O sistema de ignição em motores de aeronaves é responsável por gerar as centelhas necessárias nas velas para a combustão da mistura ar-combustível nos cilindros. Ele é composto pelos seguintes componentes principais:
Magneto: Gera a alta tensão necessária para produzir a centelha. É um dispositivo autossuficiente, que não depende de uma fonte externa de energia. O magneto converte energia mecânica em energia elétrica através de campos magnéticos e rotores.
Chave de Ignição: Controla o sistema de ignição, permitindo que o piloto ligue ou desligue o motor, além de selecionar o funcionamento de um ou ambos os magnetos.
Velas de Ignição: Recebem a alta tensão gerada pelo magneto e produzem a centelha que inflama a mistura no cilindro.
Livro Aeronaves e Motores – Conhecimentos Técnicos de Avião – Jorge M. Homa
Por questões de segurança e eficiência, o sistema de ignição é duplicado. Cada motor possui dois magnetos independentes e cada cilindro é equipado com duas velas de ignição. Isso garante maior confiabilidade, pois, mesmo que um sistema falhe, o outro mantém o motor funcionando. Além disso, a presença de duas centelhas em cada cilindro melhora a eficiência da combustão e o desempenho do motor.
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O sistema de ignição é um componente vital para o funcionamento eficiente e seguro dos motores aeronáuticos. Responsável por gerar a faísca necessária para a combustão da mistura ar-combustível, ele garante que o motor opere de maneira contínua e confiável, mesmo em situações adversas.
Para assegurar essa confiabilidade, os sistemas de ignição em aeronaves são projetados com redundância, utilizando magnetos duplos e velas adicionais, oferecendo uma camada extra de segurança.
Neste post, exploraremos em detalhes os principais elementos que compõem o sistema de ignição, com ênfase no magneto e nos processos de geração de alta tensão, essenciais para o funcionamento das velas de ignição.
O sistema de ignição desempenha a função essencial de gerar faíscas nas velas de ignição, responsáveis por iniciar a combustão da mistura ar-combustível dentro dos cilindros do motor. Este sistema é composto pelo magneto, chave de ignição e pelas velas. Visando aumentar a segurança operacional, o sistema de ignição é projetado de forma redundante, incluindo dois magnetos para o motor e duas velas para cada cilindro.
Essa duplicação assegura a continuidade do funcionamento do motor, mesmo em caso de falha de um dos componentes.
Fonte: Livro Aeronaves e Motores – Conhecimentos Técnicos de Avião – Jorge M. Homa
Iniciaremos o estudo pelo magneto, componente crucial do sistema de ignição. Internamente, o magneto é composto por diversas partes, as quais são detalhadas na ilustração a seguir:
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Princípio da Geração de Alta Tensão
A alta tensão necessária para o funcionamento das velas de ignição é gerada por meio da bobina de alta tensão presente no magneto. Essa bobina funciona como um transformador, composto por dois enrolamentos distintos: o primário e o secundário.
O enrolamento primário é formado por algumas centenas de espiras de fio grosso, projetado para suportar correntes elevadas. Esse enrolamento é responsável por criar um campo magnético intenso ao redor do núcleo de ferro, que serve como base para o transformador.
Enrolamento Secundário
Em contraste, o enrolamento secundário é constituído por milhares de espiras de fio fino, e está igualmente enrolado em torno do núcleo de ferro. O objetivo deste enrolamento é amplificar a tensão gerada através do campo magnético induzido pelo primário.
O processo de geração de alta tensão na bobina ocorre em duas etapas principais:
Primeira Etapa: O enrolamento primário é conectado a uma fonte de energia elétrica, o que gera um fluxo magnético consistente ao longo do núcleo de ferro. Neste ponto, de acordo com a Lei de Faraday, não há tensão no enrolamento secundário, pois o fluxo magnético ainda não está variando.
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Segunda Etapa: A corrente elétrica é então desligada abruptamente, causando uma rápida queda no fluxo magnético. Essa variação súbita do fluxo induz uma alta tensão na bobina, conforme explicado pela Lei da Indução Eletromagnética de Faraday. A tensão gerada é proporcional à velocidade da variação do fluxo magnético. Como resultado, surge uma faísca de alta voltagem no secundário da bobina, suficiente para acionar as velas de ignição.
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Considerações Adicionais
Embora possa parecer contraintuitivo, a geração da faísca ocorre no momento em que a corrente é interrompida. Isso é um fenômeno bem explicado pela indução eletromagnética, onde a interrupção rápida da corrente leva à geração de uma força eletromotriz (FEM) elevada, causando a faísca tanto no platinado quanto, de forma mais intensa, no enrolamento secundário.
A bobina de ignição do magneto é constituída por um enrolamento de fio em torno de um núcleo de ferro, que atua como a base de um pequeno alternador. Um ímã permanente, ao girar entre os polos (ou sapatas) desse núcleo, provoca uma variação cíclica no fluxo magnético, o que, por sua vez, induz uma corrente alternada no enrolamento primário da bobina. Em um instante preciso, o dispositivo platinado se abre, interrompendo o fluxo de corrente.
Essa interrupção causa uma variação abrupta no fluxo magnético, o que resulta na geração de uma tensão elevada no enrolamento secundário.
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O distribuidor é responsável por direcionar a alta tensão para os cilindros, seguindo a sequência correta de ignição ou de fogo. Essencialmente, o distribuidor funciona como uma chave rotativa. Em motores de 4 tempos, o cursor rotativo do distribuidor gira a metade da velocidade do eixo de manivelas. O movimento do eixo do distribuidor é acionado por meio de engrenagens.
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A chave de ignição desempenha um papel crucial na desativação de um magneto, ao inibir a função do platinado. Conforme ilustrado, com a chave de ignição na posição “OFF”, o platinado é incapaz de interromper o fluxo de corrente na bobina. Sem essa interrupção, não ocorre a geração de faíscas, resultando na desativação do magneto.
Este componente elétrico é incorporado ao circuito do platinado com o objetivo de suprimir pequenas faíscas que, de outra forma, causariam desgaste nos contatos do platinado e comprometeriam a alta tensão no enrolamento secundário.
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A chave de ignição, semelhante à utilizada em automóveis, permite ligar ou desligar um ou ambos os magnetos, além de possibilitar a partida do motor.
Em algumas aeronaves, podem ser encontradas duas chaves de ignição do tipo liga-desliga, uma para cada magneto. Independentemente do tipo de chave, é essencial estar ciente da possibilidade de defeitos ou mau contato. Nessas situações, o magneto pode continuar ativo, produzindo faíscas quando a hélice é girada acidentalmente, o que pode resultar na partida involuntária do motor.
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Teste de Magnetos
O “cheque” de magnetos é um procedimento fundamental que envolve o desligamento sequencial de cada magneto, com o objetivo de verificar a integridade do outro magneto e do sistema que ele alimenta. Durante esse teste, podem ocorrer as seguintes situações:
a) Pequena queda de rotação (por exemplo, 50 RPM) – Esse comportamento é considerado normal, pois a combustão utilizando apenas uma vela por cilindro tende a ser menos eficiente em comparação ao uso simultâneo de ambas as velas.
b) Queda acentuada de rotação ou parada do motor – Isso indica um possível defeito no magneto que não foi desligado ou no sistema alimentado por ele.
c) Nenhuma alteração – Essa situação sugere um possível defeito na chave de ignição, que pode não estar conseguindo desativar o magneto. Isso impede a verificação do outro magneto, criando uma condição de incerteza que requer inspeção adicional.
Durante a partida do motor, o magneto não desempenha seu papel adequadamente devido à lenta variação do fluxo magnético na bobina, o que resulta em uma faísca fraca. Para que a ignição seja eficiente, a rotação mínima aceitável deve estar entre 100 e 200 RPM. Para superar essa limitação, podem ser empregados dois métodos específicos:
a) Unidade de Partida ou “Vibrador”: Este dispositivo é alimentado pela bateria e gera uma corrente elétrica pulsante suficientemente intensa para ativar a bobina de alta tensão, garantindo uma ignição eficaz.
b) Acoplamento de Impulso: Trata-se de um mecanismo que conecta o magneto ao motor, como discutido anteriormente. Durante o processo de partida, este acoplamento tensiona uma mola helicoidal. Quando o momento é oportuno, uma catraca libera a energia acumulada pela mola, proporcionando um rápido impulso ao eixo do magneto. Esse impulso é suficiente para que o magneto produza alta tensão na bobina. A operação da catraca é perceptível pelos estalos característicos que emite.
DISTRIBUIÇÃO DA ALTA TENSÃO
A corrente de alta tensão é distribuída para as velas por meio de cabos apropriados, conforme ilustrado no exemplo ao lado. Para garantir o correto funcionamento do sistema de ignição, é essencial seguir os critérios abaixo:
a) Cada magneto deve ser responsável por fornecer corrente a todos os cilindros do motor, respeitando a ordem de ignição estabelecida.
b) As duas velas de cada cilindro devem ser conectadas a magnetos distintos para assegurar redundância e confiabilidade no sistema de ignição.
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Os cabos das velas devem ser do tipo blindado para prevenir que o ruído eletromagnético gerado pela alta tensão interfira nos sistemas de radiocomunicação e navegação. Essa blindagem consiste em uma fina malha metálica conectada à massa, proporcionando proteção eficaz contra interferências.
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As velas de ignição desempenham um papel crucial na operação de motores, convertendo a energia elétrica de alta tensão em energia térmica, que, por sua vez, provoca a ignição da mistura ar-combustível. Existem diferentes tipos de velas, cada uma com características específicas que se adequam a diferentes condições de operação.
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Vela Comum e Vela Blindada:
A vela comum possui um eletrodo central que recebe alta tensão da bobina e um ou mais eletrodos-massa conectados ao corpo da vela. A faísca necessária para a ignição salta entre o eletrodo central e o eletrodo-massa. É fundamental que esses eletrodos não entrem em contato direto, pois isso causaria um curto-circuito, impossibilitando o funcionamento da vela.
A vela blindada é utilizada principalmente em aeronaves equipadas com sistemas de rádio. A blindagem metálica que envolve toda a vela é projetada para evitar a emissão de ruídos eletromagnéticos, garantindo uma operação segura e sem interferências.
Vela Quente:
Projetada para permitir que o calor gerado no eletrodo central percorra um caminho mais longo, o que dificulta o resfriamento. Esse tipo de vela é ideal para motores que operam em temperaturas mais baixas, evitando a pré-ignição.
Vela Fria:
Diferente da vela quente, a vela fria permite que o calor no eletrodo central seja dissipado mais rapidamente, facilitando o resfriamento. É recomendada para motores que operam em altas temperaturas, onde o risco de contaminação por óleo, carvão e compostos de chumbo é elevado.
As velas de ignição são componentes essenciais, com um eletrodo central projetado para receber alta tensão e um ou mais eletrodos-massa conectados ao corpo da vela. A eficácia da vela depende de um pequeno espaço entre esses eletrodos, que permite a geração da faísca necessária para a ignição. A escolha do tipo adequado de vela é essencial para o desempenho seguro e eficiente do motor, sendo sempre recomendada a utilização de velas conforme especificações do fabricante.
O magneto de baixa tensão é um dispositivo em que a bobina contém apenas o enrolamento primário, responsável por gerar uma tensão de baixa intensidade. Para que ocorra a ignição, é necessário instalar uma bobina de alta tensão separada para cada vela de ignição. Esse sistema foi originalmente projetado com o objetivo de reduzir o risco de vazamento de alta tensão através dos cabos das velas.
Entretanto, com os avanços tecnológicos, os cabos modernos passaram a apresentar um isolamento significativamente melhorado, tornando o sistema de magneto de baixa tensão obsoleto e, em muitos casos, desvantajoso em comparação aos sistemas de ignição mais modernos e eficientes. Assim, o uso desse tipo de magneto tem sido amplamente substituído por sistemas que oferecem maior confiabilidade e desempenho, eliminando a necessidade de uma bobina de alta tensão separada.
A manutenção do sistema de ignição é uma tarefa crítica que deve ser realizada por um mecânico qualificado. Este processo inclui inspeções periódicas, reparos quando necessário e a regulagem precisa dos magnetos. Entre as atividades realizadas durante a manutenção, destacam-se o ajuste das folgas dos platinados e das velas, a calibração do avanço da ignição, e a realização de uma série de testes para garantir o correto funcionamento do sistema.
Essas inspeções e ajustes são fundamentais para assegurar a eficiência do sistema de ignição, prevenindo falhas e garantindo a segurança operacional do motor. Um sistema de ignição bem mantido contribui para o desempenho confiável da aeronave, reduzindo o risco de problemas durante o voo.
A compreensão detalhada do sistema de ignição e seus componentes, como o magneto, o platinado e o distribuidor, é fundamental para qualquer profissional da aviação. A manutenção rigorosa e a familiarização com o funcionamento desses sistemas são essenciais para garantir a segurança e a eficiência dos motores aeronáuticos.
Ao seguir práticas adequadas de manutenção e realizar testes regulares, como o “cheque” de magnetos, é possível prevenir falhas e assegurar que a aeronave esteja sempre em condições ideais de operação. O conhecimento sobre as velas de ignição e a importância de escolher o tipo correto para cada situação operacional também contribui significativamente para o desempenho seguro e eficiente do motor.
