04 Sistema de Combustível

04 Sistema de Combustível

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CAPÍTULO 4 COMBUSTÍVEIS E SISTEMAS DE COMBUSTÍVEL INTRODUÇÃO

O combustível é uma substância que, quando combinado com o oxigênio, queima e produz calor. Os combustíveis devem ser classificados de acordo com seu estado físico, como: sólidos, gasosos ou líquidos.

Combustíveis sólidos

Combustíveis sólidos são extensivamente usados para motores de combustão externa; como os motores à vapor, onde a queima toma lugar sob as caldeiras ou em fornos. Eles incluem tais combustíveis, como madeira e carvão.

Os combustíveis sólidos não são usados em motores convencionais (recíprocos) onde a combustão se processa no interior dos cilindros por causa de sua baixa razão de queima, baixo valor calorífico e numerosas outras desvantagens.

Combustíveis gasosos

Combustíveis gasosos são usados, até certo ponto, para motores de combustão interna, onde um grande suprimento de combustível está prontamente disponível.

Gás natural e gás liqüefeito de petróleo, são dois dos tipos mais comuns. Os combustíveis gasosos poderão ser desconsiderados, para o uso, em motores de aviões. O grande espaço, ocupado por eles, restringe o suprimento de combustível que pode transportar.

Combustíveis líquidos

Os combustíveis líquidos, em muitos aspectos, são os combustíveis ideais para o uso em motores de combustão interna. Os combustíveis líquidos são classificados como voláteis ou não voláteis.

Os combustíveis não voláteis são os óleos pesados, usados em motores Diesel. A classe volátil inclui aqueles combustíveis que são comumentes usados com um dispositivo de medição e são levados ao cilindro do motor ou câmara de combustão, em uma condição vaporizada ou parcialmente vaporizada. Entre eles estão o álcool, o benzol, o querosene e a gasolina.

O combustível de aviação é um líquido contendo energia química; que, através da combustão, é desprendida como energia térmica e, então, convertida em energia mecânica pelo motor. A energia mecânica é usada para produzir o empuxo que movimenta o avião.

Gasolina e querosene são os dois combustíveis mais amplamente usados na aviação.

A gasolina de aviação consiste quase que, inteiramente, de hidrocarbonos (compondo-se de hidrogênio e carbono). Algumas impurezas na forma de enxofre e água dissolvida estarão presentes.

A água não pode ser evitada, uma vez que a gasolina é exposta a umidade na atmosfera. Uma pequena quantidade de enxofre, sempre presente no petróleo cru, é deixado em seu processo de fabricação.

O chumbo tetraetil (TEL) é adicionado à gasolina para melhorar sua performance no motor.

Os brometos orgânicos e os cloretos são misturados com o TEL, de forma que, durante a combustão, partículas voláteis de chumbo são formadas. Estas são expelidas com os produtos de combustão.

O TEL, se adicionado separadamente, queimará formando óxido sólido de chumbo, que permanece no interior do cilindro. Inibidores são adicionados à gasolina para suprimir a formação de substância, que seriam deixadas como sólidas, quando a gasolina se evapora.

Certas propriedades do combustível afetam a performance do motor. A volatilidade (maneira na qual o combustível queima durante o procedimento de combustão), e o valor de aquecimento do combustível.

Também é importante a corrosividade da gasolina, bem como a tendência de formar depósitos no motor durante o uso.

Esses últimos fatores são importantes por causa de seus efeitos na limpeza geral, que tem uma relação no tempo entre revisões gerais.

Volatilidade

Volatilidade é a medida da tendência, de uma substância líquida, em vaporizar-se sob uma dada condição.

A gasolina é uma mistura (blend) de compostos de hidrocarbono volátil; que tem uma ampla gama de pontos de ebulição e pressões de vapor. Ela é misturada, de tal forma, que uma cadeia estreita de pontos de ebulição é obtida.

Isto é necessário para que sejam obtidas as características requeridas, de partida, aceleração, potência e mistura de combustível para o motor.

Se a gasolina vaporizar muito rapidamente, as linhas de combustível poderão ficar cheias de vapor, e causar um decréscimo de fluxo de combustível.

Se o combustível não vaporizar suficientemente rápido, poderá resultar em uma partida difícil, aquecimento lento e uma aceleração pobre, distribuição desigual de combustível para os cilindros, e uma diluição excessiva no carter.

Os combustíveis de baixo grau para automóveis não são mantidos dentro das tolerâncias requeridas para a gasolina de aviação; e, normalmente, possuem uma considerável quantidade de gasolina misturada (craeked), que poderão formar depósitos excessivos de goma.

Por esta razão, os combustíveis para automóveis não deverão ser usados em motores de avião; especialmente aqueles refrigerados a ar e operando em altas temperaturas de cilindro.

Calço de vapor

A vaporização da gasolina, nas linhas de combustível, resulta em um suprimento reduzido de gasolina para o motor. E em casos severos, poderá resultar na parada do motor. Este fenômeno é conhecido como calço de vapor.

Uma medida da tendência da gasolina, para o calço de vapor, é obtida do teste de pressão de vapor “REID”. Neste teste, uma amostra do combustível é selada dentro de uma “bomba”, equipada com um manômetro de pressão.

Este aparato (figura 4-1), é imerso em um banho de temperatura constante, e a pressão indicada é anotada.

Quanto mais alta for a pressão corrigida da amostra em teste, maior suscetibilidade haverá para o calço de vapor. As gasolinas de aviação são limitadas a um máximo de 7 psi; por causa de sua tendência de aumentar o calço de vapor em grandes altitudes.

Figura 4-1Equipamento de teste de pressão do vapor.

Formação de gelo no carburador

A formação de gelo no carburador também é relacionada com a volatilidade. Quando a gasolina passa do estado líquido para o vapor ela extrai calor das redondezas para efetuar a mudança.

Quanto mais volátil for o combustível, mais rápida será a extração do calor. A medida que a gasolina sai do bico de descarga (discharge nozzle), do carburador e vaporiza-se, ela poderá congelar o vapor de água contido no ar que está sendo admitido. A umidade congelase nas paredes do sistema de indução, garganta do venturi e válvulas de aceleração. Este tipo de formação de gelo restringe a passagem de combustível e ar no carburador. Ela causa a perda de potência; e, se não eliminada, a eventual parada do motor.

formação de gelo, são mais severas na faixa

Uma condição extrema de formação de gelo poderá tornar impossível a operação das manetes de aceleração. As condições de de -1º a 4ºc de temperatura do ar exterior. Combustíveis aromáticos

Alguns combustíveis poderão conter consideráveis quantidades de hidrocarbonos aromáticos, que são adicionados para aumentar a gama de performance de mistura rica. Tais combustíveis, conhecidos como combustíveis aromáticos, têm um solvente forte e uma ação deformadora sobre alguns tipos de mangueiras e outras partes de borracha do sistema de combustível.

Por esta razão, foram desenvolvidas mangueiras e partes de borracha, para uso com combustíveis aromáticos.

Detonação

Em um motor, operando de maneira normal, a chama frontal atravessa a carga a uma velocidade constante de cerca de 100 pés por segundo, até que a carga seja consumida.

Quando a detonação ocorre, a primeira porção da carga queima de forma normal; porém, a última porção queima quase que instantaneamente, criando uma pressão momentânea excessiva e desbalanceada na câmara de combustão.

Este tipo anormal de combustão é chamado detonação. O aumento excessivo na velocidade de queima causa a elevação da temperatura na cabeça do cilindro.

Em condições severas, o aumento da velocidade de queima diminuirá a eficiência do motor, e poderá causar dano estrutural à cabeça do cilindro ou pistão.

Durante a combustão normal, a expansão dos gases em queima comprime a cabeça do pistão para baixo, firme e suavemente sem um choque excessivo. A pressão aumentada da detonação exercida, em um curto período de tempo, produz uma pesada carga de impacto nas paredes da câmara de combustão e cabeça do pistão. É esse impacto, na câmara de combustão, que aparece como um golpe audível em um motor de automóvel.

Se outros sons fossem eliminados, essa batida seria igualmente audível em um motor de avião. Geralmente, é necessário depender de instrumentos para detectar a detonação em um motor de avião.

-Ignição de superfície

A ignição da mistura combustível/ar, causada por pontos quentes ou superfícies na câmara de combustão, é chamada de ignição de superfície. Entretanto, se ocorrer antes do evento de uma ignição normal, o fenômeno é chamado de “pré-ignição”.

Quando a ignição está ocorrendo, o resultado é a perda de potência e aspereza no funcionamento do motor. A pré-ignição é geralmente atribuída ao super aquecimento de tais partes; como eletrodos das velas, válvulas de escapamento, depósitos de carbono, etc. Quando a pré-ignição está presente, um motor poderá continuar a operar, mesmo que a ignição seja desligada.

Informações sobre esta manifestação indicam que a gasolina, contendo elevado hidrocarbono aromático, é mais suscetível a causar ignição de superfície do que os combustíveis de baixo teor.

Avaliação de octana e performance

Número de octanas e composição, designam o valor anti-detonante da mistura de combustível, no cilindro de um motor.

Motores de aviação, de elevada entrega de potência têm sido feitos, principalmente pelo resultado de misturas, para produzir combustíveis de alta classificação de octanagem.

O uso de tais combustíveis tem permitido aumentos, na razão de compressão e pressão de admissão, resultando em melhora de potência e eficiência do motor. Entretanto, mesmo os combustíveis de alta octanagem detonarão e, também, sob condições severas de operação quando os controles do motor são operados indevidamente. As qualidades anti-detonantes do combustível de aviação são designadas por graus. Quanto mais alto o grau, maior compressão o combustível poderá suportar sem detonar. Para os combustíveis que possuem dois números; o primeiro indica o grau para mistura pobre, e o segundo para a mistura rica. Desta forma, o combustível 100/130 tem o grau 100 para mistura pobre e o grau 130 para a mistura rica.

Duas escalas diferentes são usadas para designar o grau do combustível. Para os combustíveis abaixo de 100 graus, os números de octanas são usados para designar o grau do combustível. O sistema de números de octanas é baseado na comparação de qualquer combustível, com mistura de iso-octana e heptana normal.

O número de octana de um combustível é a porcentagem de iso-octana, na mistura que duplica as características de detonação de um combustível, em particular, que está sendo classificado.

Assim, um combustível de grau 91, tem as mesmas características de detonação que a de uma mistura de 91 por cento de iso-octana, e 9 por cento de heptana normal.

Com o advento dos combustíveis, tendo características anti-detonantes superior a isooctana, uma outra escala foi adaptada para designar o grau de combustíveis acima do número de 100 octanas. Essa escala representa a classificação do grau de combustível e sua disponibilidade de potência, livre de detonação igualmente comparado com a iso-octana pura disponível.

É suposto, arbitrariamente, que somente 100 por cento de potência é obtida da isooctana. Um motor que tenha uma potência de 1000 HP, limitada pela detonação com combustível de 100 octanas, terá uma potência limitada de detonação 1.3 vezes maior (1300 cavalos) do que com um combustível classificado com número 130.

O grau de gasolina de aviação não é a indicação de sua possibilidade de fogo. A gasolina de grau 91/96 é tão fácil de inflamar, como a de grau 115/145, e explode igualmente com muita força. O grau indica somente a classificação da gasolina, para motores de avião. Um meio conveniente de melhorar as características anti-detonantes de um combustível, é adicionar um inibidor de detonação.

Tal fluido deverá ter o mínimo de corrosividade ou outras qualidades indesejáveis; e, provavelmente, o melhor inibidor disponível para usos em geral, no momento, é o “TEL”.

As poucas dificuldades encontradas, por causa das tendências à corrosão da gasolina “etilizada”, são insignificantes quando comparadas com os resultados obtidos do valor elevado anti-detonante do combustível.

Para a maior parte dos combustíveis de aviação, a adição de mais de 6 ml. por galão não é permitido. Quantidades em excesso sobre esse valor tem um pequeno efeito no valor antidetonante; porém aumenta a corrosão e os problemas com as velas.

Existem dois tipos distintos de corrosão causados pelo uso de gasolina “etílica”. O primeiro é causado pela reação do brometo de chumbo com superfícies metálicas quentes, e ocorre quando o motor está em operação; o segundo é causado pelos produtos condensados da combustão; principalmente o ácido “hydrobromico”, quando o motor não está girando.

Pureza

Os combustíveis de aviação devem estar livre de impurezas que possam interferir na operação do motor; ou nas unidades dos sistemas de combustível e de admissão de ar ao carburador.

Mesmo que todas as precauções sejam tomadas no armazenamento e serviços da gasolina, é comum encontrar uma pequena quantidade de água e sedimentos no sistema de combustível de uma aeronave.

Uma pequena quantidade de tal contaminação, é, normalmente retida nos filtros do sistema de combustível.

Geralmente, isto não é considerado como uma fonte de grande perigo, desde que os filtros sejam drenados e limpos em intervalos freqüentes. Entretanto, a água poderá apresentar sérios problemas, porque ela se assenta no fundo do tanque; e, poderá então, circular através do sistema de combustível.

Uma pequena quantidade de água fluirá com a gasolina através das passagens medidoras do carburador, e não será especialmente prejudicial. Uma excessiva quantidade de água deslocará o combustível, que está passando através dos medidores e restritores do fluxo de combustível, o que causará a perda de potência e poderá resultar na parada do motor.

Sob certas condições de temperatura e umidade, a condensação da umidade relativa do ar ocorre nas superfícies internas dos tanques de combustível. Uma vez que esta condensação ocorra na parte acima do nível de combustível, é óbvio que a prática de reabastecer uma aeronave, imediatamente após o vôo, em muito reduzirá esta deficiência.

Identificação

As gasolinas contendo TEL deverão ser coloridas de acordo com as normas, ou seja, a gasolina poderá ser colorida para efeito de identificação. Por exemplo, a gasolina de aviação de grau 115/145 é púrpura; a de grau 100/130 é verde; e a de grau 91/96 é azul (figura 4-2).

A mudança de cor de uma gasolina de aviação; usualmente indica a contaminação com um outro produto, ou a perda da qualidade de combustível.

A mudança de cor também poderá ser causada por uma reação química, que tenha enfraquecido para mais leve, o componente de coloração. Essa mudança de cor, por si mesma, poderá não afetar a qualidade do combustível.

A mudança de cor também poderá ser causada pelo preservativo, usado em uma mangueira nova. A gasolina de grau 115/145 que tenha sido bloqueada, durante um curto período de tempo, em uma mangueira nova, poderá aparecer de cor verde. Fluindo uma pequena quantidade de gasolina, através da mangueira, normalmente todos os traços de mudança da coloração serão removidos.

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