Nos vastos céus, as aeronaves estão expostas a uma miríade de eletromagnéticos – desde o simples barulho de rádio até a potente descarga elétrica de um raio. Assim como os seres humanos externos de vestimentas são importantes para proteção contra os elementos, os sistemas elétricos das aeronaves são observados de uma camada de segurança: o aterramento e a blindagem. Estas são medidas essenciais para garantir que todos os sistemas funcionem de forma harmoniosa e segura, minimizando interferências, prevenindo danos e maximizando a eficiência operacional. Neste post, exploraremos o intricado mundo do aterramento e blindagem em sistemas elétricos de aeronaves – desde o conceito básico de ligação até os mecanismos de blindagem que protegem contra campos eletromagnéticos adversos.

Ligação (aterramento)

A ligação é como conectar partes metálicas de um avião para fazer uma conexão elétrica única. Isso cria um caminho com pouca resistência para a eletricidade fluir de qualquer parte da estrutura para qualquer outra parte. Isso é chamado de “terra da aeronave” e conecta todos os fios elétricos à parte negativa da bateria ou do alternador.

Quando usamos a estrutura de metal do avião como um “aterramento” (conexão negativa), isso significa que o avião tem um sistema elétrico de um único fio. Essa ligação também ajuda a reduzir interferência de rádio, prevenir danos causados por raios em partes como dobradiças de controle e evitar o acúmulo de eletricidade estática entre as partes. A ligação reduz o risco de incêndio causado por descargas estáticas.

Um “jumper de ligação” é um pedaço pequeno de fio trançado ou tira de metal usado para conectar partes separadas do avião para fins de ligação. O fio jumper normalmente tem um terminal em cada ponta para ser preso à estrutura.

Esses jumpers devem ser curtos e instalados de maneira que a resistência de cada conexão não seja maior que 0,003. Eles também devem ser colocados em locais fáceis de acessar para inspeção e manutenção. É importante garantir que esses jumpers não atrapalhem as partes móveis do avião e que o movimento normal dessas peças não cause danos aos jumpers.

Quando você instala jumpers, é crucial remover qualquer revestimento isolante, como anodização, pintura, óxidos e graxa, para que a superfície de metal fique exposta e limpa, possibilitando o contato. Após garantir a conexão, é uma boa ideia aplicar um revestimento de vedação nas junções. Isso evita a entrada de umidade, que poderia levar à corrosão.

A corrosão eletrolítica pode ocorrer rapidamente em conexões, caso você não tome as precauções adequadas. Em geral, use jumpers de liga de alumínio, mas para unir peças de aço inoxidável, aço banhado em cádmio, cobre, latão e bronze, escolha jumpers de cobre. Quando diferentes metais precisam entrar em contato, selecione jumpers e componentes que minimizem a corrosão, direcionando-a para o jumper ou hardware e longe das partes mais suscetíveis.

Grupo 1: Ligas de magnésio Neste grupo, estão as ligas feitas de magnésio. Elas podem ser unidas entre si sem expressões de resistência.

Grupo 2: Zinco, cádmio, chumbo, estanho, aço Aqui, temos metais como zinco, cádmio, chumbo, estanho e aço. Eles podem ser combinados uns com os outros sem grandes riscos de aderência.

Grupo 3: Cobre e suas ligas, níquel e suas ligas, cromo, aço inoxidável Este grupo abrange o cobre e suas ligas, níquel e suas ligas, cromo e aço inoxidável. Eles podem ser unidos com probabilidade de resistência.

Grupo 4: Todas as ligas de alumínio Neste último grupo, estão todas as ligas feitas de alumínio. Elas podem ser unidas entre si sem grandes preocupações de resistência.

Lembrando que os metais mencionados em cada grupo têm uma boa compatibilidade quando unidos, minimizando os problemas de resistência.

Os elementos de fixação utilizados para segurar os jumpers – como parafusos, arruelas, porcas e pinos – precisam ser feitos de um material compatível com os metais que estão sendo unidos. Por exemplo, se estamos conectando jumpers de alumínio a estruturas de liga de alumínio, os elementos de fixação devem ser feitos de alumínio também.

É importante evitar usar solda para fixar os jumpers, pois os mesmos problemas que a solda apresenta ao conectar fios elétricos se aplicam aqui. No caso de membros tubulares, a melhor abordagem é usar grampos ou blocos de fixação, conforme mostrado na Figura abaixo.

Nesse cenário, um pedaço fino de alumínio é colocado entre as superfícies internas do bloco de grampos, e as pontas das tiras de metal são dobradas ao redor das extremidades do bloco para fazer contato com a estrutura da aeronave.

Também é possível usar uma trança de ligação para conectar partes eletricamente separadas de uma estrutura, como ilustrado na Figura (Instalação de ligação de trança).

Cada ponta da trança de ligação é firmemente conectada à estrutura da chapa metálica usando parafusos e porcas. Um exemplo típico de como um jumper é conectado a uma estrutura de liga de alumínio é mostrado na Figura (Conexão do jumper a uma estrutura de alumínio).

2 Instalação de ligação de trança.

Quando um jumper é colocado em um local onde precisará carregar terra para dispositivos elétricos, é importante tomar precauções para garantir que o jumper possua capacidade suficiente para essa tarefa. Isso pode acontecer ao instalar um componente eletrônico em amortecedores.

Se o dispositivo estiver conectado à terra através da estrutura, a corrente de terra deve passar pela montagem e, então, pelo jumper até a estrutura principal. Se a trança do jumper for muito pequena para lidar com essa carga, ela pode ficar sobrecarregada e derreter. Isso não apenas cria o risco de incêndio, mas também pode resultar na falha do equipamento.

Blindagem

Com o avanço tecnológico, as aeronaves modernas estão equipadas com dispositivos eletrônicos sofisticados e altamente sensíveis. Por conta disso, é fundamental garantir que esses circuitos elétricos estejam devidamente protegidos. Uma das formas de fazer isso é através da blindagem. A blindagem se refere ao ato de revestir a fiação e os equipamentos com um material metálico. Isso é feito para prevenir que energias eletromagnéticas dispersas interfiram no funcionamento adequado desses dispositivos. Um detalhe importante é que os fios ou cabos blindados, geralmente, são conectados ao chão da aeronave em ambas as extremidades ou através de conectores específicos.

Blindagem refere-se ao ato de envolver fios ou componentes elétricos com metal para protegê-los. O objetivo principal da blindagem é diminuir ou evitar os efeitos da interferência eletromagnética (EMI). A EMI acontece quando campos eletromagnéticos, como ondas de rádio, criam tensões não desejadas em um fio ou componente.

Essa tensão não planejada pode levar a erros no sistema e, em situações extremas, até falhas que colocam em risco, por exemplo, aeronaves e seus ocupantes. Uma experiência comum com EMI é quando ouvimos estalos ou ruídos no rádio durante uma tempestade elétrica. Esses ruídos são gerados pela interferência do raio no aparelho de rádio.

Para combater a EMI, a blindagem usa um condutor externo, chamado de escudo, que envolve o condutor principal. Assim, a energia eletromagnética que normalmente interferiria com o condutor principal é desviada pelo escudo e direcionada ao aterramento elétrico, por exemplo, de uma aeronave. Esse escudo, então, bloqueia a EMI.

Blindagem é frequentemente usada quando há a necessidade de proteger equipamentos elétricos contra campos eletromagnéticos de alta frequência e alta energia, seja proveniente de equipamentos da própria aeronave ou de fontes externas.

Além disso, a blindagem também evita que um componente elétrico cause interferência em outro. A prática de proteger uma unidade elétrica da interferência de outra é conhecida como compatibilidade eletromagnética.

A blindagem de fios elétricos é geralmente feita usando um fio de cobre finamente trançado que envolve o ou os fios condutores principais. Isso cria uma barreira que protege os fios internos de interferências eletromagnéticas (EMI), o que pode ser muito útil para a maioria dos circuitos.

No entanto, para equipamentos extremamente sensíveis, uma segunda camada de fio trançado pode ser necessária para fornecer proteção extra.

Outro método para criar um escudo em torno do fio é usar uma fina folha metálica. Embora também eficaz, essa técnica torna o fio mais rígido, o que pode ser um inconveniente em algumas aplicações. Existe também uma opção de blindagem feita de uma mistura de ferrite e polímeros, que tem a vantagem de ser mais leve e resistente à vibração.

Além da EMI, há outra forma de energia eletromagnética que pode ser prejudicial, conhecida como campos de radiação de alta intensidade (HIRF). Esses campos são tão poderosos que podem afetar negativamente tanto seres vivos quanto dispositivos eletrônicos.

Um exemplo comum de um dispositivo que gera HIRF é um forno de microondas. No caso do microondas, a energia HIRF é contida por uma estrutura de metal, tornando o aparelho seguro para uso.

Quanto às aeronaves, a ameaça de HIRF pode vir da alta potência e frequência dos transmissores a bordo ou próximos a elas. A blindagem, seja ela feita de fio trançado de cobre, folha metálica ou compostos de ferrite, serve como uma camada de proteção crucial para evitar que essa forma perigosa de energia eletromagnética afete os sistemas e dispositivos eletrônicos da aeronave.

A eficácia dos sistemas elétricos em aeronaves são essenciais para o funcionamento adequado e seguro das aeronaves modernas. O processo de aterramento e blindagem não apenas garante que a energia elétrica flua de maneira eficiente e segura, mas também protege sistemas e componentes sensíveis contra interferências eletromagnéticas.

Esta interferência seja proveniente de fontes internas, como outros equipamentos eletrônicos, ou externos, como raios e sinais de rádio, pode comprometer gravemente o desempenho dos dispositivos eletrônicos críticos a bordo.

Em suma, uma prática adequada de aterramento e blindagem desempenha um papel fundamental na prevenção de falhas catastróficas, garantindo que os sistemas elétricos operem conforme o esperado e protegendo-os contra influências externas indesejadas.

Com a dependência crescente de sistemas eletrônicos avançados em aeronaves, nunca foi tão importante garantir que esses sistemas robustos sejam robustos, confiáveis ​​e protegidos contra todas as formas de interferência eletromagnética.

Assim, ao decolarmos para os céus, podemos ter a certeza de que os engenheiros e técnicos tomarão todas as precauções permitidas para manter a aeronave e seus ocupantes seguros.

GLOSSÁRIO (ordem alfabética)

Abraçadeira / Bloco de fixação
Peça mecânica usada para prender jumpers de ligação em membros tubulares da estrutura, garantindo contato elétrico firme sem necessidade de solda e sem danificar a peça.

Alternador
Gerador elétrico acionado pelo motor da aeronave que fornece energia ao sistema e, junto com a bateria, serve de referência para o “terra” do sistema elétrico.

Anodização
Tratamento de superfície do alumínio que cria uma camada protetora isolante. Para realizar ligações elétricas, essa camada deve ser removida no ponto de contato para reduzir a resistência.

Aterramento (Terra da aeronave)
Referência elétrica comum que conecta as partes metálicas e o polo negativo do sistema, criando caminho de baixa resistência para o retorno da corrente e dissipação de cargas.

Bateria
Fonte de energia elétrica que alimenta os sistemas quando o alternador não está disponível. O polo negativo costuma estar ligado ao “terra” da aeronave.

Blindagem
Revestimento metálico aplicado a cabos ou equipamentos para desviar campos eletromagnéticos indesejados para o terra, reduzindo interferências.

Cabo blindado
Condutor com malha ou folha metálica em volta do(s) fio(s) interno(s) que atua como escudo contra EMI. Geralmente é aterrado por conectores ou nas extremidades adequadas.

Capacidade (do jumper)
Aptidão da trança ou tira de ligação para conduzir a corrente de terra necessária sem aquecer excessivamente ou derreter. Deve ser dimensionada conforme a carga prevista.

Carga de terra
Corrente que percorre o caminho de retorno pela estrutura e pelo jumper quando um equipamento é montado com isoladores; precisa ser suportada com segurança.

Compatibilidade eletromagnética (EMC)
Condição em que equipamentos operam lado a lado sem causar interferência entre si, graças a medidas como ligação adequada e blindagem.

Condutor (principal e escudo)
O condutor principal transporta a energia útil. O escudo (malha/folha) fica ao redor para captar e desviar interferências ao terra.

Contato elétrico (superfície limpa)
Qualidade da união entre peças metálicas. Para baixa resistência, é necessário remover pintura, anodização, óxidos e graxa antes de fixar.

Corrosão eletrolítica (galvânica)
Deterioração acelerada causada pelo contato entre metais diferentes na presença de umidade. A seleção correta de materiais e o selamento protegem as juntas.

Eletricidade estática
Acúmulo de cargas na estrutura que pode gerar faíscas e ruído em rádios. A ligação (bonding) fornece caminho de drenagem, reduzindo riscos.

EMI (Interferência eletromagnética)
Perturbação criada por campos eletromagnéticos (como raios ou rádios) que induzem tensões indesejadas em circuitos, causando mau funcionamento.

Estrutura metálica (sistema de um fio)
Quando a fuselagem é usada como retorno da corrente, o sistema passa a ser “de um fio”, com o negativo referenciado à estrutura (terra).

Frequência
Relação de quão rápido um campo eletromagnético oscila. Interferências de alta frequência tendem a exigir blindagem mais cuidadosa.

Grupos de metais (compatibilidade para ligação)
Agrupamentos de metais que, unidos entre si, minimizam problemas de resistência e corrosão: (1) ligas de magnésio; (2) zinco, cádmio, chumbo, estanho e aço; (3) cobre e suas ligas, níquel, cromo e aço inox; (4) ligas de alumínio.

HIRF (Campos de radiação de alta intensidade)
Campos eletromagnéticos muito fortes que podem afetar seriamente equipamentos eletrônicos. Blindagens e aterramentos corretos reduzem esse risco.

Jumper de ligação (trança ou tira)
Pequeno condutor trançado ou tira metálica com terminais nas pontas usado para unir eletricamente partes separadas da estrutura, garantindo baixa resistência.

Ligação (bonding)
Interconexão elétrica intencional entre partes metálicas para criar um caminho único e de baixa resistência ao terra. Reduz EMI, descargas estáticas e danos por raios.

Membros tubulares
Partes estruturais ocos/cilíndricos onde a fixação do jumper deve ser feita com abraçadeiras ou blocos de fixação, preservando resistência mecânica e bom contato elétrico.

Resistência da conexão
Valor que precisa ser mantido muito baixo nas ligações; recomenda-se não exceder um limite pequeno em cada conexão para garantir a eficácia do aterramento.

Selante (revestimento de vedação)
Produto aplicado após a montagem para vedar a junta, bloqueando a umidade e reduzindo a chance de corrosão no ponto de contato.

Solda (evitar na fixação do jumper)
Não é indicada para prender jumpers à estrutura, pois herda os mesmos problemas da soldagem em fios e pode comprometer a confiabilidade da ligação mecânico-elétrica.

Terminais
Peças crimpadas ou fixadas nas pontas dos jumpers parafusadas na estrutura, assegurando conexão firme e repetível.

Trança de cobre / Folha metálica / Material com ferrite
Formas de blindagem. A trança é flexível e comum; a folha oferece cobertura alta, porém menos flexível; compostos com ferrite reduzem interferências e suportam vibração.

Umidade
Presença de água na junta elétrica, que acelera a corrosão. O selamento correto previne a entrada de umidade e preserva o contato.

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FAQ (perguntas de estudante)

P: Qual a diferença prática entre ligação (bonding) e aterramento?
R: A ligação conecta partes metálicas entre si para criar um caminho de baixa resistência; o aterramento é a referência comum do sistema (o “terra”) para onde correntes indesejadas e interferências são drenadas. Na aeronave, a ligação bem feita garante que tudo “enxergue” o mesmo terra.

P: Por que não devo usar solda para fixar jumpers na estrutura?
R: Porque a solda pode trincar com vibração, mudar a resistência do ponto de contato e dificultar inspeções. Fixação com parafusos, porcas, arruelas e abraçadeiras padronizadas é mais confiável.

P: O que considerar ao dimensionar a capacidade do jumper?
R: Avalie a corrente de terra que ele pode conduzir sem aquecer. Em montagens com isoladores, a corrente de retorno pode passar pelo jumper; se ele for subdimensionado, pode derreter e causar falhas ou incêndio.

P: Em cabos blindados, devo aterrar a blindagem em uma ou nas duas extremidades?
R: Depende do projeto e do controle de ruído. Em muitos casos usa-se conector próprio e aterramento conforme instrução de manutenção, evitando loops de terra e maximizando a atenuação da EMI.

P: Como a blindagem realmente reduz a EMI?
R: A malha ou folha ao redor do condutor capta a energia eletromagnética externa e a direciona para o terra, impedindo que ela induza tensões no fio interno.

P: O que é HIRF e por que a aviação se preocupa com isso?
R: São campos de radiação de alta intensidade que podem saturar ou danificar eletrônicos sensíveis. Blindagens adequadas e boas ligações protegem os sistemas contra esses campos.

P: Como evitar corrosão nos pontos de ligação?
R: Limpe até o metal vivo (remova pintura, anodização e óxidos), monte com materiais compatíveis, aperte corretamente e aplique selante para bloquear umidade. Inspeções periódicas completam o cuidado.

P: Por que remover anodização e tinta antes de montar o terminal?
R: Porque são isolantes e aumentam a resistência do contato. A ligação precisa de metal contra metal para manter resistência muito baixa.

P: O que significa “sistema de um fio” na aeronave?
R: Significa que o retorno de corrente é feito pela estrutura metálica (terra). Assim, o fio positivo vai ao equipamento e o retorno volta pela fuselagem para a bateria/alternador.

P: Quando escolher trança, folha metálica ou material com ferrite na blindagem?
R: Trança é versátil e flexível para a maioria dos circuitos; folha oferece cobertura excelente porém é menos flexível; ferrite é útil onde leveza, vibração e alta atenuação em certas frequências são importantes.

P: Como posicionar jumpers para facilitar inspeção e não interferir com partes móveis?
R: Instale jumpers curtos, em locais acessíveis, roteando longe de articulações e cursos de movimento. Verifique que o deslocamento da peça não tensiona nem roça a trança.

P: Existe um valor de resistência que eu deva observar na ligação?
R: Sim, recomenda-se que a resistência por conexão permaneça muito baixa (ordem de milésimos), garantindo caminho eficaz ao terra e minimizando queda de tensão e aquecimento