número de cilindros que compõem uma fileira pode ser três, cinco, sete ou nove.

Fonte: Manual FAA Motores de Aeronaves (disponível para download)

MATERIAL DE APOIO

FAA MANUAL – Chapter 01 Aircraft Engines

Glossário — Motores Alternativos de Aeronaves

Clique para ir direto ao termo:

Aletas de refrigeração

“Lâminas” finas usinadas no exterior dos cilindros de motores refrigerados a ar. Aumentam a área de contato com o fluxo de ar, facilitando a dissipação do calor gerado na combustão.

Arranjo de cilindros

Forma como os cilindros são posicionados em torno do virabrequim. Os arranjos clássicos dos motores alternativos de aeronaves são: em linha, em V, opostos (boxer) e radiais.

Banco de cilindros

Conjunto de cilindros alinhados no mesmo plano. Motores em V têm dois bancos formando um ângulo; motores opostos têm dois bancos diretamente opostos.

Cárter

Carcaça central do motor onde o virabrequim é apoiado e que integra pontos de fixação e passagens de óleo. Nos radiais, fica no centro da “estrela” de cilindros.

Cilindro

Onde o pistão se move realizando admissão, compressão, combustão/expansão e escape. Sua refrigeração (a ar ou a líquido) é crítica para manter temperaturas seguras.

Ciclo de operação

Sequência de tempos do motor a pistão (ex.: ciclo Otto de quatro tempos). O artigo cita que motores podem ser classificados também pelo ciclo de operação.

Combustão interna

Processo de queima do combustível acontecendo dentro do próprio motor. Nos alternativos, essa queima empurra o pistão; nos a reação, aciona uma turbina.

Energia calorífica

Energia liberada pela combustão do combustível. No motor, parte dessa energia é convertida em trabalho mecânico no virabrequim.

Energia mecânica

Trabalho útil obtido na árvore do motor (virabrequim), capaz de acionar a hélice ou outros acessórios.

Hélice

Dispositivo propulsor que transforma a potência do motor em empuxo. É comum nos motores alternativos e também nos turboélices (que não são alternativos).

Massa de fluido

Quantidade de ar e gases que atravessam o motor. O fluxo dessa massa é o “meio” pelo qual a energia calorífica é convertida em trabalho.

Motor alternativo (motor a pistão)

Motor de combustão interna que usa pistões com movimento alternado para gerar rotação no virabrequim. É o “motor convencional” do artigo.

Motor em linha

Cilindros dispostos em fila, geralmente em número par. Já foram comuns em aeronaves menores e históricas; podem ser refrigerados a ar ou a líquido.

Motor em V

Dois bancos de cilindros formando um ângulo (ex.: 60°), geralmente com 12 cilindros em aplicações aeronáuticas clássicas. Pode usar refrigeração a ar ou a líquido.

Motor oposto (tipo “O”/boxer)

Dois bancos de cilindros opostos, trabalhando contra um virabrequim central. Muito usado na aviação geral por compacidade, suavidade e boa refrigeração a ar.

Motor radial

Cilindros dispostos como uma “estrela” ao redor do cárter. Famoso pela robustez e confiabilidade; pode ter 1 ou mais fileiras (ex.: 5, 7, 9 cilindros por fileira).

Motores térmicos

Categoria ampla de motores que convertem energia do calor em trabalho mecânico. Inclui alternativos e turbinas (turbojato, turboélice).

Peso (impacto do sistema de arrefecimento)

Nas configurações com refrigeração líquida, somam-se massa de fluido, radiador e tubulações. O ganho térmico vem com a penalidade de peso.

Potência

Taxa de realização de trabalho pelo motor. Motores de alta potência podem adotar refrigeração líquida para controle térmico mais eficiente.

Radiador

Trocador de calor do sistema de refrigeração líquida. Deve ter área suficiente para resfriar o fluido antes do retorno ao motor.

Refrigeração a ar

Remoção direta do calor dos cilindros para o ar externo, auxiliada por aletas. É a forma mais comum nos motores alternativos de aeronaves.

Refrigeração líquida

Calor transferido do cilindro para um fluido (ex.: água/aditivo), que circula até um radiador. Proporciona grande capacidade térmica, com acréscimo de peso e complexidade.

Trocador de calor

Componente que promove transferência térmica entre dois meios a diferentes temperaturas. No contexto do artigo, é o próprio radiador do sistema líquido.

Virabrequim (eixo de manivelas)

Eixo que transforma o movimento alternado dos pistões em rotação. Nos motores opostos, um único virabrequim atende os dois bancos; nos radiais, fica no centro do cárter.

FAQ — Perguntas Frequentes

P: Em termos práticos, qual a diferença de uso entre motor em linha, em V, oposto e radial?

R: Motores opostos são compactos e bem refrigerados a ar, por isso dominam a aviação geral. Em V e em linha aparecem em projetos específicos (históricos/alto desempenho), podendo usar refrigeração líquida. Radiais se destacaram pela robustez, especialmente em aeronaves clássicas e militares.

P: Por que muitos motores aeronáuticos a pistão usam refrigeração a ar?

R: É mais simples, leve e confiável. As aletas aumentam a área de troca e o fluxo de ar em voo ajuda a retirar calor, dispensando radiador, tubulações e fluido.

P: Quando a refrigeração líquida vale a pena?

R: Em motores de alta potência ou aplicações que exigem controle térmico fino, a refrigeração líquida oferece margem maior contra superaquecimento, mesmo com o acréscimo de peso e complexidade.

P: “Motores térmicos” inclui quais tipos?

R: Inclui todo motor que converte energia do calor em trabalho mecânico: alternativos (pistões) e os de turbina (turbojato, turboélice). O artigo foca nos alternativos.

P: Por que motores opostos (boxer) são tão populares na aviação geral?

R: Têm centro de gravidade baixo, boa suavidade por equilíbrio natural e excelente refrigeração a ar, cabendo bem no nariz de aeronaves leves.

P: O que define o tamanho/área do radiador?

R: A quantidade de calor a dissipar. Quanto maior a potência e a carga térmica, maior deve ser a capacidade do trocador (radiador) para manter as temperaturas dentro dos limites.

P: O que o virabrequim “faz” exatamente no motor?

R: Converte o movimento linear alternado dos pistões em rotação contínua, entregando potência para a hélice e para os acessórios do motor.

P: “Turboélice” entra nesse grupo de motores alternativos?

R: Não. Turboélice é motor de turbina que usa uma hélice na saída. Ele é térmico, mas não é alternativo (não tem pistões alternando).

P: Por que o peso do sistema de refrigeração importa tanto?

R: Peso extra reduz desempenho (pista necessária, subida, consumo). Sistemas líquidos somam fluido, radiador e tubulações, então é uma decisão de projeto equilibrando controle térmico e massa.

P: “Ciclo de operação” influencia a classificação do motor?

R: Sim. Além do arranjo de cilindros e do método de refrigeração, os motores também podem ser classificados pelo ciclo (por exemplo, quatro tempos), que define como a combustão e a exaustão ocorrem.

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