Como funciona um motor a jato e quais são os diferentes tipos?

Desde os sonhos audaciosos de Ícaro até as aeronaves supersônicas de hoje, o homem nunca parou de ultrapassar os limites do céu.

No centro dessa conquista aérea está uma invenção revolucionária: o motor a jato. Poderoso, complexo e fascinante, essa obra-prima da engenharia transforma a simples combustão em uma força fenomenal capaz de impulsionar centenas de toneladas através das nuvens.

Mas como ele realmente funciona? Quais princípios físicos e inovações históricas tornaram isso possível?

Mergulhe nas entranhas desses gigantes mecânicos, onde a ciência encontra a potência pura, e descubra a incrível história dos motores que mudaram o mundo.

A história dos motores a jato: um épico científico e técnico

Desde os tempos antigos, o homem sonha em conquistar os céus. O mito de Ícaro, que voa com asas feitas de penas de pássaros, ilustra essa busca milenar. Mas foi somente séculos depois que a ciência e a tecnologia transformaram esse sonho em realidade.

Os primórdios teóricos (séculos 16 a 18)

No século 16, Leonardo da Vinci esboçou as primeiras máquinas voadoras inspiradas em pássaros. Entretanto, naquela época, a única força motriz disponível ainda era a força muscular. Os fundamentos científicos do voo só surgiriam nos séculos XVII e XVIII, graças ao trabalho de :

• Isaac Newton (leis da dinâmica),
• Daniel Bernoulli (princípio da sustentação aerodinâmica).

As primeiras conquistas (século 19)

A revolução industrial abriu caminho para experimentos concretos:

• Em 1890, o francês Clément Ader conseguiu tirar do chão seu Éole, uma aeronave movida a vapor inspirada no voo dos morcegos. Embora não fosse muito manobrável, foi um avanço crucial.
• Em 17 de dezembro de 1903, os irmãos Orville e Wilbur Wright fizeram o primeiro voo motorizado e controlado com seu Flyer, movido por um motor de combustão interna.

O advento do motor a jato (século 20)

Embora as primeiras aeronaves usassem hélices, as limitações dessa tecnologia levaram os engenheiros a procurar uma alternativa. Os trabalhos sobre propulsão a jato começaram na década de 1930, com pioneiros como:

• Frank Whittle (Reino Unido),
• Hans von Ohain (Alemanha).

O primeiro avião a jato operacional, o Messerschmitt Me 262, entrou em serviço em 1944, revolucionando a aviação moderna.

Atualmente, os motores a jato impulsionam a maioria das aeronaves civis e militares, oferecendo velocidade, potência e eficiência. Essa história de ousadia e inovação mostra como a humanidade ultrapassou os limites do que é possível.

Como funciona um motor a jato

Origem e desenvolvimento

O primeiro motor a jato, ou turbojato, foi projetado pelos alemães em 1939. No entanto, ele foi o resultado de vários séculos de pesquisa.

A operação dos motores usados atualmente é simplificada neste vídeo:

O princípio básico

a operação de um motor a jato é baseada em uma sequência precisa:

1. Sucção e compressão

O ar é aspirado por um soprador e, em seguida, continuamente comprimido.

2. Combustão

O ar comprimido entra na câmara de combustão, onde é misturado com parafina e inflamado. A reação resultante expande os gases em alta temperatura e alta pressão.

3. Expansão e propulsão

Os gases expandidos são expelidos para trás em altíssima velocidade por meio de um bocal convergente (que se estreita), criando um impulso para frente (de acordo com o princípio de Newton: ação-reação).

4. Alimentação contínua

Quando os gases saem do compressor, eles acionam uma turbina localizada no mesmo eixo do compressor. O movimento da turbina provoca o movimento do compressor, permitindo que o ciclo continue enquanto o motor estiver funcionando.

Suporte aerodinâmico

A propulsão por si só não é suficiente: é a circulação de ar sobre as asas que gera a sustentação necessária para fazer a aeronave voar.

Desafios atuais

As companhias aéreas e os fabricantes de aeronaves estão trabalhando constantemente para:

• Reduzir as emissões (CO₂, partículas) otimizando as câmaras de combustão.
• Melhorar a eficiência do combustível, por exemplo, com motores de alta taxa de bypass (como os motores turbofan).
• Reduzir o consumo de combustível, um grande desafio econômico e ecológico.

Para uma visão simplificada, este vídeo explica o processo.

Leis de movimento de Newton

No século XVII, Isaac Newton estabeleceu três leis fundamentais que regem a mecânica clássica:

1. O princípio da inércia: um corpo permanece em repouso ou em movimento retilíneo uniforme, a menos que uma força atue sobre ele.
2. O princípio da dinâmica: a força exercida em um objeto é igual à sua massa multiplicada por sua aceleração (F = m × a).
3. O princípio da ação recíproca (ou ação-reação): Para toda ação, há uma reação correspondente, igual em intensidade, mas de direção oposta.

Aplicação à propulsão a jato

A terceira lei de Newton está no centro do funcionamento dos motores a jato. Quando uma aeronave ejeta gases para trás em alta velocidade, eles exercem uma força de reação (empuxo) que impulsiona a aeronave para frente. Quanto mais rápido e maciço for o jato de gás, maior será o impulso.

Voo e sustentação da aeronave

Essa mesma lei também explica como uma aeronave se mantém no ar:

• As asas, por sua forma e inclinação, exercem uma força descendente sobre o ar (ação).
• Em resposta, o ar exerce uma força oposta para cima, chamada de sustentação, que compensa o peso da aeronave.

Dessa forma, a compensação de forças (empuxo, arrasto, sustentação e peso) permite um voo estável e controlado.

(Observação: esses princípios também são essenciais na astronáutica, onde a propulsão de foguetes se baseia inteiramente na ejeção de gases de acordo com a terceira lei de Newton)

O primeiro motor a jato: uma revolução aeronáutica

Os primórdios: John Barber e a turbina a gás (1731)

Já em 1731, o inglês John Barber criou um conceito que foi o precursor do motor turbojato quando registrou patentes para uma turbina a gás de combustão interna.

Seu motor já continha os principais elementos: um compressor, uma câmara de combustão e uma turbina, alimentados por combustível.

Infelizmente, as tecnologias da época não produziam energia suficiente para fazê-lo funcionar adequadamente.

O desenvolvimento das turbinas a gás foi então eclipsado pelo sucesso das turbinas a vapor, que eram mais eficientes na época. Foi somente no século XX que a ideia ressurgiu.

A era moderna: Whittle, Von Ohain e a propulsão a jato

Na década de 1930, o trabalho do romeno Henri Coandă e do francês Maxime Guillaume reavivou o interesse pela propulsão a jato. Mas foi o engenheiro britânico Sir Frank Whittle que realmente revolucionou o campo.

Em 1937, Whittle projetou um motor turbojato inovador: em vez de usar um motor a pistão para comprimir o ar, ele instalou uma turbina a jusante, aproveitando a energia dos gases de escape para acionar o compressor. Essa arquitetura tornou o motor mais potente e mais econômico do que os modelos a pistão.

Quase simultaneamente, o alemão Hans von Ohain desenvolveu um motor semelhante para a empresa Heinkel. Em 1939, o Heinkel He-178 tornou-se o primeiro avião a jato do mundo. No entanto, seu voo inaugural foi interrompido quando um pássaro foi sugado para dentro do motor.

A corrida armamentista e o surgimento da aviação moderna

A Segunda Guerra Mundial acelerou o progresso tecnológico. A Alemanha e o Reino Unido estavam em uma corrida pelo desempenho, enquanto os Estados Unidos e a URSS rapidamente os alcançaram após 1945. A França, atrasada pela ocupação, juntou-se à competição mais tarde.

Na década de 1950, os motores turbojato foram instalados nas primeiras aeronaves civis, marcando o início de uma nova era no transporte aéreo.

Essa inovação, nascida de uma sucessão de fracassos e avanços, transformou definitivamente a aviação, oferecendo aeronaves mais rápidas, mais eficientes e mais confiáveis.

Heinkel He-178 – Crédito da foto: Wikimedia Commons

Quais são os diferentes tipos de motor a jato?

Existem várias categorias de motores a jato, cada uma adaptada a necessidades específicas:

1. Motores turbojato

Em termos gerais, os motores turbojato convertem a energia química contida em um combustível em energia cinética.

Desde o início, o desenvolvimento de motores turbojato tem sido um grande desafio, tanto no setor militar quanto no civil.

Eles são divididos em dois subtipos:

• Motores turbojato com compressor centrífugo: Os motores turbojato com compressor centrífugo são simples de fabricar e robustos. Entretanto, exigem um motor de grande diâmetro, o que reduz a velocidade final da aeronave.
• Motores turbojato com compressor axial: são mais potentes graças a uma série de hélices que comprimem o ar. No entanto, exigem materiais mais avançados.

Em ambos os casos, o motor deve ser capaz de suportar temperaturas de até 2.000°C.

2. Motores turbofan

Em um motor turbofan, um ventilador é colocado na frente do compressor. Ele aspira uma quantidade maior de ar, que é então dividido em dois fluxos:

• Fluxo primário: o fluxo primário passa para a câmara de combustão, portanto, é um fluxo de ar quente.
• Fluxo secundário: o fluxo secundário é ejetado diretamente em ambos os lados do motor; é um fluxo de ar frio que fornece 80% do empuxo.

Na saída, o ar frio se mistura com o ar quente, resultando em resfriamento. Esse sistema é usado na maioria das aeronaves comerciais para melhorar o empuxo e reduzir o ruído do motor.

Motor de desvio – Crédito da foto: Wikipedia

3. Ramjets

Os motores Ramjet são usados atualmente em jatos de combate e mísseis porque podem atingir velocidades muito altas.

• Vantagens: seu empuxo é maior porque o combustível é reinjetado na câmara de combustão, um processo conhecido como pós-combustão. Além disso, eles não têm partes móveis e, portanto, são leves.
• Desvantagens: Exigem uma velocidade inicial para operar e não lidam bem com temperaturas extremas ao longo do tempo.

Os motores a jato superstar (como o híbrido Concorde turbojato/ramjet) atingem velocidades supersônicas.

4. Motores turboélice

Os motores turbojato aumentam seu empuxo ejetando o máximo de gás possível. Esse não é o caso dos turboélices.

Os turboélices dependem da potência rotacional de uma hélice, fixada na parte externa da aeronave, para fornecer a maior parte do empuxo.

Os turboélices oferecem a solução mais econômica para voos de curta distância. Eles são mais eficientes e consomem menos combustível, mas são limitados em termos de altitude e distância.

Se você quiser saber mais sobre os diferentes modelos de turboélice, visite esta página.

Crédito da foto: Wikimedia Commons

5. Motores Turboshaft (para helicópteros)

Os motores turboeixo foram projetados para helicópteros. Assim como os motores turbojato, eles são equipados com uma turbina.

Os helicópteros produzidos atualmente, como o Dauphin, têm uma turbina livre.

Ela transforma a energia cinética e térmica dos gases de escapamento em energia mecânica.

Ela também permitirá que as pás do helicóptero girem em uma velocidade diferente da do compressor, garantindo assim a estabilidade da aeronave.