Como é o sistema de ignição de aeronaves?
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.
Sistema 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.
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:
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.
Funcionamento da Bobina de Alta Tensão
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.
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.
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.
O platinado é operado pelo mesmo eixo que aciona o magneto, utilizando ressaltos que se assemelham aos encontrados no sistema de comando de válvulas de um motor.
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.
Circuito do Platinado e Chave de Ignição
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.
Condensador ou Capacitor
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.
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.
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.
IGNIÇÃO DURANTE O PROCEDIMENTO DE PARTIDA
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.
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.
Velas de Ignição: Função e Tipos
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.
Tipos de Velas de Ignição:
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.
Características Gerais das Velas de Ignição:
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.
Manutenção do Sistema de Ignição
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.
GLOSSÁRIO — Sistema de Ignição (Aviação)
Acoplamento de Impulso
Mecanismo acoplado ao magneto que armazena energia numa mola e a libera no momento certo durante a partida. Esse “tranco” faz o magneto girar mais rápido por um instante, gerando alta tensão suficiente para formar a faísca nas velas mesmo com o motor em baixa rotação.
Bobina de Alta Tensão
Conjunto dentro do magneto que funciona como um transformador com dois enrolamentos. Quando a corrente no primário é interrompida rapidamente, a variação do fluxo magnético induz alta tensão no secundário, capaz de provocar a faísca nas velas.
Blindagem Eletromagnética
Revestimento metálico em cabos e, em alguns casos, nas próprias velas. Serve para evitar que o ruído elétrico do sistema de ignição interfira nos rádios e equipamentos de navegação da aeronave.
Cabos de Velas Blindados
Condutores especiais com malha metálica ligada à massa. Eles conduzem a alta tensão até as velas e, ao mesmo tempo, bloqueiam a emissão de ruído que poderia causar interferências nos sistemas eletrônicos da aeronave.
Capacitor (Condensador)
Componente ligado ao circuito do platinado. Ele reduz a faísca entre os contatos, diminuindo desgaste e ajudando a manter a alta tensão adequada no enrolamento secundário da bobina.
Chave de Ignição
Comando no painel que liga e desliga os magnetos e, em muitos aviões, também aciona a partida. Em posição “OFF”, aterra o circuito para impedir a interrupção da corrente pelo platinado, evitando a geração de faíscas.
Distribuidor
Conjunto que encaminha a alta tensão do magneto para cada cilindro na ordem correta de ignição. Funciona como uma chave rotativa sincronizada com o motor para que cada vela receba a faísca no momento exato.
Enrolamento Primário
Parte da bobina com poucas espiras de fio mais grosso. Quando percorre corrente, cria o campo magnético no núcleo; quando a corrente é interrompida, sua variação permite a indução de alta tensão no secundário.
Enrolamento Secundário
Parte da bobina com muitas espiras de fio fino. Recebe a tensão induzida quando o campo magnético do primário varia rapidamente, elevando o nível de tensão para que a faísca “salte” na vela.
Faísca de Ignição
Descarga elétrica que ocorre entre os eletrodos da vela. Ela aquece a mistura ar–combustível até o ponto de ignição, iniciando a combustão dentro do cilindro.
FEM (Força Eletromotriz)
Tensão induzida pelo fenômeno da indução eletromagnética. Surge quando há variação rápida do fluxo magnético, como no instante em que a corrente do primário é interrompida.
Fluxo Magnético
“Quantidade” de campo magnético que atravessa um circuito. No magneto, sua variação é essencial para induzir tensão na bobina e produzir a faísca.
Ignição (Sistema de)
Conjunto responsável por gerar e distribuir faíscas às velas de cada cilindro. Em aeronaves, é redundante: dois magnetos e duas velas por cilindro, elevando a confiabilidade e a segurança de operação.
Indução Eletromagnética (Lei de Faraday)
Princípio físico que explica a geração de tensão quando o fluxo magnético varia. No sistema de ignição, é o que permite que uma interrupção rápida de corrente gere alta tensão no secundário da bobina.
Magneto
Gerador elétrico independente do sistema elétrico da aeronave. Possui ímã permanente, bobina, platinado e distribuidor. Ao girar, cria corrente alternada no primário; a abertura do platinado interrompe a corrente e induz alta tensão no secundário.
Magneto de Baixa Tensão
Variante em que o magneto fornece apenas baixa tensão. Usa bobinas de alta tensão individuais próximas às velas, reduzindo o risco de fuga de alta tensão pelos cabos longos.
Mistura Ar–Combustível
Ar e combustível dosados e misturados para a combustão. A faísca deve ocorrer no momento certo para queimar a mistura com eficiência e entregar potência ao motor.
Ordem de Ignição
Sequência em que os cilindros recebem a faísca. O distribuidor e o sincronismo do magneto garantem que cada cilindro inflame a mistura no ponto correto do ciclo.
Platinado (Contato Intermitente)
Conjunto de contatos mecânicos que abre e fecha o circuito do primário. A abertura brusca é o “gatilho” que causa a rápida variação do fluxo e a indução de alta tensão.
Teste de Magnetos (Cheque de Magnetos)
Procedimento realizado normalmente em solo, desligando um magneto de cada vez. Uma pequena queda de rotação é esperada; variações anormais indicam falhas no magneto, na chave de ignição ou na fiação/velas.
Unidade de Partida (Vibrador)
Dispositivo alimentado pela bateria que fornece corrente pulsante ao circuito de ignição durante a partida, garantindo faíscas mais fortes quando a rotação do motor ainda é baixa.
Vela Blindada
Vela com corpo e conexão blindados para conter o ruído eletromagnético. É indicada para aeronaves com sistemas de rádio, evitando interferências.
Vela Comum
Vela sem blindagem externa. Possui eletrodo central e eletrodo(s) de massa; a faísca ocorre no pequeno espaço entre eles.
Vela Fria
Vela que dissipa calor rapidamente do eletrodo central. É indicada para motores que operam em temperaturas mais altas, ajudando a evitar contaminação e pré-ignição.
Vela Quente
Vela que retém mais calor no eletrodo central. Indicada para motores que trabalham mais frios, ajudando a manter a autolimpeza da vela e a evitar falhas de ignição.
Velas de Ignição
Componentes que recebem a alta tensão e convertem em calor local para iniciar a combustão. Cada cilindro usa duas velas, ligadas a magnetos diferentes, aumentando eficiência e redundância.
FAQ — Perguntas Frequentes
P: Por que aeronaves usam dois magnetos e duas velas por cilindro?
R: Para redundância e segurança. Se um magneto ou uma vela falhar, o outro mantém o motor funcionando. Além disso, duas velas melhoram a queima da mistura e a eficiência do motor.
P: O que é considerado normal no teste de magnetos?
R: Uma pequena queda de rotação ao desligar um magneto (ex.: cerca de 50 RPM) é normal, pois a combustão com apenas uma vela por cilindro é menos eficiente que com as duas.
P: O que significa não haver queda de rotação ao desligar um magneto?
R: Pode indicar defeito na chave de ignição (o magneto não foi realmente desligado). Isso exige inspeção, pois impede verificar a condição do outro magneto.
P: Por que a faísca aparece no momento em que a corrente é “cortada”?
R: Porque a interrupção rápida da corrente no primário provoca variação brusca do fluxo magnético. Pela indução eletromagnética, isso gera alta tensão no secundário, criando a faísca.
P: Para que serve o capacitor no circuito do platinado?
R: Ele reduz a faísca entre os contatos, diminui o desgaste do platinado e melhora a tensão disponível no secundário, favorecendo uma faísca mais “forte” na vela.
P: Por que o magneto “falha” em baixa rotação durante a partida?
R: Em baixa rotação o fluxo magnético varia pouco, gerando tensão insuficiente. Por isso usa-se vibrador ou acoplamento de impulso para garantir faíscas mais energéticas na partida.
P: Vela quente ou vela fria: como escolher?
R: Depende do regime térmico do motor. Motores mais frios pedem velas quentes (retêm calor); motores mais quentes pedem velas frias (dissipam calor rápido). Sempre siga a especificação do fabricante.
P: Por que os cabos e algumas velas são blindados?
R: Para evitar que o ruído elétrico da alta tensão interfira em rádios e navegação. A malha metálica ligada à massa “segura” esse ruído.
P: O que faz o distribuidor dentro do magneto?
R: Ele envia a alta tensão para cada cilindro na ordem de ignição. Assim, cada vela recebe a faísca exatamente no momento certo do ciclo do motor.
P: O que é um magneto de baixa tensão e por que existe?
R: É um sistema em que o magneto gera baixa tensão e bobinas de alta tensão ficam próximas às velas. Isso reduz o risco de fuga de alta tensão nos cabos longos.
