Os Institutos Tecnológico de Aeronáutica (ITA) e de Aeronáutica e Espaço (IAE), vinculados ao Departamento de Ciência e Tecnologia Aerospacial (DCTA), em São José dos Campos, desenvolvem tecnologia para a fabricação no país de turbinas a gás para propulsão aeronáutica. O projeto tem como parceira a empresas TGM Aeroespacial e apoio da Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP)
“Trata-se de um conhecimento estratégico, já que poucos países dominam essa tecnologia”, sublinha o professor Jesuíno Takachi Tomita, do Departamento de Turbomáquinas da Divisão de Engenharia Mecânica do ITA, citando os Estados Unidos, Inglaterra, Rússia, França, Suécia, Suíça, Alemanha, Ucrânia e o Canadá.
O projeto iniciou em 2005, com o desenvolvimento de uma turbina aeronáutica de pequena potência (TAPP) com duas configurações: uma versão turbojato que fornece 5 kN – ou 5000 Newtons de empuxo – para veículos aéreos não tripulados (VANTs), e uma versão industrial, com capacidade de geração de energia elétrica na faixa de potência de 1,2 MW.
O motor do TAPP foi totalmente desenvolvido pela equipe do ITA e IEA, em conjunto com a TGM. “O maior desafio tecnológico foi projetar um compressor axial, com alta relação de pressão e alta vazão em massa, considerando o diâmetro máximo estipulado no requisito do motor”, afirma Helder Fernando França Mendes Carneiro, pesquisador do IAE. O compressor axial, empregado pela maioria dos motores de médio e de grande porte disponíveis no mercado, representou um passo importante para o domínio dessa tecnologia no país.
O projeto previu também a implementação de um banco de ensaios para a realização de ensaios de pesquisa e desenvolvimento de turborreatores de médio e pequeno porte, no qual foram realizados testes a frio dos dois protótipos do TAPP – isto é, sem queima de combustível. Nestes testes, o motor já estava instrumentado com sensores de pressão, temperatura, rotação e vibração que seriam posteriormente utilizados no ensaio com queima de combustível, os chamados ensaios a quente.
O projeto TAPP encerrou em 2012 com a entrega de dois protótipos do motor TAPP e do banco de ensaios de turborreatores operacional. Em 2013 foram iniciados os testes a quente do motor TAPP dentro das atividades do projeto Sistema de Propulsão para a Defesa (SPD), projeto também apoiado pela Finep, como parte da fase de desenvolvimento do motor.
As modificações introduzidas no motor para sua melhoria sugeriram que esse motor modificado fosse rebatizadocom o nome de TR-5000, sigla do projeto aprovado pela FINEP em 2013, denominado de Turborreator de 5.000 N.
O projeto TR-5000 corre, atualmente, em paralelo com ao projeto SPD, com objetivos complementares: o de desenvolvimento do motor e a instalação de novos bancos de ensaios de componentes de turbinas a gás.
O TR-5000 já incorpora algumas modificações do protótipo anterior para melhoria do comportamento da vibração, partida do motor, combustão, entre outros. “Mas o motor continua dentro da faixa de 5.000N de empuxo”, sublinha Carneiro. Nos ensaios a quente, com queima de combustível, realizados foram verificados o seu desempenho, nível de vibração, comportamento de componentes, entre outros.
Além de permitir a continuidade do desenvolvimento do motor TR-5000, o SPD pretende ampliar a infraestrutura de testes de turbinas a gás, tendo como foco a instalação de banco de ensaio de compressores e de um equipamento para realização de testes de sobrevelocidade do conjunto rotativo.
A implantação do banco de ensaios de compressores e de sobrevelocidade ajudará no desenvolvimento do compressor do motor TR-5000. “Na época em que projetamos o compressor, o ideal seria já dispor de bancos dessa natureza, mas infelizmente só agora conseguimos os recursos necessários”, informa Carneiro. Para compensar a falta de recursos foram empregados modelos teóricos “semiempíricos”, como ele diz, nos projetos dos componentes e simulação computacional.
No âmbito do projeto SPD também serão realizados ensaios de desenvolvimento do motor - tais como sistemas de lubrificação, de combustível, de partida do motor, de ignição, etc. - e o dimensionamento e a instalação dos sistemas periféricos, de forma a dispor de um motor que poderá ser considerado como protótipo de voo, explica Carneiro. “Instalados esses sistemas, será necessário dispor apenas da linha de combustível e a fonte de ar comprimido para operar o motor”. Nesse estágio, ele adianta, o motor estará pronto para ser instalado em uma aeronave.
O projeto SPD prevê também uma versão do motor tipo turboeixo, para fornecer potência de eixo e poder gerar, por exemplo, eletricidade. “Projetar motores de 7 a 10 kN de empuxo ou na faixa de 5 a 10 MW de potência de eixo seria uma continuação natural da história do desenvolvimento das turbinas a gás no Brasil”, completa Morita.
Ao mesmo tempo em que se desenvolve tecnologia de turbinas a gás, o ITA forma recursos humanos qualificados para superar os desafios tecnológicos inerentes ao projeto que, como diz Takachi, “são imensos”. O domínio da tecnologia do projeto e da manufatura, ele prevê, terá grande impacto em diferentes ramos industriais, como o de metalurgia, de materiais, eletrônica, computação de alto desempenho, mecânica de precisão, aerodinâmica, química, aeronáutica, bélica, entre outras, envolvidas em sua cadeia de suprimentos.
Poucos países detêm o conhecimento e tecnologia para o desenvolvimento e manufatura de turbinas a gás: Estados Unidos, Inglaterra, Rússia, França, Suécia, Suíça, Alemanha, Ucrânia e Canadá. China e Índia já deram os primeiros passos, mas ainda dependem fortemente de tecnologia estrangeira. Os Estados Unidos e a Inglaterra dominam o mercado, produzindo motores para o setor aeronáutico e de geração de energia. A equipe que participa dos projetos TR-5000 e SPD acredita que, do ponto de vista tecnológico, já existe recursos humanos no Brasil capacitados para projetar turbinas a gás e iniciar o seu desenvolvimento a partir de definições e decisões 100% oriundas de equipe brasileira para atender a necessidade nacional, principalmente para a indústria de energia e Defesa.