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O Avião Elétrico (ART4129)

O carro elétrico deixou de ser novidade, já havendo muitos modelos à venda e da mesma forma motos, patinetes e bicicletas. No entanto, apesar das dificuldades técnicas que incluem basicamente o peso da bateria e a potência exigida para manter uma aeronave no ar, as primeiras soluções práticas estão aparecendo com a E-fan ou turbina elétrica já em testes em aeronaves experimentais no momento em que escrevo este artigo (2019). Veja neste artigo mais sobre a turbina a jato elétrica.

Para entender melhor como funciona uma turbina elétrica capaz de propulsionar um avião, vamos partir do princípio de funcionamento de um avião à jato comum e de uma turbina como hoje temos equipando as principais aeronaves.

O que mantem uma aeronave em voo é o princípio de Bernouilli que estudamos no colégio e que mostra que, quando um fluido como o ar passa por duas superfícies de curvaturas diferentes, como a asa de um avião, no percurso mais longo a pressão é menor.

Assim, conforme mostra a figura 1, a diferença de pressão faz com que surja uma força capaz de sustentar o avião.

 

Figura 1 – A sustentação do avião em voo
Figura 1 – A sustentação do avião em voo

 

É por isso que existe uma velocidade mínima para o avião se sustentar, que a velocidade em que a pressão se iguala ao peso do avião e com isso ele pode se manter no ar.

Para que o avião se mova com velocidade suficiente para que a pressão nas asas se iguale ao seu peso e ele se sustente no ar precisamos de uma propulsão.

Essa propulsão vem do princípio da ação e reação de Newton que diz que, quando jogamos para traz com certa o ar, surge em sentido oposto uma força de igual valor.

Um experimento simples que se faz no colégio para demonstrar isso consiste em se colocar sobre um carrinho um ventilador, conforme mostra a figura 2.

 

Figura 2 – Demonstrando o principio da ação e reação
Figura 2 – Demonstrando o principio da ação e reação

 

Os aviões de hélice, as utilizam como os “ventiladores” que jogam o ar para trás obtendo-se a força propulsora que eles precisam para correr e com isso atingir a velocidade que lhes dê a sustentação.

É por esse motivo que os aviões precisam de uma pista longa para decolar. Antes de atingir a velocidade de sustentação eles não conseguem sair do chão. E, uma vez no ar se a velocidade cair abaixo do mínimo necessário a sustentação eles caem (estolam – do inglês stall).

Outra forma de se obter uma propulsão jogando ar para trás é a turbina ou turbo-fan, cujo desenho e nos permite entender como funciona. Uma outra forma é o turbo—jato, cujo princípio é semelhante.

 

Figura 3 – O turbo-fan
Figura 3 – O turbo-fan

 

Nela, temos um bocal de entrada com um conjunto de pás que funcionam como um compressor quando giram, puxando o ar que está frente e comprimindo-o numa câmara de combustão.

Nela, o ar é misturado com o combustível e pela compressão ocorre a ignição com a queima da mistura. O resultado é que na combustão os gases produzidos se expandem.

No entanto, nessa expansão eles não podem retornar e com isso são obrigados a seguir para trás produzindo uma força que movimenta a turbina a qual tem a dupla finalidade de manter as pás em movimento puxando o ar e, ao mesmo tempo, comprimem os gases para que saiam pelo bocal de escape.

Essa saída é feita com enorme força, resultando assim na propulsão capaz de levar a aeronave ao movimento e com isso atingir a velocidade de sustentação.

Na figura 4 temos uma turbina em corte, por onde se pode observar que , na prática, sua construção é bastante complexa.

 

Figura 4 – Um turbofan
Figura 4 – Um turbofan

 

No caso da turbina elétrica ou E-fan, o funcionamento básico é o mesmo: puxar o ar da parte dianteira e jogá-lo com força para trás para se obter a força propulsora.

No entanto, o modo como isso é feito é diferente. Em lugar de se usar a força de expansão obtida da queima de um combustível, essa força vem de um motor elétrico.

As primeiras pesquisas com um motor elétrico capaz de produzir a força propulsora necessária à sustentação de uma aeronave começaram em 2014 e desde 2015 já existem aviões em testes.

Na foto, o ILA 2014, o primeiro avião elétrico prático.

 

Figura 5 – ILA 2014
Figura 5 – ILA 2014

 

Outro avião elétrico da época foi o mostrado na figura 6 da Airbus.

 

Figura 6 – Modelo da Airbus
Figura 6 – Modelo da Airbus

 

Evidentemente, dois problemas precisam ser superados para que o avião elétrico se torne prático. O primeiro é o peso da bateria que, hoje sabemos consiste também no principal obstáculo ao desenvolvimento do carro elétrico.

No avião o peso é mais crítico, pois existe uma forte limitação à carga que um avião pode transportar em função da força propulsora disponível. O outro problema é justamente a potência que se necessita para se obter a força propulsora.

Novas tecnologias estão levando a soluções bastante interessantes como maior potência e baterias mais leves. Mas, mesmo assim, se compararmos as turbinas elétricas às comuns (turbofans) usadas nos aviões comerciais, temos um longo caminho a percorrer. A comparação de tamanho da foto abaixo, mostra isso...

 

Figura 7 – O avião elétrico e o turbofan comum.
Figura 7 – O avião elétrico e o turbofan comum.

 

O princípio de funcionamento do E-fan é simples de entender. A câmara de combustão e a turbina são eliminadas e um motor elétrico movimenta a hélice ou conjunto de pás que puxam o ar da frente e o jogam para tráz, conforme mostra a figura 8.

 

Figura 8 – O E-fan
Figura 8 – O E-fan

 

Recentemente foi anunciada uma aeronave elétrica para 4 pessoas capaz de voar mais de 1500 quilômetros com uma única carga de bateria. Logo teremos os aviões comerciais.

As vantagens do motor elétrico são as mesmas que se obtém no caso do carro elétrico. Além da energia limpa (sem poluição), pois não há queima, temos ainda o silêncio.

Lembramos que no caso da energia limpa, a emissão de gases das turbinas dos aviões a jato comuns é responsável por uma boa parte dos danos causados a camada protetora de ozônio que nos protege contra a radiação ultravioleta do sol.

O avião elétrico é mais uma solução contra os problemas de poluição que devemos enfrentar nos próximos anos.

 

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