Nomenclatura: motores a jato

Em uma postagem de utilidade pública, venho aqui ensinar um pouco de nomenclatura.

Avião a jato não é propelido por TURBINA, mas por MOTOR a jato.

Em um motor a jato, a propulsão acontece da seguinte forma: primeiro, o ar é admitido pela frente do motor, onde entra no compressor. Ali o ar é comprimido a uma pressão e uma temperatura muito superiores às da atmosfera. Em seguida, o compressor empurra o ar para dentro da câmara de combustão (ou “combustor”), onde bicos injetores pulverizam combustível (que, em geral, é querosene). Por causa da pressão e temperatura da câmara de combustão, o combustível reage com o oxigênio do ar, queimando violentamente e causando uma violenta expansão desse ar e dos gases resultantes da queima. O volume do combustor é limitado, de modo que o ar aquecido fica sob alta pressão; e, não podendo sair pela frente (pois é dali que está vindo o escoamento), ele vai direcionar-se para trás, para a saída de gases. Assim, é da queima do combustível que vem a energia para a propulsão funcionar.

Esquema simplificado de um motor turbojato

Esquema simplificado de um motor turbojato

A energia contida no combustível converte-se em energia mecânica, que se manifesta como uma enorme pressão do ar aquecido contra a parede dianteira da câmara de combustão e contra o compressor. É isso que empurra o avião adiante.

Naturalmente, como em TUDO no universo onde há forças atuando, aplica-se a Terceira Lei de Newton. Então, outra forma de se apreciar o que acontece é ver que, assim como os gases se deslocam para trás a determinada velocidade, da mesma forma o avião se desloca para a frente com outra determinada velocidade, de acordo com as proporções aplicáveis. É o que se chama de Lei da Ação e Reação. Essa lei é sempre verdadeira, e aplica-se perfeitamente, mas, a meu juízo, a propulsão a jato não é o melhor dos exemplos para se tentar enxergá-la. Isso porque o sistema “avião + gases” não está no vácuo, mas na atmosfera, onde outras forças estão influindo; e também porque o avião não empurra os gases para trás no sentido comumente imaginado. É certo que, se os gases vão para trás, é que o avião os empurra, mas isso não é imediatamente visível no fenômeno que ocorre dentro da câmara de combustão. É mais fácil simplesmente perceber a lei da conservação da quantidade de movimento (que é outra forma de se interpretar a lei da ação e reação, mas que se apresenta sob uma equação diferente e se enxerga de modo diferente).

De todo modo, como se costuma pretender visualizar a lei da ação e reação no avião a jato, em Portugal ele costuma ser chamado de “avião a reacção”, e o motor é dito “reactor” ou “turborreactor”.

Observe que o ar e os gases da queima saem por trás do motor a alta temperatura e alta pressão. Isso é a própria propulsão, e é assim que se está usando a energia do combustível. Enquanto isso, lá na frente do motor, o compressor deve continuar girando para jogar o ar para dentro, e alguma coisa deve mantê-lo a girar. Em um dos primeiros aviões a jato construídos, o Caproni-Campini N.1, de 1940, o compressor era acionado por um motor a pistão convencional, movido a gasolina. Entretanto, essa é uma solução pesada, custosa e complexa. Exceção feita a algumas aeronaves experimentais da mesma época, todos os aviões a jato funcionam de um modo que é mais elegante e mais eficiente: antes que os gases saiam por trás do motor, eles devem atravessar uma turbina. Ao fazer girar a turbina, os gases perdem parte de sua energia e efetivamente estão agindo contra a propulsão da aeronave. Forçada a girar, a turbina está subtraindo energia dos gases e transmitindo-a ao compressor mediante um eixo. Daí se conclui, não apenas que não é da turbina que vem a propulsão, mas, também, que a turbina atua CONTRA a propulsão.

Possìvelmente, a falsa noção de que “a propulsão venha da turbina” nasceu de outros tipos de situação, onde efetivamente uma turbina aproveita a energia de alguma fonte e a transforma em energia útil. Os melhores exemplos são as usinas hidroelétricas e termoelétricas, onde a água (no caso das hidroelétricas) ou o vapor (no caso das termoelétricas) faz girar uma turbina e daí se gera eletricidade. O mesmo acontece nos navios movidos por turbina a vapor, onde a turbina faz girar um eixo para propulsão. Observe, porém, que há uma diferença fundamental. Nas usinas, nós não estamos interessados na água ou no vapor que já passou pela turbina, nem eles dão qualquer propulsão direta. Ao contrário, estamos interessados é na energia que a turbina subtrai do escoamento, e queremos que seja a maior proporção possível da energia disponível, para que o máximo se transmita pelo eixo. Já no avião a jato, é o contrário; queremos subtrair o mínimo possível para manter o compressor funcionando, para que o escoamento principal conserve sua energia, que é onde está seu principal uso.

Conforme se vê, em um avião a jato, a turbina é apenas um componente do motor e não fornece NENHUMA propulsão.

Além de tudo isso, caberia observar que essa foi uma explicação supersimplificada. Eu poderia esclarecer que, hoje em dia, cada vez menos se usam motores do tipo turbojato, que foi o tipo que descrevi aí em cima; e que, cada vez mais e mais e mais, o que se vê são motores do tipo turbofan, onde um grande ventilador é posto à frente do compressor, admitindo ar mas jogando-o para trás sem que esse ar realmente entre no motor pròpriamente dito, o que aumenta em muito a eficiência e, dessa forma, economiza combustível. Eu poderia observar que os motores do tipo turboélice também são classificados como motores a jato, mas, diferente do que acontece nos outros motores a jato, eles, sim, destinam-se essencialmente a mover uma turbina, que aproveita o máximo possível da energia dos gases para movimentar a hélice — e, no entanto, neste único caso de avião realmente movido a turbina, ninguém chama assim. Eu poderia lembrar o caso da grande maioria dos helicópteros modernos, que são movidos por turboeixos — essencialmente, motores turboélice onde, em vez de uma hélice, o eixo movimenta o enorme rotor acima da fuselagem. Eu poderia comentar que a maioria dos aviões supersônicos precisa, para o regime supersônico, fazer uso de um componente que só eles têm, que é o pós-combustor (o tão querido afterburner dos nerds). Eu poderia explicar que uma antiga técnica para aumentar a potência dos motores a jato, especialmente na decolagem, era injetar água no ar comprimido antes da combustão, o que aumentava a massa de vapor e reduzia a temperatura, embora gerasse aquelas gigantescas nuvens de fumaça. Eu poderia, finalmente, discriminar que, hoje em dia, a maioria dos motores a jato tem não um, mas dois compressores em sequência (o de baixa e o de alta pressão) e não uma, e sim duas ou até três turbinas, sendo uma para levar rotação ao compressor de baixa pressão e a(s) demais para levar rotação ao compressor de alta.

Poderia, mas não vou. Prefiro deixar todas essas indicações para meu querido Leitor pesquisar por conta própria, o que é sempre muito mais divertido e mais recompensador para ambas as partes.

De tudo, o que deve ficar é o que peço a meu querido Leitor que porventura tenha tido a paciência de chegar aqui: por favor, pare de usar a palavra “turbina” para se referir ao MOTOR de um avião a jato. NUNCA está certo usar “turbina”. Não importa o que diga a repórter da televisão, SEMPRE está errado dizer “turbina”. O certo é MOTOR.

Obrigado.