Programa 787 Sistema Elétrico e Baterias - PDF
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Bento Alves Salazar
1 Programa 787 Sistema Elétrico e Baterias Mike Sinnett Vice-president & Engenheiro Chefe de Projeto Programa 787 Fevereiro
2 Welcome Sistemas elétricos de uma aeronave Sistema elétrico do 787 Dreamliner Baterias Baterias do 787 Perguntas e respostas
3 O que é um sistema elétrico de uma aeronave? Sistema que gera, controla e distribui energia para os sistemas da aeronave: Displays na cabine de comando Sistema hidráulico Iluminação Entretenimento de bordo Muitos outros Sistemas redundantes e backups formam várias camadas de segurança Para sua informação Em terra, a aeronave também pode funcionar com eletricidade fornecida por unidades de solo de alimentação elétrica GPUs, ground power unit, em inglês.
4 O que significa "mais elétrico"? A eletricidade alimenta sistemas mais no 787 do que em outras aeronaves da Boeing: Acionamento do motor Sistema de controle ambiental Proteção contra formação de gelo na asa Bombas hidráulicas de alta capacidade Freios 4
5 Aeronave mais elétrica traz mais benefícios Criação, distribuição e uso mais eficiente de energia Melhor controle da energia Monitoramento automático para maior disponibilidade da aeronave Airplane Health Management Menor consumo de combustível Menor necessidade de manutenção Menores custos de manutenção Maior confiabilidade Menos arrasto Menos ruído 5
6 Comparação entre sistemas elétricos Aviões tradicionais: 787 Dreamliner:
7 Gerando energia Geradores de partida por frequência variável Dois por motor (quatro no total) Agem como motores de partida, girando o eixo do motor e dando partida no motor Fontes primárias de energia elétrica quando os motores estão em funcionamento Método mais simples e mais eficiente de geração de energia Conectado diretamente à caixa de redução Gera energia proporcionalmente à velocidade do motor Corrente alternada (VOC) de 235 volts 250 quilovolt ampere (kva)
8 Gerando energia Geradores para acionamento da APU Dois por aeronave Fontes secundárias de energia elétrica quando a APU está ligada 235 VAC 225 kva Agem como motores de partida que acionam a unidade de energia Auxiliar (APU), uma pequena turbina na cauda da aeronave Para sua informação A Boeing realizou um voo de teste do 787 por 5,5 horas com apenas um motor e cinco ou seis geradores desligados, demonstrando a robustez do sistema.
9 Outras fontes de energia Em terra: Três receptáculos externos de energia (115 VAC) APU Bateria principal Bateria da APU Durante o voo: A energia auxiliar inclui: Bateria principal Bateria da APU Ram air turbine
10 Distribuindo energia A maioria dos sistemas é alimentada por Painel trazeiro de equipamentos elétricos Unidades de distribuição de energia por todo o avião Unidades de distribuição Controladores de energia de estado sólido Pesam menos do que os alimentadores elétricos em outros modelos Eliminam parte da fiação, reduzindo mais ainda o peso.
11 Monitoramento e proteção contra falhas Displays multifunção Status do sistema disponível por meio de páginas do sistema elétrico e de status Notificações, procedimentos para condições anormais, como em qualquer outra aeronave Unidades de controle dos geradores Seis no total (uma por Variable-Frequency Starter Generators VFSG um por ASG) Regulam a tensão e oferecem um dispositivo de limitação de corrente Unidade de controle de energia do barramento Serve como porta de comunicação entre o sistema elétrico e outros sistemas Controla os sistemas de standby Administra as cargas mecânicas
12 Segurança embutida Requisitos de projeto do sistema Necessidades específicas do modelo Lições aprendidas na experiência em serviço Filosofia de projeto da Boeing Nenhuma falha pode causar um acidente Sistemas redundantes Separação dos sistemas: física e funcional Sistemas de standby Sistemas protetores Regulamentos Mundiais de Aviação (ex. FAA - Federal Aviation Authority, nos Estados Unidos, ANAC - Agência Nacional de Aviação Civil no Brasil, etc.) 16
13 Desempenho em serviço Confiabilidade desde a entrada em serviço Até dezembro de 2012 Confiabilidade (porcentagem) Meses após a entrada em serviço
14 O que as baterias fazem? Fornecem energia (descarga). Armazenam energia Para sua informação: Energia vs. Força Energia é a expressão da quantidade de trabalho que pode ser realizada. Força descreve a taxa de uso da energia. É semelhante à diferença entre distância e velocidade. 14
15 Como as baterias funcionam? Uma bateria é, essencialmente, um reservatório de substâncias químicas que liberam elétrons. As baterias possuem dois pólos um positivo e um negativo. Quando o polo positivo e o negativo são ligados, ocorre uma reação química que gera um fluxo de elétrons. O fluxo de elétrons é chamado de corrente e é medido em amperes. Quanto mais corrente flui através do item que está sendo energizado, mais força está sendo gerada pela bateria. 15
16 Onde estão as baterias do 787? Bateria principal Painel dianteiro de equipamentos eletrônicos; fuselagem inferior;próximo à parte frontal do avião. Bateria da unidade de energia auxiliar Painel traseiro de equipamentos eletrônicos; fuselagem inferior; próximo à parte traseira do avião. 16
17 O que as baterias do 787 fazem? Bateria principal Operações de manutenção em terra: Reabastecimento Força para o sistema de freios durante reboque Luzes de navegação durante reboque Força auxiliar (Backup) Bateria da unidade de energia auxiliar Acionamento da APU A APU fornece energia em terra e gera energia auxiliar durante o voo 17
18 Componentes da bateria do 787 Chicote Isolamento Moldura superior Célula (1 a 8) Pólo negativo (cobre) Sensor de corrente Unidade de verificação da bateria Pólo positivo (alumínio) Isolamento Separador Conector Contator Carcaça 18
19 Aplicações aeroespaciais da bateria NiCd MD-11 19
20 Por que escolher uma bateria de íon-lítio? Alta capacidade de carga Menor peso Melhor capacidade de recarga Não possui efeito memória Maior capacidade de armazenamento de energia Para sua informação: O lítio é um metal alcalino com características semelhantes às do sódio e potássio É o terceiro elemento da tabela periódica O lítio é o elemento metálico mais leve que existe 20
21 Aplicações aeroespaciais da bateria de íonlítio Satélite de Comunicação Comercial 702 Mars Rover Crédito fotos: NASA/JPL-Caltech 21
22 Comparação entre as baterias do 787 e 777 Composição química Hermeticalmente lacrada Íon-lítio (Óxido de lítio cobalto) Não Níquel-cádmio (Fibroso) Sim Tensão (nominal) 32V (8 células) 24,0 V (20 células) Peso máximo 63 lb (28,6 kg) 107 lb (48,5 kg) Corrente gerada para suprir energia à aeronave 150 amps 16 amps 22
23 Filosofias de projeto Nível Avião Projetada para evitar falhas e prever sua ocorrência Projetada incluindo dispositivos de proteção Garantir que nenhuma falha coloque a aeronave em perigo Sistema da Bateria Fornece proteção ao circuito contra sobrecargas e descarregamento total Fornece proteção mecânica para suportar falhas e proteger outros sistemas e estruturas 23
24 Testes rigorosos e robustos Testes do sistema de baterias em laboratório horas demonstração das operações normais e simulação de falhas, inclusive baking da bateria para induzir o superaquecimento, ensaio de esmagamento e perfuração de uma célula com prego para induzir curto-circuito Testes do sistema de energia integrado em laboratório horas demonstração da interação dos vários elementos do sistema durante a operação normal e simulação de falhas em dois laboratórios Testes do sistema elétrico integrado da aeronave horas operações normais e simulação de condições de falha, inclusive condições climáticas intensas, operações de longa e curta duração, operações em baixa e alta altitude 24
25 Histórico do uso da bateria do 787 em serviço Janeiro de 2013 Falha da bateria da APU sendo investigada pela NTSB Falha da bateria principal sendo investigada pela JTSB Antes de janeiro de ,2 milhões de células-hora em operação (inclui horas em terra e em voo da Boeing e companhias aéreas, oito células por bateria) horas voando Nenhum incidente envolvendo a bateria em nenhuma aeronave Problemas comuns com a bateria, semelhante aos de outras aeronaves 25