Instrumentos de Motores I:
Quantidade e Fluxo
de Combustível

IAEE8 — Instrumentos e Aviônica · Engenharia Aeronáutica · IFSP São Carlos

Dos sensores nos tanques e linhas de alimentação ao painel do piloto: como os instrumentos monitoram o combustível — quantidade, pressão, temperatura e fluxo — para garantir desempenho e segurança do motor.

Bibliografia: FEDERAL AVIATION ADMINISTRATION. Aviation Maintenance Technician Handbook — Powerplant (FAA-H-8083-32B). Washington: FAA, 2024.
🔗 Acessar PDF · Vol.1 Cap.2: Engine Instrument Systems · Vol.2 Cap.10: Fuel Metering Systems

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

Por que Instrumentos de Motor São Críticos?

Objetivos desta Aula — Ao Final, o Aluno Saberá:

Os 10 Instrumentos Básicos do Motor a Pistão — Parte 1/2

Os 10 Instrumentos Básicos do Motor a Pistão — Parte 2/2

Os 9 Parâmetros que Limitam a Operação do Motor

Princípio Operacional dos Instrumentos

Coordenar controles da cabine (manetes, mistura, passo da hélice) com leituras → protege contra ultrapassagem de limites.

Bourdon = tubo metálico curvado em C que se endireita sob pressão, movendo o ponteiro — princípio do manômetro de avião.

Sistema Universal de Marcações Coloridas

Código de TRÊS CORES — comum a TODOS os instrumentos do painel

Linha Vermelha e Arco Vermelho

Linha Vermelha (red line):

Ponto-limite específico — condição perigosa. Ex.: mín. 2 psi comb.; máx. 49 "Hg manifold. É a marcação MAIS COMUM.

Arco Vermelho (red arc):

Faixa perigosa contínua — vibração motor-hélice. Pode ser atravessado rapidamente, mas NÃO operar continuamente.

comb. = combustível (fuel) · manifold = coletor de admissão — dutos que distribuem a mistura ar-combustível aos cilindros.

Arco Amarelo e Arco Verde

Arco Amarelo (CAUTELA):

Operação PERMITIDA com monitoramento. Ex.: CAT de -10 a +15 °C = perigo de gelo no carburador.

Arco Verde (NORMAL):

Operação SEGURA contínua. Ex.: pressão de combustível 2 a 9 psi (carburador).

CAT = Carburetor Air Temperature — temperatura do ar na entrada do carburador. Medida em °C para detectar risco de gelo.

Marca de Deslizamento
(Slippage Mark)

Linha radial BRANCA no vidro de cobertura
FUNÇÃO CRÍTICA: se desalinhada da referência, o vidro GIROU
TODAS as marcações fixadas no vidro ficam deslocadas
Instrumento torna-se NÃO CONFIÁVEL
Inspeção pré-voo: verificar alinhamento

Marcações no Painel Real

Painel com 4 instrumentos lado a lado
Fuel Press: arco verde 2-9 psi, linhas vermelhas em 2 e 9 psi
Oil Press: linha vermelha 25 psi (mín.), arco verde 60-85 psi (normal), linha vermelha 100 psi (máx.)
Oil Temp: arco verde de operação normal
MESMO código de cores em TODOS os instrumentos

Quantidade de Combustível — Localização dos Sensores

Unidades sensoras (sondas, flutuadores, boias magnéticas) no INTERIOR de cada tanque
Indicador no painel de instrumentos da cabine
Aeronaves com múltiplos tanques: seletor para leitura individual ou combinada
IMPORTANTE: tanques NÃO se comunicam por gravidade em voo

Princípio 1 — Medidor Visual (Sight Gauge)

• Tubo ou coluna transparente onde o nível de combustível é visível diretamente

• Princípio: copo comunicante — o combustível sobe no tubo até o mesmo nível do tanque

• Leitura local, simples, sem componentes elétricos

• Inspeção: vidro limpo e sem trincas

• Linhas de conexão: sem vazamentos e com fixação segura

Princípio 2 — Medidor Mecânico de Flutuador (Float-Type)

Flutuador (boia) apoiado na superfície livre do combustível
Ligação por braço articulado (float arm) ao ponteiro do indicador
Escala calibrada em frações: 1/4, 1/2, 3/4, F (FULL)
Inspeção: verificar movimento livre do braço; sincronização ponteiro × flutuador

Diagrama — Flutuador Mecânico (Corte do Tanque)

Flutuador — Limitações e Uso Típico

Princípio 3 — Medidor Capacitivo (Capacitance-Type)

Sonda: dois ou mais eletrodos (placas ou tubos concêntricos) montados verticalmente
Princípio: combustível atua como DIELÉTRICO (k≈2) entre os eletrodos — ar tem k≈1
Capacitância AUMENTA quando nível sobe → maior área de eletrodo coberta por combustível
Circuito de ponte de capacitância (CA): desbalanceamento ∝ capacitância ∝ nível

Diagrama — Medidor Capacitivo (Corte do Tanque)

Capacitivo — Vantagens, Compensação e Uso

Vantagem principal: SEM partes móveis no tanque
Sistemas elaborados compensam variação da constante dielétrica com temperatura
Usam múltiplas sondas por tanque para reduzir efeito da atitude da aeronave
Inspeção: montagem segura, conexões elétricas firmes e livres de corrosão
PREDOMINANTE em aeronaves de médio e grande porte

Princípio 4 — Medidor Magnético (Magnetic-Type)

Boia com ímã permanente desloca-se com o nível de combustível
Acoplamento magnético através da parede: SEM eixo passante
Versões eletrônicas: reed switches ou sensor de efeito Hall
Vantagem principal: tanque TOTALMENTE SELADO

Diagrama — Medidor Magnético (Corte do Tanque)

Comparação dos 4 Princípios de Quantidade

Pressão de Combustível — Conceitos Gerais

Unidade: psi (libras por polegada quadrada)
Detectada na entrada do carburador ou unidade de injeção de cada motor
Pressure warning signal: luz de advertência acende quando pressão baixa
Em célula de teste: medidores na sala de controle conectados a múltiplos pontos

Pressão de Combustível — Carburador vs. Injeção

CARBURADOR: 2-9 psi

Arco verde: 2 a 9 psi. O fluxo é proporcional à pressão → indicação indireta de fluxo.

INJEÇÃO: 10-25 psi

Faixa MAIS ALTA. Razão: injeção exige pressão elevada para atomizar o combustível; carburador aspira pelo vácuo do venturi.

Atomização = quebra o combustível em gotículas finas para melhor combustão · Venturi = estreitamento do duto que acelera o ar e cria vácuo para aspirar o combustível.

Pressão de Combustível — Figura no Painel

Medidor de Fuel Press no painel real: escala 0-10 psi
Arco verde: 2 a 9 psi — operação normal
Linha vermelha inferior: 2 psi — mínima
Linha vermelha superior: 9 psi — máxima
MESMO código de cores aplicado a múltiplos instrumentos simultaneamente

CAT — Sensor, Localização e Unidade

CAT = Carburetor Air Temperature (Temperatura do Ar do Carburador)
Sensor: bulbo ou sensor elétrico
Célula de teste: na passagem de admissão de ar do motor
Aeronave: no duto de ar de impacto (ram-air intake duct)
Unidade: °C (centígrada)
Aeronaves multimotoras: medidor duplo (2 ponteiros/escalas na mesma carcaça)

CAT — Faixas de Temperatura e Riscos

ARCO AMARELO

-10 a +15 °C

PERIGO DE GELO no sistema de indução (carburetor icing)

ARCO VERDE

+15 a +40 °C

Faixa de operação NORMAL e segura

LINHA VERMELHA

+40 °C

Temperatura MÁXIMA — acima: RISCO DE DETONAÇÃO

CAT — Figura do Mostrador

Mostrador do CAT com arcos coloridos e escala centígrada
Medidor duplo para aeronaves multimotoras
Amarelo: perigo de gelo → aplicar carb heat
Verde: operação normal
Vermelho: risco de detonação → reduzir potência

⚠ Valores normativos: amarelo -10/+15 °C, verde +15/+40 °C, vermelho +40 °C

CAT — Utilidades Operacionais Adicionais

Antes da partida: temperatura do combustível → indica se priming é necessário
(combustível frio exige; motor quente pode dispensar)
Após desligamento: CAT alta → combustível retido expande → pressão interna elevada
→ aliviar pressão
Backfiring: elevação momentânea no medidor,
se suficientemente intenso
Incêndio na indução: aumento contínuo da CAT → fogo no sistema
de indução

Priming

Injeção de uma pequena quantidade de combustível direto nos cilindros ou na admissão para viabilizar a partida do motor a frio.

Backfiring

Detonação ou explosão parcial que ocorre fora do cilindro, geralmente na admissão ou no escapamento, gerando variação momentânea na leitura do CAT.

Manifold Pressure (Pressão do Coletor de Admissão) — Conceito e Unidade

Mede a pressão ABSOLUTA real do ar no interior do coletor de admissão
NÃO é pressão manométrica (relativa à atmosfera) — é a pressão total
Unidade: polegadas de mercúrio ("Hg)
A posição da manete de potência controla a abertura da BORBOLETA (throttle valve)
Borboleta → controla ar no coletor → controla PRESSÃO → controla POTÊNCIA

Comportamento da Manifold Pressure

Motor PARADO: ≈29,92 "Hg (pressão ambiente; borboleta irrelevante — não há fluxo)
Marcha LENTA: 12-15 "Hg — borboleta parcialmente fechada restringe ar → vácuo parcial
Plena POTÊNCIA (WOT): ≈29,92 "Hg — borboleta totalmente aberta, mínima restrição
TURBOALIMENTADO: 35-49 "Hg — compressor força ar pressurizado para o coletor

Relação Manete → Borboleta → Manifold → Potência (Motor Aspirado)

MANETE À FRENTE:

Borboleta ABERTA → manifold ALTO → potência MÁXIMA

MANETE RECUADA:

Borboleta FECHADA → manifold BAIXO → potência REDUZIDA

ℹ Motor ASPIRADO

No motor aspirado, a borboleta é o único controle de ar. Manete à frente = borboleta aberta = manifold próximo de 29,92 "Hg (atmosférica). No turboalimentado, o compressor força ar pressurizado, permitindo valores acima de 29,92 "Hg.

Manifold Pressure — Faixas e Figura (Turboalimentado)

Arco VERDE: 35 a 44 "Hg — faixa normal de operação
Linha VERMELHA: 49 "Hg — pressão MÁXIMA DE DECOLAGEM
NÃO EXCEDER 49 "Hg na decolagem — LIMITE MÁXIMO
Escala em "Hg absolutos — inscrição MAN. IN. HG. ABS.
As marcações variam conforme tipo de motor e instalação

⚠ Motores ASPIRADOS

Motor aspirado: manifold ≈ 29,92 "Hg no máximo (pressão atmosférica). Motor turboalimentado: manifold pode ultrapassar 29,92 "Hg — por isso as faixas de 35-44 "Hg e limite de 49 "Hg.

Tacômetro (TACH) — rpm e Escala

Mede rotação do virabrequim em rpm (revolutions per minute)
Calibrado em centenas; graduações a cada 100 rpm
Mostrador típico: 0 a 35 (0 a 3.500 rpm) — escala RPM HUNDREDS
Arco VERDE: faixa de rpm para operação contínua (~2100-2700 rpm — ilustrativo; consultar TCDS)
Linha VERMELHA: rotação MÁXIMA — além → overspeed → dano estrutural por força centrífuga
Registrador de horas (Hobbs): odômetro que registra tempo total do motor

TCDS — Type Certificate Data Sheet

Documento oficial da FAA (ou ANAC no Brasil) que lista as especificações e limites operacionais de um motor ou aeronave específicos. É no TCDS que se encontra a rotação máxima permitida (red line), faixas de operação e todos os parâmetros que devem ser respeitados. Valores em apresentações são ilustrativos — consulte sempre o TCDS do modelo específico.

Tacômetro — Pistão vs. Turbina

Pistão: escala 0-35 (×100 rpm), arco verde, linha vermelha
Turbina: indicador percentual de rpm (% rpm)
100% = rotação máxima permitida do conjunto rotativo (N1, N2)
Cada conjunto rotativo tem seu próprio indicador
Arcos verdes e linhas vermelhas funcionam da mesma forma

Registrador de horas (Hobbs) na base do instrumento

CHT — Temperatura da Cabeça do Cilindro

Sensor: termopar (thermocouple) fixado ao CILINDRO MAIS QUENTE
Local: sob vela de ignição traseira (junta especial) ou em poço na cabeça do cilindro
Escala: 0 a 300 °C; incrementos de 10 °C
Arco VERDE: ~150 a 260 °C — operação normal contínua
Linha VERMELHA: ~260 °C — temperatura máxima contínua

⚠ LIMITAÇÃO CRÍTICA: termopar em apenas UM cilindro — NÃO detecta detonação em cilindros sem termopar

CHT — Medidor Duplo

Medidor duplo de CHT: duas escalas independentes na mesma carcaça
Comum em aeronaves multimotoras
Escala 0-300 °C com incrementos de 10 °C entre marcas
Arcos verde (normal) e vermelho (limite) em cada escala
Permite monitorar 2 motores ou 2 cilindros simultaneamente

Termopar no cilindro MAIS QUENTE — os demais estão mais frios

Torquímetro — Princípio e Leitura

Mede torque no eixo da hélice
Sistema hidráulico (maioria): engrenagem helicoidal → pistão → pressão de óleo ∝ torque
Alternativa: extensômetros (strain gauges) na engrenagem da coroa
Indicação: ft·lb (pés-libra), % potência ou hp

⚠ ATENÇÃO AO FATOR ×100!

Leitura 24 = 24 × 100 = 2.400 ft·lb

Ignorar o ×100 = erro de DUAS ORDENS DE GRANDEZA — ERRO PERIGOSÍSSIMO

Fluxo de Combustível — Visão Geral e Localização

Transdutores de fluxo na LINHA DE ALIMENTAÇÃO de combustível
Tipicamente entre a bomba acionada pelo motor e o dispositivo de controle de combustível
Indicador no painel da cabine ou painel do operador da célula de teste
QUATRO princípios físicos: palheta, delta-P/Bernoulli, turbina e Coriolis
Diferença crucial de unidades: gal/h (pistão) vs. lb/hr (turbina)

Princípio 1 — Medidor de Palheta (Vane-Type)

Palheta inserida no fluxo, contra mola calibrada
Força dinâmica do escoamento → deflexão da palheta → proporcional à vazão
Transmissão por ligação mecânica ou transdutor ao ponteiro
ATENÇÃO: escala TENDE A SER NÃO LINEAR — exige calibração cuidadosa
Uso típico: motores alternativos — simples e robusto

Princípio 2 — Medidor por Diferencial de Pressão (ΔP / Bernoulli)

Restrição calibrada (orifício ou placa) instalada na linha de combustível
Princípio de Bernoulli: diferença de pressão entre montante e jusante é proporcional ao QUADRADO da vazão
ΔP ∝ Q²
Diafragma ou fole converte ΔP em movimento do ponteiro
Escala NÃO LINEAR: comprimida nos valores baixos, expandida nos altos

Princípio 3 — Medidor de Turbina (Turbine-Type)

Rotor de palhetas na linha de combustível; o fluxo faz a turbina girar
Sensor magnético (pickup) capta passagem das palhetas → sinal elétrico cuja FREQUÊNCIA ∝ vazão volumétrica
Vantagem: SEM contato físico com o rotor → elimina atrito, desgaste e vedações no eixo
Montagem: transmissor na seção de acessórios do motor; sinal elétrico ao indicador
Em turbinas: vazão volumétrica convertida eletronicamente para MASSA (lb/hr)

Princípio 4 — Medidor Coriolis (Massa Direta)

Tubo(s) vibrante(s) por onde o combustível escoa
Vibração controlada + escoamento → FORÇA DE CORIOLIS → torção do tubo
Defasagem entre pontos de medição ∝ VAZÃO MÁSSICA diretamente
Vantagem crucial: mede MASSA, NÃO volume → INDEPENDE de densidade e temperatura
Elimina completamente o erro de conversão volume→massa (presente nos medidores de turbina)

Unidades de Medição — gal/h vs. lb/hr

MOTOR A PISTÃO

gal/h — GALÕES POR HORA

Medição volumétrica simples. O volume varia com a densidade do combustível (temperatura e tipo).

MOTOR A TURBINA

lb/hr — LIBRAS POR HORA

Medição em MASSA. Independe da densidade — o PESO do combustível impacta diretamente CG, aerodinâmica e autonomia.

Medidor de Leitura Direta — Célula de Teste

Tubos calibrados de diferentes diâmetros (para diferentes faixas de vazão)
Cada tubo com flutuador visível — posição contra escala indica a vazão
Leitura visual pelo operador da bancada
Simples, confiável e independente de alimentação elétrica
Adequado para bancada de teste — não para voo

Fluxo no Painel de Turbina

Painel completo de 6 instrumentos de motor a turbina
Fuel Flow calibrado em lb/hr — DIFERENTE do gal/h (pistão)
Contexto integrado na imagem ( sentido de leitura):
• Torquímetro (Torquemeter — Canto Superior Esquerdo)
• Fluxo de Combustível (Fuel Flow — Canto Superior Direito)
• Tacômetro Percentual (Percent RPM — Canto Intermediário Esquerdo)
• Pressão de Óleo (Oil Press — Canto Intermediário Direito)
• Temperatura de Gases de Escape (EGT — Canto Inferior Esquerdo)
• Temperatura de Óleo (Oil Temp — Canto Inferior Direito)
Leitura conjunta — cada instrumento fornece uma peça do quadro operacional
Este painel será revisto como ponte para a sequência

EGT — Exhaust Gas Temperature

Temperatura dos gases de escape. Indica eficiência de combustão e estado do motor. Em motores a turbina, é o parâmetro mais crítico para evitar sobreaquecimento da turbina.

Consumo Anômalo — Detecção e Causas

Discrepância entre fluxo indicado e consumo esperado → NÃO É NORMAL → investigar
Fabricante fornece valores de referência para cada condição (rpm + manifold)
Comparar fluxo real com referência → verificação de desempenho

Causas possíveis da discrepância:

• Vazamento físico na linha de combustível

• Desvio de fluxo (ex.: retorno indevido ao tanque)

• Mau funcionamento do sistema de medição (sensor, transmissor ou indicador)

Desequilíbrio entre Tanques

Leitura individual de quantidade em cada tanque → detecta consumo desigual
Distribuição assimétrica de peso → desloca CENTRO DE GRAVIDADE (CG) lateralmente
CG deslocado → afeta controle, estabilidade e desempenho da aeronave
Tanques NÃO se comunicam por gravidade em voo — cada tanque é independente
Ação do piloto: GESTÃO ATIVA do seletor de tanques para manter balanceamento

Gestão em Cruzeiro — Instrumentos Integrados

Medidor de fluxo como ferramenta de planejamento:
• Monitorar consumo real vs. planejado
• Ajustar mistura (leaning) e potência para máxima eficiência
• Comparar fluxo indicado com autonomia restante → decisões de continuidade ou alternativa

MANIFOLD + RPM + FLUXO + EGT → CONDIÇÃO IDEAL DE CRUZEIRO

Visão integrada: não se interpreta um instrumento isoladamente

Síntese de Segurança — Sinais de Alerta

Pressure warning signal: luz de advertência acende quando pressão de combustível ou óleo está baixa
Oscilação excessiva do ponteiro de pressão de óleo: ar nas linhas ou unidade com funcionamento incorreto
CAT alta após desligamento: risco de expansão do combustível retido → aliviar pressão

🛑 REGRA DE OURO

Motor deve ser DESLIGADO IMEDIATAMENTE se não registrar pressão de óleo com motor em funcionamento

Coordenar controles da cabine com leituras → protege contra ultrapassagem de qualquer limite operacional

Instrumentos de Motores I: Quantidade e Fluxode Combustível