Como fazer seu próprio motor a jato

Você nunca quis um motor a jato cuspidor de fogo para mover o seu carro / moto / vespa / skate? Claro! Aqui está um guia passo-a-passo para fazer o seu próprio motor a jato. Divirta-se - só não vá incendiar a garagem!

Você não precisa ser Jay Leno para ter uma moto movida a jato - vamos mostrar a você como fazer seu próprio motor a jato para mover seus veículos malucos. Este é um projeto em andamento, e muita informação adicional estará disponível em nosso website logo mais. A construção completa estará disponível na Bad Brothers Racing.
Cuidado! Construir seu próprio motor a jato pode ser perigoso. Sugerimos que você tome as devidas precauções com sua segurança quando estiver lidando com o maquinário e tenha extremo cuidado ao operar motores a jato. Como são usados combustíveis explosivos e peças móveis perigosas, podem ocorrer sérias lesões ou até mesmo risco de morte enquanto se opera um motor a jato. Nesses motores é armazenada uma enorme quantia de energia cinética. Aja sempre com cautela e bom senso e use protetores de ouvido e óculos. A Bad Brothers Racing não se responsabiliza pelo mau uso das informações aqui contidas.

Primeiro passo: tenha um projeto-base

Comecei o processo de construção do meu motor fazendo com um projeto CAD feito no Solid Works. Achei muito mais fácil trabalhar desse jeito. Criar peças com máquinas CNC proporcionam resultado final muito melhor. O que mais gosto no processo 3D é a possibilidade de ver como as peças ficarão juntas antes de fabricá-las, então posso fazer alterações, se necessário, antes de perder horas com isso. Essa etapa não é realmente necessária, já que qualquer pessoa com uma mínima habilidade para desenho pode riscar o projeto no verso de um envelope. Mas no meu projeto - uma moto a jato - ajuda muito.
Dito isso, nem todo mundo tem a experiência o ou conhecimento necessário para usar essas ferramentas no computador. Se você estiver tentando construir um motor a jato ou um projeto baseado em turbina e não souber por onde começar, grupos online como o Yahoo Groups são o melhor lugar. A experiência de anos dos muitos partipantes serão valiosíssimas, e eles também podem ajudar você a conseguir o que precisa (só como exemplo, sou membro regular no fórum do Yahoo Groups DIY Gas Turbines).

Segundo passo: arranje uma turbina de carro usada e se enfie na garagem

Tenha cuidado quando escolher sua turbina! Você precisa de um turbo grande com uma turbina simples. Quando maior o turbo, mais empuxo seu motor produzirá. Gosto dos turbos daqueles motores diesel enormes e equipamentos que parecem mover a Terra. Um desses irá proporcionar empuxo suficiente para mover muito bem a maioria dos veículos pequenos. Se possível, compre uma peça restaurada para otimizar a eficiência.
O Mercado Livre é uma opção.
Normalmente o tamanho do turbo não importa tanto quanto o tamanho do indutor. O indutor é a área visível das lâminas do compressor, aparente quando se olha para ele com suas coberturas. O turbo que você vê aqui, um Cummins ST-50 tirado de um caminhão de 18 rodas, é bem largo - quase cinco polegadas de diâmetro - embora as lâminas visíveis tenham só três polegadas de diâmetro. Isso irá produzir empuxo suficiente para mover uma motoneta ou um kart.

Terceiro passo: determine o tamanho da câmara de combustão que você precisa

É hora dos princípios básicos: aqui está um resumo de como os motores a jato funcionam e como se determina o tamanho da câmara de combustão (a parte que produz a potência) que seu motor precisará. Os gases quentes escapam pela parte traseira da câmara de combustão e giram o rotor da turbina que então movimenta o compressor no outro lado para prover mais ar e manter o processo funcionando. A energia adicional dos gases quentes passam pela turbina e geram empuxo. Parece simples, mas é um pouco complicado de construir e fazer funcionar direito.
A câmara de combustão é feita uma grande peça tubular de aço com tampas em ambos os lados. Dentro dessa câmara há um tubo de chama. Esse tubo de chama é um tubo cheio de furos, que passa por toda a extensão da câmara de combustão. Os furos permitem que o ar comprimido passe em relações pré-determinadas. Isso serve a três propósitos: o primeiro, misturar ar e combustível para a combustão, que também começa aqui; o segundo é prover ar para a combustão completa; e o terceiro é suprir ar refrigerado para baixar a temperatura antes da corrente de ar entrar em contato com as lâminas da turbina.
Para calcular as dimensões do tubo de chama, você dobra o diâmetro do indutor do seu turbo. O resultado é o diâmetro do tubo de chama. Multiplique por seis o diâmetro do indutor para encontrar o comprimento do tubo de chama.
O indutor dos turbos que eu gosto de usar (ST-50 e VT-50) têm três polegadas de diâmetro, então as dimensões do tubo de chama serão seis polegadas de diâmetro e 18 polegadas de comprimento. Esse é um ponto de partida recomendado. Eu quis uma câmara de combustão um pouco menor, então decidi usar um tubo de chama de cinco polegadas de diâmetro e dez polegadas de comprimento. Escolhi as cinco polegadas por que a tubulação é mais fácil de encontrar - é o mesmo tamanho de um escapamento de caminhão a diesel. O comprimento de 10 polegadas foi escolhido porque meu motor eventualmente será usado no quadro de uma moto.
Com o tamanho do tubo de chama calculado, você pode calcular o tamanho da câmara de combustão. Como o tubo de chama será instalado dentro da câmara de combustão, o interior da câmara precisará ter um diâmetro maior. Um bom começo é ter no mínimo uma polegada de espaço livre ao redor do tubo de chama; o comprimento deve ser o mesmo dele. Escolhi uma câmara com oito polegadas de diâmetro livre porque atende o espaço necessário e é um tamanho comum no mercado. Com o tubo de chama de cinco polegadas, terei um espaço de 1,5 polegada entre o tubo de chama e a câmara de combustão. Tente usar tubos de aço em vez de canos quando possível.
Agora que você tem as dimensões do seu motor, pode juntar às tampas nas extremidades e os injetores de combustível. Todas essas peças combinadas formarão a câmara de combustão.

Quarto passo: montando a câmara de combustão e preparando os anéis das extremidades.

A câmara de combustão é uma peça simples. Uso um método de construir os anéis de forma que, além de formar uma área para parafusar as tampas, centraliza o tubo de chama na câmara.
Os anéis têm um diâmetro externo de oito pelegadas e diâmetro interno de cinco polegadas. O espaço extra provido fará com que a inserção do tubo de chama seja mais fácil, uma vez que a construção esteja completa, servirá com um para-choque para permitir a dilatação do tubo de chama quando ele esquentar.
Os anéis são feitos de aço platinado de 0,25 polegada. Eu tive o meu cortado a laser baseado em projetos 3D que criei. Acredito que esse caminho é muito mais fácil que tentar fazer cada parte funcionar isoladamente. Você pode usar uma máquina de fresagem, jato de água, ou ferramentas de mão para fazer os anéis. Qualquer método que tenha resultados aceitáveis servirá. A espessura permitirá que os anéis sejam soldados com menos chances de entortar e proverão uma base de montagem estável para as tampas. Isso também permitirá que o tubo de chama seja menor que uma câmara de combustão convencional e permitir que haja expansão de calor no plano axial.
Doze buracos para parafusos devem ser furados ao redor do anel, com um padrão circular para a montagem das tampas das extremidades. Soldando as porcas na parte de trás destes buracos, os parafusos serão rosqueados. Isso é essencial, uma vez que a parte de trás dos anéis estará inacessível para segurar as porcas com uma chave. Você ainda poderia trocar uma porca dentro do combustor se uma delas se soltasse, fazendo com que essa seja um método melhor que furar buracos nos anéis. Três soldas em cada porca serão sufucientes para segurá-las firmemente no lugar.

Quinto passo: montagem da câmara de combustão e soldagem dos anéis de extremidades.

Agora que os anéis das extremidades estão prontos, eles podem ser soldados no compartimento de combustão. O compartimento deve ser cortado na medida apropriada e ter suas extremidades preparadas para que tudo fique corretamente alinhado. Comece pegando uma grande folha de papelão e enrole-a ao redor do tubo de aço para que as pontas fiquem alinhadas e o papelão seja puxado de forma certa. Isso deve fazer uma forma cilindrica em volta do tubo e as pontas do papelão ficarão alinhadas. Deslize o papelão para um dos lados do tubo para alinhar as pontas do tubo e do cilindro, certificando-se que haja espaço suficiente para fazer uma marca com uma serra de fita, e a margem de erro para estes cortes é de mais ou menos 0,06 polegada. Se não corrigida, isso poderia fazer com que o trabalho ficasse não tão perfeito e com extremidades vacilantes.
Depois, meça da extremidade alinhada até a outra, no comprimento que desejar que sejam a câmara de combustão e o tubo de chama. Desde que os anéis de extremidade que serão soldados sejam de 0,25 polegada cada, subtraia 0,5 polegada da sua medida primeiramente. (Uma vez que meu combustor terá 10 polegadas de comprimento, minha medida será de 9,5 polegadas.) Marque o tubo usando o papelão, para criar uma marca igual. Eu acredito que usar uma serra-fita bem afiada em ângulo certo faça muito bem o trabalho de cortar o tubo de 1/8". Faça cortes iguais com a serra e rode o tubo conforme você corta.
Não se preocupe em fazer um corte perfeito - é melhor deixar excesso de material e limpá-lo mais tarde. Uma vez que o corte está feito e limpo, use a aba para alinhar ambas extremidades de fora para conseguir uma boa penetraçao na soldagem. Usando grampos de solda magneticos, centralize os anéis de extremidades e certifique-se de que eles estão em nível com o tubo. Alinhe a soldagem dos anéis no lugar e deixe esfriar. Uma vez que os alinhamentos estejam prontos, use pontos de solda de mais ou menos uma polegada para fechar as soldas ao redor dos anéis. Use um ponto de solda e entao alterne para o outro lado e faça o mesmo. Use um padrão de fechamento similar aos usados nas porcas de latão dos carros. Vá devagar para não superaquecer o metal e entortar os anéis.

Sexto passo: fazendo as tampas das extremidades.

Com o compartimento de combustão completo, você precisará de duas tampas nas extremidades da câmara do combustor. Uma tampa no lado do injetor de combústivel e a outra direcionará os gases quentes para a turbina.
Faça duas placas com o mesmo diâmetro para a sua câmara de combustão - no nosso caso essa medida é de oito polegadas. Faça os doze furos em volta do perímetro para alinhá-los com os anéis de extremidades, para que eles possam ser encaixados mais tarde. (Doze é o número de furos que eu uso, você pode usar mais ou menos nos anéis e tampas de extremidades.)
A tampa de injeção precisa de apenas dois furos. Um para o injetor de combústivel e outro para a vela. Você pode adicionar mais furos para mais injetores se quiser; isso é uma questão de prefêrencia. Eu uso cinco injetores, com um no centro e quatro ao redor. O único requisito é que os injetores sejam colocados de maneira que eles terminem no tubo de chama quando as partes forem aparafusadas. Para o nosso projeto, isso significa que eles devem ser encaixados dentro do centro de um circulo de cinco polegadas de diâmetro no meio da tampa. Usei buracos de 0,5 polegada para montar os injetores.
Depois você adicionará o buraco para o sua vela em posição ligeiramente descentralizada. O buraco deverá ser feito para um encaixe de 14 mm por 1,25 mm. Novamente, o projeto tem duas velas - isso é apenas uma questão de preferência, ou no caso de um dos plugues parar de funcionar. Certifique-se que os plugues também estejam dentro das câmaras do tubo de chama.
Na foto da tampa injetora, você pode ver esses pequenos tubos que saem dela. Eles servem para montar os injetores. Como eu disse, terei cinco deles, mas você pode se virar com um no centro na sua primeira tentativa. Os tubos têm 0,5 polegada de diâmetro e 0,37 polegadas no lado interno. Eles são cortados a 1,25 polegada - coloque a serra nas extremidades e gire-os para cortar. É um macete que traz bons resultados. Ambas extremidades são costuradas com tubos. Eu seguro os tubos em uma prensa e coloco o tubo de colagem, assim posso começar a soldar os tubos de maneira reta. Depois de usar os pontos, eu termino-os a mão, rodando o tubo até a profundidade adequada.
Eles são soldados no lugar com um tubo de 0,5 polegada pronunciados em cara lado da tampa. As linhas de suprimento de combústivel se encaixarão em um lado e os injetores serão aparafusados no outro lado.
Eu gosto de soldá-los dentro do prato, para fazer a parte exterior ficar com uma aparência limpa. Para fazer a tampa exaustora, você precisará cortar uma abertura para os gases quentes escaparem. No meu caso, fiz do mesmo tamanho para encaixar a câmara de turbina. A flange da turbina deve ter uma abertura do mesmo tamanho que a entrada da turbina e mais quatro parafusos para segurá-la ao tubo. A tampa exaustora de extremidade e a flange da turbina podem ser soldadas fazendo-se uma caixnha retangular para ficar no meio delas.
Na foto do escape múltiplo abaixo, você pode ver a flange da turbina para a direita e a tampa exaustora virada para chão. A curva de transição tinha que ser feita para a aplicação que este motor terá na bike jato, mas ele poderia ter sido feito de maneira retangular com a folha de aço. Solde as partes pelo lado de fora para que a corrente de ar não tenha obstruções ou turbulência criada pelos pedaços de solda do lado de dentro.

Sétimo passo: montando a câmara de combustão

Agora você está chegando perto de finalizar o seu motor a jato. É hora de juntar as partes para ver se tudo encaixa.
Comece parafusando a flange da turbina e a tampa ao turbo. O combustor então será preso ao sistema de exaustão e a tampa do injetor ao combustor. Se você fez tudo certo até agora, deve parecer similar à segunda foto abaixo. Se não, volte e veja onde errou.
É importante notar que a turbina e as partes do compressor do turbo podem girar uma contra a outra se afrouxar os grampos no meio. Os turbos usam muitos tipos de grampos, mas deve ser fácil ver quais parafusos podem ser afrouxados para fazer as peças girarem.
Com as peças afixadas e a orientação do seu turbo pronta, você precisará fazer um tubo para conectar um compressor direcionado para o combustor. Esse tubo deve ter o mesmo diâmetro da saída do compressor e será preso ao compressor com um acoplamento de borracha. A outra extremidade precisará ter um encaixe perfeito ao combustor e ser soldada em um furo feito na lateral da câmara do combustor. Não importa onde o furo será feito desde que o ar tenha uma forma suave de fluir. Ou seja, sem cantos vivos, e mantenha as soldas no lado de fora. Para o combustor optei por usar uma peça de 3,5 polegadas de diâmetro. As imagens acima mostram o tubo fabricado a mão que intensifica e reduz a velocidade do ar antes dele entrar no combustor.
Com isso você deve ter um caminho livre para o ar passar da boca da turbina até o compressor, pelo tubo até o combustor, através do coletor do escape. Tudo precisa estar bem selado e você precisa checar todas as soldas para assegurar que está bem sólido. Se tudo estiver certo, quando você soprar o ar pela frente do motor com o soprador de folhas as pás da turbina deverão girar.

Oitavo passo: fazendo o tubo de chama

Muitos construtores consideram esta a parte mais difícil. O tubo de chama é a parte que permite que o ar vá para o centro da câmara de combustao e mantenha a chama no lugar para que esta saia apenas pelo lado da turbina, não pelo lado do compressor. A foto acima mostra meu tubo de chama. Da esquerda para a direita, os padrões de buracos tem nomes especiais e funções. Os pequenos furos no lado esquerdo são primários, os maiores ao meio são os secundários e os maiores para o lado direito são os furos de diluição. (Note que também alguns pequenos furos adicionais neste desenho, para criar uma cortina de ar que permite que as paredes do tubo de chama fiquem mais refrescadas). Os furos primários suprem o ar para o combústivel e maximização de at. Aqui é onde começa o processo de queima Os furos secundários suprem o ar para o processo de combustão completo. Os furos de diluição suprem o ar pra o esfriamento de gases antes que eles deixem o combustor; isso ajuda as lâminas a superaquecerem.
O tamanho e local dos buracos é uma equação matemática e um pesadelo logístico dos piores. Para tornar o processo de cálculos mais fácil, eu disponibilizei um programa que fará tudo por vocês. É um programa para o Windows, mas se você estiver usando um Mac ou Linux, você precisará fazer as equações a mão.
O programa, apelidado de Jet Spec Designer, pode também ser usado para determinar o empuxo do turbo.
Antes de fazer qualquer furo no tubo de chama, você precisará medí-lo para que caiba na câmara de combustão. Como o nosso combustor tem dez polegadas do lado do anel de extremidade de um lado para o outro. (Certifique-se que o seu corte caberá no comprimento do combustor), Use o papelão embrulhado em volta do tubo de chama para alinha-lo com o final de um dos seus lados e então meça e corte o outro lado. Eu sugeriria fazer com que o tubo tivesse 0,18 polegada para permitir expansão para o metal à medida em que ele aquece.
Uma vez que você tiver cortado a extensão, vá para a parte de fazer buracos. O tubo de chama pode ser feito de aço inoxidável ou aço regular. O aço inoxidável irá, com certeza, durar mais e manter melhor o o calor que o aço comum.

Nono passo: sistemas hidráulicos

Agora que você tem o tubo de chama perfurado, abra o compartimento de combustão e insira entre os anéis até que ele se encaixe atrás da tampa exaustora. Substitua a tampa injetora do lado e aperte os parafusos. Eu gosto de usar parafusos de seis lados por causa da aparência deles e também porque você não precisará apertá-los com uma chave comum.
Bombas de óleo e combustível: instale-as direito, não morra!
Agora você precisa fazer a gasolina chegar ao sistema e o óleo aos rolamentos. Essa parte não é tão complicada quanto parece. Para a parte do combustível você precisará de bomba de alta pressão capaz de bombear 75 litros por hora. Para a parte do óleo é necessário uma bomba com capacidade de pressurização de ao menos 50 psi e fluxo de cerca de sete a onze litros por minuto. Felizmente o mesmo tipo de bomba pode ser usado para ambos. Algumas alternativas são as bombas de direção hidráulica ou bombas de combustível. As válvulas e selos das bombas não funcionarão com produtos a base de petróleo e eu não posso garantir que você terá muita sorte com eles.
Fiz um diagrama para o sistema de combustível aqui; o sistema de lubrificação para o turbo funcionará da mesma forma. Se sua bomba não tiver um retorno de bypass direto, deixe essa parte de lado.
A ideia dos sistemas hidráulicos é regular a pressão com uma válvula bypass. As bombas sempre terão fluxo máximo com esse método e qualquer fluido não usado retornará a seu reservatório. Dessa forma você evitará pressão de retorno na bomba e as bombas também durarão mais. O sistema funciona igualmente bem para combustível e óleo. No sistema de lubrificação você precisará de um filtro e um resfriador, ambos serão instalados em linha após a bomba, mas antes da válvula de bypass.
Resfriador do óleo: instale-o direito, não morra
Para o resfriador do óleo sugiro os resfriadores de transmissão. Os filtros podem ser os comuns. Certifique-se de que todo o sistema que vai em direção ao turbo seja rígida como tubos de cobre. Linhas flexíveis como as de borracha podem estourar e acabar em um desastre. Óleo ou combustível encostando em uma turbina quente vira fogo em um instante. A borracha amolece com o calor e a alta pressão das bombas romperá os dutos. Faça com segurança e use tubos rígidos. É tão barato quanto tubos flexíveis.
Quando montar os dutos de óleo no turbo, certifique se que a entrada de óleo está no topo do turbo e que o dreno está no fundo. A entrada é normalmente a menor das duas aberturas.
Reservatórios e óleo
Os tanques de combustível podem ser de qualquer tamanho e os tanques de óleo devem ser capazes de armazenar ao menos 3,5 litros. Não posicione os dutos de alimentação perto dos dutos de retorno aos tanques. Em relação ao óleo, uso o Castrol 5W-20, um óleo 100% sintético com baixa viscosidade é essencial. A baixa viscosidade ajuda a turbina a rodar mais facilmente na partida.
Para mais informações sobre os cálculos de combustível etc, sugiro entrar no grupo do Yahoo "DIYgasturbines".
Acendendo a vela
Ah, você precisa de uma fonte de ignição. Como há inúmeros modos de obter uma faísca de uma vela, não vou me aprofundar nesse tema. Deixo vocês procurarem na internet por um circuito de alta voltagem, ou então importar um sistema de outro carro.
Popout

Décimo passo: faça barulho, estremeça o chão e assuste os vizinhos

Nota: O motor no vídeo não é o motor do autor do post. O vídeo desse motor pode ser encontrado aqui.
Esta é a parte divertida. As peças que você precisará são:
1) o motor
2) protetores para o ouvido
3) montes de combustível
4) um soprador de folhas
É agora que as coisas ficam interessantes.
Em primeiro lugar, monte o motor onde você pode ligá-lo sem enlouquecer ninguém com o barulho. Depois você precisa abastecê-lo. Gosto de usar combustível de avião, encontrado em qualquer aeroporto pequeno, porque funciona bem e tem o cheiro certo. Vá para o sistema de óleo e ajuste a pressão para um mínimo de 30 psi. Coloque seus protetores de ouvido e gire a turbina jogando ar pelo motor com o soprador de folhas. Sim, você pode usar partida elétrica ou o ar para ligar esses motores, mas não é a regra e é muito mais fácil usar somente o soprador de folhas.
Depois, ligue o circuito de ignição e lentamente aplique combustível fechando a válvula no sistema de combustível até ouvir um pequeno estouro quando o combustor acender. Continue aumentando o fluxo de combustível e você começará a ouvir o ronco do seu novo motor a jato. Comece a afastar aos poucos o soprador de folhas e veja se o motor acelera por si só. Se não, reaproxime o soprador e injete mais combustível até que ele gire sozinho.
É isso! Parabéns. Você construiu um motor a jato. Não queime a casa!
Russ Moore é colaborador de Instructables.com, uma "plataforma documental onde entusiastas compartilham o que fazem e como fazem, e aprendem e colaboram com outros". Esta história foi publicada originalmente no dia 17 de abril de 2006.