Instrumentos de Medição — Parte 1
INSTITUTO DE AVIAÇÃO CIVIL. Curso de Mecânico de Manutenção Aeronáutica: Matérias Básicas. Rio de Janeiro: IAC, 2002. Capítulo 8 — Acessar material
FEDERAL AVIATION ADMINISTRATION. Aviation Maintenance Technician Handbook: General (FAA-H-8083-30A). Washington: FAA, 2018. Capítulo 12 — Acessar material
Prof. Fabriciu Alarcão Veiga Benini
Professor de Ensino Básico, Técnico e Tecnológico
Área Aeronáutica
Engenheiro Eletricista · Mestre em Sistemas Dinâmicos · Doutor em Telecomunicações
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA SÃO PAULO
Campus São Carlos
Boas-vindas! Esta disciplina aborda Eletricidade, Eletrônica e Geradores, aplicando os fenômenos elétricos e magnéticos em sistemas aeronáuticos, dando continuidade aos conceitos vistos no 1º semestre.
Carga horária: 4 aulas/semana (200 min) · 19 semanas · 76 aulas
Abordagem: Teórica + Prática (laboratório/hangar)
EAD: 20% via Moodle (fóruns, quizzes, laboratórios virtuais)
Ponte entre a teoria do 1º semestre e a prática de manutenção de aeronaves.
| Avaliação | Conteúdo |
|---|---|
| P1 (Prova 1) | Bloco 1 — Instrumentos, Baterias, Inversores, Transformadores |
| P2 (Prova 2) | Bloco 2 — Geradores, Motores, Alternadores, GCU |
| Laboratórios | Prática em bancada, relatórios |
| EAD (Moodle) | Fóruns, quizzes, simuladores |
| Simulado ANAC | Preparatório para certificação |
| Reavaliação | Conteúdo integral |
P1 e P2 seguem o formato ANAC (múltipla escolha + questões numéricas). Os laboratórios são em grupo, cada aluno entrega seu próprio relatório.
Bibliografia Principal:
Instrumentos → Baterias → Inversores → Transformadores
Geradores CC → Motores → Alternadores → GCU
Monomotora → Distribuição CA → Multimotores
Semanas 17-19: Lab Final + Revisão + Simulado ANAC + Reavaliação
Integração vertical: cada bloco constrói sobre o anterior — Instrumentos são a BASE.
A tensão (V) entre dois pontos é diretamente proporcional à corrente (I) e à resistência (R).
V = Tensão (V) · R = Resistência (Ω) · I = Corrente (A)
V = R × I R = V / I I = V / R
Taxa de conversão de energia elétrica em outra forma (calor, luz, movimento).
P = V × I P = V² / R P = I² × R
A soma das potências de todos os equipamentos não pode exceder a capacidade do alternador/gerador.
I igual em todos: I_total = I1 = I2 = I3
V se divide: V_total = V1 + V2 + V3
R_total = R1 + R2 + R3
V igual em todos: V_total = V1 = V2 = V3
I se divide: I_total = I1 + I2 + I3
1/R_total = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3
Analogia hidráulica: Série = mangueira com estrangulamentos (vazão igual). Paralelo = várias mangueiras (vazão se divide).
Não vale nota. Respondam individualmente, sem consulta.
Q1: Resistor 47 Ω, 0,5 A. Tensão?
a) 23,5 V b) 47 V c) 94 V d) 0,01 V
Q2: Lâmpada 48 W, 24 V. Corrente?
a) 0,5 A b) 1 A c) 2 A d) 48 A
Q3: 2 resistores 10 Ω em paralelo = ?
a) 20 Ω b) 10 Ω c) 5 Ω d) 1 Ω
Q4: Circuito SÉRIE, 3 resistores 100 Ω, 12 V:
a) I igual nos 3 b) V igual nos 3 c) I se divide d) Falha para tudo
Gabarito: Q1=a, Q2=c, Q3=c, Q4=a
"Como medimos grandezas que não podemos ver?"
Não vemos a corrente elétrica.
Não vemos a tensão elétrica.
Não vemos a resistência elétrica.
E ainda assim, precisamos medi-las para manter e reparar aeronaves.
Resumo:
Retomando: "Como medimos grandezas que não podemos ver?"
Toda medição elétrica converte uma grandeza elétrica em um efeito físico observável.
Para instrumentos ANALÓGICOS: o efeito é eletromagnético — corrente gera campo magnético → força → move o ponteiro.
| Componente | Função |
|---|---|
| Ímã permanente | Campo magnético fixo (N→S) |
| Bobina móvel | Conduz corrente; gira dentro do campo |
| Molas espirais (2x) | Torque de restauração; conduzem corrente |
| Ponteiro | Amplifica o movimento da bobina |
| Núcleo de ferro doce | Concentra o campo na bobina |
Passo a passo:
Fórmulas: τ_motor = k_m × I · τ_mola = k_s × θ · Equilíbrio: θ = (k_m/k_s) × I
Especificações típicas:
Por que precisamos de outros instrumentos?
O galvanômetro sozinho só mede correntes muito pequenas. Para medir correntes maiores, tensões ou resistências, precisamos MODIFICAR o galvanômetro com componentes externos.
Problema: Galvanômetro mede até 1 mA. Queremos medir 10 A.
Solução: Desviar a maior parte da corrente para um resistor de baixo valor em PARALELO com o galvanômetro.
Cálculo:
Dado: Galvanômetro Rg = 50 Ω, Ifs = 1 mA. Projete amperímetro para 5 A.
Passo 1: I_shunt = 5 - 0,001 = 4,999 A
Passo 2: Vg = 0,001 × 50 = 0,05 V
Passo 3: Rs = 0,05 / 4,999 = 0,01 Ω
Verificação:
I_shunt = 0,05 / 0,01 = 5 A ✅
P_shunt = 0,05 × 5 = 0,25 W
Amperímetros profissionais usam shunts calibrados de precisão (manganina, constantan).
Problema: Galvanômetro "queima" com > 0,1 V. Queremos medir 100 V.
Solução: Resistor de ALTO valor em SÉRIE para limitar a corrente.
Cálculo:
Dado: Galvanômetro Rg = 200 Ω, Ifs = 50 μA. Projete voltímetro para 50 V.
Passo 1: Vg = 50×10⁻⁶ × 200 = 0,01 V
Passo 2: V_mult = 50 - 0,01 = 49,99 V
Passo 3: R_mult = 49,99 / 50×10⁻⁶ ≈ 1 MΩ
Verificação:
I = 50 / (1.000.000 + 200) ≈ 49,98 μA ✅
O voltímetro consome apenas 50 μA do circuito.
Voltímetro IDEAL → R infinita. Voltímetro REAL → quanto maior R, melhor.
Faixa de escala (range): Cada instrumento tem VÁRIAS faixas selecionáveis. A chave seletora troca os resistores shunt ou multiplicador.
Regra de ouro: Sempre começar pela MAIOR escala e descer.
Sensibilidade (Ω/V): Mede a "qualidade" do voltímetro.
Sensibilidade = R_total / V_escala = 1 / Ifs
Ifs = 50 μA → 20.000 Ω/V (bom)
Ifs = 1 mA → 1.000 Ω/V (inferior)
Todo instrumento tem um erro percentual especificado. A classe de precisão indica o erro máximo em relação ao fundo de escala.
Classes comuns: 0,5 — 1,0 — 1,5 — 2,5 — 5,0
Exemplo: Voltímetro classe 2,5, escala 100 V
Erro máximo: ±2,5 V
Medindo 10 V: valor real entre 7,5 e 12,5 V → erro de 25%!
Regra prática: Medir sempre no TERÇO SUPERIOR da escala (acima de 2/3) para minimizar o erro relativo.
Em aviação: instrumentos de voo têm classe 1,0; auxiliares classe 2,5.
| Componente | Função |
|---|---|
| Galvanômetro | O "coração" — move o ponteiro |
| Rede de resistores | Shunts + multiplicadores |
| Chave seletora | Conecta o par de resistores adequado |
| Ponte retificadora | Converte CA em CC para medir ACV |
| Bateria interna | Alimenta o circuito do ohmímetro |
| Fusível | Protege contra sobrecarga |
Resumo:
A
Mede CORRENTE
Conecta em SÉRIE
Baixa resistência
V
Mede TENSÃO
Conecta em PARALELO
Alta resistência
Passo a passo:
1. Escala inadequada: Muito baixa → ponteiro bate no fundo. Muito alta → erro grande.
2. Polaridade invertida: Ponteiro deflete à esquerda → PARE! Inverta as pontas.
3. Pontas em mau estado: Ponta rombuda → mau contato. Cabo rompido → leitura zero. Teste as pontas antes!
4. Fundo de escala: Escala LINEAR. Leitura: posição × fator da escala.
Corrente alternada muda de polaridade 60×/segundo. O galvanômetro só responde a CC → precisa de retificador interno.
Passos:
A tensão CA medida é o valor RMS (Root Mean Square — valor eficaz).
| Característica | CC | CA |
|---|---|---|
| Símbolo | V— ou DCV | V~ ou ACV |
| Polaridade | Importante | Não importa |
| Retificador? | Não | Sim (ponte de diodos) |
| Valor exibido | Real | RMS (eficaz) |
| Fonte típica | Baterias | Geradores, inversores |
| Aplicação aviação | Bateria 24V | Geradores 115V/400Hz |
⚠ ATENÇÃO: Operação MAIS PERIGOSA do multímetro!
1. Posição da ponta vermelha:
Para corrente → entrada A ou mA. Se ficar em V/Ω → sem proteção de fusível!
2. Escolha da entrada:
Entrada 10A (sem fusível) vs mA (protegida). Se não souber, use 10A primeiro.
3. Sobrecarga: Fusível queima. Curto pode danificar equipamento.
4. Corrente de partida: Centenas de ampères → use alicate amperímetro.
⚠ REGRA #1: CIRCUITO DEVE ESTAR DESLIGADO!
⚠ REGRA #2: Isolar o componente!
Por que precisa zerar? A bateria interna descarrega com o tempo → a corrente diminui → o ponteiro não marca zero.
Como zerar:
A escala ×1 é a que mais exige da bateria — sintoma de bateria fraca aparece primeiro aqui.
Material por bancada:
Tarefas (15 min):
| Tarefa | Valor esperado | Explicação |
|---|---|---|
| 1 | ~9 V (bateria 9V) | Tensão nominal |
| 2 | ~5 V | Fonte ajustada |
| 3 | ~12 V | Fonte ajustada |
| 4 | 50 mA | I = 5/100 = 50 mA |
| 5 | 5 mA | I = 5/1000 = 5 mA |
| 6 | ~100 Ω | Valor nominal |
| 7 | ~1 kΩ | Valor nominal |
| 8 | ~47 kΩ | Valor nominal |
Pergunta desafio: Por que a corrente com R=100Ω (50 mA) é maior que com R=1kΩ (5 mA)?
O que aprendemos:
Como o multímetro "sabe" o valor da resistência?
A escala Ω é NÃO-LINEAR (diferente de V e A que são lineares).
Por quê? I = V_bateria / (R_cal + Rx) — relação inversa (hipérbole).
Consequência prática:
Para ler a escala Ω:
Exemplos:
×1 → 47 → 47 × 1 = 47 Ω
×10 → 47 → 47 × 10 = 470 Ω
×100 → 47 → 47 × 100 = 4.700 Ω = 4,7 kΩ
×1K → 47 → 47 × 1K = 47 kΩ
Qual escala escolher?
O que é continuidade? Verificação de que um condutor não tem interrupções. Resistência próxima de zero = bom.
Como testar:
Capacitores armazenam energia mesmo DESLIGADOS. Um capacitor de 470 μF / 100 V armazena 2,35 J — suficiente para choque doloroso.
Procedimento seguro:
Energia: E = ½ × C × V²
Em aeronaves: capacitores de filtro em TRUs e inversores retêm carga por horas.
Nem toda ponta serve para tudo! Pontas adequadas garantem medições mais precisas e maior segurança.
Checklist pré-uso:
Tipos comuns:
Dividir a turma em 5 grupos. Cada grupo recebe 1 caso (3 min discussão + 2 min apresentação).
| Caso | Solução |
|---|---|
| 1 | Função Ω ou continuidade, escala ×1. Fusível OK ≈ 0 Ω. Queimado = ∞. Testar fora do circuito. |
| 2 | Função Ω, escala ×100. Amarelo(4)-Violeta(7)-Marrom(×10) = 470 Ω ±5%. |
| 3 | DCV, escala 50 V. Vermelha no (+), preta no (-). Paralelo. Esperado 24-26 V. |
| 4 | NÃO medir com multímetro comum (200 A > 10 A). Usar ALICATE AMPERÍMETRO. |
| 5 | Motor DESLIGADO. Função Ω. Continuidade entre extremidades. ≈0 Ω = OK. ∞ = partido. |
Os 4 usos do multímetro:
BASE: Galvanômetro D'Arsonval (todos derivam dele!)
INSTRUMENTO: Multímetro = galvanômetro + rede de resistores + bateria
O que vem depois:
| HOJE (Multímetro) | Semana 02 |
|---|---|
| Ohmímetro (mede até MΩ) | Megômetro (Meger) |
| Mede resistência | Mede ISOLAMENTO |
| de resistores e cabos | de cabos e motores |
O que vimos (4 aulas):
Parabéns! Dominando o multímetro, vocês dominam 90% do diagnóstico elétrico do dia-a-dia.