PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO PARANÁESCOLA POLITÉCNICACURSO DE ENGENHARIA DA COMPUTAÇÃOSensores de Aplicações na Aer...
JAZIEL C. SILVAVINICIUS ZANETTISensores de Aplicações na AeronáuticaTrabalho apresentado à disciplina deEletrônica IV como...
RESUMOUm sensor é um dispositivo que responde a um estímulo físico/químico de maneiraespecífica e mensurável analogicament...
SUMÁRIO1. INTRODUÇÃO.........................................................................................................
11 INTRODUÇÃOO mercado aeroespacial está cada vez mais desenvolvido e envolve tecnologiade ponta em todos os setores duran...
2O funcionamento deste sensor é bastante simples, o ar é forçado através de um tubodurante o vôo e cria pressão, que por s...
3Figura 3: Sistema Completo de Medição com Tubo de PitotO funcionamento do tubo de Pitot é explicado através das equações ...
42.2 Problemas nos Tubos de PitotEmbora os tubos de Pitot sejam dispositivos extremamente simples, podemacontecer problema...
5Embora todos esses cuidados possam diminuir os riscos de falha nesse equipamento,eles ainda existem e já causaram acident...
6Figura 4: GiroscópioFigura 5: Sensores Giroscópio em uma Aeronave
73. CARACTERISTICAS PRINCIPAIS3.1 Características Principais Tubo de Pitot3.1.1 Tubo de Pitot Vertical em Aço Inox Série 1...
8Limite de Temperatura: atpe 815°C (1500°F)Conexão ao Processo: ¼” diâmetro externo.Peso: 122 gramas (4,3 onças)3.2 CARACT...
9Figura 6: Tubos de Pitot Laterais4.1.2 Fórmula 1O tubo de Pitot possui aplicações relacionadas a fórmula 1 na medição dav...
10Figura 8: GirocompassoFigura 9: Funcionamento do Girocompasso4.2.2 Transporte PessoalO Segway utiliza cinco giroscópios ...
11Figura 10: Segway5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICASTubo de Pitot. Disponível em:http://culturaaeronautica.blogspot.com.br/2011...
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Sensores na Aeronáutica

  1. 1. PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO PARANÁESCOLA POLITÉCNICACURSO DE ENGENHARIA DA COMPUTAÇÃOSensores de Aplicações na AeronáuticaCURITIBA2012
  2. 2. JAZIEL C. SILVAVINICIUS ZANETTISensores de Aplicações na AeronáuticaTrabalho apresentado à disciplina deEletrônica IV como parte do processoavaliativo do 8º período do curso deEngenharia da Computação da PontifíciaUniversidade Católica do Paraná - CampusCuritiba.Professor: Guilherme N. Nogueira NetoCURITIBA2012
  3. 3. RESUMOUm sensor é um dispositivo que responde a um estímulo físico/químico de maneiraespecífica e mensurável analogicamente. O desenho inteligente do sensor, com bordasarredondadas e uma ampla zona ativa de imagem maximiza tanto o conforto do pacientecomo a qualidade de impacto. Alguns sensores respondem com sinal elétrico a umestímulo positivo, isto é, convertem a energia recebida em um sinal elétrico.Nesse caso, podem ser chamados de transdutores. O transdutor converte um tipode energia em outro. É geralmente composto por um elemento sensor, normalmentepiezoelétrico. Um sensor piezoelétrico é um dispositivo que usa o efeitopiezolétrico para medir pressão, aceleração, tensão ou força, convertendo-os num sinalelétrico. Estes tipos de sensores passivos não interferem na carga medida. A suacorrente interna pode ser calculada pela lei de Ohm.
  4. 4. SUMÁRIO1. INTRODUÇÃO.......................................................................................................12. ESTRUTURA E FUNCIONAMENTO DOS SENSORES....................................12.1 Sensor Tubo de Pitot............................................................................................12.2 Problemas nos Tubos de Pitot..............................................................................42.3 Sensor Giroscópio ...............................................................................................53. CARACTERISTICAS PRINCIPAIS.....................................................................73.1 Caracteristicas Principais Tubo de Pitot ...............................................................73.1.1 Tubo de Pitot Vertical em Aço Inox Série 160F.............................................73.1.2 Características...............................................................................................73.1.3 Especificações Técnicas ................................................................................73.2 Caracteristicas Principais Giroscópio...................................................................83.2.1 Giroscópio de 3 Eixos L3G4200D Brick .......................................................83.2.2 Características...............................................................................................84. APLICAÇÕES ........................................................................................................84.1 Aplicações do Tubo de Pitot ................................................................................84.1.1 Aeronáutica...................................................................................................84.1.2 Fórmula 1 .....................................................................................................94.2 Aplicações do Giroscópio ....................................................................................94.2.1 Aeronáutica...................................................................................................94.2.2 Transporte Pessoal ...................................................................................... 105. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................. 11LISTA DE FIGURASFigura 1: Tubo de Pitot em um Boing 737-200 ............................................................1Figura 2: Esquemático do Tubo de Pitot.......................................................................2Figura 3: Sistema Completo de Medição com Tubo de Pitot ........................................3Figura 4: Giroscópio....................................................................................................6Figura 5: Sensores Giroscópio em uma Aeronave ........................................................6Figura 6: Tubos de Pitot Laterais .................................................................................9Figura 7: Tubo de Pitot no Carro da Ferrari..................................................................9Figura 8: Girocompasso............................................................................................. 10Figura 9: Funcionamento do Girocompasso ............................................................... 10Figura 10: Segway..................................................................................................... 11
  5. 5. 11 INTRODUÇÃOO mercado aeroespacial está cada vez mais desenvolvido e envolve tecnologiade ponta em todos os setores durante a construção de uma aeronave, seja esta para usocivil ou militar. Entre os principais consumidores desses produtos estão pessoascomuns, governos e departamentos de defesa e todo o setor mundial de empresas aéreas.Um dos equipamentos mais importantes e constantemente aprimorados é osensor, uma aeronave possui dezenas de sensores imprescindíveis ao seu corretofuncionamento e segurança dos passageiros entre outras aplicações. Neste trabalhoserão apresentados alguns dos sensores mais importantes presentes em uma aeronave deforma a proporcionar uma visão geral deste componente com suas características eaplicações.2 ESTRUTURA E FUNCIONAMENTO DOS SENSORES2.1 Sensor Tubo de PitotO tubo de Pitot é um sensor de pressão que possibilita o funcionamento de um dosmais importantes instrumentos de uma aeronave, o velocímetro.Figura 1: Tubo de Pitot em um Boing 737-200
  6. 6. 2O funcionamento deste sensor é bastante simples, o ar é forçado através de um tubodurante o vôo e cria pressão, que por sua vez move a agulha de uma cápsula aneróide noindicador de velocidade do ar na cabine de pilotagem.Figura 2: Esquemático do Tubo de PitotA medição exata não é afetada pela variação de velocidade da aeronave pois a caixaonde fica o instrumento recebe a pressão estática do ar de uma fonte estática.Quando a aeronave está parada e não há vento a cápsula aneróide permanece emuma posição neutra e a velocidade indicada é zero. Quando a aeronave está emmovimento, o vento causa aumento na pressão de ar capturado pelo tubo de pitot, essapressão somada à pressão estática faz a cápsula aneróide expandir. Esse movimento deexpansão da cápsula é transmitido através de engrenagens aos ponteiros do velocímetro,o qual indica a velocidade da aeronave ao piloto.
  7. 7. 3Figura 3: Sistema Completo de Medição com Tubo de PitotO funcionamento do tubo de Pitot é explicado através das equações abaixo.pt = ps +( )e para a velocidade:=2( − )Onde:PT: Pressão Total ou Estagnação;PS: Pressão Estática;V: Velocidade Aerodinâmica;: Densidade do ar.O local de instalação do tubo de pitot depende do tipo de aeronave. Em aeronavescomuns os tubos de pitot geralmente são instalados sob as asas do avião, ou nas lateraisdo nariz. Em aeronaves supersônicas, ele é instalado geralmente em um longo tubo nonariz, de modo a evitar quaisquer interferências provocadas pela passagem da estruturado avião no fluxo de ar.
  8. 8. 42.2 Problemas nos Tubos de PitotEmbora os tubos de Pitot sejam dispositivos extremamente simples, podemacontecer problemas no seu funcionamento, quase todos relacionados com suaobstrução.Se por acaso algo obstruir o tubo, por exemplo, quando o aquecedor dele nãoconsegue derreter o gelo que penetra ou se forma no mesmo, o sensor começa a indicardecréscimo de velocidade e "ordena" aos computadores e piloto que aumentem avelocidade. Para isto aumenta-se o empuxo dos motores e baixa-se o nariz da aeronave.Entretanto, o tubo de Pitot obstruído continua causando a impressão de baixa develocidade e o avião abaixa mais o nariz e os motores aumentam mais o empuxo.Assim, o avião se inclina demais para baixo, perturbando os fluxos sobre as asas, quecausam a sustentação e, de repente, o avião se desintegrando aos poucos, entra emqueda fulminante para o solo. De todos os possíveis problemas podemos citar os trêsmais comuns que podem acontecer.Problema de obstrução por água: Esse problema não chega a ser tão grave e pode serresolvido simplesmente com a instalação de drenos em lugares específicosProblema de obstrução por gelo: O problema de obstrução por gelo é um dos maisgraves que podem ocorrer, o qual pode causar até a queda da aeronave. Esse problema éresolvido com o aquecimento do tubo de Pitot, o qual possui um sistema próprio deaquecimento para essa finalidade, porém esse sistema não é totalmente confiável edepende muito das condições e quantidade de gelo o equipamento vai ser submetido.Nesse caso o piloto precisa recorrer a outros equipamentos para auxilio no controle daaeronave.Problema de obstrução por insetos: O problema de obstrução por insetos ou sujeira(Foreign Objects Damage) acontece principalmente quando a aeronave ainda nãodecolou. Esse problema pode ser resolvido simplesmente com a proteção dos tubos poruma capa, porém cuidados adicionais são necessários, entre os quais não se esquecer deretirar a capa antes da decolagem e não colocar nada sobre os tubos quando estes aindaestão quentes.
  9. 9. 5Embora todos esses cuidados possam diminuir os riscos de falha nesse equipamento,eles ainda existem e já causaram acidentes trágicos com grandes aeronaves depassageiros, dentre as quais se pode citar a mais recente com o voo 447 da AirFranceonde resultou na morte de 228 pessoas devido ao congelamento dos tubos de Pitot queenfrentaram temperaturas de -83 ºC.2.3 Sensor GiroscópioGiroscópio é um dispositivo que consiste de um rotor suspenso por um suporteformado por dois círculos articulados, com juntas tipo cardan. Seu funcionamentobaseia-se no princípio da inércia. O eixo em rotação tem um efeito de memória queguarda direção fixa em relação ao círculo máximo, dispensando as coordenadasgeográficas. Na aviação, serve de girocompasso e piloto automático, permitindo o vôoem condições de visibilidade zero. Nos vôos espaciais o dispositivo é fundamental paraa orientação das espaçonaves.O giroscópio consiste essencialmente em uma roda livre, ou varias rodas, para girarem qualquer direção e com uma propriedade: opõe-se a qualquer tentativa de mudar suadireção original. Exemplo facilmente observável é que, ao girar a roda de uma bicicletano ar e tentar mudar a direção de seu eixo bruscamente, percebe-se uma enorme reação.O indicador de atitude e o indicador de rumo se baseiam na rigidez no espaço de umgiroscópio. Como um giroscópio resiste em tombar, ele pode fornecer uma referênciaestável ao horizonte real ou a uma direção específica. O coordenador de curva usa aprecessão para exibir informações sobre a direção e a razão de curva.Assim, um veículo munido de um giroscópio e sensores apropriados pode medircom precisão qualquer mudança em sua orientação, exceto rotações que ocorram noplano de giro dos discos do giroscópio. Por essa razão, normalmente são utilizados doisgiroscópios perpendiculares de modo a integralizar a possibilidade de detecção devariações na orientação.
  10. 10. 6Figura 4: GiroscópioFigura 5: Sensores Giroscópio em uma Aeronave
  11. 11. 73. CARACTERISTICAS PRINCIPAIS3.1 Características Principais Tubo de Pitot3.1.1 Tubo de Pitot Vertical em Aço Inox Série 160FO Modelo 160 F é o novo projeto de Tubo de Pitot em formato vertical,diferente dos modelos em formato “L” e indicado para ser utilizado com os medidoresde precisão para Velocidade do ar, pressão diferencial, transmissores e instrumentosdigitais de teste e calibração. É construído em aço inox resistente a corrosão para prestarserviços a vida inteira.As graduações de inserção permanente no lado dos Tubos de Pitot da série 160são estampadas para facilitar o posicionamento preciso. A entrada de pressão estática éparalela ao sensor do tubo permitindo alinhamento fácil e rápido com o fluxo de ar.3.1.2 Características Localização precisa dos furos. Orifícios de pressão estática sem rebarba. Solda prata nas conexões assegura operações à prova de vazamento. Graduados em ambos os lados em polegadas para indicar profundidade deinserção. Projeto vertical para inserção sem dificuldade em dutos através das grades epontas de pressão estática, ajudando a posicionar em locais de difícil acessoonde com Tubo de Pitot em formato “L” não permite acesso. Para instalações permanentes os acessórios A-156 com o A-159 ou A-158tornam as instalações simples e rápida. Fornecido com tabela plastificada para calculo da velocidade do ar e cartagráfica de leitura direta com instruções.3.1.3 Especificações TécnicasConstrução: Material em aço inox 304Classe de Exatidão: ±2% fundo de escala até 45 metros por segundo (9000 pés porminuto)Fator K: 0,81
  12. 12. 8Limite de Temperatura: atpe 815°C (1500°F)Conexão ao Processo: ¼” diâmetro externo.Peso: 122 gramas (4,3 onças)3.2 CARACTERISTICAS PRINCIPAIS GIROSCÓPIO3.2.1 Giroscópio de 3 Eixos L3G4200D BrickO L3G4200D é um sensor giroscópio de 3 eixos que proporciona em alta resolução(16 bit) medições de até 2000 graus por segundo. O giroscópio mede o quanto odispositivo está girando em torno dos três eixos.Tem uma ótima confiabilidade e suas medidas variam muito pouco ao longo datemperatura e do tempo em comparação com modelos anteriores.O giroscópio gera osdados nos protocolos I2C ou SPI. Se você optar por usar o dispositivo em I2C, existemjumpers úteis de solda disponíveis na placa para escolher o endereço.3.2.2 Características Tensão operação 3,3v ~ 6,5v (5v tensão típica); Interface I2C ou SPI; Medição em três eixos XYZ; Range ajustável entre 250, 500 ou 200 graus por segundo; Proteção de ligação I2C, previne contra ligações invertidas; Dimensões 29,0mm x 35,7mm.4. APLICAÇÕES4.1 Aplicações do Tubo de Pitot4.1.1 AeronáuticaOs tubos de Pitot colocados nos aviões têm normalmente elementos de aquecimentopara evitar que os orifícios fiquem obstruídos com o gelo.
  13. 13. 9Figura 6: Tubos de Pitot Laterais4.1.2 Fórmula 1O tubo de Pitot possui aplicações relacionadas a fórmula 1 na medição davelocidade do ar, na imagem abaixo podemos observar o dispositivo no carro daFerrari.Figura 7: Tubo de Pitot no Carro da Ferrari4.2 Aplicações do Giroscópio4.2.1 AeronáuticaO girocompasso é um instrumento que utiliza um giroscópio para indicar se o avião está emseu curso correto de vôo e auxiliar na estabilização quando colocado em piloto automático.
  14. 14. 10Figura 8: GirocompassoFigura 9: Funcionamento do Girocompasso4.2.2 Transporte PessoalO Segway utiliza cinco giroscópios e vários sensores de inclinação para manter oequilíbrio quando o usuário se inclina para frente ou para trás, através de um sistemacom mais de cem varreduras por segundo.
  15. 15. 11Figura 10: Segway5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICASTubo de Pitot. Disponível em:http://culturaaeronautica.blogspot.com.br/2011/04/tubo-de-pitot-como-funciona.html;acesso em: 06 de Novembro de 2012.Quando o Sensor Falha. Disponível em:http://www.viafanzine.jor.br/site_vf/pag/aeronautica6.htm; acesso em: 06 de Novembrode 2012.Sensor Piezoelétrico. Disponível em: http://pt.wikipedia.org/wiki/Sensor_piezoelétrico;acesso em: 07 de Novembro de 2012.Giroscópios: Disponível em: http://ciencia.hsw.uol.com.br/giroscopios.htm; Acessoem: 07 de Novembro de 2012.Segway: Disponível em: http://viagem.hsw.uol.com.br/segway2.htm; acesso em: em 07de Novembro de 2012.

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