banner livro

Como é a redundância em sistemas elétricos na aviação?

Estou a 40 Mil pés voltando pro Brasil e sem sono.
Já que estou voando num T7 (triplo sete na gíria dos avgeeks ou vulgo Boeing 777), resolvi escrever sobre a redundância dos sistemas elétricos em um avião desta categoria, que ainda por cima é Fly-By-Wire (FBW).
O post também vai responder a uma pergunta feita pelo leitor Diogo Jucá.

A pergunta era mais ou menos sobre redundância em sistemas elétricos de um avião e o que aconteceria com os comandos de vôo se faltasse “energia” no avião?

Bem, se não existem coisas impossíveis na vida, a perda total de energia em uma aeronave de última geração está bem perto de ser uma dessas coisas impossíveis.

Como sempre procuro fazer no Blog, vou tentar explicar de uma maneira bem simples como é o sistema elétrico de um 777. Muitas vezes eu falo que algo no avião é “semelhante” ao que temos em casa. Esta semelhança é meramente por analogia de minha parte, já que tudo em uma aeronave é construído e funciona de uma maneira totalmente diferente, mas fica mais fácil de entender quando eu faço esta analogia…ok?

Então vamos começar: há dois tipos de corrente elétrica nos aviões: AC e DC (corrente alternada e corrente contínua).

A corrente AC é semelhante a que a gente tem em casa pra ligar as coisas na tomada, só que em casa a voltagem é 110 (ou 220V) com uma freqüência de 60 Hertz (ou seja, a luz na nossa casa “pisca” 60 vezes em um segundo). No avião não tem 220V, tem somente 115V com uma freqüência de 400Hz. Já que alguém vai me perguntar por que é 60hz em casa e 400hz no avião, já vai a resposta: 400hz gera menos interferência do que 60hz entre vários sistemas a bordo (update: Os equipamentos em 400Hz também são mais leves que os de 60Hz).

E qual a diferença entre AC e DC? A principal diferença entre as correntes AC e DC é a seguinte: a AC te dá um choque duca, a DC não dá choque…rs.. pra saber sobre eletricidade, consulte a Wikipedia.

Voltando ao nosso T7:

Há 3 fontes principais de geração de força AC no 777: dois geradores (chamados de IDG), um em cada motor e um terceiro gerador igualzinho que fica na APU.
Qualquer um dos três geradores pode suprir toda a carga elétrica necessária para alimentar a aeronave.
Isso mesmo, existem três geradores, mas apenas um funcionando é capaz de manter toda a carga elétrica essencial para a aeronave.

O sistema DC (corrente contínua) é parecido com o sistema dos carros, só que os carros usam 12VDC e os aviões usam 28VDC. O sistema DC é usado para alimentar as telas dos instrumentos, os computadores e o sistema FLY-By-Wire. O computador da sua casa usa corrente DC, apesar de você o ligar na tomada. Cada PC caseiro tem uma fonte dentro dele, que transforma os 110VAC (ou 220VAC) da sua casa em 6 (update) 5VDC ou 12VDC que vai ser usado pela placa mãe, hard disk e processador.

No 777 há 4 sistemas DC: O Principal, o Standby o Backup e o Fly Control (Fly By wire).

Existe um “putza” de um computador responsável por gerenciar toda esta força elétrica, além de proteger o sistema contra sobrecargas. Esse computador (que se chama ELMS) sabe exatamente o que é mais essencial para o vôo a cada segundo, e em caso de perda de um gerador por exemplo, ele tira força elétrica de sistemas não essenciais como a música que você estaria ouvindo no seu fone ou o filminho na tela do assento e direciona a carga para sistemas essenciais.

Além daqueles três geradores principais (IDGs), existem mais dois (um em cada motor) chamados de Backup Generators (BUGs). Enquanto os motores estiverem funcionando, estes backup generators estarão disponíveis (mas não em uso, eles ficam na reserva) para suprir as partes essenciais de Força Elétrica AC.

E cada um desses dois BUGs possui 2 PMGs, que são Permanent Magnet Generators. Esses PMGs funcionam mesmo que o BUG falhe, já que eles são instalados diretamente no eixo do BUG, e enquanto o motor estiver girando, os PMGs estarão criando energia, mas essa energia é direcionada especificamente para os barramentos de controle de vôo (FBW).

São três barramentos DC para Controle de Voo (central, esquerdo e direito – tripla redundância), e já que o PMGs são a fonte mais confiável de energia, eles que alimentam esses 3 barramentos o tempo todo.

Mas e se eles falharem?

Hummm, vai que o cara mais azarado do mundo tá a bordo e os 4 PMGs falham ao mesmo tempo né?

Bem, se isso acontecesse, os IDGs que alimentam as barras principais de corrente alternada passariam a alimentar o FBW, mas não de maneira direta, já que FBW é DC e IDG gera corrente AC certo? Mas cada barra AC alimenta um tipo de transformador chamado TRU (Transformer Rectifier Unit), que pega essa corrente AC e transforma para 28V DC, assim como a fonte do seu computador faz quando é ligado na tomada.

Pronto, temos 4 TRUs alimentando o nosso FBW e ele fica todo contente e funcionando em tripla redundância.

Mas o cara azarado continua a bordo, e se além dos 4 PMGs que falharam, os três IDGs também falharem?

Como é que é? Como é que vai falhar um IDG em cada motor e mais o IDG do APU que tá lá atrás quietinho? Ah, por causa do cara azarado…ok.

Bem, tem os dois BUGs ainda lembram? Eles tão lá, funcionando enquanto o motor estiver funcionando, e estes passam a alimentar as barras AC essenciais e os TRUs que alimentam o FBW. E mesmo perdendo tudo isto aí que foi falado acima, nenhum instrumento ou computador essencial ao vôo será perdido, apenas coisas supérfluas como alimentação para as Galleys, sistema de entretenimento, iluminação fútil, e por aí vai.

Hein? O cara azarado continua a bordo e além de perder os 4 PMGs, os 3 IDGs agora deu pane nos 2 BUGs? Tudo ao mesmo tempo?

Não tem problema meus caros Watsons (embora neste momento o piloto comece a suar..rs), pois ainda existe a bateria do avião!

Sim, o avião tem uma bateria bem potente que vai manter os sistemas essenciais DC e AC alimentados por pelo menos 1 hora antes de descarregar.

Mas peraí? Como pode bateria gerar força AC? Todo mundo sabe que bateria é força DC!

Ah meus caros Watsons, tem uma coizinha no equipamento elétrico de todo avião que se chama Static Inverter, e o que essa coisinha faz é justamente isso: pega corrente de bateria DC e transforma para AC.

Em um caso extremo assim de perder tudo e ficar só a bateria, a tripla redundância do FBW seria perdida, apenas dois dos três barramentos de controle de vôo receberia alimentação (Central e Esquerdo). E basta apenas um funcionando para que todos os controles continuem funcionando. Continuaríamos com redundância, mas não tripla.

É seguro esse bicho ou não é?

Tá, mas o cara azarado continua a bordo [ alguém joga esse cara pra fora do avião por favor?! ], e se antes dessa uma hora de vôo, a bateria “fervesse”? Detalhe que bateria de avião é do tipo alcalina (de Nickel Cadmiun) e seria quase impossível que isso acontecesse…mas…vamos lá…

Que coisa heim? Além de suar, o piloto vai começar a fazer o sinal da cruz… a situação está ficando realmente crítica. Em um caso como esse, de falha de bateria, um geradorzinho movido a vento que fica escondido na barriga do avião já vai ter saído de seu esconderijo e começado a funcionar. Esse geradorzinho se chama RAT (Ram Air Turbine). Ele é movido a vento e o avião está voando, logo, vai gerar energia para os instrumentos essenciais e a “barra quente” da bateria, e continuaremos com dupla redundância nos barramentos FBW.

“Ô loco meu!” (diria o Faustão nessa hora), esse bicho não perde energia de jeito nenhum? E se um passarinho bater nesse geradorzinho movido a vento e o quebrar?

Aí já tá forçando a barra né Faustão?… mas ainda existem umas baterias de emergência dedicadas exclusivamente ao FBW, as superfícies continuariam se movendo de forma direta mas não haveria qualquer instrumento funcionando no cockpit.

E se além de perder os 3 geradores, os 2 Backup Generators, os 4 PMGs, a bateria e a RAT essas baterias todas de emergência do sistema FBW também fervessem?

Bem, ai você estaria realmente num péssimo dia… sem instrumento algum e sem nenhuma força elétrica… mas ainda assim conseguiria manobrar a aeronave via cabos de comando mecânicos, atuando o estabilizador horizontal para fazer o nariz subir ou descer e dois spoilers para fazer com que a asa se inclinasse para fazer curvas.

Diagrama extremamente simplificado do sistema elétrico do 777

De uma forma bem simplificada, é assim que funciona o sistema elétrico de uma aeronave que seja FBW. Mas este sistema na verdade é bem mais complexo e redundante do que se possa imaginar. Eu nem entrei em detalhes sobre como cada IDG alimenta um barramento isolado de outro e como ocorrem transferências de barras para cada tipo imaginável de falha. Geração e controle de energia elétrica é uma das funções essenciais ao vôo então dá pra se imaginar os esforços que os engenheiros colocaram no sistema para que não ocorra um colapso total.

E não é só isso, este é um sistema MUITO, MUITO, MUITO confiável. Raramente temos panes em sistema elétrico em aviõe mais novos (ao contrário do Electra, que dava muitos problemas elétricos, mas como era ainda mais redundante na geração, havia a compensação por excesso)

Agora eu imagino como deve ser o sistema do 787, já que ele é o avião que mais vai possuir geração e consumo de energia em todos os tempos.

Depois de saber tudo isso, será que ainda tem gente que tem medo de voar?

Tags: , , ,

Sobre o Autor

Graduado em Manutenção de Aeronaves, com muito bom senso :) 30 anos de aviação comercial (e contando), de Lockheed Electra à Boeing 787. Tentando simplificar a complexidade da aviação.
Topo