Os motores alternativos queimam gasolina, também conhecida como AVGAS. É especialmente formulado para uso em motores de aeronaves. A combustão libera energia no combustível, que é convertida no movimento mecânico do motor. AVGAS de qualquer variedade é principalmente um composto de hidrocarboneto refinado de petróleo bruto por destilação fracionada. A gasolina de aviação é diferente do combustível refinado para uso em aeronaves movidas a turbina. O AVGAS é muito volátil e extremamente inflamável, com baixo ponto de fulgor. O combustível de turbina é um combustível do tipo querosene com um ponto de fulgor muito mais alto, por isso é menos inflamável.
Os motores de aeronaves devem funcionar em uma ampla gama de condições exigentes. Eles devem ser leves e produzir potência significativa em uma ampla faixa de temperaturas atmosféricas e de operação do motor. A gasolina usada deve suportar combustão ininterrupta em toda essa faixa e deve realmente queimar em vez de explodir ou detonar. Isso garante a máxima derivação de potência e desgaste mínimo do motor. Ao longo dos anos, o AVGAS esteve disponível em diferentes fórmulas. Estes se correlacionam principalmente com a quantidade de energia que pode ser produzida sem a detonação do combustível. Motores maiores e de alta compressão requerem combustível com maior quantidade de potencial de produção de energia sem detonação do que motores menores de baixa compressão.
Volatilidade
Uma das características mais importantes de um combustível de aeronave é sua volatilidade. Volatilidade é um termo usado para descrever a rapidez com que uma substância muda de líquido para vapor. Para motores alternativos, o combustível altamente volátil é desejado. A gasolina líquida entregue ao carburador do sistema de indução do motor deve vaporizar no carburador para queimar no motor. O combustível com baixa volatilidade vaporiza lentamente. Isso pode causar partida difícil do motor, aquecimento lento e aceleração ruim. Também pode causar distribuição desigual de combustível para os cilindros e diluição excessiva do óleo no cárter em motores equipados com sistemas de diluição de óleo. No entanto, o combustível também pode ser muito volátil, causando detonação e bloqueio de vapor.
AVGAS é uma mistura de vários compostos de hidrocarbonetos, cada um com diferentes pontos de ebulição e volatilidade. Uma cadeia reta de compostos voláteis cria um combustível que vaporiza facilmente para a partida, mas também fornece potência através das faixas de aceleração e potência do motor.
Bloqueio de vapor
Vapor lock é uma condição na qual o AVGAS vaporiza na linha de combustível ou em outros componentes entre o tanque de combustível e o carburador. Isso normalmente ocorre em dias quentes em aeronaves com bombas de combustível acionadas por motor que sugam combustível do(s) tanque(s). O bloqueio de vapor pode ser causado por combustível excessivamente quente, baixa pressão ou turbulência excessiva do combustível que passa pelo sistema de combustível. Em cada caso, o combustível líquido vaporiza prematuramente e bloqueia o fluxo de combustível líquido para o carburador.
A gasolina de aeronave é refinada para ter uma pressão de vapor entre 5,5 libras por polegada quadrada (psi) e 7,0 psi a 100 °F. A essa pressão, um sistema de combustível de aeronave é projetado para fornecer combustível líquido ao carburador quando retirado do tanque por uma bomba de combustível acionada pelo motor. Mas as temperaturas no sistema de combustível podem exceder 100 °F sob o capô do motor em um dia quente. O combustível pode vaporizar antes de atingir o carburador, especialmente se for traçado uma linha sob baixa pressão ou se girar enquanto navega em uma curva acentuada na tubulação. Para piorar a situação, quando uma aeronave sobe rapidamente, a pressão do combustível no tanque diminui enquanto o combustível ainda está quente. Isso causa um aumento na vaporização do combustível que também pode levar ao bloqueio de vapor.
Várias medidas podem ser tomadas para evitar o bloqueio de vapor. O uso de bombas de reforço localizadas no tanque de combustível que forçam o combustível líquido pressurizado para o motor é mais comum.
Gelo do Carburador
À medida que o combustível vaporiza, ele extrai energia do ambiente para mudar de estado de líquido para vapor. Isso pode ser um problema se houver água. Quando o combustível vaporiza no carburador, a água na mistura ar-combustível pode congelar e se depositar dentro do carburador e do sistema de indução de combustível. O bocal de descarga de combustível, a válvula borboleta, o venturi ou simplesmente as paredes do sistema de indução podem desenvolver gelo. À medida que o gelo se acumula, ele restringe o fluxo de ar-combustível e causa perda de potência do motor. Em casos graves, o motor para de funcionar.
A formação de gelo no carburador é mais comum em temperaturas ambientes de 30 a 40 °F, mas pode ocorrer em temperaturas muito mais altas, especialmente em condições úmidas. A maioria das aeronaves está equipada com aquecimento do carburador para ajudar a eliminar essa ameaça causada pela alta volatilidade do combustível e pela presença de umidade.
Combustíveis Aromáticos
O mercado de gasolina de aviação é uma parte relativamente pequena do mercado geral de gasolina. Os produtores de AVGAS são poucos. Em anos passados, quando isso não acontecia, quantidades consideráveis de hidrocarbonetos aromáticos eram às vezes adicionadas para aumentar o desempenho da mistura rica do AVGAS. Foi usado principalmente em motores alternativos de alta potência, como aeronaves militares e de transporte. Mangueiras e vedações especiais eram necessárias para o uso de combustíveis aromáticos. Esses aditivos não estão mais disponíveis.
Detonação
A detonação é a explosão rápida e descontrolada do combustível devido à alta pressão e temperatura na câmara de combustão. A carga ar-combustível inflama e explode antes que a faísca do sistema de ignição acenda. Ocasionalmente, a detonação ocorre quando o combustível é inflamado através da vela de ignição, mas explode antes de terminar de queimar.
O motor não foi projetado para suportar as forças causadas pela detonação. É feito para girar suavemente fazendo com que a mistura combustível-ar queime na câmara de combustão e se propague direcionalmente pela parte superior do pistão. Quando isso acontece, uma transferência suave da força desenvolvida pela queima do combustível empurra o pistão para baixo. A detonação do combustível envia uma onda de choque de força contra a parte superior do pistão, que por sua vez é transferida através do pistão para o pino do pistão, para a biela e para o virabrequim. A operação da válvula também é afetada por essa onda de choque. Em suma, a explosão do combustível que detona na câmara de combustão transfere a energia contida no combustível de forma dura por todo o motor, causando danos.
Os combustíveis de aviação são refinados e misturados para evitar a detonação. Cada um tem um ponto de ignição e velocidade de queima em proporções específicas de mistura ar-combustível que os fabricantes confiam para projetar motores que podem operar sem detonação. Um motor com detonação em campo deve ser investigado. Um som de ping ou batida é um sinal de detonação. Isso geralmente é mais difícil de detectar em uma aeronave do que em um automóvel devido ao ruído da ponta da hélice. A detonação causa um aumento na temperatura da cabeça do cilindro.
Se ignorado ou permitido continuar, a detonação pode eventualmente levar à falha do motor. As causas da detonação incluem combustível incorreto, temperatura do motor já alta em configurações de alta potência, como decolagem, pré-ignição do combustível, operações prolongadas com uma mistura extremamente pobre e operação em altas rotações por minuto (rpm) com baixa velocidade do ar.
Ignição de superfície e pré-ignição
Um depósito pontiagudo ou um ponto quente incandescente na câmara de combustão pode causar a ignição do combustível antes que a vela de ignição o acenda. A detonação pode causar a formação de uma área como um isolador de vela de ignição rachado ou uma borda afiada da válvula. O resultado pode ser a ignição do combustível antes que o pistão esteja no lugar apropriado durante seu movimento em direção ao ponto morto superior do curso de compressão. O período prolongado de queima do combustível pode aumentar as temperaturas e a pressão na câmara de combustão até o ponto em que o combustível detona. A propagação e detonação incorretas repetidas da chama podem causar sérios danos ao motor e eventual falha do motor.
O pessoal de manutenção deve garantir que o combustível correto esteja sendo usado e que o motor esteja funcionando corretamente. As velas de ignição e as válvulas devem ser verificadas quanto ao desgaste. Sinais de depósitos e detonação também devem ser investigados e tratados.
Classificação de octanagem e número de desempenho
Os índices de octanagem e os números de desempenho são dados aos combustíveis para descrever sua resistência à detonação. Combustíveis com alta pressão crítica e alta octanagem ou números de desempenho têm a maior resistência. Um sistema de referência é usado para avaliar o combustível. É utilizada uma mistura de dois hidrocarbonetos, iso-octano (C8H18) e heptano (C7H16). Várias proporções dos dois hidrocarbonetos em uma mistura resultam em propriedades antidetonantes proporcionais. Quanto mais iso-octano houver na mistura, maior será sua resistência à detonação.
Quando um combustível tem a mesma pressão crítica que uma mistura de referência desses dois hidrocarbonetos, diz-se que tem uma octanagem que é a mesma que a porcentagem de isooctano dessa mistura de referência. Um combustível de 80 octanas tem a mesma resistência à detonação que uma mistura de 80 por cento de isooctano e 20 por cento de heptano; um combustível de 90 octanas tem a mesma resistência à detonação que uma mistura de 90% de iso-octano e 10% de heptano; e um combustível de 100 octanas tem a mesma resistência à detonação que o isooctano 100 por cento puro. Assim, comparando a tendência de detonação de um combustível com as misturas de referência de iso-octano e heptano, podem ser estabelecidas classificações de octano de 80 a 100. O combustível de maior octanagem possível com este sistema de medição é o combustível de 100 octanas.
Para aumentar as características de antidetonação do combustível, podem ser adicionadas substâncias. O chumbo tetraetila (TEL) é o aditivo mais comum que aumenta a pressão e a temperatura críticas de um combustível. No entanto, aditivos adicionais, como dibrometo de etileno e fosfato de tricresil, também devem ser adicionados para que o TEL não deixe depósitos sólidos na câmara de combustão.
A quantidade de TEL adicionada a um combustível pode ser aumentada para aumentar as características antidetonação de 80 para o nível de 100 octanas e superior. As referências às características de octano acima de 100 por cento de iso-octano são feitas referenciando as propriedades antidetonação do combustível a uma mistura de iso-octano puro e quantidades específicas de TEL. As misturas específicas de iso-octano e TEL recebem números arbitrários de octano acima de 100. Além de aumentar as características antidetonação de um combustível, o TEL também lubrifica as válvulas do motor.
Os números de desempenho também são usados para caracterizar as características de antidetonação do combustível. Um número de desempenho consiste em dois números (por exemplo, 80/87, 100/130, 115/145) em que números mais altos indicam uma maior resistência à detonação. O primeiro número indica a octanagem do combustível em uma mistura ar-combustível pobre, e o segundo número indica a octanagem do combustível em uma mistura rica.
Devido ao pequeno tamanho do mercado mundial de gasolina de aviação, um único combustível com baixo teor de chumbo de 100 octanas (100LL) é desejado como o único AVGAS para todas as aeronaves com motores alternativos. Isso apresenta problemas em motores originalmente projetados para funcionar com combustível 80/87; o combustível de 100 octanas com baixo teor de chumbo ainda contém mais chumbo do que o combustível de 80 octanas. A incrustação da vela de ignição tem sido comum e ocorreram tempos mais baixos entre as revisões. Outros motores projetados para combustível 91/96 ou combustível 100/130 operam satisfatoriamente em 100LL, que contém 2 mililitros de TEL por galão (suficiente para lubrificar as válvulas e controlar a detonação). Para fins ambientais, o AVGAS sem TEL é procurado para a frota de aviação do futuro.
Identificação de combustível
Os fabricantes de aeronaves e motores designam combustíveis aprovados para cada aeronave e motor. Consulte os dados do fabricante e use apenas os combustíveis neles especificados.
A existência de mais de um combustível torna imperativo que o combustível seja identificado positivamente e nunca introduzido em um sistema de combustível que não seja projetado para isso. O uso de corantes no combustível ajuda os aviadores a monitorar o tipo de combustível. 100LL AVGAS é o AVGAS mais prontamente disponível e usado nos Estados Unidos. É tingido de azul. Alguns combustíveis de 100 octanas ou 100/130 ainda podem estar disponíveis, mas são tingidos de verde.
80/87 AVGAS não está mais disponível. Foi tingido de vermelho. Muitos certificados de tipo suplementares foram emitidos para combinações de motor e motor/estrutura que permitem o uso de gasolina automotiva em motores originalmente projetados para AVGAS vermelho. Um combustível AVGAS relativamente novo, 82UL (sem chumbo), foi introduzido para uso por este grupo de motores de compressão relativamente baixa. É tingido de roxo.
115/145 AVGAS é um combustível projetado para motores alternativos grandes e de alto desempenho da era da Segunda Guerra Mundial. Está disponível apenas por encomenda especial de refinarias e também é tingido de cor roxa.
A cor do combustível pode ser referida em manuais de manutenção mais antigos. Todos os tipos de combustível de aviação são incolores ou cor de palha. Isso os distingue de AVGAS de qualquer tipo que contenha corante de alguma cor. Caso o combustível AVGAS não tenha uma cor reconhecível, a causa deve ser investigada. Alguma mudança de cor pode não afetar o combustível. Outras vezes, uma mudança de cor pode ser um sinal de que os combustíveis foram misturados ou contaminados de alguma forma. Não libere uma aeronave para voo com combustível desconhecido a bordo.
Identificar o combustível e garantir que o combustível correto seja entregue em tanques de armazenamento, caminhões de combustível e tanques de combustível de aeronaves é um processo auxiliado pela rotulagem. Decalques e marcações usando as mesmas cores das cores AVGAS são usados. Caminhões de entrega e mangueiras são marcados, assim como as tampas de combustível dos tanques da aeronave e as áreas de enchimento. Os bicos da mangueira de abastecimento de combustível de jato são grandes demais para caber em uma abertura de abastecimento do tanque AVGAS.
Pureza
O uso de filtros nas diversas etapas de transferência e armazenamento do AVGAS remove a maioria dos sedimentos estranhos do combustível. Uma vez nos tanques de combustível da aeronave, os detritos devem se depositar nos reservatórios de drenagem do tanque de combustível para serem removidos antes do voo. Filtros e filtros no sistema de combustível da aeronave podem capturar com sucesso qualquer sedimento remanescente.
A pureza da gasolina de aviação é comprometida mais frequentemente pela água. A água também se instala nos reservatórios com tempo suficiente. No entanto, a água não é removida pelos filtros e filtros da aeronave tão facilmente quanto as partículas sólidas. Ele pode entrar no combustível mesmo quando a aeronave está estacionada na rampa com as tampas de combustível no lugar. O ar no espaço de vapor do tanque acima do combustível líquido contém vapor de água. As flutuações de temperatura fazem com que o vapor de água condense na superfície interna dos tanques e se estabeleça no combustível líquido. Eventualmente, isso se instala no reservatório, mas alguns podem permanecer no combustível quando a aeronave estiver voando.
O procedimento adequado para minimizar a entrada de água no combustível da aeronave é encher os tanques de combustível da aeronave imediatamente após cada voo. Isso minimiza o tamanho do espaço de vapor acima do combustível líquido e a quantidade de ar e vapor de água associado presente no tanque. Quando a água em excesso é aspirada no sistema de combustível, ela passa pelos jatos do carburador onde pode interromper o bom funcionamento do(s) motor(es).
Se a água for arrastada ou dissolvida no combustível, ela não pode ser removida drenando o(s) reservatório(s) e os recipientes do filtro antes do voo. No entanto, pode haver água suficiente para que a cobertura seja uma preocupação. À medida que a aeronave sobe e o combustível é retirado dos tanques, o suprimento de combustível esfria. A água aprisionada e dissolvida no combustível é forçada a sair da solução e se torna água livre. Se esfriar o suficiente, formam-se cristais de gelo em vez de água líquida. Estes podem entupir os filtros e interromper o fluxo de combustível para os motores. Tanto o AVGAS quanto o combustível de aviação têm esse tipo de problema de impureza da água, levando ao congelamento que deve ser monitorado e tratado.
Aditivos anti-gelo de combustível podem ser adicionados ao combustível a granel e também diretamente no tanque de combustível da aeronave, geralmente durante o reabastecimento. São basicamente soluções de dietilenoglicol que funcionam como anticongelante. Eles se dissolvem na água livre à medida que sai do combustível e diminuem seu ponto de congelamento.
