1. PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO PARANÁ
ESCOLA POLITÉCNICA
CURSO DE ENGENHARIA DA COMPUTAÇÃO
Sensores de Aplicações na Aeronáutica
CURITIBA
2012

2. JAZIEL C. SILVA
VINICIUS ZANETTI
Sensores de Aplicações na Aeronáutica
Trabalho apresentado à disciplina de
Eletrônica IV como parte do processo
avaliativo do 8º período do curso de
Engenharia da Computação da Pontifícia
Universidade Católica do Paraná - Campus
Curitiba.
Professor: Guilherme N. Nogueira Neto
CURITIBA
2012

3. RESUMO
Um sensor é um dispositivo que responde a um estímulo físico/químico de maneira
específica e mensurável analogicamente. O desenho inteligente do sensor, com bordas
arredondadas e uma ampla zona ativa de imagem maximiza tanto o conforto do paciente
como a qualidade de impacto. Alguns sensores respondem com sinal elétrico a um
estímulo positivo, isto é, convertem a energia recebida em um sinal elétrico.
Nesse caso, podem ser chamados de transdutores. O transdutor converte um tipo
de energia em outro. É geralmente composto por um elemento sensor, normalmente
piezoelétrico. Um sensor piezoelétrico é um dispositivo que usa o efeito
piezolétrico para medir pressão, aceleração, tensão ou força, convertendo-os num sinal
elétrico. Estes tipos de sensores passivos não interferem na carga medida. A sua
corrente interna pode ser calculada pela lei de Ohm.

4. SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO.......................................................................................................1
2. ESTRUTURA E FUNCIONAMENTO DOS SENSORES....................................1
2.1 Sensor Tubo de Pitot............................................................................................1
2.2 Problemas nos Tubos de Pitot..............................................................................4
2.3 Sensor Giroscópio ...............................................................................................5
3. CARACTERISTICAS PRINCIPAIS.....................................................................7
3.1 Caracteristicas Principais Tubo de Pitot ...............................................................7
3.1.1 Tubo de Pitot Vertical em Aço Inox Série 160F.............................................7
3.1.2 Características...............................................................................................7
3.1.3 Especificações Técnicas ................................................................................7
3.2 Caracteristicas Principais Giroscópio...................................................................8
3.2.1 Giroscópio de 3 Eixos L3G4200D Brick .......................................................8
3.2.2 Características...............................................................................................8
4. APLICAÇÕES ........................................................................................................8
4.1 Aplicações do Tubo de Pitot ................................................................................8
4.1.1 Aeronáutica...................................................................................................8
4.1.2 Fórmula 1 .....................................................................................................9
4.2 Aplicações do Giroscópio ....................................................................................9
4.2.1 Aeronáutica...................................................................................................9
4.2.2 Transporte Pessoal ...................................................................................... 10
5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................. 11
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Tubo de Pitot em um Boing 737-200 ............................................................1
Figura 2: Esquemático do Tubo de Pitot.......................................................................2
Figura 3: Sistema Completo de Medição com Tubo de Pitot ........................................3
Figura 4: Giroscópio....................................................................................................6
Figura 5: Sensores Giroscópio em uma Aeronave ........................................................6
Figura 6: Tubos de Pitot Laterais .................................................................................9
Figura 7: Tubo de Pitot no Carro da Ferrari..................................................................9
Figura 8: Girocompasso............................................................................................. 10
Figura 9: Funcionamento do Girocompasso ............................................................... 10
Figura 10: Segway..................................................................................................... 11

5. 1
1 INTRODUÇÃO
O mercado aeroespacial está cada vez mais desenvolvido e envolve tecnologia
de ponta em todos os setores durante a construção de uma aeronave, seja esta para uso
civil ou militar. Entre os principais consumidores desses produtos estão pessoas
comuns, governos e departamentos de defesa e todo o setor mundial de empresas aéreas.
Um dos equipamentos mais importantes e constantemente aprimorados é o
sensor, uma aeronave possui dezenas de sensores imprescindíveis ao seu correto
funcionamento e segurança dos passageiros entre outras aplicações. Neste trabalho
serão apresentados alguns dos sensores mais importantes presentes em uma aeronave de
forma a proporcionar uma visão geral deste componente com suas características e
aplicações.
2 ESTRUTURA E FUNCIONAMENTO DOS SENSORES
2.1 Sensor Tubo de Pitot
O tubo de Pitot é um sensor de pressão que possibilita o funcionamento de um dos
mais importantes instrumentos de uma aeronave, o velocímetro.
Figura 1: Tubo de Pitot em um Boing 737-200

6. 2
O funcionamento deste sensor é bastante simples, o ar é forçado através de um tubo
durante o vôo e cria pressão, que por sua vez move a agulha de uma cápsula aneróide no
indicador de velocidade do ar na cabine de pilotagem.
Figura 2: Esquemático do Tubo de Pitot
A medição exata não é afetada pela variação de velocidade da aeronave pois a caixa
onde 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 em
uma posição neutra e a velocidade indicada é zero. Quando a aeronave está em
movimento, o vento causa aumento na pressão de ar capturado pelo tubo de pitot, essa
pressão somada à pressão estática faz a cápsula aneróide expandir. Esse movimento de
expansão da cápsula é transmitido através de engrenagens aos ponteiros do velocímetro,
o qual indica a velocidade da aeronave ao piloto.

7. 3
Figura 3: Sistema Completo de Medição com Tubo de Pitot
O 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 aeronaves
comuns os tubos de pitot geralmente são instalados sob as asas do avião, ou nas laterais
do nariz. Em aeronaves supersônicas, ele é instalado geralmente em um longo tubo no
nariz, de modo a evitar quaisquer interferências provocadas pela passagem da estrutura
do avião no fluxo de ar.

8. 4
2.2 Problemas nos Tubos de Pitot
Embora os tubos de Pitot sejam dispositivos extremamente simples, podem
acontecer problemas no seu funcionamento, quase todos relacionados com sua
obstrução.
Se por acaso algo obstruir o tubo, por exemplo, quando o aquecedor dele não
consegue derreter o gelo que penetra ou se forma no mesmo, o sensor começa a indicar
decréscimo de velocidade e "ordena" aos computadores e piloto que aumentem a
velocidade. 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 de
velocidade 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, que
causam a sustentação e, de repente, o avião se desintegrando aos poucos, entra em
queda fulminante para o solo. De todos os possíveis problemas podemos citar os três
mais comuns que podem acontecer.
Problema de obstrução por água: Esse problema não chega a ser tão grave e pode ser
resolvido simplesmente com a instalação de drenos em lugares específicos
Problema de obstrução por gelo: O problema de obstrução por gelo é um dos mais
graves que podem ocorrer, o qual pode causar até a queda da aeronave. Esse problema é
resolvido com o aquecimento do tubo de Pitot, o qual possui um sistema próprio de
aquecimento para essa finalidade, porém esse sistema não é totalmente confiável e
depende 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 da
aeronave.
Problema de obstrução por insetos: O problema de obstrução por insetos ou sujeira
(Foreign Objects Damage) acontece principalmente quando a aeronave ainda não
decolou. Esse problema pode ser resolvido simplesmente com a proteção dos tubos por
uma capa, porém cuidados adicionais são necessários, entre os quais não se esquecer de
retirar a capa antes da decolagem e não colocar nada sobre os tubos quando estes ainda
estão quentes.

9. 5
Embora todos esses cuidados possam diminuir os riscos de falha nesse equipamento,
eles ainda existem e já causaram acidentes trágicos com grandes aeronaves de
passageiros, dentre as quais se pode citar a mais recente com o voo 447 da AirFrance
onde resultou na morte de 228 pessoas devido ao congelamento dos tubos de Pitot que
enfrentaram temperaturas de -83 ºC.
2.3 Sensor Giroscópio
Giroscópio é um dispositivo que consiste de um rotor suspenso por um suporte
formado por dois círculos articulados, com juntas tipo cardan. Seu funcionamento
baseia-se no princípio da inércia. O eixo em rotação tem um efeito de memória que
guarda direção fixa em relação ao círculo máximo, dispensando as coordenadas
geográficas. Na aviação, serve de girocompasso e piloto automático, permitindo o vôo
em condições de visibilidade zero. Nos vôos espaciais o dispositivo é fundamental para
a orientação das espaçonaves.
O giroscópio consiste essencialmente em uma roda livre, ou varias rodas, para girar
em qualquer direção e com uma propriedade: opõe-se a qualquer tentativa de mudar sua
direção original. Exemplo facilmente observável é que, ao girar a roda de uma bicicleta
no 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 um
giroscópio. Como um giroscópio resiste em tombar, ele pode fornecer uma referência
estável ao horizonte real ou a uma direção específica. O coordenador de curva usa a
precessão para exibir informações sobre a direção e a razão de curva.
Assim, um veículo munido de um giroscópio e sensores apropriados pode medir
com precisão qualquer mudança em sua orientação, exceto rotações que ocorram no
plano de giro dos discos do giroscópio. Por essa razão, normalmente são utilizados dois
giroscópios perpendiculares de modo a integralizar a possibilidade de detecção de
variações na orientação.

10. 6
Figura 4: Giroscópio
Figura 5: Sensores Giroscópio em uma Aeronave

11. 7
3. CARACTERISTICAS PRINCIPAIS
3.1 Características Principais Tubo de Pitot
3.1.1 Tubo de Pitot Vertical em Aço Inox Série 160F
O 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 medidores
de precisão para Velocidade do ar, pressão diferencial, transmissores e instrumentos
digitais de teste e calibração. É construído em aço inox resistente a corrosão para prestar
serviços a vida inteira.
As graduações de inserção permanente no lado dos Tubos de Pitot da série 160
são estampadas para facilitar o posicionamento preciso. A entrada de pressão estática é
paralela 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 de
inserção.
 Projeto vertical para inserção sem dificuldade em dutos através das grades e
pontas de pressão estática, ajudando a posicionar em locais de difícil acesso
onde com Tubo de Pitot em formato “L” não permite acesso.
 Para instalações permanentes os acessórios A-156 com o A-159 ou A-158
tornam as instalações simples e rápida.
 Fornecido com tabela plastificada para calculo da velocidade do ar e carta
gráfica de leitura direta com instruções.
3.1.3 Especificações Técnicas
Construção: Material em aço inox 304
Classe de Exatidão: ±2% fundo de escala até 45 metros por segundo (9000 pés por
minuto)
Fator K: 0,81

12. 8
Limite de Temperatura: atpe 815°C (1500°F)
Conexão ao Processo: ¼” diâmetro externo.
Peso: 122 gramas (4,3 onças)
3.2 CARACTERISTICAS PRINCIPAIS GIROSCÓPIO
3.2.1 Giroscópio de 3 Eixos L3G4200D Brick
O 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 o
dispositivo está girando em torno dos três eixos.
Tem uma ótima confiabilidade e suas medidas variam muito pouco ao longo da
temperatura e do tempo em comparação com modelos anteriores.O giroscópio gera os
dados nos protocolos I2C ou SPI. Se você optar por usar o dispositivo em I2C, existem
jumpers 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. APLICAÇÕES
4.1 Aplicações do Tubo de Pitot
4.1.1 Aeronáutica
Os tubos de Pitot colocados nos aviões têm normalmente elementos de aquecimento
para evitar que os orifícios fiquem obstruídos com o gelo.

13. 9
Figura 6: Tubos de Pitot Laterais
4.1.2 Fórmula 1
O tubo de Pitot possui aplicações relacionadas a fórmula 1 na medição da
velocidade do ar, na imagem abaixo podemos observar o dispositivo no carro da
Ferrari.
Figura 7: Tubo de Pitot no Carro da Ferrari
4.2 Aplicações do Giroscópio
4.2.1 Aeronáutica
O girocompasso é um instrumento que utiliza um giroscópio para indicar se o avião está em
seu curso correto de vôo e auxiliar na estabilização quando colocado em piloto automático.

14. 10
Figura 8: Girocompasso
Figura 9: Funcionamento do Girocompasso
4.2.2 Transporte Pessoal
O Segway utiliza cinco giroscópios e vários sensores de inclinação para manter o
equilíbrio quando o usuário se inclina para frente ou para trás, através de um sistema
com mais de cem varreduras por segundo.

15. 11
Figura 10: Segway
5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Tubo 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 Novembro
de 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; Acesso
em: 07 de Novembro de 2012.
Segway: Disponível em: http://viagem.hsw.uol.com.br/segway2.htm; acesso em: em 07
de Novembro de 2012.