AERONAVES E MOTORES -> Capítulo XVII - SISTEMA ELÉTRICO -- Parte 3/3

CAPÍTULO XVII

SISTEMA ELÉTRICO

Parte 3/3

CONTINUAÇÃO ... 



SISTEMA ELÉTRICO DO AVIÃO

Os sistemas elétricos dos aviões são muito variados, e por isso não é possível determinar um "tipo padrão" para estudo. Por essa razão, estudaremos separadamente os seus componentes de maior uso em aviões leves.


BATERIAS

A bateria fornece energia para a partida do motor e alimenta os dispositivos elétricos do avião em caso de emergência, como na parada do motor ou falha do gerado. Os tipos de bateria usados em aviões são a bateria ácida (de chumbo) e a bateria alcalina (de níquel cádmio).

Uma bateria recebe esse nome por que é formada pela justaposição de diversos acumuladores ou elementos  ligados em série, de modo a perfazerem a tensão requerida pelo sistema elétrico (geralmente 12 ou 24 volts).

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DÍNAMO

É um gerador que fornece corrente contínua. É a principal fonte de energia elétrica do avião e carrega a bateria. A figura abaixo (Imagem 2) mostra um dínamo elementar. Podemos observar que é semelhante ao alternador elementar estudado anteriormente, mas os anéis coletores são substituídos  pelo comutador, que retifica a corrente alternada produzida pelo induzido, transformando-a em corrente contínua. 

Imagem 2

Neste dínamo elementar, a corrente coletada pelas escovas não é exatamente contínua por que existe apenas uma bobina no induzido. Num dínamo real, porém, existem muitas bobinas (ver o induzido mostrado abaixo), de modo que as ondulações da corrente diminuem consideravelmente, tornando a corrente praticamente contínua. As bobinas desse induzido são enroladas num núcleo de ferro cilíndrico, por que o ferro oferece melhor passagem ao campo magnético que o ar.

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DIODO

O diodo é um dispositivo que permite a passagem da corrente num só sentido. Uma das suas funções é a retificação da corrente alternada. Dessa forma, um alternador (que é construído para fornecer corrente alternada) pode fornecer corrente contínua, substituindo o dínamo.

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REGULADOR DE VOLTAGEM E DE INTENSIDADE

A tensão fornecida pelo dínamo varia de acordo com a rotação do motor e a carga solicitada pelo sistema elétrico do avião. Para manter a voltagem constante, usa-se um dispositivo chamado regulador de voltagem (ou de tensão).

Além dessa função, os reguladores reais funcionam também como reguladores ou limitadores de intensidade, reduzindo a tensão do Dínamo quando a intensidade da corrente ultrapassa um valor crítico.

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DISJUNTOR DE CORRENTE REVERSA

É um disjuntor que impede a corrente da bateria de fluir em direção ao gerador.

Se houver uma falha no gerador, este deixará de fornecer corrente de carga a bateria. A bateria, por sua vez, começará a enviar corrente ao gerador em pane, podendo queimá-lo ou esgotar a sua carga. Isso é evitado através do relé ou disjuntor de corrente reversa (RCCB - "Reverse Current Circuit Breaker") que desconecta o gerador do sistema elétrico do avião.

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INVERSOR

É um dispositivo que transforma a corrente contínua em corrente alternada

• Inversor rotativo - É constituído por um motor de corrente contínua acoplado a um alternador, que fornece a corrente alternada.
• Inversor estático - A corrente contínua é transformada em corrente alternada por meios eletrônicos. Não há peças móveis.

MOTOR ELÉTRICO

É um dispositivo que transforma energia elétrica em energia mecânica. Exemplos: o motor do liquidificador, do ventilador, etc. O motor de corrente contínua tem especial interesse, por que encontra aplicação em aviões leves. Construtivamente, é muito semelhante ao dínamo.


STARTER

É o motor de partida, acionado pela bateria do avião ou uma bateria externa ligada ao avião através de uma tomada na fuselagem. Funciona como o motor de partida dos automóveis, através da chave de ignição. Alguns aviões de treinamento não possuem motor de partida. Nesse caso, uma pessoa treinada dará a partida manualmente através da hélice.

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ATUADOR

Já estudamos o atuador hidráulico no capítulo 5. O atuador também pode ser elétrico, bastando substituir o cilindro hidráulico por um motor elétrico e um mecanismo de redução. Pode ser usado para acionar flapes, recolher o trem de pouso e etc.

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SERVO

O servo ou servomecanismo é um atuador aperfeiçoado, capaz de parar em qualquer posição, obedecendo a sinais elétricos enviados por um computador ou outro dispositivo de controle. Ele recebe o sinal e provoca o deslocamento, retornando ao computador um outro sinal indicando o deslocamento efetuado, até receber uma ordem de parada. Portanto o computador e o servo funcionam respectivamente como o cérebro e o músculo, e são muito usados no piloto automático, que será brevemente estudado em outro capítulo.

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DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO

Quando ocorre curto-circuito num sistema elétrico, a corrente aumenta, provocando forte aquecimento nos fios condutores e componentes, podendo dar início a um incêndio. Para afastar esse risco, o sistema é protegido por fusíveis e disjuntores. 

Os fusíveis são dispositivos feitos com um fio que se funde a baixa temperatura, interrompendo a corrente quando esta ultrapassa um determinado valor.

O disjuntor faz o mesmo, porém a interrupção é feita através de um eletroímã (disjuntor magnético) ou um dispositivo sensível ao calor (disjuntor térmico) e permite religar depois da falha ser sanada.

No avião, o disjuntor (abreviadamente CB - "Circuit Breaker") é usado para dar proteção individual a vários sistemas e dispositivos. Os disjuntores são agrupados num painel especial como na figura abaixo.

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CIRCUITOS COM RETORNO PELA MASSA

Nos Aviões de estrutura metálica são utilizados circuitos com retorno pela massa, ou seja, todos os componentes são alimentados com um só fio (geralmente o positivo) e o retorno da corrente é feito pela própria estrutura do avião ou carcaça do motor. Isso simplifica o sistema elétrico e reduz o peso, a complexidade e a possibilidade de falhas.

Imagem 11

AERONAVES E MOTORES -> Capítulo XVII - SISTEMA ELÉTRICO -- Parte 2/3

CAPÍTULO XVII

SISTEMA ELÉTRICO

Parte 2/3

CONTINUAÇÃO ... 


CORRENTE ALTERNADA 

A energia elétrica urbana é fornecida sob forma de corrente alternada. Ela recebe esse nome por que sua tensão torna-se alternadamente positiva ou negativa, à razão de 60 variações por segundo (60 hertz).


MAGNETISMO

É uma propriedade muito conhecida dos imãs, de atrair o ferro. Um imã possui dois pólos magnéticos denominados norte e sul, entre os quais  há um campo magnético, cuja existência pode ser comprovada colocando uma folha de papel sobre o imã e espalhando limalha fina de ferro sobre a mesma. Apesar de nã existir nada fluindo entre os polos, convenciona-se que há um fluxo magnético dirigido do pólo norte para o pólo sul (dentro do imã o fluxo continua, porém do sul para o norte). 

Dois imãs próximos um ao outro interagem de acordo com a lei dos pólos "pólos iguais se repelem e pólos opostos se atraem"

NOTA: Diferentemente das cargas elétricas, os pólos do imã não existem separadamente. Se quebrarmos um imã, cada pedaço será um imã independente, com dois pólos cada.

ELETROMAGNETISMO

O campo magnético forma-se também ao redor de um fio onde há uma corrente elétrica, no plano perpendicular ao mesmo, conforme mostra a figura abaixo (imagem 1). Isso é aproveitado para construir os eletroímãs, que têm a vantagem de poderem ser desligados, o que não é possível com os imãs permanentes.

Imagem 1

APLICAÇÕES DO ELETROÍMÃ

• Relê - É um interruptor acionado por eletroímã. É utilizado para ligar e desligar dispositivos elétricos. Basicamente é constituído por um eletroímã que atrai uma lâmina móvel de ferro, que aciona os contatos elétricos.

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• Solenoide- O solenoide é um eletroímã destinado a acionar mecanicamente um dispositivo qualquer, provocando um deslocamento. A figura abaixo mostra um solenoide capaz de abrir uma válvula hidráulica.

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INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA

Quando um fio é movimentado dentro de um campo magnético, surge uma força eletromotriz nesse fio. Esse fenômeno chama-se indução eletromagnética e a experiência é conhecida como experiência de Faraday. Uma de suas aplicações é o gerador elétrico, que produz eletricidade através da energia mecânica.

Imagem 4

ALTERNADOR

É um gerador que produz corrente alternada. A figura abaixo (imagem 5) mostra esquematicamente um alternador elementar, formado por uma bobina em forma de quadro que gira entre os pólos de um imã. O campo magnético do imã é imutável, mas cada lado do quadro giratório troca de posição com o lado oposto a cada meia-volta, invertendo o sentido da corrente. Por isso a  corrente gerada é alternada.

Imagem 5

TRANSFORMADOR

É um dispositivo baseado na indução eletromagnética, permitindo alterar uma tensão alternada. A figura ao lado mostra esquematicamente a sua construção.

Imagem 6

A tensão alternada no enrolamento primário cria um campo magnético alternado no núcleo de ferro, simulando o o movimento alternado de um umã próximo ao enrolamento secundário. Conseqüentemente, serpa induzida uma tensão alternada no secundário, que depende de espiras (voltas) desse enrolamento. Se o número de espiras for igual ao do primeiro, a tensão gerada será igual; se houver mais espiras, a tensão será maior e vice e versa. Podemos notar que no transformador a tensão é gerada numa bobina fixa através de um campo magnético móvel, e num gerador de campo magnético é fixo e a bobina é móvel.


TRANSFORMAÇÃO DE CORRENTE 

O transformador não funciona com corrente contínua por que produz um campo magnético fixo, que não induz tensão no enrolamento secundário. Quando se torna necessário aumentar ou diminuir uma tensão contínua, é preciso utilizar os dispositivos ilustrados abaixo (Imagem 7):

Imagem 7

AERONAVES E MOTORES -> Capítulo XVII - SISTEMA ELÉTRICO -- Parte 1/3

CAPÍTULO XVII

SISTEMA ELÉTRICO

Parte 1/3

GENERALIDADES 

A eletricidade no avião é utilizada para muitos fins, tais como a ignição e partida dos motores, o acionamento de acessórios como bombas elétricas, trem de pouso, etc, além da iluminação, rádio-comunicação e navegação. Na parte inicial deste capítulo, serão dadas as noções elementares sobre eletricidade e magnetismo.


ÁTOMOS

Toda matéria é constituída de átomos. O átomo possui um núcleo formado por partículas chamadas prótons e nêutrons. Ao redor do núcleo há uma camada denominada eletrosfera, onde goram outras partículas - os elétrons. O número de prótons é sempre igual ao de elétrons, mas ele é variável. Como exemplo, o átomo de ferro possui 26 prótons e 26 elétrons.

Imagem 1

CARGAS ELÉTRICAS

Os prótons possuem uma propriedade elétrica denominada carga positiva, e os elétrons, carga negativa. Duas cargas positivas ou negativas se repelem, mas uma carga negativa e outra positiva se atraem. Esse fato simples é o fundamento básico da eletricidade. Os nêutrons não possuem carga elétrica, e por isso são eletricamente neutros.

Imagem 2

ELÉTRONS LIVRES

Os elétrons giram em diversas órbitas ao redor do núcleo. Em materiais metálicos como o cobre, alumínio, etc, os elétrons da órbita mais externa podem passar de um átomo ao outro, e por isso são denominados elétrons livres. Quando os elétrons livres movimentam-se ao longo de um fio, dizemos que há uma corrente elétrica nesse fio. E os materiais que permitem a passagem da corrente elétrica são denominados materiais condutores.


FORÇA ELETROMOTRIZ (FEM)

No terminal positivo de uma pilha há excesso de prótons, e por isso dizemos que esse terminal possui potencial elevado, No terminal negativo há excesso de elétrons, e temos um potencial baixo. Entre os dois terminais, há uma força eletromotriz (FEM),  que é mais conhecida em linguagem técnica como diferença de potencial, voltagem ou tensão. A FEM é a tendencia dos elétrons livres serem repelidos do terminal negativo e atraídos para o terminal positivo (os prótons possuem tendência contrária, mas não formam corrente elétrica por que não são livres).

A tensão é medida com volts (v), através de aparelhos denominados voltímetros. Assim, uma pilha fornece 1,5V; uma bateria de automóvel 12V e uma nuvem eletrizada, milhões de volts.


CORRENTE ELÉTRICA
Uma pilha sozinha não produz corrente elétrica, por que o ar não permite a passagem dos elétrons livres. Porém, se ligamos os terminais através de fios condutores e uma lâmpada, formar-se-á uma corrente de elétrons livres que são repelidos  do terminal negativo e atraídos para o positivo (dentro da pilha, esses elétrons são forçados a se deslocar ao terminal negativo pela energia química). O caminho seguido pela corrente elétrica denomina-se circuito elétrico.

A corrente elétrica é medida em amperes, através de amperímetros.


LEI DE Ohm

Resistência elétrica é a resistência que um corpo oferece a passagem da corrente. Ela é medida em ohms, através do ohmímetro. Um ohm é a resistência que permite passar um corrente de 1A (ampere) quando a tensão é igual a 1V.

A Lei de Ohm é uma relação matemática que relaciona tensão, corrente e resistência.

Formula:

Corrente =      Tensão       
                      Resistência   

Em resumo, a corrente é igual à tensão dividida pela resistência


LIGAÇÃO DE FONTES

"Fonte" é tudo aquilo que fornece eletricidade, como as pilhas, baterias, etc. A principais formas de ligar duas ou mais fontes entre si são:

• Ligação em Série;
• Ligação em Paralelo;

Ligação em Série - É utilizada para somar as tensões de várias fontes, que podem ser diferentes entre si.

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Ligação em Paralelo - É utilizada para aumentar a capacidade de fornecer corrente. Todas as fontes devem ter a mesma tensão; caso contrário, as de mais baixas tensão consumirão corrente em vez de fornecê-la. Teoricamente, fontes de mesma tensão contribuem equivalentemente no fornecimento da corrente. Na prática, isso raramente acontece, mas a corrente total é de fato a soma das correntes de cada fonte.

Imagem 4

LIGAÇÃO DE CARGAS

"Carga" é tudo aquilo que consome eletricidade, como as lâmpadas, motores e etc... As principais formas de ligar duas ou mais cargas entre si são:

• Ligação em Série;
• Ligação em Paralelo;

Ligação em Série

A corrente é a mesma em todas as cargas, mas a tensão total (120 v no exemplo abaixo) é a soma das tensões em cada uma delas. Se uma das luzes (na figura abaixo) se queimar, todas as outras se apagarão.

Imagem 5

Ligação em Paralelo

Essa é a ligação mais comum, por que as cargas são geralmente fabricadas para funcionarem com uma determinada tensão (e não com uma determinada corrente). A queima de uma não afeta o funcionamento das demais.

Imagem 6

LIGAÇÃO SÉRIE-PARALELO

Tanto as fontes como as cargas podem ser ligadas em série e parte em paralelo. Todavia, as implicações devem ser examinadas com cuidado, para evitar efeitos inesperados.


MEDIDAS DE TENSÃO E CORRENTE NUM CIRCUITO

A tensão deve ser medida com um voltímetro, ligado em paralelo com a fonte ou a carga m questão. A corrente deve ser medida com um amperímetro intercalado em série no circuíto (ou seja, é preciso interromper o circuito e inserir o amperímetro, para que a corrente a ser medida passe através do mesmo)

Imagem 7

TEORIA DE VOO -- SIMULADO IV

TEORIA DE VOO (PPA)

SIMULADO IV

por Anderson Furtado

AERONAVES E MOTORES -> Capítulo XVI - SISTEMA DE RESFRIAMENTO

CAPÍTULO XVI

SISTEMA DE RESFRIAMENTO

NECESSIDADE DO RESFRIAMENTO 

A eficiência do motor térmico é tanto maior quanto maior a temperatura da combustão. Mas o calor produzido aquece os cilindros do motor, podendo prejudicar o funcionamento e causar danos. Daí surge a necessidade do resfriamento ou arrefecimento do motor.

A temperatura das partes metálicas do motor, especialmente das de liga de alumínio, deve ser mantida em valores abaixo de 300°C. Conforme mostra a figura a baixo (Imagem 1) o excesso de temperatura causa efeitos nocivos em diversas partes do motor.

Imagem 1

Por outro lado, a temperatura não deve descer abaixo de um determinado valor mínimo, pois o vapor de gasolina poderá voltar ao estado líquido, empobrecendo a mistura e causando a parada do motor. Isso é mais comum em descida prolongadas com motor lento, em dias muito frios.


SISTEMA DE RESFRIAMENTO

Existem dois sistemas de resfriamentos do motor: resfriamento a líquido (ou arrefecimento indireto), e resfriamento a ar (ou arrefecimento direto).

Em ambos os casos, o óleo lubrificante ajuda a resfriar o motor, transferindo calor ao ar através do radiador de óleo, conforme estudamos no capítulo "Sistema de Lubrificação"

RESFRIAMENTO A LÍQUIDO

Neste sistema, os cilindros são resfriados por um líquido, que pode ser água ou etileno-glicol. Este, apesar de ser mais caro e absorver menos calor que a água, tem a vantagem de não ferver ou congelar facilmente e seu volume diminui quando congela, não danificando portanto as tubulações e outras partes do sistema.

O resfriamento a líquido proporciona melhor transferência de calor e melhor controle e estabilização da temperatura. os motores podem ter tolerância ("folgas") menores, ganhando em eficiência, potência, durabilidade e confiabilidade. São fabricados ainda hoje em quantidade limitada, para usos especiais.

Imagem 2

O líquido usado no resfriamento do motor é enviado por uma bomba a um radiador, onde é resfriado pelo ar externo. o resfriamento excessivo é enviado através de um termostato.

RESFRIAMENTO A AR

 Este é o sistema de arrefecimento mais utilizado, porque é mais simples, leve e barato. Suas desvantagens são a maior dificuldade de controle de temperatura e a tendência ao superaquecimento. Isso requer folgas maiores entre as peças, a fim de comportar a maior dilatação provocada pelo calor.

Essa folgas diminuem a potência e a eficiência. Os cilindros e suas cabeças possuem alhetas de resfriamento para facilitar a transferência de calor. Podem ser usados ainda os defletores e flapes de arrefecimento, cujas funções estão mostradas nas figuras abaixo:

Imagem 3

Nos motores com cilindros horizontais opostos, os defletores formam uma caixa de ar acima dos cilindros, onde a pressão foi aumentada devido ao impacto de ar acima dos cilindros, onde a pressão foi aumentada devido ao impacto do ar que estra na carenagem. Essa pressão faz com que o ar desça  verticalmente, atravessando as alhetas dos cilindros.

Imagem 4

CONTROLE DE TEMPERATURA

As condições climáticas no Brasil fazem com que a maior parte dos problemas de temperatura do motor sejam relacionadas ao superaquecimento. Para reduzir a temperatura, o piloto pode lançar mão dos seguintes recursos:

1. Abrir flapes de arrefecimento, se houver, para aumentar o fluxo de ar de arrefecimento;
2. Reduzir potência, para diminuir o calor produzido nos cilindros;
3. Aumentar a velocidade de voo, a fim de aumentar o fluxo de ar sobre o motor (todavia se aumentar a potência, isto é, o avião deve iniciar uma descida ou deixar de subir)
4. Usar mistura rica, se for possível. O excesso de combustível resfriará o motor, apesar de aumentar o consumo.

AERONAVES E MOTORES -> Capítulo XV - SISTEMA DE LUBRIFICAÇÃO -- Parte 2/2

CAPÍTULO XV

SISTEMA DE LUBRIFICAÇÃO

PARTE 2/2

CONTINUAÇÃO...

COMPONENTES DO SISTEMA DE LUBRIFICAÇÃO 

Os principais componentes são o reservatório (tanque de óleo), radiador, bombas, filtros, decantador e válvulas de diferentes tipos.


RESERVATÓRIO

Em muitos motores, o próprio cárter serve como reservatório. São os motores de "cárter molhado". Existem, por outro lado, os motores de "cárter seco", onde existe um reservatório à parte.

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O nível do óleo no reservatório deve ser examinado periodicamente, devido à perda que ocorre por vaporização, queima nos cilindros, vazamentos, etc.


RADIADOR DE ÓLEO

Quando a temperatura do óleo sobe acima de um determinado limite, abre-se um termostato (válvula que funciona com calor), fazendo o óleo passar por um radiador. O radiador recebe o vendo da hélice. O óleo entra no radiador com baixa viscosidade e alta temperatura e ao sair, estará mais frio e mais ciscoso.



BOMBA DE ÓLEO

As bombas de óleo usadas no sistema de lubrificação, são geralmente do tipo de engrenagens. Elas recebem diferentes nomes, conforme suas finalidades.

Os tipos principais são:

• Bomba de Pressão ou (de Recalque) - retira o óleo do reservatório e o envia sob pressão para o motor.

• Bomba de Recuperação (ou de Retorno) - retira o óleo que circulou no motor e leva-o para o reservatório.

FILTRO

Serve para reter as impurezas do óleo, através de uma fina tela metálica, discos ranhuras ou papelão especial corrugado. O filtro deve ser periodicamente limbo ou substituído antes que o seu elemento filtrante fique obstruído.

O tipo de filtro mais utilizado nos aviões leves é o descartável, de formato semelhante ao dos automóveis. O mecânico deve examinar os elementos filtrantes quando desmontar os filtros (no caso dos descartáveis, pode-se cortar e remover o elemento filtrante), a fim de verificar se existem partículas metálicas retidas, indicando o desgaste anormal ou iminente falha de algum componente do motor.

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DECANTADOR

Em alguns aviões, o óleo que circulou pelo motor escoa por gravidade até um pequeno tanque chamado decantador ou colhedor.

A seguir, o óleo passa por um filtro e uma bomba o envia ao reservatório. Em muitos aviões não existe decantador, pois o próprio reservatório desempenha essa função.

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VÁLVULAS

No sistema de lubrificação existem muitos tipos de válvulas que controlam o fluxo de óleo. Os mais importantes são:

• Válvula Reguladora de Pressão - é colocada na linha para evitar que a pressão do óleo ultrapasse um determinado valor.

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• Válvula Unidirecional - esta válvula dá livre passagem ao óleo num sentido e impede o fluxo no sentido contrário.

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• Válvula de Contorno ou "by-pass" - é uma válvula que abre-se acima de uma determinada pressão, com a finalidade de oferecer um caminho alternativo para o óleo. É muito usada nos filtros de óleo, a fim de permitir o fluxo do lubrificante quando o filtro ficar obstruído (é melhor permitir que o motor funcione com óleo não filtrado do que sem nenhum óleo).

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INSTRUMENTOS DO SISTEMA DE LUBRIFICAÇÃO

Servem para verificar o bom funcionamento do sistema de lubrificação e detetar anormalidades. Os principais instrumentos são o manômetro de óleo e o termômetro de óleo.

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MANÔMETRO DE ÓLEO

Este é o primeiro instrumento a ser observado durante a partida do motor. Em funcionamento normal, o ponteiro deverá estar dentro de uma faixa verde pintada no mostrador. Na partida com o motor frio, porém, a pressão deverá ultrapassar esse limite por que o óleo está muito mais ciscoso do que na temperatura normal de funcionamento. Se isso não acontecer dentro de 30 segundos de funcionamento (ou 60 segundos em tempo muito frio), deve-se parar imediatamente o motor, pois isso indica uma possível falha no sistema de lubrificação. À medida que o motor se aquece, o ponteiro deverá descer para a faixa verde.


TERMÔMETRO DE ÓLEO

O aquecimento gradual ao óleo pode ser observado no termômetro de óleo. O piloto só deve acelerar o motor para decolar se o termômetro estiver indicando um valor mínimo recomendado pelo fabricante do motor.

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