O monitoramento preciso e contínuo dos instrumentos de bordo é fundamental para garantir a segurança e a eficiência das operações aéreas. Cada instrumento desempenha um papel crucial no fornecimento de informações detalhadas sobre o desempenho da aeronave, desde a navegação até o funcionamento dos motores e sistemas.
Este post aborda a classificação desses instrumentos, suas funções e os princípios operacionais que sustentam seu uso, destacando a importância de cada um na operação segura e eficiente de uma aeronave.
Monitoramento de Instrumentos e sua Classificação
O desempenho de voo de uma aeronave, assim como o funcionamento de seus motores e sistemas, é constantemente monitorado por meio de diversos instrumentos especializados.
Esses instrumentos podem ser classificados em quatro categorias principais, conforme detalhado a seguir:
Instrumentos de Navegação
Responsáveis por orientar a rota de voo da aeronave, assegurando que ela siga o trajeto planejado.
Exemplo: Bússola.
Instrumentos de Voo
Fornecem informações sobre as variáveis que influenciam o voo da aeronave, como velocidade e altitude.
Exemplo: Altímetro.
Instrumentos do Motor
Monitoram as condições operacionais dos motores, permitindo uma avaliação contínua de seu desempenho.
Exemplo: Tacômetro.
Instrumentos da Aeronave
Avaliam as condições de funcionamento dos sistemas da aeronave, garantindo que todos os sistemas essenciais estejam em operação adequada.
Exemplo: Medidor de combustível (quantidade de gasolina).
Sistema Pitot-Estático
O sistema Pitot-Estático é essencial para a operação de aeronaves, pois sua função principal é captar as pressões estática e dinâmica do ar, fornecendo dados cruciais para os seguintes instrumentos de voo:
Altímetro: Mede a altitude da aeronave em relação ao nível do mar.
Velocímetro: Indica a velocidade da aeronave em relação ao ar.
Variômetro: Fornece informações sobre a taxa de subida ou descida da aeronave.
Machímetro: Calcula a relação entre a velocidade da aeronave e a velocidade do som.
O sistema Pitot-Estático é composto por duas principais tomadas de pressão:
Tubo de Pitot: Responsável pela captação da pressão total, que inclui tanto a pressão estática quanto a dinâmica do ar.
Tomada de Pressão Estática: Coleta a pressão estática do ambiente.
Tubo de Pitot
Em aeronaves leves, o tubo de Pitot e a tomada de pressão estática são frequentemente integrados em um único dispositivo, geralmente instalado sob a asa, em uma posição que minimize a influência do vento gerado pela hélice. A configuração interna do Tubo de Pitot é projetada para capturar de forma precisa as pressões necessárias para o funcionamento correto dos instrumentos de voo.
Linhas de Pressão Estática e Dinâmica – Estas são as tubulações responsáveis por conduzir as pressões estática e dinâmica até os instrumentos de medição:
a) Linha de Pressão Estática: Conduz a pressão atmosférica sem a influência do movimento da aeronave.
b) Linha de Pressão Dinâmica ou de Impacto: Transporta a pressão total, que é a soma da pressão estática e da pressão dinâmica, até os instrumentos, embora o nome possa sugerir que transmite apenas a pressão dinâmica.
Manômetros – São instrumentos utilizados para medir diferentes tipos de pressões. Eles podem ser classificados em dois tipos principais:
a) Manômetro de Pressão Absoluta: Mede a pressão em relação ao vácuo absoluto, ou seja, a partir de uma referência de zero absoluto.
b) Manômetro de Pressão Relativa: Mede a pressão em relação à pressão atmosférica local, fornecendo a diferença entre a pressão medida e a pressão ambiente.
Manômetro de Pressão Absoluta – Este instrumento mede a pressão em relação ao vácuo absoluto. Normalmente, a sua escala é graduada em polegadas de mercúrio (in Hg) e só indicará “zero” quando estiver em um ambiente de vácuo. O funcionamento deste manômetro baseia-se em uma cápsula aneroide, que se achata ou expande em resposta às variações da pressão externa.
O Altímetro – O altímetro é, em essência, um barômetro calibrado para indicar a pressão atmosférica em termos de altitude, expressa em metros ou pés. Seu funcionamento depende da expansão e contração de uma cápsula aneroide, que está conectada à linha de pressão estática da aeronave. Os ponteiros do altímetro são acionados por um mecanismo de relojoaria de alta precisão, que traduz as variações na cápsula aneroide em leituras de altitude.
Indicador de Pressão de Admissão
Este indicador de pressão, anteriormente discutido (vide Pág. 59, Item 7), é um instrumento de medição de pressão absoluta, análogo ao altímetro, porém com a finalidade específica de medir a pressão no coletor de admissão do motor. Sua leitura é comumente expressa em polegadas de mercúrio (in Hg).
Manômetro de Pressão Relativa
Este tipo de manômetro realiza a medição de pressões utilizando como referência a pressão ambiental ou outra pressão predefinida como “zero”. O componente sensível do manômetro pode variar de acordo com a faixa de pressão: para pressões baixas, utiliza-se uma cápsula aneróide, enquanto para pressões elevadas, emprega-se um tubo de Bourdon.
O tubo de Bourdon, caracterizado por seu formato achatado e encurvado, se expande ao ser submetido à pressão interna. Este componente é usualmente fabricado em bronze para pressões moderadas, e em aço inoxidável para pressões extremamente altas. As leituras fornecidas por este manômetro são normalmente expressas em psi (Pounds per Square Inch ou lbf/in²) ou em kgf/cm².
Velocímetro
O velocímetro é um instrumento responsável por medir a velocidade da aeronave em relação ao ar ambiente. O componente sensível utilizado neste dispositivo é uma cápsula aneróide, que, através de um mecanismo de relojoaria, movimenta o ponteiro do instrumento. Normalmente, o velocímetro é graduado em mph (milhas por hora), kt (nós) ou km/h.
Funcionamento
A pressão estática é introduzida na câmara interna do instrumento e exerce sua influência na parte externa da cápsula. Simultaneamente, a pressão total—que é a combinação das pressões estática e dinâmica—é conduzida por um tubo para atuar na parte interna da cápsula. Com isso, as pressões estáticas, tanto interna quanto externa, se anulam, restando apenas a pressão dinâmica, que provoca a expansão da cápsula.
Indicador de Velocidade Vertical (Variômetro)
O variômetro é um instrumento essencial na aviação, responsável por fornecer a taxa de variação vertical da aeronave, indicando a razão de subida ou descida. Essa taxa é geralmente expressa em pés por minuto (ft/min) ou metros por segundo (m/s). O funcionamento do variômetro baseia-se em um sensor sensível, tipicamente uma cápsula aneroide ou um dispositivo de pressão diferencial, que reage às mudanças na pressão atmosférica associadas às alterações na altitude da aeronave.
Machímetro
O machímetro é um instrumento utilizado exclusivamente em aeronaves de alta velocidade, cuja função é indicar o Número de Mach. Esse número representa a relação entre a velocidade aerodinâmica da aeronave e a velocidade do som. O funcionamento do machímetro depende da medição das pressões dinâmica e estática, além da temperatura do ar na altitude em que a aeronave está voando, permitindo uma leitura precisa do Número de Mach durante o voo.
Manômetros dos Sistemas
O monitoramento do funcionamento de vários sistemas a bordo das aeronaves é realizado por meio de manômetros. Estes instrumentos, em sua maioria, utilizam manômetros de pressão relativa, que possuem como elemento sensível o tubo de Bourdon.
Exemplos de sistemas monitorados por esses manômetros incluem a pressão do óleo do motor, a pressão da bomba de combustível, a pressão do sistema hidráulico e a pressão do sistema de oxigênio, entre outros. Esses manômetros são fundamentais para garantir a operação segura e eficiente dos sistemas críticos da aeronave.
Termômetros em Aeronaves
Diversos tipos de termômetros são empregados em aeronaves, cada um baseado em princípios distintos, para garantir a medição precisa das diversas temperaturas críticas ao funcionamento e segurança do voo. Os tipos mais comuns de termômetros utilizados são os seguintes:
Termômetro Elétrico (ou de Resistência)
Este tipo de termômetro é amplamente utilizado para a medição da temperatura do ar externo. Seu funcionamento baseia-se na variação da resistência elétrica em função da temperatura, proporcionando leituras precisas em condições variáveis de altitude e velocidade.
Termômetro de Pressão de Vapor
O termômetro de pressão de vapor é o mais adequado para medir a temperatura do óleo. Ele opera com base na pressão gerada por um fluido em um estado de vapor, que varia conforme a temperatura, garantindo uma medição confiável das condições térmicas dos lubrificantes utilizados na aeronave.
Termômetro Termoelétrico (ou Par Termoelétrico)
Este tipo de termômetro, também conhecido como “thermocouple”, é ideal para medir temperaturas extremamente elevadas. Ele funciona por meio da geração de uma diferença de potencial entre dois metais distintos, resultando em uma medição precisa das temperaturas em áreas críticas, como em sistemas de propulsão.
Tacômetro ou Contagiros
O tacômetro, também conhecido como contagiros, é o instrumento responsável por indicar a velocidade de rotação da hélice em uma aeronave. Esse parâmetro é crucial para o monitoramento do desempenho do motor durante o voo. Os tacômetros mais utilizados são divididos em duas categorias principais: mecânicos e elétricos.
a) Tacômetro Mecânico
Conhecido também como tacômetro centrífugo, este tipo de instrumento opera com base na ação de contrapesos rotativos. Esses contrapesos, ao girarem, exercem força sobre o mecanismo do ponteiro do instrumento, que, por sua vez, indica a velocidade de rotação da hélice de maneira precisa e confiável.
b) Tacômetro Elétrico
O tacômetro elétrico funciona essencialmente como um voltímetro, medindo a tensão gerada por um gerador acionado pelo motor da aeronave. Além deste, existe um modelo de tacômetro elétrico que inclui um pequeno motor interno, sincronizado com o motor principal do avião. Esse motor gira um ímã permanente, que, por meio de ação eletromagnética, movimenta um tambor, fazendo com que o ponteiro do instrumento indique a rotação correta.
Bússola Aeronáutica
A bússola é um instrumento essencial na aviação, utilizada para indicar a proa magnética, ou seja, o ângulo formado entre o eixo longitudinal da aeronave e a direção do campo magnético terrestre. Existem dois principais tipos de bússola utilizados em aeronaves: a bússola magnética e a bússola de leitura remota.
a) Bússola Magnética
O funcionamento da bússola magnética baseia-se na propriedade dos ímãs de se alinharem com o campo magnético norte-sul da Terra. Este instrumento consiste em um ou mais ímãs inseridos em uma escala circular móvel, denominada limbo. O limbo pode girar livremente em torno de um eixo vertical, estando suspenso sobre um pivô e imerso em um líquido (geralmente querosene) que atua como amortecedor para reduzir as oscilações.
Entretanto, a bússola magnética está sujeita a alguns erros de funcionamento. Esses erros podem ser provocados pela fricção do pivô, pela presença de campos magnéticos espúrios gerados pela própria aeronave e pelos movimentos da aeronave durante o voo.
Embora os campos magnéticos espúrios possam ser parcialmente compensados por ímãs ajustáveis localizados na caixa da bússola, uma pequena margem de erro ainda pode persistir, sendo essa margem indicada em um cartão de desvios localizado próximo ao instrumento. A fricção no pivô é inevitável, mas é minimizada pelas vibrações naturais da aeronave em voo.
b) Bússola de Leitura Remota
A bússola de leitura remota utiliza um sistema eletromagnético avançado, denominado válvula de fluxo (ou “flux gate”, em inglês), como sensor magnético. Este sensor é geralmente instalado na ponta da asa da aeronave, onde a influência de campos magnéticos espúrios é reduzida, minimizando assim os erros de leitura. Os sinais magnéticos captados são processados e corrigidos por um transmissor, que então envia essas informações aos indicadores e instrumentos na cabine de pilotagem.
Este sistema oferece maior precisão e confiabilidade em comparação à bússola magnética tradicional, sendo amplamente utilizado em aeronaves modernas.
GIROSCÓPIO – O giroscópio é um dispositivo fundamental utilizado em múltiplos instrumentos de navegação e controle de voo. Em essência, é composto por uma roda em rotação, que apresenta uma forte tendência a manter uma orientação constante no espaço. As principais características do giroscópio incluem a rigidez giroscópica e a precessão, que são essenciais para seu funcionamento.
Acionamento do Giroscópio – O acionamento do rotor do giroscópio normalmente ocorre por meio de um jato de ar, gerado pela sucção do ar para o interior do instrumento. Essa sucção pode ser obtida por meio de uma bomba de vácuo, que é acionada pelo motor da aeronave, ou por um tubo de Venturi instalado externamente no avião. Alternativamente, o rotor do giroscópio pode ser acionado por um motor elétrico, onde, nesse caso, o rotor do giroscópio pode ser o próprio rotor do motor elétrico.
Instrumentos Giroscópios
Os instrumentos giroscópios desempenham um papel crucial na navegação e controle da aeronave, especialmente em condições adversas. Os três principais instrumentos que utilizam a tecnologia giroscópica são:
Giro Direcional (Heading Indicator)
Este instrumento substitui a bússola magnética, oferecendo uma visualização mais precisa e estável durante situações de turbulência. Para garantir a precisão, é necessário ajustar regularmente a escala ou o cartão do instrumento para que ele esteja alinhado com a bússola magnética, corrigindo qualquer discrepância que possa ocorrer.
Horizonte Artificial (Artificial Horizon)
O horizonte artificial é fundamental para a manutenção da orientação espacial da aeronave. Ele apresenta a imagem de um avião simbólico visto de trás, com um fundo que representa o céu azul e o solo marrom. Esse instrumento indica a posição do nariz e das asas em relação ao horizonte, auxiliando o piloto a manter o controle da atitude da aeronave, especialmente quando a visibilidade externa é limitada.
Indicador de Curva e Inclinômetro (Turn-and-Bank Indicator)
Este instrumento é composto por um ponteiro ou barra que indica a velocidade de giro durante uma curva nivelada. O inclinômetro, conhecido como “bolinha”, está contido em um tubo curvado preenchido com querosene ou outro líquido especial. Ele auxilia o piloto na coordenação dos comandos, garantindo que a curva seja realizada de forma correta e segura.
Instrumentos Combinados
Para otimizar a atenção do piloto e evitar a necessidade de monitorar múltiplos instrumentos individualmente, alguns equipamentos podem ser agrupados em unidades combinadas. Dois exemplos notáveis de instrumentos combinados são:
Indicador Diretor de Atitude (Attitude Director Indicator – ADI)
Este instrumento integra várias funções em uma única unidade, combinando o Horizonte Artificial, o Indicador de Curva, o Inclinômetro e os indicadores de radioauxílio ILS (“Instrument Landing System”). Além de fornecer informações sobre a atitude da aeronave, o ADI orienta o piloto sobre as manobras necessárias para corrigir a trajetória ou alinhar a aeronave conforme a rota desejada. Essa função diretora é essencial para o controle preciso e seguro do voo, especialmente em aproximações e pousos por instrumentos.
Indicador de Situação Horizontal (Horizontal Situation Indicator – HSI)
O HSI é uma evolução do Giro Direcional, que incorpora diversos instrumentos de navegação baseados em radioauxílios. Este instrumento facilita a navegação por instrumentos ao apresentar informações integradas e de fácil interpretação, permitindo ao piloto manter o rumo correto e seguir as rotas de navegação com maior precisão.
Esses instrumentos combinados são projetados para proporcionar uma visualização mais clara e centralizada das informações críticas de voo, reduzindo a carga de trabalho do piloto e aumentando a segurança durante a operação da aeronave.
Altímetro de Rádio
O altímetro de rádio é um instrumento essencial para medir a altura real ou absoluta da aeronave em relação ao terreno subjacente. Este dispositivo é de particular importância durante as fases de aproximação e pouso. Seu funcionamento é baseado na tecnologia de radar, onde uma onda é emitida em direção ao solo e o tempo de retorno do seu reflexo é captado.
A partir desses dados, um computador de bordo calcula a altitude com precisão e exibe a informação em um indicador específico, ou a transmite diretamente para os sistemas automatizados de pouso da aeronave.
Torquímetro
O torquímetro é um dispositivo utilizado para medir o torque aplicado ao eixo da hélice de uma aeronave. Embora tenha sido amplamente empregado em grandes motores radiais no passado, seu uso tornou-se raro nos motores a pistão modernos.
Atualmente, a medição do torque é realizada de maneira indireta, através da pressão média efetiva de frenagem (BMEP – “Brake Mean Effective Pressure”), monitorada por meio de um manômetro. O piloto deve sempre estar atento para não exceder os limites estabelecidos, a fim de proteger o motor contra danos.
Devido aos avanços tecnológicos, os torquímetros não são mais necessários nos motores a pistão contemporâneos.
Instrumentos de Medição de Tempo
Os instrumentos utilizados para a medição do tempo em aeronaves incluem o relógio, o cronômetro e o horímetro. O relógio e o cronômetro são ferramentas essenciais que auxiliam na navegação e na execução precisa de determinados procedimentos de voo. Já o horímetro desempenha um papel crucial ao registrar o tempo de voo ou o tempo de funcionamento do motor.
Essa informação é fundamental para que o piloto possa monitorar e controlar os intervalos de inspeção e manutenção da aeronave, motores e seus componentes, garantindo assim a segurança e a eficiência operacional.
Faixas de Operação
Em situações onde as informações numéricas detalhadas não são essenciais para o piloto, os instrumentos de voo podem utilizar faixas de operação coloridas para transmitir o status operacional de forma rápida e intuitiva:
a) Verde: Indica uma operação dentro dos parâmetros normais e seguros.
b) Amarela: Sinaliza uma operação restrita ou que requer atenção especial, podendo indicar uma condição de alerta.
c) Vermelha: Denota uma operação proibida, indicando que os limites seguros foram excedidos e que há risco de danos ao sistema ou à segurança da aeronave.
Essas faixas permitem ao piloto avaliar rapidamente a situação operacional, tomando as medidas necessárias para garantir a segurança do voo.
Instrumentos Digitais e Analógicos
Conforme a finalidade do instrumento, as informações podem ser exibidas de duas maneiras distintas: na forma digital ou na forma analógica. A apresentação digital é preferida quando a precisão é essencial, permitindo que o piloto obtenha dados exatos com clareza.
Por outro lado, a exibição analógica é mais intuitiva, facilitando a interpretação rápida e visual do estado operacional, especialmente em situações que exigem uma resposta imediata. Cada forma de apresentação possui suas vantagens, sendo a escolha determinada pela necessidade específica de cada instrumento e pelo contexto operacional.
Instrumentação Eletrônica
A instrumentação eletrônica é constituída por três componentes essenciais:
a) Sensores
Os sensores são dispositivos responsáveis por captar grandezas físicas, como pressão, temperatura, força e velocidade. Esses dados são então transmitidos, de maneira direta ou indireta, para os processadores eletrônicos, onde são analisados.
b) Processadores Eletrônicos
Os processadores eletrônicos desempenham diversas funções, desde a simples amplificação de sinais elétricos até a execução de tarefas mais complexas, que geram informações essenciais para a interação com o piloto. Esses processadores incluem também os sistemas eletrônicos de navegação, conhecidos como aviônicos.
c) Painéis e Displays de Cristal Líquido (LCD)
Os painéis, frequentemente constituídos por telas de cristal líquido (LCD), têm a função de converter os sinais eletrônicos provenientes dos processadores em imagens visuais. Abaixo, podemos observar um exemplo típico que utiliza dois painéis LCD.
Princípios da Combustão
A combustão é um processo químico que ocorre entre uma substância combustível e um oxidante, geralmente o oxigênio presente no ar, resultando na liberação de calor. Esse processo pode se manifestar de duas formas: com ou sem a presença de chama.
Chama
A chama é a manifestação visível da combustão, onde gases aquecidos emitem luz. Este tipo de combustão ocorre quando a mistura de combustível e oxigênio é tal que permite a formação de gases incandescentes.
Brasa
A brasa, por outro lado, representa uma forma de combustão sem chama. Um exemplo comum é o carvão, que queima liberando calor, mas sem produzir chama. Isso ocorre porque a reação de combustão no carvão é mais lenta e não gera os gases incandescentes necessários para a formação de uma chama visível.
Compreender o funcionamento e a classificação dos instrumentos de voo é essencial para qualquer profissional da aviação. A precisão na leitura e interpretação desses instrumentos permite que os pilotos tomem decisões informadas e mantenham o controle total da aeronave em diversas condições de voo.
Além disso, a evolução tecnológica na instrumentação eletrônica e nos sistemas de medição tem aprimorado ainda mais a segurança e a confiabilidade das operações aéreas, tornando-se um aspecto indispensável na formação de comissários de voo e outros profissionais da área.
