Segundo o Registro Aeronáutico Brasileiro, em 2019 o número de aviões com motores a pistão correspondia a 60% do total, em situação regular. Embora não seja relevante em número de horas de voo, é uma aviação significativa; mas, pouco atendida em estudos e teses científicas, no Brasil.

Contudo, o assunto “operação LOP” é bombardeado por mitos e lendas, e necessita de maior divulgação por causa de seus benefícios.

Inclusive, uma das razões de pilotos recusarem a operação, é porque creem ser um procedimento novo e, portanto, sem confiabilidade.

É um equívoco, já que há indícios (inclusive manuais), indicando esta operação na aviação comercial (época dos motores radiais), principalmente entre as 1955 e 1965 – embora os instrumentos usados para atingir os resultados, fossem distintos.

Enfim, o objetivo desta matéria é divulgar mais sobre a operação, porque sabemos o quão positivo é para a sustentabilidade financeira e ambiental.

Bom, primeiramente é importante relembrar dois conceitos: combustão, que é uma reação química entre uma substância (o combustível) e um gás (o comburente); e mistura ar combustível, que é admitida por um cilindro para combustão. Conforme Jorge M. Homa (2007), o comburente é formado principalmente por oxigênio; o combustível é a gasolina de aviação.

Dos conceitos acima, é importante também relembrar que uma mistura pode ser: rica (Rich Of Peak – ROP) ou pobre (Lean of Peak – LOP), conforme a imagem a seguir, extraída da página 25 do manual da Pratt & Whitney (1955).

Imagem 1 – Razões de misturas

No lado direito do gráfico acima são misturas ricas, e o oposto, pobre. Note que na razão 12,5:1 de ar combustível (na primeira régua inferior, fora do quadro avermelhado), a potência é máxima. Na razão 16:1, há melhor economia de combustível, embora menor potência.

Na razão 8:1, o motor estará afogado e sem potência, assim como na razão 25:1 o motor estará cortado.

Para alcançar o objetivo desse artigo, é importante também entender sobre a química da gasolina durante e após a combustão no motor, as possíveis falhas e riscos que podem acarretar.

Durante a compressão, o combustível é convertido em monóxido de chumbo, que aumentará a octanagem, porém facilitará a formação de depósitos de carvão nas velas e válvulas.

Segundo Edward Kollin, foi descoberto que, ao adicionar dibromoetano, a formação de depósitos de carvão diminuía, pois a mistura passaria a se transformar em brometo de chumbo, quando entrava em combustão.

Porém, mais problemas foram notados: quando a mistura era excessivamente rica, o brometo de chumbo se precipitava formando ácido bromídrico, que dissolvia o alumínio. Além disso, se o pico de temperatura na combustão não era suficientemente alto, os depósitos de carvão se formavam da mesma forma como com o monóxido de chumbo.

O fato é que, durante a combustão a gasolina se transforma primeiro em oxibrometo de chumbo, que é a mistura de monóxido de chumbo com brometoe chumbo.

Para o produto final ser alcançado, sem a presença de monóxido de chumbo, cientistas concluíram que era preciso mais calor (temperatura maior), para a reação química ser completa e transformar toda mistura em brometo de chumbo.

Além da justificativa do último parágrafo, após a combustão, mesmo em temperatura abaixo da ideal (pico de temperatura), a mistura perde calor pelo processo de expansão dos gases e, na passagem pela válvula de escapamento, porque a pressão estática diminui.

Quando a diminuição de temperatura atinge o ponto de condensação dos elementos químicos na gasolina, estes se precipitam e formam depósitos nas superfícies mais próximas a seu fluxo.

Portanto, se o pico de temperatura na combustão for baixo, a mistura não completará o ciclo até o produto final. Quando ocorre o decréscimo de temperatura, a formação de depósitos de carvão será iminente.

A imagem 2, ilustra uma válvula de escapamento de um motor Continental. Há depósitos de carvão na haste da válvula, próxima à base. Note que esta região está próxima do encaixa da válvula à guia, aumentando o risco de travamento da válvula.

Imagem 2 – Válvula de escapamento.

Contudo, até esse ponto do artigo fica claro que a temperatura é a mais importante ferramenta de gerenciamento da vida útil do motor.

Motor operando frio é ruim; motor operando quente também é ruim, como será abordado a seguir.

Imagem 3 – Resistência alumínio.

O gráfico acima mostra a resistência da liga de alumínio a deformações plásticas, conforme temperatura.

Sabendo que cabeças de cilindros são de liga de alumínio, fica ressaltado o risco de temperatura alta no motor.

Os instrumentos principais no gerenciamento de temperaturas de um motor são: CHT, que mede a temperatura na cabeça de cilindro e EGT que mede a dos gases de escapamento. A CHT deve ser mais fria que a EGT (HOLSCLAW, 2019), pois a última está associada à temperatura de combustão (que não pode ser baixa).

Os autores BUSCH, Mike (autor de vários livros do assunto, conforme observa a venda de alguns neste link; 2018) e DEAKIN, John (1999) afirmam que, valores absolutos de CHT são importantes, pois indicam o estresse que o pistão e cilindro estarão sofrendo. Esta afirmação é provada pelo gráfico 1.

Gráfico 1 – Temperaturas e potências

Para entender a afirmação acima, é necessário analisar a curva de CHT (segunda de cima para baixo) e potência efetiva (terceira mais inferior).

Note que o pico de CHT coincide com o pico da potência efetiva (BHP).

Os benefícios da operação LOP passam a ser claros quando o empobrecimento

da mistura passa pelo pico de EGT (primeira curva ao topo) até 50°F abaixo do pico (em direção à esquerda do gráfico). Analisando o gráfico acima, nota-se que EGT e CHT serão baixos, bem como potência efetiva também.

Mesmo sem ganho de potência, a eficiência é máxima (note depressão na curva combustível/potência).

Já na operação ROP, o empobrecimento da mistura atinge o pico de EGT e após é enriquecido até 50°F abaixo (lado direito do gráfico). A CHT será maior, portanto, mais estresse ao cilindro.

Nesse regime, para a CHT ser igual quando em LOP, a EGT precisará ser menor. Portanto, aumenta o risco de formação de depósitos de carvão.

E mais: a eficiência será menor, embora a curva potência indique um valor atrativo (maior velocidade de cruzeiro).

Gráfico 2 – pico de pressão interna.

No gráfico 2, é representado o pico de pressão interna do cilindro. Após a faísca da vela (linha amarela) e a linha vermelha vertical (ponto morto alto do pistão), a pressão interna atinge o pico, causado pela combustão da mistura.

Se a mistura for ROP (linha rosa do gráfico 2) a pressão interna é alta (como a CHT), além de acontecer cedo e rápida.

Se a mistura for LOP (linha azul) o pico de pressão interna é menor, mais atrasado, porém longo, provando mais dois benefícios da operação LOP: mesma eficiência com menor pico de pressão e, maior margem de segurança contra o fenômeno detonação.

A detonação acontece quando o pico de pressão interna é excessiva, principalmente causado por CHT altíssima. O resultado é catastrófico.

CONSIDERAÇÕES FINAIS

Esse estudo não tem a intenção de estimular a extinção da operação ROP, até porque é a ideal para necessidades por voos mais velozes ou com maior potência, sem considerar que é a mais simples de se configurar e manter, pois não exige monitoramento constante de temperaturas.

Mas, o estudo deixa claro que a operação mais frequente em ROP pode trazer riscos ao motor, que podem ser reduzidos ou mitigados com a operação LOP, inclusive as revisões prematuras de cilindros, e antecipação de revisão geral de motor (TBO).

A operação LOP também traz benefícios ao meio ambiente, uma vez que haverá menor emissão de gases poluentes e chumbo na atmosfera, sem afetar a quantidade de voos no mundo.

Contudo, a chave para prevenir falhas nos motores e fomentar medidas de sustentabilidade ambiental não recai somente às regras criadas por agências reguladoras de aviação ou em construir cilindros mais robustos, mas em educar pilotos que voam atrás desses cilindros.