Caderno de estudo sistemas eletroeletrônicos automotivos i

Manutenção Automotiva Sistemas Eletroeletrônicos Automotivos I Gilmar Gonçalves de Brito

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Pernambuco

Recife-PE 2011

Presidência da República Federativa do Brasil Ministério da Educação Secretaria de Educação a Distância

Este Caderno foi elaborado em parceria entre o Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologiade Pernambuco - IFPE e o Sistema Escola Técnica Aberta do Brasil – e-Tec Brasil.

Equipe de Elaboração Coordenação do Curso Natanael da Costa Logística de Conteúdo Giselle Tereza Cunha de Araújo Maridiane Viana Coordenação Institucional Reitoria Pró-Reitoria de Ensino Diretoria de Educação a Distância Pró-Reitoria de Extensão Pró-Reitoria de Pesquisa e Inovação Pró-Reitoria de Administração e Planejamento

Diagramação Magnun Estalonne Araújo de Amorim Rafaela Pereira Pimenta de Oliveira Edição de Imagens Magnun Estalonne Araújo de Amorim Rafaela Pereira Pimenta de Oliveira Revisão Linguística Alice Paula Bastos Chagas Ivone Lira de Araújo

Governadora do Estado do Maranhão ROSEANA SARNEY MURAD Reitor da UEMA Prof. José Augusto Silva Oliveira Vice-reitor da UEMA Prof. Gustavo Pereira da Costa Pró-reitor de Administração Prof. Walter Canales Sant’ana Pró-reitora de Extensão e Assuntos Estudantis Profª. Vânia Lourdes Martins Ferreira Pró-reitora de Graduação Profª. Maria Auxiliadora Gonçalves Cunha Pró-reitor de Pesquisa e Pós-graduação Prof. Porfírio Candanedo Guerra Pró-reitor de Planejamento Prof. Antonio Pereira e Silva Coordenador Geral do e-Tec/UemaNet Prof. Antonio Roberto Coelho Serra Coordenadora Adjunta do e-Tec/UemaNet Profª. Eliza Flora Muniz Araújo

UNIVERSIDADE ESTADUAL DO MARANHÃO Núcleo de Tecnologias para Educação - UemaNet Campus Universitário Paulo VI - São Luís - MA Fone-fax: (98) 2106 8970 http://www.uemanet.uema.br e-mail: comunicacao@uemanet.uema.br

. rede

e-Tec Brasil .

Esse material foi cedido à Universidade Estadual do Maranhão - UEMA pelo Sistema Escola Técnica Aberta do Brasil - e-Tec Brasil, que autorizou sua reprodução para uso exclusivo dos Cursos Técnicos a Distância do Núcleo de Tecnologias para Educação - UemaNet.

Sumário

Sumário

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Palavra do professor-autor

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Apresentação da Disciplina

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Aula 1 - Acumuladores Elétricos (Baterias Automotivas)

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Aula 2 - Sistema de Carga: Alternadores

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Aula 3 - Sistemas de Partida (Motor de Partida)

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Aula 4 - Aula 4 - Caixa de fusíveis

65

Aula 5 - O Relé Elétrico Automotivo

77

Aula 6 - Principais Cargas Elétricas Automotivas

87

Aula 7 - Multímero

101

Palavra do professor-autor Sou Gilmar Gonçalves de Brito, tenho 45 anos, formação básica em Eletrônica, graduação em Gestão Hospitalar pela Faculdade de Boa Viagem e pósgraduação em MBA Gestão em saúde pela Faculdade Maurício de Nassau.

Como profissional atuei como técnico em eletroeletrônica (laboratorista em eletrônica) pelo IFPE, técnico em equipamentos médico-hospitalares e professor das disciplinas de sistemas eletroeletrônicos, eletrônica digital, eletricidade básica e de sistemas de eletrônica embarcados (veicular).

Técnico em equipamentos médico-hospitalares, atuando como representante da DISTAL com os equipamentos de monitoramento dos sistemas vitais, realizando as manutenções e os treinamentos operacionais junto às unidades hospitalares, já com a FRESENIUS com os equipamentos de diálise e Hemodiálise, atuando como técnico e também, ministrando os treinamentos operacionais.

Ministrante dos treinamentos em eletroeletrônica automotiva (injeção e ignição eletrônica, eletricidade automotiva e sistemas elétricos automotivos) no IFPE (cursos extras) e da FIAT (convênio CEFET-PE / FIAT) no Nordeste (Regional 06).

Em 1998, fiz parte do corpo de professores a participar dos encontros dos divulgadores da tecnologia FIAT, promovido pela FIAT automóvel, em Betim Minas Gerais, com o objetivo de equalizar a tecnologia e o treinamento por todo o país, permaneci nessa atividade, enquanto durou o convênio (por dez anos).

Professor do curso de Mecatrônica na Escola Técnica, Professor Agamêmnon Magalhães, ETEPAM, com as disciplinas de Eletroeletrônica e Eletrônica Digital, por um ano e meio, sendo convidado para ministrar essa disciplina até a contratação do quadro de professores do estado.

Atualmente, estou como coordenador de infraestrutura do (DADT) Diretoria de Análise e Desenvolvimento de Tecnologia (TI), ligado ao IFPE e professor desta disciplina, Sistemas Elétricos I, ligado a ETEC.

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Apresentação da Disciplina Prezado estudantes, é muito bom estar com vocês e sejam bem-vindos à disciplina de Sistemas Elétricos I, em que trabalharemos os sistemas elétricos automotivos por etapas, na sequência abaixo: – Noções de eletroquímica para entendermos os acumuladores químicos (baterias automotivas); – Princípio dos sistemas de cargas (alternadores automotivos); – Princípio de funcionamento dos sistemas de partidas (motor de partida); – Função das caixas de fusíveis; – Visão dos sistemas de cargas e partida dos sistemas elétricos automotivos compreendidos por: bateria, alternador e motor de partida; – Princípios de funcionamento dos relés e aplicações nos circuitos elétricos; – Abordagens básicas das principais cargas no sistema automotivo; – Uso da ferramenta multímetro nos processos de diagnósticos elétricos.

Prezados, trabalharemos, ainda, os sistemas elétricos, sem levar em consideração marcas ou modelo de veículo em específico, sempre com a visão sistêmica do todo para chegar ao específico.

Cada aula será parte da estrutura desta disciplina, abordando os conceitos e as análises dos processos de manutenção, obedecendo a um projeto de construção gradativa de conhecimento, do sistema elétrico automotivo, começando por conceitos de eletroquímica, entrando em conceitos de eletricidade e navegando nos conceitos de eletromagnetismo, para a devida compreensão do entendimento da construção dos motores elétricos, relés, alternadores e multímetros, concluindo a ligação do conhecimento desta disciplina.

Caros estudantes, com os conhecimentos apropriados desta disciplina associados com as aulas presenciais e, possivelmente, com as práticas, teremos condições de identificar e corrigir anomalias, que se refiram aos sistemas de carga e partida, e dos principais circuitos elétricos automotivos, cumprindo com o objetivo desta disciplina e visando o aumento dos conhecimentos adquiridos, boa leitura e até ao nosso encontro em aula presencial.

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Aula 1 - Acumuladores Elétricos (Baterias Automotivas) Objetivo Obter conhecimento básico dos princípios de funcionamento e dos processos de manutenção, manuseio e armazenamento das baterias automotivas.

Assuntos Nesta aula, abordaremos baterias automotivas, visando, especificamente, às noções dos princípios de funcionamento e o processo de manutenção seja com instrumento específico ou não e todos os processos que envolvem baterias, manuseios e armazenagens.

Introdução Bateria é um acumulador químico que tem como função armazenar a energia elétrica sobre forma de energia química e depois converter a energia química em energia elétrica, quando houver demanda (solicitação), fig. 1.

Figura 1- Acumulador químico

Os circuitos eletroeletrônicos automotivos necessitam de uma fonte de energia (bateria), para que possam ser alimentados, quando os automotores estiverem desligados, isso, por que eles possuem uma fonte de energia dependente do motor de combustão interna, que é o alternador.

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A bateria será a fonte independente do sistema automotivo, podendo ser do tipo úmida carregada e seca carregada cuja função é: A) Fornecer energia para o funcionamento do: motor de partida, sistema de ignição, buzina, faróis, sons, alarme trava de portas e demais eletroeletrônicos, quando o automotor estiver desligado (motor parado).

B) Por se encontrar ligada em paralelo com o alternador, funciona como filtro do sistema elétrico do automotor que, se por algum motivo deixar de funcionar, ou a tensão gerada for menor que a da bateria, esta manterá a sua tensão.

C) Receber a carga gasta na partida, quando o motor estiver em funcionamento, através do alternador e armazenar sobre forma química.

D) Em caso de falha súbita do alternador, a bateria, enquanto com carga, manterá o sistema em funcionamento, até a tensão cair abaixo de níveis determinados, (mínino de 10,5 volts), pelos sistemas de proteção e controle de injeção e ignição eletrônica (centralina).

E) Estabilizar a tensão gerada da fonte dependente do veículo (alternador).

1.1 Noções de eletroquímica Eletroquímica é o ramo da química que estuda as reações químicas que produzem ou são produzidas pela corrente elétrica, (fluxo orientado de elétrons), percorrendo um condutor, produz trabalho, transformando a energia elétrica em: luminosa (lâmpada), mecânica (motores elétricos) e química (cargas das baterias), sabendo que a recíproca é verdadeira, que o nosso foco é a eletroquímica, e o processo se dá por dois fenômenos chamados de oxidação e redução, vamos defini-los: Oxidação- É o processo de ceder (perder) elétrons para um elemento químico, em Química, dizemos que é o aumento de seu número de oxidação; Redução- É o processo de receber (ganhar) elétrons de um elemento químico, em Química, dizemos que é a diminuição do seu número de oxidação. É nesse processo de ceder e receber elétrons, espontaneamente, a outros átomos de outros elementos químicos que se baseia o funcionamento das

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pilhas, baterias e acumuladores químicos, esse fenômeno é chamado de oxido - redução, o mesmo corre com as bateias automotivas de chumbo ácido, veremos, agora, um processo de oxidação: Ex: Zn + CuSo4

Zn4 + Cu ou Zn0 + Cu2+

Zn2+ Cu0.

E no caso das baterias automotivas de chumbo ácido, o processo é o mesmo, porém mudando o cobre e o zinco por chumbo e peróxido de chumbo, veja o exemplo: Pb + sO4-2

PbSO4 + 2e essa reação se dá no polo negativo

Pbo2 + SO4-2 + 4H+ + 2e

PbSO4 + 2H2O reação para o polo positivo

Reação global Pb + PbO2 + 2H2SO4

Glossário Nas baterias úmidas carregadas, as grades são cobertas com material ativo, dióxido de chumbo nas placas positivas, de cor marrom- escuro e as negativas são de chumbo esponjoso de cor cinzaclaro, compostas de liga de chumbo e antimônio, porém requerem manutenção; Nas baterias secas carregadas ou híbridas, (baterias seladas), a grade positiva é de uma liga de antimônio, e na grade negativa a liga é de chumbo e cálcio, esse material aumenta a vida útil da bateria e não requer manutenção.

2PbSo4 + 2H2O

Figura 2- A reação interna na bateria (oxido/ redução)

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1.2. Componentes e princípio de funcionamento das baterias automotivas

As baterias são compostas de uma Caixa, para comportar o ácido e as placas, e são construídas de polipropileno com alta resistência a vibrações, com tampa bem fixada e selada.

As tampas das baterias, que precisam de manutenção (úmida carregada), possuem orifícios para complemento do nível da solução. E para liberação de gases (H2) produzidos pela solução eletrolítica no momento de descarga.

As placas positivas, de cor marrom escuro, constituída de dióxido de chumbo (Pbo2) (material ativo) e placas negativas, de cor cinza-claro, constituídas de chumbo puro, esponjoso (Pb) (material ativo) para as baterias úmidas carregadas.

Os separadores são os materiais isolantes que separam as placas umas das outras, evitando um possível curto circuito.

E o eletrólito, solução constituída de ácido sulfúrico a 36% (H2SO4) e 64% de água (H2O) destilada, quando a bateria estiver, totalmente, carregada, cuja densidade vai a 1,26 g/cm³ a 26,5 ºC. As baterias são, basicamente, compostas de: caixa, placas, separadores e eletrólito, cada um com sua função específica.

Figura 03- Bateria em corte

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O princípio de funcionamento das baterias automotivas está ligado à solução eletrolítica (ácido sulfúrico H2SO4) nas baterias, que provocam reações químicas entre as placas de peróxido de chumbo (positivas) e as placas de chumbo (negativas), essas reações promovem desequilíbrios eletrônicos entre as placas, ficando uma carregada positivamente (falta de elétrons) e a outra negativamente (excesso de elétrons), existindo assim uma diferença de potencial entre os polos positivo e negativo da bateria. (Bateria carregada).

Quando uma carga é inserida no circuito, uma corrente elétrica fluirá do polo negativo para o positivo (sentido real da corrente elétrica), nesse momento, a bateria estará descarregando, quando atinge o equilíbrio eletrônico ou quando a corrente deixa de passar, dizemos que a bateria descarregou completamente.

Figura 04- divisão dos elementos e compartimentos em uma bateria automotiva

Quimicamente, o processo de descarga acontece com a bateria, quando a solução de ácido sulfúrico (H2So4) dissocia em íons positivos (cátions) e Hidrogênio (H), e íons negativos (ânions) e sulfato (SO4-²).

Nas placas positivas, o dióxido de chumbo dissocia em cátions de chumbo (Pb+4) e ânions de peróxido (O-2). Devido aos elétrons que chegam ao polo positivo, são produzidos íons, a partir do cátion de chumbo (Pb+4).

A reação desses íons (Pb+2) com os íons de sulfato (SO4-2) dissociados do ácido sulfúrico do eletrólito produz sulfato de chumbo, que será agregado

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nas placas. Os íons de peróxido liberados reagem com os íons do ácido sulfúrico e produzem água. O processo químico de descarga pode ser descrito assim: PbO2 + SO4-² + 4h+ + 2e-

PbSo4 + 2H2O.

Nas placas negativas, com o deslocamento dos elétrons das placas negativas para as positivas, o chumbo sendo neutro cede elétrons e transformam-se em cátions que reagem com os ânions sulfato do ácido sulfúrico do eletrólito, produzindo sulfato de chumbo, que agrega nas placas, dizemos que o processo químico de descarga pode ser descrito assim:

Glossário Quando uma molécula está em equilíbrio, a quantidade de elétrons é igual à de prótons, nesse caso não há diferença de potencial, porém, quando as moléculas estão em desequilíbrio, a quantidade de elétrons é diferente da de prótons, nesse caso, há diferença de potência.

Pb + So4-²

PbSO4 + 2e.

No processo de descarga, o dióxido de chumbo das placas positivas e o dióxido das placas negativas, produzem sulfato de chumbo (PbSO4) em função da reação química do eletrólito, elevando a formação de moléculas de água e fazendo a sulfatização.

Sulfatização é o processo de formação de sulfato de chumbo nas placas (positivas e negativas) que poderão provocar descargas e redução da concentração do eletrólito, além de criar uma resistência às reações químicas.

Dissociação é o processo de divisão de uma molécula em partes menores.

Quando um átomo perde ou ganha elétrons, passa a ser chamado de íon, se esse íon for positivo, quando perde elétrons, passa a ser chamado de cátion e se esse íon for negativo, quando ganha elétrons, é chamado de ânion.

A concentração do ácido sulfúrico diminui com o aumento da concentração de água.

A reação química produz aquecimento e vapor de água.

Quanto maior a descarga, menor a densidade do eletrólito e maior a concentração de água.

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Figura 05- A reação no processo de descarga

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No processo de recarga, assim como dito anteriormente, o alternador do automotor está ligado em paralelo com a bateria e é ele que vai retornar a energia (carga) gasta à bateria, provocando uma corrente elétrica no sentido contrário ao da descarga, do polo positivo ao negativo, sempre levando em consideração o sentido real da corrente elétrica.

Então, o alternador retirará os elétrons das placas positivas para as negativas, dissociando o sulfato de chumbo das placas, sendo que o radical So4 é liberado das placas e reage com o hidrogênio da água, reatando o ácido sulfúrico. Nas placas positivas os íons de hidrogênio da água reagem com o chumbo, formando dióxido de chumbo, já nas placas negativas os elétrons que chegam cedem cargas negativas aos íons, tornando os, eletricamente, neutros, voltando a ter concentração de ácido sulfúrico, elevando a densidade e voltando a plena carga.

Figura 06- A reação no processo de recarga

1.3- Tipificação das baterias automotivas: tensão, corrente de descarga admissível, capacidade de carga Para os sistemas automotivos veiculares, a tensão nominal da bateria até hoje é de 12V (volts), ou seja, as baterias automotivas são constituídas por 6 (seis) elementos e cada um produz uma tensão de 2,1V, então, a tensão da bateria 100% (cem por cento) carregada é de 12,6V, lembrando que, alguns sistemas de injeção e ignição eletrônico permitem trabalhar com tensão mínima de 10,5V (desativando os com valores abaixo) e máxima

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de 15.5V (desativando os com valores acima), em função da atuação dos circuitos de proteção dos Sistemas de injeção e ignição eletrônica (centralinas).

Corrente de descarga admissível, sabemos que a corrente depende do estado da fonte e da carga, porém, as fontes têm suas limitações, que é o caso das baterias automotivas, suas informações vêm impressas na caixa das mesmas (EX: tensão 12 v, capacidade 36 Ah e corrente de 320A em temperatura de oºC), porém, de modo geral, no processo de descarga, para que não cause danos à bateria, a corrente máxima admissível não deve ultrapassar 3 (três) vezes a sua corrente nominal (108 A), num tempo máximo de 15 (quinze) segundos. A corrente máxima à temperatura de 0ºC. A capacidade de carga das baterias vem expressa em ampere por unidade do tempo (ampere/ hora) Ex: 35 Ah, 45 Ah, 65 Ah, 100 Ah, etc.

A descarga de uma bateria é a quantidade de energia que ela pode fornecer durante determinado tempo, lembrando que esse valor depende do estado de carga da bateria, da intensidade da corrente elétrica, da temperatura e da densidade do eletrólito.

O processo para determinar a capacidade de carga de uma bateria é feito aplicando-se uma corrente de descarga, correspondente a 1/20 (1 é capacidade da bateria e 20 é o tempo em horas) da capacidade nominal da bateria.

Ex.: se uma bateria tem 60 Ah, (60/20= 3), implica dizer que a mesma deverá fornecer 3A num tempo de 20 horas, sem que a tensão fique abaixo de 10,5 Volts, determinamos, assim, a sua capacidade.

Para se recarregar uma bateria, usa-se um equipamento, normalmente, chamado de tunga (que faz a vez do alternador), que nada mais é do que uma fonte retificada de alimentação elétrica, com controle de tensão e corrente, para que possa ser ajustada, de acordo com as características da bateria, sabendo que a corrente selecionada deve ser em torno de 10% da capacidade de carga da mesma.

Ex: numa bateria de 60Ah, (60 * 0,1 = 6), o ajuste da corrente de recarga deve ser de 6 Amperès.

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1.4- Avaliação do estado de operação: multímetro, analisador de baterias, densidade do eletrólito.

Para se avaliar o estado de operação de uma bateria, precisa-se de quatro procedimentos: 1. Com um equipamento chamado de densímetro, mede-se a densidade do eletrólito; 2. Com um voltímetro (mede a tensão elétrica), mede-se a tensão entre os polos da bateria; 3. Com os analisadores de baterias e;?

4. Indicadores na própria bateria.?

O técnico retira as tampas da bateria, insere o decímetro e secciona os eletrólitos para a devida leitura dos valores da densidade no corpo do equipamento, nesse processo, os valores a serem encontrados, devem obedecer às informações abaixo, considerando a temperatura a 26,5 ºC. • Densidade entre 1260 a 1280, bateria com 100% de carga; • Densidade entre 1230 a 1250, bateria com 75% de carga; • Densidade entre 1200 a 1220, bateria com 50% de carga; • Densidade entre 1170 a 1190, bateria com 25% de carga; • Densidade entre 1140 a 1160, bateria com baixa capacidade ou danificada.

Com o voltímetro, sugere-se que os valores medidos da tensão elétrica entre os polos, indiquem o estado de carga da bateria, que deve obedecer à tabela abaixo: • 12,6V a 12,8; bateria com 100% da carga total; • 12,0V a 12,2; bateria com 75% da carga total;

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• 11,8V a 11,8; bateria com 50% da carga total; • 11,5V a 11,79; bateria com 25% da carga total; • 11,0V a 11,49; bateria com baixa capacidade ou danificada.

Com o analisador de baterias microprocessado, o equipamento executa um conjunto de procedimentos automaticamente, pois ao ligar as garras do teste nos polos da bateria, o equipamento é alimentado pela sua própria tensão elétrica e ao pressionar a tecla teste, o mesmo aplica uma carga, num curto intervalo de tempo e processa as devidas interpretações do estado de carga da bateria, emitindo em relatório impresso, contendo: valor de tensão, necessidade de recarga ou não, e o estado da bateria.

Porém, no teste semiautomático, o equipamento possui, internamente, uma carga variável (podendo variar a corrente elétrica a ser aplicada), um voltímetro (para verificação de tensão) e em alguns, um amperímetro; então, o técnico ajusta a corrente elétrica, variando a carga de acordo com a capacidade de carga da bateria (considerando três vezes a corrente nominal dela) e em seguida, os terminais do teste deverão ser ligados aos polos da bateria, obedecendo às polaridades (positivo no positivo e negativo no negativo), depois pressiona uma chave (tecla) por um intervalo de tempo de 15 segundos, enquanto esse processo ocorre, o técnico estará observando o valor da tensão elétrica no voltímetro, se nesse período de tempo, a tensão elétrica for inferior a 9,6V, a bateria deverá passar por um processo de recarga e em seguida refazer o teste; se novamente for inferior a 9,6V, deverá ser descartada, porém, se for maior ou igual que 9,6V, considera-se a bateria em bom estado de carga.

Para efetuar a leitura da tensão elétrica na bateria e sugerir diagnóstico, é imprescindível que se insira uma carga, para evitar o fenômeno da alta impedância, e não diagnosticar erroneamente.

Esse fenômeno poderá enganar o técnico, ou seja, ao medir a tensão entre os polos da bateria, encontrar os 12.6V, porém quando inserida uma carga, a tensão cai para valores próximos de zero.

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1.5. Procedimento de carga: Cálculos e cuidados Para efetuar a carga de uma bateria, deve-se usar um equipamento chamado de tunga ou simplesmente de carregador de bateria, no qual se aplica uma corrente de 10% do valor da corrente nominal da mesma.

Ex.: numa bateria de 40 Ah, a corrente de recarga deve ser de 4 ampere (40*0,1=4).

O procedimento mais recomendado é o do fabricante, através do manual, é só ler, contudo, a maioria dos fabricantes, recomendam que a corrente de recarga seja de 10% do valor da corrente nominal, no entanto, existem outros fabricantes que recomendam até 20%, desse valor.

Embora, seja de consenso geral, que não se deve aplicar carga rápida nas baterias e, que se devem ter os cuidados descritos abaixo: • Evitar muito tempo com a bateria parada, pois, há um processo químico, que se encontra em constante procedimento de descarga; • Evitar oxidação nos terminais da bateria, pois os mesmos isolam e dificultam o processo de carga e recarga; • Usar água pura, para o complemento do nível do eletrólito das baterias, normalmente, é usada água destilada; • Os polos das baterias devem ser conservados sempre limpos e secos.

Recomenda-se passar vaselina nos borréis, pois esse procedimento evita, ou reduz a oxidação; • Para armazenar as baterias, recomenda-se que sejam colocadas em local: seco, livre do sol, com temperatura variando entre 8ºC e 37ºC e ventilado, e também, em prateleiras de madeira ou com emborrachado, e na posição vertical; • Evitar tempo de partida prolongado, mais de 5 segundos; • O intervalo de tempo, entre uma partida e outra, não deve ser menor que 10 (dez) segundos;

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Resumo Prezados estudantes, nessa aula, estudamos que as baterias automotivas ou acumuladores químicos são as fontes independentes dos automóveis e têm como função básica fornecer energia para o veículo, quando o mesmo estiver desligado, além de estabilizar a tensão produzida pela fonte dependente do motor, o alternador.

Vimos que existem dois tipos de baterias: As úmidas carregadas, que requerem manutenção e as secas carregadas ou híbridas (seladas) que não requerem manutenção.

Percebemos a importância da compreensão do funcionamento interno das baterias, e navegamos um pouco no mundo da eletroquímica com as noções básicas.

Agora, entendemos que a bateria é composta de uma caixa, resistente a impacto, com tampas e bem fixada (selada), com orifícios para saída de gases (H2), e possível manutenção, (complemento do nível do eletrólito); também de placas, seja positiva ou negativa; separadores, que isolam uma placa das outras; e por fim a solução eletrolítica, responsável pelas reações químicas nas baterias.

Compreendemos que as baterias automotivas possuem característica como: tensão nominal de 12 V, porém são constituídas de seis elementos e cada elemento produz 1,2V, então, a tensão passa para 12,6V. No processo de avaliação de carga e estado da bateria, usam-se equipamentos como: Multímetro, analisadores de baterias, densímetro e indicadores da própria bateria. Todavia, para se recarregar uma, usa-se um equipamento, popularmente, chamado de tunga, ou carregador de baterias, que faz a vez do alternador, só que fora do veículo e ligado à rede elétrica.

A corrente elétrica ou carga, que se deve aplicar a uma bateria, no processo de recarga, é de 10% da capacidade nominal da mesma (recomendação do fabricante).

Assim, tivemos conhecimento dos cuidados e procedimentos que se deve ter para com as baterias, desde processos de cargas e recargas, até o armazenamento.

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Referências Robert.Boylestard,Introdução à Analise de Circuito, Editora Pearson,são Paulo-SP, 2 º edição 8237P. Fiat Automóveis-AS, Sistemas Elétricos 1,Brasilia,2000,Editora Senai/DN,36P. Usberco.João, Salvador Edgard, QuímicaGeral 1, Editora Saraiva, São Paulo-SP, 2º Edição, 1996,496P. FIAT, Automóveis. Sistemas elétricos I. SENAI/DN Brasília. 2000. 176p.

Disponível em 08/02/2011 no site: funcionamento da betria chumbo-ácido http://filosofiaetecnologia.blogspot.com/2008/06/funcionamento-da-bateria-chumbocida.html

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Aula 2 - Sistema de Carga: Alternadores Objetivo Adquirir conhecimentos básicos dos princípios de funcionamento e análise dos processos de manutenção dos alternadores automotivos.

Assunto

– Nesta aula, abordaremos alternadores automotivos, visando, especificamente, às noções dos princípios de funcionamento e o processo de manutenção.

Introdução Por volta de 600 AC, na Grécia, perceberam que a pedra chamada de magnetita, apresentava propriedade de atrair objetos ferrosos e mais tarde, denominaram-na de ímã.

Em 1820, Hans Oersted, ao ligar um circuito elétrico básico, percebeu que o ponteiro de uma bússola que estava próximo dos condutores, se movia, podemos dizer que foi a primeira experiência ou o princípio dos estudos de Eletromagnetismo registrado na história da humanidade.

A partir dessa descoberta, vários foram os cientistas que desenvolveram trabalhos sobre eletromagnetismo, entre eles podemos citar: Ampère, Faraday, Maxwell e outros. Deles Surgiram: as bobinas, os motores, os alternadores, reles e muitas outras aplicações em eletromagnetismos.

A conclusão de Hans Oersted em 1820, é que uma corrente elétrica, ao percorrer o interior um conduto, faz surgir, em volta do condutor, um campo magnético.

Michael Faraday percebeu que, quando um condutor é imerso num campo magnético variável, ou as linhas de força magnética cortam (passam por) um condutor, ou produzem no interior desse condutor, uma diferença de

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potencial. Com essa percepção, Michael Faraday, provou que a recíproca de Hans Oersted é verdadeira.

Heinrich Lenz, observando os fenômenos descritos por Michael Faraday, descreveu uma lei para os sentidos das correntes induzidas, em que o sentido da corrente induzida é tal que campo magnético se opõe a causa que lhe deu origem.

Assim, graças a esses e a outros estudiosos não mencionados, a sua dedicação e aos conhecimentos que nos foram repassados, conseguimos transformar o mundo em que vivemos e chegar à tecnologia de hoje.

O alternador em um veículo é a fonte de tensão dependente do motor de combustão interna, é um motor elétrico e uma máquina giratória, que transforma energia mecânica, em energia elétrica.

No sistema elétrico automotivo, essa energia alimenta todos os circuitos, além de recarregar a bateria.

O esquema, em bloco, mostra a bateria, fornecendo alimentação elétrica ao motor de partida, que aciona o motor de combustão interna, que ao funcionar, faz o alternador, que está ligado a ele, gerar energia para realimentar a bateria e todo o circuito elétrico do sistema automotivo. Conforme fig.1.

Figura 1- Esquema funcional do sistema automotivo.

No esquema em bloco da fig. 2, podemos observar como fica configurado o sistema elétrico automotivo, Percebemos que a bateria está com alimen-

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tação positiva no alternador, motor de partida e no sistema elétrico; e alimentação negativa, também, no alternador, motor de partida e no sistema elétrico, o que comprova a ligação em paralelo.

Figura 2 - Esquema em bloco da forma de ligação dos sistemas elétricos automotivos.

Como o nome diz, alternador é por que produz a tensão alternada, para depois transformá-la em tensão contínua (retificada), só assim pode ser utilizado no veículo.

No passado, os veículos usavam o dínamo para transformar energia mecânica em elétrica, porém o surgimento do alternador trouxe maiores vantagens, como: • Rendimento maior; • Produz maior quantidade de energia em rotação menor; • Maior qualidade da tensão gerada; • Maior potência, em relação ao peso e tamanho.

Por isso, o alternador prevalece hoje nos veículos, não se usa mais dínamo e os circuitos elétricos dos veículos (faróis e sistema de iluminação, circuito de carga e partida, sistemas de injeção e ignição eletrônica, som, etc.), são alimentados com os alternadores.

No motor de combustão interna, o alternador está ligado, mecanicamente, por meios de correias, conforme mostra a fig.3.

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Figura 3 - Alternador tracionado por correias em um motor didático.

Figura 4 - Gráfico da relação alternador – dínamo.

Para melhor entendermos os alternadores, trabalharemos, na próxima aula, os sistemas de cargas.

1. Sistema de Carga: Alternadores, Seus Componentes, Princípio de Funcionamento e Manutenção.

Figura 5 - Alternador e seus componentes.

O alternador, sendo a fonte de tensão no sistema automotivo e dependente do motor de combustão interna, é o componente responsável pela geração de energia e pelo processo de fornecimento de carga do sistema elétrico automotivo.

Então, para melhorar a compreensão, apresentamos a fig. 5, com um alternador, suas partes e a descrição de cada uma delas.

Cada componente do alternador tem sua função que descreveremos a seguir: • Rotor - elemento que transforma a energia elétrica em magnética e a energia mecânica (eixo gerando) em elétrica, induzindo a energia magnética no estator; • Estator - que transforma a energia magnética (do induzido) em elétrica, que sai para ser retificada (transformada de alternada para contínua), sendo enviada para o circuito elétrico geral do veículo; • Retificador - conjunto de diodos que transformam a tensão alternada em contínua; • Regulador de tensão - responsável pelo controle (estabilização) da tensão de saída;

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• Tampas (carcaça) e mancais - responsável pela proteção, sustentação, suporte dos rolamentos, fixação e alinhamento dos demais componentes do alternador; • Rolamento - elimina o atrito e centraliza o rotor do estator; • Polia - transfere a energia mecânica do motor ao alternador; • Ventoinha - força a ventilação, sendo fixada ao eixo do rotor.

2.1. Carcaça, Rolamentos, Estator, Eixo Induzido, Polia, Porta-Escovas, Placa de Diodos e Regulador de Tensão.

Quando olhamos para o rotor (eixo do induzido), a parte móvel do alternador, vemos os princípios de eletromagnetismo sendo realmente aplicados.

O rotor é constituído por uma bobina de fio, enrolado num carretel (chamada de bobina de excitação), com um eixo em ferro carbono (alto teor de carbono) e sapatas polares de ferro doce (baixo teor de carbono), é dividido em duas partes, em forma de dentes curvados, uma encaixando no espaço deixado pela outra, porém, separadas, para a formação dos polos magnéticos.

Já os terminais do fio da bobina são ligados a um anel coletor e que se interliga com as escovas, nas quais se aplica a tensão de alimentação elétrica, controlada pelo o regulador de tensão, cuja função é garantir que a tensão de saída, seja constante (estabilizada) entre 13,8V a 14,5V. No rotor da fig.6, é mostrado o par de rolamentos de ambos os lados, o anel coletor e também a bobina exitadora, envolvida pelas sapatas polares.

Porém na fig.7, o foco é o rotor, fixado na carcaça do alternador, outro detalhe é o posicionamento do conjunto escova, porta-escovas e regulador de tensão.

Figura 6 - Rotor do alternador.

Figura 7- Posição das escovas no anel coletor.

Estator - constituído de ferro doce laminado, em forma circular e com ranhuras ou sucos, em que são colocadas as bobinas.

A configuração elétrica é a mesma de um motor elétrico trifásico, que apresenta um rendimento maior em relação aos motores monofásicos, constituído de três bobinas, e cada uma colocada nas ranhuras ou sucos, de forma que fiquem defasadas uma da outra, de 120º, com ligações que podem ser do tipo: em triângulo (Δ), ou em estrela ( ), a depender do tipo do alternador, ou do projetista.

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Para que o alternador possa funcionar (gerar energia elétrica), é necessário que o eixo, do mesmo, esteja ligado ao eixo do motor de combustão interna, isto é feito por meio de uma correia, que transfere a rotação do virabrequim (motor) ao eixo do alternador (rotor), daí o campo magnético, formado pela bobina do rotor, cortar (passa por) os condutores das bobinas do estator, induzindo nelas, a tensão elétrica trifásica e alternada, cuja frequência depende da rotação do motor e da relação das polias (alternador e motor).

Os tipos de ligações, se estrela ou triângulo, determinam as tensões e as correntes de fase e de linha.

Tensão de linha é a tensão medida entre as extremidades dos terminais, na ligação estrela (Y).

Tensão de fase é a tensão medida entre as extremidades dos terminais, na ligação triângulo (Δ, delta), ou a tensão entre a junção dos três terminais das bobinas na ligação estrela e uma das extremidades. Como mostram as fig.8 e 9.

Figura 8 - Estator configurado em estrela ( ). Figura 9 - Esquema elétrico.

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Figura 10- Estator configurado em triângulo Δ. Figura 11 - Esquema elétrico.

A tensão alternada trifásica possui características próprias, de acordo com o gráfico da fig.12, no qual um sistema elétrico trifásico corresponde a 3 sistemas monofásicos simultaneamente com a mesma tensão (amplitude) sendo cada fase encontram-se defasadas uma da outra em 120 graus.

Pode ser percebido também 3 vetores girando simultaneamente com velocidade angular w.

figura 12

Retificador - constituído por um conjunto de diodos que são componentes eletroeletrônicos semicondutores, a base de Silício ou Germânio, cuja sua função é permitir que a corrente elétrica, se desloque em apenas um sentido, do mais positivo para o mais negativo.

No diodo, a corrente elétrica, se desloca do anodo para catodo, ou seja, do mais positivo, (que deve estar no anodo), para o menos positivo (em direção ao catodo); o anodo deve estar mais positivo em relação ao catodo,

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se for no sentido inverso, o diodo corta, não conduz e impede a passagem da corrente elétrica.

Na fig.13, apresentamos os símbolos dos diodos, que estão configurados como retificadores, os três diodos na cor vermelha, com os catodos interligados (essa interligação é feita em uma placa de alumínio), são chamados de diodos positivos (+) e a placa de alumínio na qual estão interligados, de placa positiva.

Já os três diodos da mesma figura, de cor verde, estão com os anodos interligados e (essa interligação é feita em uma placa de alumínio) são chamados de diodos negativos (–) e a placa de alumínio na qual estão interligados é chamada de placa negativa.

Porém, os três diodos com os catodos interligados, na cor vermelho escuro, são chamados de exitadores, estão ligados por fios comuns (não têm placa) e enviam o sinal (tensão) ao rotor e ao ponto B+ do alternador.

Nas fig. 14 e 15, temos a simbologia do diodo, mostrando o anodo e o catodo, ao lado deles um desenho físico desse tipo de diodo “positivo” e outro, de um diodo “negativo”, usados nos alternadores.

No desenho do diodo físico da fig.14, na parte inferior, nesse caso específico, ao construir o diodo, o fabricante colocou como catodos invólucros de alumínio, que serão fixados na placa (placa positiva) e como anodo, o terminal que será interligado com os fios do estator, a esses diodos e essa placa, que é chamado, popularmente, de diodo positivo e placa positiva.

O caso da fig.15 é similar ao da fig.14, com mudança de construção na localização do anodo, que passa para os invólucros de alumínio, ao contrário do desenho da fig.14, e o catodo para a interligação com os fios do estator, desse modo, configurando o conjunto de diodos como retificadores no caso trifásico.

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Figura 13- Conjunto de diodos formando o retificador trifásico

Figura 14 - Diodo positivo.

Figura 15 - Diodo negativo.

No retificador dos alternadores, os diodos são fixados em duas placas de alumínio, com a função de interligá-los e dissipar partes da energia calorífica, O sinal (tensão) do alternador é alternado e trifásico, e obedece a esta equação (V)t=Vmax. sen. t, sendo assim, descreve uma senóide no tempo, logo, temos para cada fase, um semiciclo positivo e outro negativo.

Se o diodo conduz em um só sentido e é configurado para conduzir o semiciclo positivo, cortar ou anular o semiciclo negativo, isso para cada fase, produzindo assim, uma tensão contínua pulsante, processo que chamamos retificação.

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A bateria e o capacitor estão ligados à linha B + e ao massa do alternador, ou seja, estão ligados em paralelo e com a carga, pois sua função é filtrar o sinal de saída, convertendo a tensão contínua pulsante em tensão contínua “limpa”, com menor ripple possível (fator de ondulação), ou ondulação.

Na foto da fig.16, percebemos as duas placas de alumínio, nesse caso uma na cor clara: a placa negativa e cravados nela, os diodos negativos; e a outra na cor escura: a placa positiva com os diodos positiva cravados nela. Na fig.17, percebemos a ligação do estator com os diodos (placas retificadoras).

Obs.: Nem sempre as placas vêm com diferença de cor, nem tão pouco com identificação de que é positiva e/ou negativa.

Figura 16 - Placa de diodos negativos e diodos positivos.

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Figura 17 - Estator ligado ao retificador.

Na fig.18, temos o desenho de todo o sistema elétrico interno do alternador, da sua ligação com o comutador de ignição e o quadro de instrumentos, com algumas ressalvas: • A ligação da lâmpada no quadro de instrumentos que sai D+ do alternador e vai para o comutador de ignição, depois segue para a bateria, isso para os carros que não possuem computador de bordo.

• Para os carros que possuem o computador de bordo, o sinal do ponto D+ do alternador é direcionado para ele, que fará a verificação do estado funcional do alternador e comandará o acionamento da lâmpada no quadro de instrumentos.

• O computador de bordo, normalmente, comanda todos os circuitos elétricos do veículo (setas, luzes de posição, iluminação interna etc.).

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Figura 18 - Esquema funcional em bloco do alternador.

2.2. Avaliação do Estado Funcional.

A avaliação do estado funcional de um alternador se dá a partir das medições dos valores das tensões elétricas e da corrente elétrica, com uso de equipamentos específicos como: O multímetro automotivo, configurado como voltímetro ou como amperímetro, em caso de análise mais específica, seja em campo ou em laboratório, usa se o osciloscópio, equipamento que mostra o comportamento dos elétrons nos circuitos eletroeletrônicos, em forma de gráfico.

Outra forma de avaliar o estado funcional de um alternador é quando a lâmpada no quadro de painel no habitáculo de sobrevivência do veículo se acende, indicando que, o alternador apresentou falhas no funcionamento, ou quando o veículo para, não funciona e nem mesmo liga os faróis, característica de defeito na bateria, podendo ter sido causado pelo alternador que deixou de funcionar (gerar energia), consumindo a bateria até que a sua tensão fique com valores muito baixos, mostrando-se descarregada.

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Para analisar o estado funcional do alternador no veículo, podemos proceder de seguinte forma: • Ligar o veículo todo e manter os circuitos elétricos desligados (faróis, rádio, acionamento de vidros, etc.).

• Com o multímetro configurado como voltímetro, ligado na bateria, deverá encontrar valores de tensão elétrica, superiores ao da bateria, em torno de 13,8V a 14,5V (tensão da bateria 12,6V); Obs.: se os valores encontrados forem abaixo de 12,6V e ou variando em torno disso, existem falhas.

• Com o motor ainda em funcionamento, ligar os faróis e verificar a tensão elétrica no voltímetro, caso se mantenha constante, em torno de 13,8V a 14,5V é bom, porém, se não existir falha.

Esses procedimentos são práticos e funcionais, e darão uma visão (foto) do momento, nesse teste, fizemos uso do voltímetro, que também pode ser feito com amperímetro, contudo, medindo a corrente elétrica e fazendo uso dos mesmos artifícios: • Ligar o veículo todo e manter os circuitos elétricos desligados (faróis, rádio, acionamento de vidros, etc.).

• Com o multímetro configurado como amperímetro, ligado no cabo positivo da bateria, (abrir o circuito e ligar em série o terminal da bateria), devemos estar atento ao sentido da corrente elétrica no equipamento, que não deverá mudar de sinal, se mudar é por que existem falhas no alternador.

• Com o motor ainda em funcionamento, ligar os faróis e demais cargas, verificando os valores da corrente elétrica, que deverão aumentar continuamente, em função das cargas que forem adicionadas, lembrando que, se existir inversão de sinais, existe falha.

Com esses procedimentos, podemos nos assegurar do estado funcional do alternador e ter uns raios-X do momento do equipamento.

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2.2.1. Elétrico: Utilizando Multímetro: Tensão Produzida, Estado dos Diodos, Resistência de Enrolamentos (Estator/ Induzido), Etc. Multímetro ou multiteste é um equipamento utilizado para medir grandezas elétricas básicas, como: • Tensão elétrica, contínua e alternada (DCV e ACV); • Corrente elétrica contínua e alternada (DCA e ACA; • Resistência elétrica, (Ω); • Teste de continuidade; • Teste de diodos.

No processo de medição com o teste, começar escolhendo a função através de uma chave seletora, localizada abaixo do display. Sabemos que existem dois tipos de multímetro, sendo um analógico, com ponteiro e o outro digital, com display de cristal líquido, cada um com sua especialização específica, por exemplo: O analógico é mais especializado em teste de componentes (diodos, transistores, capacitores, etc.), enquanto o digital é mais recomendado para medição, (tensão, corrente, resistência, etc.).

Teste e diagnóstico do diodo com o uso do multímetro (diodo positivo e diodo negativo), nas fig.19 e 20.

É importante atentar aos princípios da eletricidade e do eletromagnetismo. Para maior compreensão do estudo, em caso de um fio de cobre como: quanto maior o comprimento desse fio, maior é sua resistência, logo, dizemos que a relação resistência por comprimento é diretamente proporcional.

E quanto maior a bitola (diâmetro) do fio, menor é sua resistência, então, dizemos que a relação resistência por diâmetro é inversamente proporcional.

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Figura 19 - Formas corretas de testar diodos e de identificar anodo e catodo.

Figura 20 - Formas corretas de testar diodos e de identificar anodo e catodo.

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Na fig.21 e na 22, temos exemplos de procedimento de teste de diodo (placa negativa), da mesma forma, pode-se testar a placa positiva.

Figura 21 - Procedimento de teste dos diodos na placa de diodo.

Figura 22 - Procedimento de teste dos diodos na placa de diodo.

Porém, na fig.23, observamos o procedimento de teste das bobinas do estator, medindo a resistência interna, e consequentemente, verificando a possibilidade de circuito aberto ou curto circuito.

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Pergunto: qual a resistência que devo encontrar?

Devemos recorrer a tabelas cedidas pelo fabricante, caso contrário fazer uso dos conhecimentos adquiridos, observando a bitola do fio e percebendo o número de espiras, concluiremos que a resistência tem valor baixo.

Veja que, o valor encontrado na fig. 23 foi de 0,4Ω, que tem coerência com o termo teórico, logo, posso aceitá-lo como correto.

Figura 23 -Procedimento para medição da resistência do estator”

Para o teste da bobina do rotor, segue a mesma explicação do caso anterior e nesse exemplo, devemos observar os desgastes do anel coletor, então, veja-se a fig.24; e o tamanho e estado de conservação das escovas da fig.25.

Figura 24 - desgaste do anel coletor(rotor)”

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Figura 25 - Regulador de tensão/conjunto de escovas

Para fechar essa aula, na fig.26 e na 27, temos a análise da medição da tensão elétrica na bateria, que pode diagnosticar tanto a bateria como o alternador, da seguinte forma: • Com o veículo desligado, medir a tensão na bateria, que deve variar em torno de12, 6V, veja a fig.26; • Ainda com o multímetro ligado na bateria, ligar o veículo e ver a tensão elétrica, que deve variar entre 13,5V a 14,5V, fig.27 Com esses procedimentos, teremos o raio-X da bateria, se a tensão ficar entre os 12,6V, confirma o bom estado da mesma e se for menor, bateria ruim ou precisando de carga.

Com esse mesmo procedimento, verificamos o estado do alternador que, se a tensão ficar entre os 13,8V a 14,5V, estará em perfeito estado de funcionamento, porém se o valor da tensão for inferior ou superior a esses valores, implicará em alternador com possível defeito.

Ainda dentro dessa mesma bateria de teste do alternador e de olho no multímetro, ligado na mesma e com o carro ligado, adicionar cargas elétricas (ligando os faróis, ar condicionado), e elevando a rotação do veículo a aproximadamente 2000 RPM, verificando a tensão elétrica, se ficar inferior a 13,8, alternador com deficiência de geração de energia, que pode ser o regulador de tensão, escovas gastas, anel coletor, rotor em curto circuito, diodos, estator em curto circuito, caso contrário, alternador bom.

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Figura 26 - Medição da tensão elétrica da bateria com veículo desligado”

Figura 27 - Medição da tensão elétrica da bateria com veículo ligado”

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Conclusão: Nessa aula, tivemos o cuidado de apresentar um trabalho com riqueza de detalhes do princípio de funcionamento do alternador, dos processos de diagnosticar os possíveis defeitos com o uso de equipamento com o multímetro, seja automotivo ou não, apresentando fotos e esquemas em bloco, com uma visão sistêmica do todo e a visão da parte, objetivando, simplesmente, a melhor compreensão do aluno, como parte integrante do processo de aprendizado.

Resumo Nesta aula nos ousamos a estudar o alternador automotivo, que trabalha com base nos princípios do eletromagnetismo. Apresentamos um esquema em bloco do comportamento desse componente no sistema automotor. Fizemos comparações do alternador e do dínamo. Falamos de cada componente do alternador, mostrando processos e procedimentos de manutenção.

Usamos ferramentas básicas, como, por exemplo, o multímetro, para testar diodos, ponte retificadora, estator, rotor. Medição da tensão elétrica na bateria para diagnóstico do funcionamento do alternador através da leitura do multímetro (voltímetro). Fizemos uma rápida introdução aos sistemas elétricos trifásicos, as ligações estrela e triângulo, nas quais estão presentes nos alternadores automotivos que se assemelham ao alternador trifásico.

Acreditamos que com o somatório desses conhecimentos nos tornamos diferenciados, podendo agora reparar e diagnosticar um sistema de geração automotivo.

Referências Robert.Boylestard,Introdução à Analise de Circuito, Editora Pearson,são Paulo-SP, 2 º edição 8237P. Fiat Automóveis-AS, Sistemas Elétricos 1,Brasilia,2000,Editora Senai/DN,36P. Calçada.Caio Sergio, Sampaio. José Luis, Física clássica,Editora Atual, São PauloSP,1991.512P. Fiat Automóveis-AS, Conectores e esquemas elétricos, Brasilia,1995,Editora Senai/ DN,196P.

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Aula 3 - Sistemas de Partida (Motor de Partida)

Objetivo Obter conhecimentos básicos dos princípios de funcionamento e dos processos de manutenção do motor de partida.

Assunto Nesta aula, daremos continuidade aos estudos dos sistemas de cargas e partida do circuito elétrico automotivo, tendo como elemento chave o motor de partida, visando à compreensão do todo, com os esquemas em bloco, trabalhando as partes e os detalhes nos aspectos da manutenção.

Introdução O motor de partida faz parte do sistema de carga e partida do circuito elétrico automotivo, sendo o motor de partida responsável por transformar a energia elétrica da bateria em energia mecânica, para o fornecimento do motor de combustão interna, essa energia é transmitida para a cremalheira do volante do motor, girando o virabrequim e fazendo o motor entrar em funcionamento.

Os motores de partida têm a função de superar as resistências mecânicas, como as inércias das partes móveis do motor de combustão interna, realizando os primeiros movimentos do motor até que atinja a rotação suficiente e possa se manter em funcionamento, sem ajuda externa, porém com o sistema de injeção atuante.

O motor de partida é um motor especial de corrente contínua, capaz de desenvolver altas potências em curto intervalo de tempo.

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3. Sistema de Partida: Motor de Partida Sabendo que o sistema de partida é um conjunto de componentes que terão a função de fazer o motor de combustão interna sair da inércia, e para isso, a rotação do motor de partida terá de ser maior que a rotação mínima do motor de combustão interna, para que funcione.

Também é sabido que alguns motores de combustão interna possuem altas taxas de compressão, principalmente, o motor a diesel, e nesse caso, necessitam de um motor de partida com maior torque, que utiliza, internamente, uma relação de engrenagens chamada de planetária que aumenta o torque no pinhão, engrenagem que encaixa na cremalheira, conforme fig.1.

Figura 1 - Caixa Planetária, para a elevação de torque.

Para o sistema de partida automotivo, utiliza-se o motor de partida (motor de arranque), conforme um dos modelos no mercado, mostrado na fig.2.

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Figura 2- Modelo de motor de partida.

Os componentes do motor de partida estão representados na fig.3, que mostra as partes internas e suas devidas identificações, discriminadas abaixo:

Figura 3 - Foto do motor de partida, com seus componentes internos.

– Mancal: é a parte de sustentação do eixo do induzido, que desliza em uma bucha de material púrpuro e grafitado, fixado na carcaça; – Dendix: conjunto de dispositivos de acionamento (pinhão) e proteção (a roda livre), que girando em sentido contrário, protege o motor de partida que encaixa o pinhão na cremalheira (volante), fazendo girar o motor de combustão interna; – Garfo ou alavanca de avanço: responsável por deslocar (arrastar) o conjunto bendiz e pinhão para a cremalheira (volante do motor); – Chave magnética ou automática: tem dupla função, primeiro: O solenóide desloca um embalo e arrasta o garfo, movendo o bendix e en-

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caixando o pinhão no volante do motor; e a segunda função é: fechar os contatos elétricos no interior da chave magnética, alimentando o motor de partida; Induzido: recebe alimentação elétrica através das escovas, transformando-a em energia magnética, interagindo com o estator, que transforma a energia magnética em mecânica, produzindo o movimento do motor de partida; Bobina de campo ou estator: produz o campo magnético que interage com o rotor, movimentando o motor de partida; Escovas: responsáveis por transferir a alimentação elétrica para o rotor, através das lâminas do anel coletor; Porta - escova: suporte das escovas, que as pressiona contra as lâminas do anel coletor.

Princípio de Funcionamento Os motores elétricos, de maneira geral, para se manterem em funcionamento, fazem uso dos princípios do eletromagnetismo.

A conclusão de Hans Oersted em 1820, é que, quando uma corrente elétrica percorre o interior um condutor, aparece em volta desse, um campo magnético. É importante dizer que após essa descoberta, vários outros cientistas e estudiosos da eletricidade trabalharam o eletromagnetismo, a saber: André Marrie Ampère, Joseph Henry, Michael Faraday, Maxwell, entre outros.

André Marie Ampère deduziu que um condutor elétrico exposto a um campo magnético e percorrido por uma corrente elétrica, atuará sobre ele forças eletromagnéticas, que são, diretamente, proporcionais à intensidade da corrente elétrica e do campo magnético (maior corrente elétrica maior força eletromagnética, maior campo magnético). Quanto à direção da força, ela é perpendicular à direção do condutor e do campo magnético, e quanto ao sentido, usa - se a regra da mão direita, conforme fig.20.

O polegar indicará o sentido da corrente elétrica, nesse caso convencional, os demais dedos indicam o sentido das linhas de forças do campo magnético, Já o centro da mão mostrará o sentido da força magnética.

A força magnética é dada pela fórmula descrita abaixo:

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• F = B.I. ℓ. sen • F = Força magnética.

• B = Intensidade do campo magnético.

• I = Intensidade da corrente elétrica • ℓ = Comprimento do condutor • sen = Seno do ângulo formado entre a direção do condutor e do campo magnético.

Isso implica dizer que, quando a corrente elétrica for paralela ao campo magnético, ou seja, se o seno for zero, a força magnética será nula, conforme a fórmula descreve: F = B. I. ℓ. 0

F=0

Por outro lado, o valor máximo da força magnética será conseguido quando o ângulo formado com o sentido da corrente elétrica for perpendicular a ele, então, formará um ângulo de 90º cujo seno será 1(um), ficando na fórmula assim: F = B.I.ℓ.1.

Já o motor elétrico de corrente contínua funciona da seguinte forma: O campo magnético corta (passa por) o condutor que é percorrido por uma corrente elétrica, produzindo forças magnéticas, que proporcionam o movimento de rotação.

Ao atingir um giro de 180º, a corrente elétrica inverte de sentido devido ao movimento das escovas que fazem a comutação e continua rotacionando o motor.

O induzido é o elemento móvel do motor e o estator é o fixo, podendo ser de fio, com bobinas de fios grossos ou de imã permanente.

A configuração elétrica das bobinas é mostrada na fig.4:

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Figura 4 - Esquema elétrico do motor de partida.

O campo magnético, oriundo das bobinas do estator, produzem um circuito fechado, passando das sapatas polares ao induzido e cabe ao comutador energizar somente a bobina do induzido que estiver passando pelo ponto de maior fluxo magnético, obtendo assim maior rendimento e mais força.

Como acontece a interação do motor de partida com os demais componentes do sistema de partida?

A fig.5 detalha a ligação entre esses componentes, as linhas de alimentação e o circuito de comando principal, que é o comutador de ignição e como estão interligados.

Figura 5 - Esquema do circuito de partida no sistema elétrico automotivo.

A chave magnética do motor de partida é um circuito de comando e se divide em duas partes: o circuito da bateria, sendo o principal, que sai direto

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da bateria, passa pelo comutador de ignição e vai para as bobinas da chave magnética (linha 50) e a linha 30, direto da bateria.

Para os contatos da chave magnética, conforme fig.6 mostrando o conjunto motor de partida no estado em repouso.

Figura 6- Motor de partida em repouso.

Porém, quando o circuito de comando é ligado, impulsiona o pinhão através da alavanca de avanço que se encaixa no volante do motor, após isso, fecha os contatos interno da chave magnética, fazendo funcionar o motor de partida, veja a fig.7.

Para evitar que o motor de partida sofra danos no processo de desacoplamento, o dispositivo de proteção entra em questão, é a roda livre do conjunto bendix, que permite que o torque seja transmitido do induzido para o volante do motor, e nunca em sentido contrário, protegendo o motor de partida contra rotações elevadas.

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Figura 7 - Motor de partida no primeiro momento da energização.

Na fig.8, temos a representação do processo de funcionamento, a chave magnética que possui duas bobinas internas, sendo uma de atração e outra de retenção. No momento que a chave de ignição é acionada, as duas bobinas serão alimentadas ao mesmo tempo, e o embolo no centro da chave magnética move a alavanca de avanço que empurra o pinhão para frente, encaixando-o no volante do motor, por outro lado, fecha os contatos internos, alimentando o motor de partida.

Figura 8 - Motor de partida energizado e pinhão encaixado na cremalheira.

Ao observar o processo com mais detalhe, percebe-se que os contatos elétricos só se fecharão quando o pinhão encaixar no volante do motor, porque para o contato se fechar, é necessário que o êmbolo se desloque por completo, e nesse caso, o pinhão já encaixou no volante do motor.

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Isso é uma medida de segurança, evita que o motor de partida seja acionado antes que o pinhão esteja encaixado no volante do motor, caso contrário, poderia correr risco de, no momento da partida, o pinhão não se encaixar e destruir as engrenagens.

Veja os detalhes do processo de alimentação elétrica no desenho da fig.9: • A linha 30 sai da bateria e vai para o comutador de ignição; • Do comutador de ignição sai a linha 50 (pós-chave) e segue a chave magnética, que alimenta as duas bobinas no mesmo ponto; • A bobina de retenção tem o seu massa (-) ligado à carcaça da própria chave magnética; • Na bobina de atração, o massa (-) é ligado no mesmo ponto do motor de partida, ou seja, passa pelas bobinas internas do motor de partida; • Quando os contatos se fecham e o motor de partida entra em funcionamento, os dois terminais da bobina de atração: positivo (+) e o negativo (-) ficam com os potenciais iguais: (positivo (+) e positivo (+)), linha 30 e linha 50, o que desativa (desliga a bobina de atração); • Nesse caso, quando a bobina de atração é desligada, percebe-se outra vantagem: o fenômeno da lei de Lens, no comutador de ignição, é atenuado, quando se elimina uma bobina, também se reduz esse efeito, que aumenta o tempo de vida dos contatos elétricos; • A força para vencer a inércia e mover o êmbolo da chave magnética e seu conjunto, é maior do que a força para se manter acionado, por esse motivo é que se usam as duas bobinas, pois produzem uma força duas vezes maior e quando o motor de partida é alimentado, automaticamente, uma bobina é retirada e a outra se mantém retida até que o motor de combustão interna funcione e o motorista solte a chave de ignição.

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Figura 9 - Esquema do motor de partida mostrando as bobinas de chamada e retenção.

3.1. Carcaça, Buchas, Estator, Eixo Induzido, Escovas, Automático e Pinhão.

Nesta parte, veremos alguns cuidados que devemos ter com o motor de partida, são eles: • Não deixe o motor de partida funcionar por um tempo superior a 5 segundos, é importante que o intervalo de tempo entre uma partida e outra seja de, no mínimo, 10 segundos; • A carcaça do motor de partida deve estar sempre limpa, livre de óleo ou graxa.

• As buchas do motor de partida devem ser conservadas em óleo lubrificante de preferência SAE 10W, antes de serem substituídas, a graxa não é recomendado; • No induzido, é importante observar o estado do eixo, se há desgaste ou se, no seu corpo, há indícios de risco, ou seja, atrito com o estator e o induzido, sintomas de buchas gastas; • O coletor deve estar sem desgaste, limpo e não deve conter graxa ou óleo, nem revidou? do desgaste das escovas, é importante o uso do limpa contato.

• Nos dentes do pinhão, deve ser usado graxo à base de lítio, porém na roda livre não se deve ser colocar graxa ou óleo; • Para evitar a oxidação, evite a umidade no ato da montagem.

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3.2. Avaliação do Estado Funcional: A fig.10 mostra a forma de verificação do estado da bateria com o multímetro.

Outro teste pode ser feito, por exemplo, com o multímetro ligado na bateria e um amperímetro em um dos seus cabos, faz-se o acionamento do veículo por um tempo de 10 segundos e se verifica o valor da tensão, que não deve ficar inferior a 9,6V, o barulho do motor de partida e a corrente elétrica, que no caso de motor do ciclo Otto, não deve passar de 100A (Ampères) e em vazio (na bancada) 30 a 50ª, e tensão de 11,5V. Na tabela abaixo, seguem as características de dois motores de partida da Bosch dos modelos EF-12V/0,8 KW e EF-12V/0,95 KW.

CARACTERÍSTICAS

EF-12V/0,8 KW

EF-12V/0,95 KW

Tensão

12

12

Potência nominal (KW)

0.8

0,95

Direito

Direito

Polos

4

4

Comprimento mínimo das escovas (mm)

13

13

0,01 – 0.15

0,01 – 0.15

33,5

33,5

2,5 – 3,0

2.5 – 3,0

Sentido da rotaçãolado pinhão

Folga axial do eixo induzido (mm) Diâmetro mínino do coletor (mm) Distância do pinhão à cremalheira (mm)

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Figura 10- Processo de medição da tensão na bateria, para o procedimento de diagnóstico do motor de partida.

Seguem informações práticas de experiência com motores de partida: • Quando temos, no multímetro, a tensão nominal, no amperímetro, a corrente elétrica baixa e o motor de partida não funciona, as possíveis causas são: – Contato interno da chave magnética com alta resistência elétrica ou aberta; – Escovas curtas (gastas), não fazendo contato com o anel coletor do induzido, coletor desgastado (com irregularidades), molas que pressionam as escovas quebradas ou ainda com baixa tensão mecânica; – Bobinas do estator ou do induzido em aberto ou com alta resistência elétrica.

• Quando a tensão elétrica está baixa e a corrente elétrica muito alta, as possíveis causas são: – Induzido em curto circuito; – Motor de combustão interna emperrado; – Rolamento do alternador emperrado para, até mesmo, o motor de combustão interna; – As escovas em curto circuito com o massa (-).

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• Quando a chave magnética não funciona: – Comutador de ignição com defeito (não liga), ou o condutor que interliga o comutador de ignição à chave magnética em aberto; – As bobinas da chave magnética (atração e retenção) em aberto.

• Quando percebemos que, ao ligar a chave de ignição, o pinhão encaixa, porém não gira o motor de combustão interna e faz barulho estranho: – A roda livre do bendix deslizando (patinando).

• Quando o ligamos o carro e soltamos a chave de ignição, percebemos que o pinhão não desengrenou: – A mola de retrocesso que fica dentro da chave magnética quebrada ou com baixa tensão mecânica.

Conclusão: Mais um trabalho com objetivo alcançado de rever os princípios do Eletromagnetismo, em específico, as leis de Hans Oersted, André - Marie Ampère, Lens e outros estudiosos da Eletricidade. E também o princípio de funcionamento do motor de corrente contínua (cc) e por fim, o motor de partida no seu ambiente natural com seus componentes e princípio de funcionamento.

Assim, fechamos o assunto proposto, sugerindo que seja apenas o começo de uma etapa a ser seguida. Até o próximo assunto, sistema de ignição automotiva.

Resumo Nesta aula tomamos conhecimento que o sistema de partida é um conjunto de componentes que terão uma função de fazer o motor de combustão interna funcionar (sair da inércia). Analisamos o sistema de partida como um todo e em partes, tivemos que voltar, mais uma vez, aos primórdios da história para fechar a compreensão. Quanto aos esquemas elétricos, eles foram simplificados, objetivando o aprendizado. Testes foram apresentados como o uso do multímetro, da forma mais simples e eficiente do processo de diagnóstico de possíveis defeitos, falhas ou anomalias.

Assim concluímos o nosso estudo sobre sistema de partida.

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Referência(s)

Robert.Boylestard,Introdução à Analise de Circuito, Editora Pearson,são Paulo-SP, 2 º edição 8237P. Fiat Automóveis-AS, Sistemas Elétricos 1,Brasilia,2000,Editora Senai/DN,36P. Calçada.Caio Sergio, Sampaio. José Luis, Física clássica,Editora Atual, São PauloSP,1991.512P. Fiat Automóveis-AS, Conectores e esquemas elétricos, Brasilia,1995,Editora Senai/ DN,196P.

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Aula 4 - Caixa de fusíveis

Objetivo Conhecer a caixa de fusível, e os elementos que fazem parte dela, como: • os cabos elétricos, que fazem a interligação das cargas; • os conectores, que interligam os cabos com as cargas e em outros cabos, como se fossem emendas; • diagnóstico e identificação.

• Apresentação da caixa de fusíveis (função, leitura de componentes, etc.).

Assuntos

– Abordagem sobre a caixa de fusíveis, como se ramificam os circuitos elétricos que nela ficam centralizados, a localização dos fusíveis e relés do circuito e os possíveis defeitos e diagnósticos.

Introdução As caixas de fusíveis são os centros de distribuição, nas quais ficam localizados os fusíveis e relés, em instalações elétricas prediais; chamaremos esse local também de QDG (Quadro de distribuição Geral) ou QDF (Quadro de Distribuição Final).

Nos veículos, as caixas de fusíveis, normalmente, se encontram localizadas no vão do motor (espaço onde fica o motor) e no habitáculo de sobrevivência (espaço em que ficam o motorista e os passageiros), nesse último, elas se encontram, normalmente, abaixo da coluna de direção, no lado esquerdo, considerando a posição sentada do motorista, e, em tais caixas se encontram os circuitos de proteção (os fusíveis), e os circuitos de acionamento (os relés); há, também, nelas, os circuitos de gerenciamento eletroeletrônico, normalmente, chamado de computador de bordo. Dessa forma,

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as caixas de fusíveis passaram a ser o centro de controle do sistema elétrico automotivo, as quais se interligam com outras centrais, por meios de redes de dados específicas. Temos, como exemplo, a central eletroeletrônica, que se comunica com as centrais: • de injeção e ignição eletrônica; • do sistema de rádio e som; • de Airbag e pretencionador; • de freios ABS; • de alarmes antifurto e antirroubos; • de direção eletroassistida; • de acionamento de vidro, etc.

As caixas de fusíveis que ficam localizados no vão do motor, normalmente, servem como base para os fusíveis e relés; elas, na verdade, são caixas (painéis) de distribuição do circuito elétrico automotivo, ou seja, é o QDF (Quadro de Distribuição Final); desse, o circuito sai para a alimentação da carga final, exemplos: os fusíveis das lâmpadas dos faróis, o relé da buzina e outros circuitos de proteção e de acionamento.

As caixas de fusíveis são constituídas de material plástico antichama e, nelas, ficam os suportes ou bases para os fusíveis e relés, normalmente, localizadas em locais com fácil acesso, tanto para o técnico, como para o usuário comum, conforme nos mostra as figuras 1 e 2.

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Figura 1- caixa de fusível demonstrando as bases do fusíveis e dos relés.

Figura 2 - caixa de fusível no vão do motor.

Quanto às localizações das caixas de fusíveis, eles podem ser em conformidade com o projeto, porém, em geral, as localizações mais comuns são: – no vão do motor, normalmente, ao lado da bateria; – no habitáculo de sobrevivência, o local mais comum é ao lado da coluna de direção; – e, ainda no habitáculo de sobrevivência, podemos encontrar logo abaixo do porta-luvas.

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Os defeitos de uma caixa de fusíveis são as interrupções que podem ser provocadas por mau contato ou provável curto circuito; os diagnósticos podem ser identificados a olho nu ou através do uso do multímetro, medindo a tensão elétrica de determinados pontos e/ou a resistência elétrica do cabo, conector, da base do fusível ou do relé.

Nas caixas de fusíveis, a interligação dos cabos com as mesmas se dá através de encaixes (conectores), conforme figuras 3 e 4, confeccionados com plástico, também com antichama e as devidas proteções contra folgas, as quais são realizadas através das travas, dos agentes da natureza (umidade e oxigênio), das vedações de borrachas - cuja função é evitar a oxidação e os desgastes, reduzindo os possíveis defeitos, principalmente os maus contatos.

Figura 3 - conectores macho e fêmea, de diversos tipos.

Figura 4 - conectores com travas e vedação contra umidade.

Os pinos dos conectores (sendo macho ou fêmea) e os encaixes nas caixas de fusíveis são tratados com material que evitam a oxidação, mesmo na presença dos agentes da natureza, elevando, assim, o tempo de vida útil e reduzindo a possibilidade de defeitos, como, por exemplo, os maus contatos.

As interligações dos cabos com os pinos dos conectores são feitos com máquinas, e, no manuseio do homem, usam-se luvas para evitar a contaminação e acelerar os processos de oxidação; além disso, as soldas, quando necessário, são feitas pelo processo de ultrassom, ou seja, a fusão de ma-

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térias do mesmo tipo (cobre com cobre), sem a adição de outros materiais (eletrodo), através de altas frequências. É importante saber também que a interligação dos cabos entre outros cabos (emendas) são feitas por esse mesmo processo.

Os chicotes elétricos são os responsáveis de atender o suprimento de energia elétrica e o sistema elétrico veicular; eles vêm em formatos específicos, conforme a necessidade do circuito elétrico. Veja, na figura 5, um chicote que interliga os atuadores e sensores de um sistema de injeção eletrônica e, na figura 6, chicotes que interligam o quadro de instrumento às demais cargas dos sistemas; já na figura 7, outro exemplo de chicotes elétricos, os chicotes podem ser divididos em quantos forem necessários, conforme o projetista.

No processo de manutenção do sistema elétrico, os chicotes podem facilitar o trabalho do técnico, pois, há alguns procedimentos que não podemos fazer, como: – fazer emendas em chicotes elétricos veiculares, pois podem provocar outros defeitos; – furar um cabo de um circuito elétrico para procurar algum defeito, pois isso poderá promover outro, no futuro, ou acelerar o processo de corrosão nesse cabo; – adaptação de um tipo de conector que não seja o original; – dar o famoso jeitinho - enquanto estiver funcionando, você é o máximo, porém, quando para, você passa a ser o irresponsável, no melhor dos casos, e se causar algum prejuízo, pior será, portanto, devemos nos atentar a fazer o certo sempre e não dar o famoso jeitinho.

Figura 5 - chicote elétrico de um sistema de injeção eletrônico.

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Figura 6 - chicote de distribuição do habitáculo de sobrevivência.”

Figura 7 - chicotes de injeção e ignição eletrônica.

Fusíveis Quanto aos fusíveis, a sua função é proteger o cabo do circuito elétrico, rompendo o seu elemento fusível quando uma corrente elétrica excede a nominal exposta no corpo do mesmo, numericamente ou identificada pela cor. São constituídos de uma liga de metal com baixo ponto de fusão, objetivando a ruptura quando uma corrente elétrica é percorrida além dos limites, segundo a lei de Ohm “R = P.ℓ/A”, em que: • R = resistividade (Ω); • P = resistividade específica (Ω.m); • ℓ = comprimento do condutor (m) e • A = área da seção transversal (m2).

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A tabela traz alguns materiais e sua respectiva resistividade à temperatura de 20ºC, lembrando que a unidade de resistividade é Ω.m.

RESISTIVIDADE A 20ºC Cobre

1,77 x 10-8 Ω.m

Alumínio

2,83 x 10-8 Ω.m

Bismuto

119 x 10-8 Ω.m

Prata

1,63 x 10-8 Ω.m

Níquel

7,77 x 10-8 Ω.m

Nicrome

99,5 x 10-8 Ω.m

Estanho

1,09 x 10-7 Ω.m

Chumbo

2,2 x 10-7 Ω.m

Antimônio

40 x 10-8 Ω.m

Normalmente, usa-se o chumbo (Pb), devido ao seu baixo ponto de fusão, associado com outros metais ou outras ligas. São diversos os tipos de fusíveis. Quanto a suas aplicações em circuitos elétricos, depende das características elétricas do circuito (se indutivo, resistivo ou associado), dos termos fusíveis de ação (retardada, rápida ou ultrarrápida) correspondente aos circuitos. Quanto aos tipos, modelos ou formato, depende das aplicações, na figura 8 a seguir apresentaremos alguns.

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Figura 8 - modelos de fusíveis.

Os fusíveis, na sua especificação, também são complexos, até porque, quanto à ação, eles podem ser de ação: – – – – –

lenta (circuitos indutivos); normal (circuitos resistivos); com retardo (circuitos indutivos); rápida (circuitos associados, porém, sensíveis); ultrarrápida (também circuitos associados, porém, sensíveis).

Quanto às cores, eles podem vir com as mais diversas, e cada uma representa a corrente elétrica máxima que ele pode suportar, sem que se rompa, dando a proteção devida, conforme a tabela da fig.9.

Figura 9- calorimetria dos relés.

Na figura 10, temos foto de uma caixa com fusíveis e relés de um sistema elétrico automotivo.

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Figura 10- caixa de fusíveis e relés.

Nas figura 11, 12 e 13 temos uma linha imensa de tipos de fusíveis utilizados no sistema elétrico automotivo.

Figura 11 - diversos tipos de fusíveis.

Figura 12- fusível automotivo ANL, tipo faca de 200 ampères.

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Figura 13- fusível Permak Mega Faca.

Resumo A caixa de fusíveis tem a função de concentrar todos os fusíveis e relés que fazem parte do sistema elétrico automotivo, podendo esses serem localizados no vão do motor e no habitáculo de sobrevivência.

Os processos de manutenção são: • do tipo visual, quando se consegue ver a parte danificada; • com o uso do equipamento multímetro, através do qual mede-se a tensão ou a resistência elétrica; • quando os contatos da caixa de fusível estiverem danificados, a manutenção mais apropriada é a substituição do mesmo, não devemos fazer o chamado jeitinho, pois, pode colocar em rico um trabalho inteiro.

Acompanhado com as caixas de fusíveis estão os chicotes elétricos e os conectores, pois os mesmos cuidados deverão ser oferecidos, visto que o grau de importância é igual. Por isso, não devemos fazer emendas em cabos elétricos, sobre risco de estar revolvendo um problema ou estar causando outro.

Espero mais uma vez que tenha gostado, pois esse assunto é muito importante para o nosso curso.

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Referências Robert.Boylestard,Introdução à Analise de Circuito, Editora Pearson,são Paulo-SP, 2 º edição 8237P. Fiat Automóveis-AS, Sistemas Elétricos 1,Brasilia,2000,Editora Senai/DN,36P. Calçada.Caio Sergio, Sampaio. José Luis, Física clássica,Editora Atual, São PauloSP,1991.512P. Fiat Automóveis-AS, Conectores e esquemas elétricos, Brasilia,1995,Editora Senai/ DN,196P.

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Aula 5 - O Relé Elétrico Automotivo

Objetivo Obter conhecimento básico do relê, das aplicações nos sistemas elétricos automotivos e em outros circuitos elétricos.

Assuntos Trabalhar o conhecimento das aplicações e princípio de funcionamento do relé, apresentar exemplo de aplicação no sistema elétrico automotivo.

Introdução O relé surgiu, segundo a história, em 1830, pelos estudiosos e cientistas que trabalharam os princípios da Eletricidade e do Eletromagnetismo, entre eles podemos citar: Hans Oersted, Michael Faraday, André-Marie Ampère, Joseph Henry, porém o estudo do relé e do motor elétrico foi atribuído a este último.

Outros estudos dentro do eletromagnetismo, como auto-indutância e a indutância mútua proporcionaram honra a Joseph Henry por ter sido o primeiro trabalho, que resultou em descobertas e publicação.

Glossário Indutância (L) é a capacidade que uma bobina (indutor) possui de produzir um fluxo magnético com determinada corrente elétrica alternada que por ela percorre. Unidade H (Henry) Autoindutância é a propriedade que um indutor possui de produzir forças eletromotrizes sobre ele próprio, quando submetido a uma variação de corrente elétrica.

Após a sua morte, a unidade de indutância elétrica ou resistência indutiva recebeu seu nome no sistema internacional (SI) que o chamou de Henry em homenagem a contribuição desse grande homem.

O relé é constituído por uma bobina de fio em torno de um núcleo de ferro, suportado por uma armadura e tem contatos fixados a ela que funcionam como chave, que ao ser acionada (ligada e desligada), mantém ou tira a alimentação da bobina do relé.

A função do relé é acionar cargas pesadas (de correntes elétricas altas) a partir de cargas pequena, baixa corrente elétrica (bobina do relé), na fig.1,

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temos exemplo de relé automotivo com as especificações no seu corpo que nos informam sobre: – – – – – – –

Referência do fabricante, nome ou logotipo; Tipo de relé, se auxiliar ou não, com temporização; Corrente máxima de contato; Corrente nominal de bobina; Tensão elétrica de bobina; Tensão elétrica de isolação entre os contatos; Origem da indústria, se brasileira ou de outra nacionalidade.

A fig.2 mostra o interior do relé, a bobina, os contatos e a armação.

Figura 1 - Relé automotivo

Figura 2 - Visão interna do relé

No sistema automotivo, os relés têm seu papel e sua importância, podemos citar algumas das suas aplicações: – Os componentes eletrônicos não têm potência para acionar cargas de potência alta, então, acionam um relé que, por sua vez, aciona uma carga de potência mais alta.

– O circuito de acionamento de vidros, por si próprio não teria a potência para acionar os motores do vidro das portas, porém usam-se relés, internamente, no próprio circuito eletrônico.

– Para acionar os faróis do veículo, a chave que comanda o painel de comando não tem potência para acionar direto e se o fizesse, o tempo de vida útil da chave elétrica seria reduzido a menos da metade e seu tamanho físico aumentado em função da potência que seria elevada, então, usa se relé para fazê-lo.

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– Para o acionamento dos diversos atuadores existentes no sistema de injeção e ignição eletrônica, também, se faz uso dos relés, tal é sua importância no sistema elétrico automotivo.

Glossário

O sistema elétrico automotivo é composto por diversos relés e fusíveis, existindo relés de diversos tipos e modelo que são definidos em função de sua aplicação. Nos automóveis, há caixas de fusíveis e relés, que seccionam os circuitos em diversos outros, com as devidas proteções (fusíveis) e acionamento (relés).

No caso das bobinas dos relés (85 e 86) não importa, ou não terá nenhuma alteração funcional se por ventura inverterem as polaridades da alimentação elétrica, porém em casos específicos, faz-se necessário a obediência da norma.

O símbolo do relé com dois contato (NA e NF) está representado na fig.3 e na 4, com o desenho da visão dos contatos e as indicações, que em alguns vêm no corpo e outros devem consultar o manual do fabricante para maiores informações.

Há casos em que o fabricante coloca um diodo em paralelo com a bobina, então, é necessária a obediência à norma (85 no massa e 86 no positivo).

Figura 3 - Simbologia elétrica

Figura 4 - Vista dos pontos de ligação

Nas fig.3 e 4, mostramos algumas indicações como: – O número 85, que se refere ao terminal na qual deve ser alimentado com o ponto de massa (-) na bobina do relé; – O número 86 á alimentação positiva (+) da bobina do relé; – O terminal 30 é o positivo direto da bateria (+) que vai para a carga, ele fecha os contatos com o terminal 87 e 87a, se houver, ou seja, na situação de repouso (relé desligado). O ponto 30 está ligado ao ponto 87a (NF), enquanto o relé estiver alimentado eletricamente, esse terminal conecta com o ponto 87, que era (NA) ficando (NF) após alimentação elétrica;

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– O terminal 87 é o contato, normalmente, aberto (NA) que deve ser ligado à carga a ser acionada; – O terminal 87a é o contato, normalmente, fechado (NF).

Veja, na fig.5, as referências comentadas, anteriormente, na parte traseira do relé.

Figura 5 - Vista da parte traseira com as informações dos terminais

Com o conhecimento, até então, abordado, podemos executar determinados testes com os relés, tais como: – Com o multímetro na função de resistência elétrica, podemos diagnosticar se a bobina se encontra na situação de curto-circuito ou circuito aberto, Obs.: cuidado com a escala do multímetro a ser selecionada, pois ela pode dar um falso positivo; – Alimentando o relé, podemos verificar as situações do estado dos contatos e se estão funcionando, ou seja, abrindo e fechando os contatos em função da alimentação das bobinas; – Outro detalhe é a observação do estado de conservação dos contatos elétricos, se há oxidação em função do seu funcionamento.

Quando se fala de relés automotivos, pensamos que só existe um tipo deles, é importante saber que existem vários outros tipos, e com funções distintas, seja na área automotiva ou não. Ex.: – No relé de pisca existe um circuito eletrônico que liga e desliga de modo automático, quando o relé é alimentado eletricamente;

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– Relés de retardo ou temporizado em alguns sistemas de ar condicionado automotivo são largamente utilizados; – Relé com múltiplos contatos; – Relés com acionamento a gás; – Relés pneumáticos, etc.

Quanto aos fusíveis, a sua função é proteger o circuito elétrico, rompendo o seu elemento fusível quando uma corrente elétrica excede a nominal exposta no corpo do mesmo, numericamente ou identificada pela cor. São constituídos de uma liga de metal com baixo ponto de fusão, objetivando a ruptura quando uma corrente elétrica é percorrida além da dos limites, segundo a lei de Ohm: R= P.ℓ/A. R= resistividade (Ω); P= Resistividade específica (Ω.m); ℓ = Comprimento do condutor (m) e; A= área da seção transversal (m2).

A tabela traz alguns materiais e suas respectivas resistividades à temperatura de 20ºC. Lembrando que a unidade de resistividade é Ω. m.

RESISTIVIDADE A 20ºC Cobre

1;77 x 10-8 Ω.m

Alumínio

2,83 x 10-8 Ω.m

Bismuto

119 x 10-8 Ω.m

Prata

1,63 x 10-8 Ω.m

Níquel

7,77 x 10-8 Ω.m

Nicrome

99,5 x 10-8 Ω.m

Estanho

1,09 x 10-7 Ω.m

Chumbo

2,2 x 10-7 Ω.m

Antimônio

40 x 10-8 Ω.m

Normalmente, usa-se o chumbo (Pb) devido ao seu baixo ponto de fusão, associado com outros metais ou outras ligas. São diversos os tipos de fusíveis. Quanto a suas aplicações em circuitos elétricos, dependem das características elétricas do circuito, se indutivo, resistivo ou associado, termos fusíveis de ação retardada, rápida, e ultrarrápida correspondente aos circuitos. Quanto aos tipos, modelos ou formato, dependem das aplicações, na fig. 6 apresentamos alguns.

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Figura 6 - Modelos de fusíveis

Os fusíveis na sua especificação, também são complexos, até porque quanto à ação, eles podem ser: – – – – –

De ação lenta (circuitos indutivos); De ação normal (circuitos resistivos); De ação com retardo (circuitos indutivos); De ação rápida (circuitos associados, porém sensíveis); De ação ultrarrápida (circuitos associados, mas sensíveis).

Em relação às cores, eles podem vir com as mais diversas, e cada uma representa a corrente elétrica máxima que podem suportar sem que se rompam, dando a proteção devida, conforme a tabela da fig.7.

Figura 7 - calorimetria dos relés

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Na fig.8, temos a foto de uma caixa de fusíveis com os respectivos fusíveis e relés de um sistema elétrico automotivo.

Figura 8 - Caixa de fusíveis e de relés

Na fig.9, temos uma linha imensa de tipos de fusíveis utilizada no sistema elétrico automotivo.

Figura 9 - Diversos tipos de fusíveis

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Figura 10 - Fusível automotivo ANL tipo Mfaca de 200 ampères

Figura 11 - Fusível Permak megafaca

Conclusão: Nessa aula, compreendemos que o relé é um componente elétrico cuja função é acionar cargas de correntes elétricas elevadas, sendo alimentado com correntes elétricas baixas, é o que chamamos de drive. E conhecemos suas devidas especificações e aplicações.

Enquanto os fusíveis são componentes elétricos que rompem seu elemento fusível, protegendo os circuitos elétricos em que se encontram introduzidos. E suas especificações e aplicações nos diversos tipos de circuitos elétricos.

Resumo Nesta aula abordamos os principios de funcionamento e a construção dos relés e as aplicações nos sistemes elétricos automotivos, as referencias, pinouts, diagnósticos e testes. Para os fusíveis, cuja a funç;ão é proteger os cabos elétricos foi apresnetados os principios de funcionamento, testes, ta-

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belas com códigos de cores que os especificam quanto as correntes elétricas e os mais comuns no mercado, porém as caixas de fusíveis e relés são as bases de distribuição e de acionamento final do sistema elétrico automotivos.

Abordamos a sua construção, a função e as possíveislocalizações no veículo.

A cada capítulo aumenta o nível de conhecimento e nos tornamos cada vez mais especialistas e nos sentimos satisfeitos com o ele.

Referência(s) Robert.Boylestard,Introdução à Analise de Circuito, Editora Pearson,são Paulo-SP, 2 º edição 8237P. Fiat Automóveis-AS, Sistemas Elétricos 1,Brasilia,2000,Editora Senai/DN,36P. Calçada.Caio Sergio, Sampaio. José Luis, Física clássica, Editora Atual, São PauloSP,1991.512P. Fiat Automóveis-AS, Conectores e esquemas elétricos, Brasilia,1995,Editora Senai/ DN,196P.

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Aula 6 - Principais Cargas Elétricas Automotivas

Objetivos Fazer análise das principais cargas elétricas automotivas, ler os esquemas elétricos e ter a noção de como eles estão interligados no sistema elétrico-automotivo, para as possíveis correções das anomalias.

Assuntos Abordagem básica das principais cargas elétricas (faróis, limpadores de para-brisas, buzina, etc.).

As principais cargas elétricas automotivas que iremos trabalhar nesta aula são as que fazem parte dos itens de segurança automotivos, tais como: – faróis; – buzina; – limpadores de para-brisas.

Introdução São consideradas principais cargas elétricas automotivas aquelas que são essenciais ao funcionamento do veículo, tais como: • sistemas de cargas e partida automotiva, compreendido por: alternador, motor de partida, bateria e circuito de ignição; • sistema de ignição e injeção eletrônica, compreendido por: bobina de ignição, velas de ignição, cabos de velas de ignição, centralina de injeção e ignição eletrônica, e diversos sensores e atuadores; • sistemas de iluminação interna e externa, tais como: faróis, luzes de emergência e sinalização e luzes internas;

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• sistemas de acionamento de vidros; • sistemas de travas elétricos; • sistemas de freios ABS; • sistemas de suspensão de câmbios automáticos, etc.

No esquema elétrico da figura 1, observamos a forma na qual os componentes estão interligados à bateria. Dela saem diversos cabos, um deles a interliga com o alternador e o motor de partida. O outro sai da bateria para a caixa de fusível(MAX FUSE) e ainda há outro para as cargas opcionais ou outras cargas de maiores potências.

Na figura 1, temos o esquema elétrico básico de um veículo, com todas as cargas elétricas e os detalhes de ligação.

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Faróis Os primeiros faróis eram lanternas a vela, pois equipavam veículos que atingiam velocidade máxima de 15Km\h. Com o passar do tempo e o avanço tecnológico, os veículos atingiram velocidades maiores, exigindo, assim, melhor iluminação, então, saímos das velas e passamos para o querosene, óleo, posteriormente, o gás acetileno, e os faróis passaram a ser considerados como itens de necessidade fundamental para os automóveis e um dos itens de segurança.

Perracini (1990) afirma que, com a continuidade do avanço tecnológico, surgiram as lâmpadas automotivas e os defletores parabólicos de diversos tipos, cuja ideia é elevar, ao máximo, o foco luminoso, conforme a figura 1.

Figura 2 - Distância do foco luminoso.

Como toda tecnologia que traz progresso, traz também problemas e um deles foi o ofuscamento provocado nas pessoas que vinham em sentido contrário, o que veio de encontro com a segurança delas, surgindo, dessa forma, as primeiras leis regulamentadoras para solução dos problemas.

Atualmente, os faróis vêm com as laterais incorporadas, sendo projetados por computadores, com tecnologia avançada e rendimento elevado; usamse lentes de plásticos, vidros, defletores parabólicos, lâmpadas halogênicas, cor azulado, tecnologia de descarga de alta intensidade (DAÍ), a LED (Light Emitter Diode) e outras tecnologias. Os exemplos de faróis na figura 2 retratam um pouco dessa tecnologia.

Figura 3 - Tipos de faróis em uso na atualidade.

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As lâmpadas Quanto às lâmpadas, são feitas de invólucro de vidro e, dentro delas, há gás, normalmente, Argônio ou Nitrogênio, e um filamento que é constituído por um fio de Tungstênio ou Níquel Cromo, que em funcionamento, eleva a temperatura em aproximadamente 2500cº, provocando a incandescência, isso para as lâmpadas comuns.

Para as lâmpadas halogênicas, os processos são parecidos e usam o fio de Tungstênio, que fica encaixado num invólucro de cristal de Quartzo, de tamanho reduzido, com um gás do grupo Halógeno, com propriedade de reagir às partículas de Tungstênio, conseguindo, assim, temperaturas mais elevadas e uma concentração forte da fonte luminosa. Detalhes da lâmpada halogênica utilizada nos automóveis você observa na figura 3.

Figura 4 - Característica da lâmpada halogênica automotiva.

Alguns cuidados que devemos ter com essas lâmpadas halogénicas, são: • No processo de substituição de lâmpadas não se deve segurar no vidro, pois pode ficar no cristal Quartzo partículas de gordura da mão, pois, quando a lâmpada for acionada, o cristal de Quartzo se dilatará e as partículas da sujeira da mão poderão penetrar na intimidade do cristal em função da alta temperatura, e quando ele for desligado, a característica do cristal que foi alterada, pode trincar ou quebrar a lâmpada;

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• Se uma lâmpada queimar, o ideal é que sejam substituídas as duas, para que o rendimento seja o mesmo nos dois faróis; • Num processo de substituição de lâmpadas é importante que se verifique as especificações, para que a nova aquisição seja idêntica à original, pois adaptações fora do recomendado podem comprometer o sistema de iluminação, sendo proibidas pelo Código de Trânsito Brasileiro.

Quanto aos faróis, os cuidados são: Manter as lentes sempre limpas; • Lentes rachadas podem facilitar a entrada de água e embaçar o farol; • Verificar possíveis aberturas no processo de substituição das lâmpadas e colocar as borrachas de vedação.

• Fazer, regularmente, ajuste de faróis a cada seis (6) meses e sempre que fizerem manutenção nos pneus, amortecedores e suspensão devem ser feitas as regulagens nos faróis.

A Cibié afirma que os ajustes do facho de luz ilumina, adequadamente, o caminho, não ofusca a visão de quem vem e deve ser feita na função luz baixa com o veículo posicionado no equipamento específico, conforme a figura 4.

Figura 5 - Posicionamento do veículo no equipamento de aferição de faróis.

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Seguem as instruções do procedimento de alinhamento dos faróis conforme orientação do fabricante CIBIÉ: • Posicione o veículo a 25 m de uma parede e projete a altura A do centro óptico do farol até o solo na parede e trace uma linha paralela ao solo (linha H1).

• Trace uma segunda linha H2 paralela a H1 a 25 cm abaixo. Trace duas linhas verticais V1 e V2 perpendicular a H1 e H2 a partir do centro óptico de cada farol.

• Posicione o vértice da linha de corte no cruzamento da linha H2 com V1 para o lado esquerdo e no cruzamento da linha H2 com V2 para o lado direito.

• Vá fazendo os ajustes nos parafusos do regulador do farol.

Os sistemas elétricos automotivos são alimentados com a tensão de 12V, então as lâmpadas também são alimentadas com 12V, porém como a potência das lâmpadas são altas (55w) e são duas lâmpadas ligadas em paralelo, a potência total passa de 55W para 110W, então podemos calcular a corrente, da seguinte forma sabemos que a potência é descrito pala fórmula P=V.I, o que implica dizer que I=P\V, ou seja 110W\12V=9,16ª.

Conclusão, as chaves de comando não possuem potência suficiente para comandar uma carga com tal magnitude, então essa carga precisa de proteção e de driver para os devidos acionamento, a figura 5 nos da ideia de todo esse processo.

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Figura 6 - Processo de comando dos faróis alto e baixo.

O processo de acionamento dos faróis para a maioria dos fabricantes de carro acontece da seguinte forma: • Uma linha de alimentação elétrica (30) sai da bateria e alimenta a centralina de controle eletroeletrônico que por sua vez controla todo o sistema elétrico do carro.

• O comando de alavancas que aciona os faróis, setas, e em alguns casos, outros equipamentos, envia um sinal elétrico para a centralina de controle eletroeletrônico, esse sinal dependendo do tipo de acionamento é encaminhado para o quadro de instrumento e também para a caixa de fusíveis e de relés que faz a vez de driver, ou seja, aciona as cargas que no nosso caso é o farol.

• As cargas necessárias que enviam sinal elétrico para o de instrumento são: Luz alta que acende uma luz de cor azul, o comando de setas, com a luz verde, sinal de advertência cor verde e outras cargas mais.

Caro amigos estudantes, com essas informações e um pouquinho mais de estudo, acredito tê-los orientado para um norte, principalmente, para aqueles que desejam seguir nessa direção cujo norte é a informação de faróis.

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Buzinas Buzina é um acessório de segurança de uso obrigatório pelo departamento de trânsito, cuja função é alertar outros condutores em caso de manobras perigosas.

Esse equipamento é constituído de uma bobina de fio de cobre, um núcleo de ferro e uma haste metálica, fixada a um diafragma de forma que, quando a bobina é alimentada, a haste vibra nesse diafragma, produzindo o som, então o restante do corpo auxilia na propagação e direção do som, seja ela em forma de disco, ou em forma de caracol.

A buzina que possui forma de caracol tem funcionamento semelhante à boca de um instrumento musical (corneta ou trompete) que amplifica o som e o modifica. E a que possui formato de disco, tem seu funcionamento semelhante a uma caixa de som, com um compartimento que amplifica o som.

Esses tipos de buzinas (disco ou caracol) são recomendados para carros de passeio e podem ser do tipo monotonal que possui um só tom (alto ou baixo), (agudo ou grave) ou bitonal que possui dois tipos de tons (alto e baixo), ou (agudo e grave). A figura 6 mostra buzinas em forma de disco e de caracol.

Figura 7 - Buzina em forma de disco e em forma de caracol.

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As buzinas devem possuir as características descritas abaixo: • Possuir resistência a impacto, ferrugens e principalmente, água.

• Som claro, forte e penetrante de longo alcance em torno de 110 db’s.

• Consumo baixo de energia e alta performance.

• Garanta seu funcionamento em qualquer condição climática.

• Devem estar de acordo com as Normas Técnicas Brasileiras.

O esquema elétrico a seguir, na figura 8, referencia a forma de ligação de buzina monotonal no automóvel, que para dar esse efeito, necessita de duas buzinas, sendo uma com o tom baixo (grave) e outra para o tom alto (agudo).

Figura 8 - Esquema elétrico de ligação da buzina monotonal.

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No processo de ligação das buzinas, é importante observar que se faz necessário o uso de um relé para o acionamento das mesmas, pois a corrente elétrica que circula é, relativamente, alta e a chave, que liga e desliga, está no próprio volante, que ao ser pressionado para acionar a buzina, envia um sinal de massa ao pino 86 do relé, que tem o positivo no pino 85, então os contatos NA se fecham, acionando os pinos 30 e 87, enviando o positivo para a buzina, uma vez que o negativo é o próprio chassi do veículo, retirando-se a pressão do volante, o relé é desligado e a buzina deixa de funcionar.

Limpadores de Para-brisas Os limpadores de para-brisas eram manuais, usava-se uma manivela que girava para um lado e para outro, isso dentro do carro, porém com o advento da tecnologia essa trabalheira deixou de existir e hoje nem lembramos que existe limpador de para-brisa, só quando chove, mesmo assim, é só ligar um botão e pronto; alguns são tão modernos que nem isso precisa fazer: ao cair água no vidro, um sensor detecta e ele entra em funcionamento automaticamente.

Há tecnologia vigente para que o equipamento funcione a contento, uma é a associação de um motor elétrico e uma caixa de engrenagem que reduz a velocidade e aumenta o torque, e um conjunto de chaves elétricas introduzidas nas engrenagens cuja função é fazer com que as hastes fechem o ciclo de movimento de um lado para outro, sem a necessidade de outros artifícios elétricos, o eixo do motor que é acoplado às engrenagens (rosca sem fim) que transfere a energia mecânica para o sistema.

A figura 9 mostra o esquema elétrico interno do limpador de para-brisa, dentro do que falamos anteriormente e ao lado as engrenagens em nylon com uma chapa metálica que irão funcionar como contatos elétricos conforme mostra o desenho, permitindo que ao dar um impulso elétrico através de chave de comando e o eixo do motor se deslocar, internamente um contato seja fechado na engrenagem e o sistema só se desligue quando completar um ciclo de ida e volta.

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Figura 9 - Esquema elétrico do funcionamento de um motor do limpador de parabrisa e as engrenagens com os contatos elétricos.

Para o acionamento temporizado, aquele em que o limpador de para-brisa funciona, para por um tempinho e volta a funcionar, e assim sucessivamente. Um relé de tempo (temporizado) é colocado no circuito de forma que ao acionar a chave na posição temporizada, esse relé é alimentado e passa a controlar o limpador de para-brisa.

A figura 9 mostra um conjunto - motor do limpador de para-brisa com as haste que movimentam o limpador, esses motores são alimentados com a tensão de 12V e alguns possuem duas velocidades, porém o sistema de temporização é feito através do uso de um relé específico.

Obs.: os sistemas de limpadores de para-brisas foram construídos para remover a água 1,5 milhões de vezes durante a sua vida útil.

Figura 10 - Motor de limpador de para-brisa de diversos modelos com as hastes que movimentam as palhetas.

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As palhetas são partes dos limpadores de para-brisa e tem função semelhante à de um rodo, arrastando uma fina tira de borracha pelo para-brisa para poder retirar a água, essa borracha é pressionada por três pares de hastes que distribuem a pressão sobre elas, porém, quando há um envelhecimento das borrachas, as palhetas devem ser substituídas, para evitar que o endurecimento das borrachas risque os vidros, dando maior prejuízo, e dificulte a visão do moto do moto, quando as mesmas não mais estiverem fazendo seu papel.

Entre os diversos tipos de limpadores de para-brisa, mostrados nas figuras 11, 12, 13 e 14, os mais usuais são: • Os de duas palhetas, que se movem do eixo para o lado do motorista e para o lado do passageiro paralelamente, chamado de Tandem, atendendo o campo de visão do motorista, figura 10; • O sistema Oposto que funciona semelhante ao sistema Tandem, porém com as palhetas que convergem para o centro do para-brisa, figura 11; • Limpador de Braço Único Controlado esse sistema, normalmente, utilizado por alguns modelos de carro da Mercedes Bens, eles se estendem e se contraem em função do deslizamento no vidro, figura 12. Nesse modelo, o campo de visão do motorista é amplo; • Limpador de Braço Único tem função semelhante ao de braço controlado ou articulado, porém não se articula, diminuindo o campo de visão do motorista, é usado nos carros da Fiat, no Uno Mille.

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Resumo Nas principais cargas elétricas automotivas destacamos: os Faróis, as buzinas e os Limpadores de para-brisas. Porém, às cargas “ditas” essenciais ao funcionamento do veículo foram acrescidas: Sistemas de cargas, Sistemas de ignição, Sistemas de iluminação, dentre outros. Quanto aos faróis, voltamos no tempo e percebemos a evolução, os tipos e modelos, as lâmpadas e os procedimentos de manutenção - além dos cuidados, os processos na identificação de avarias e as formas de ligação quanto às buzinas e aos limpadores de para-brisas todos dentro do mesmo processo. Assim, concluímos nossos estudos.

Referências

Robert.Boylestard,Introdução à Analise de Circuito, Editora Pearson,são Paulo-SP, 2 º edição 8237P. Fiat Automóveis-AS, Sistemas Elétricos 1,Brasilia,2000,Editora Senai/DN,36P. Calçada.Caio Sergio, Sampaio. José Luis, Física clássica,Editora Atual, São PauloSP,1991.512P. Fiat Automóveis-AS, Conectores e esquemas elétricos, Brasilia,1995,Editora Senai/ DN,196P. Jornal oficina Brasil disponível no indereço: WWW.oficinabrasil.com .br A lâmpada e a física (mundo da física) disponível no endereço: WWW.mundo.da.física.joinville.edesc.br Artigo de trabalho científico (tese de mestrado) comparação entre desempenho de faróis automotivos convencionais e aqueles que empregam diodos emissor de luz.

Disponível no endereço: WWW.automotiva-poliesp.org.br Curso técnico de eletromecânica apostila de comandos elétricos. Disponível no endereço: WWW.eletrodomesticoforum.com.br

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Aula 7 - Multímetro

Glossário

Objetivos

Multímetro digital não é sinônimo de precisão, nem de qualidade, pois existem multímetros analógicos muito mais precisos e de qualidade; assim como há digital com precisão e qualidade duvidosa, há técnicos que preferem os analógicos.

Obter conhecimento básico do uso do multímetro, usá-lo, junto com a ponta de prova, como ferramenta para diagnóstico e análise dos circuitos elétricos e defeitos nos sistemas elétricos automotivos, como falta de tensão, circuito aberto, valores de resistência elétrica, etc.

Assunto Nesta aula, abordaremos o multímetro, os processos e procedimentos para medidas elétricas eficazes, as análises e diagnóstico dos sistemas elétricos automotivos.

Introdução Multímetro, equipamento elétrico-eletrônico utilizado para medida de grandezas elétricas [tensão, corrente, resistência, frequência, capacitância, indutância, temperatura, Dwell (ângulo de permanência), duty cycle (ciclo de trabalho), teste de diodos, de continuidade, dentre outras], como o próprio nome diz (mult - “de muitas, várias” e ímetro - “de medidas”), podemos afirmar que o multímetro é um equipamento que pode calcular várias medidas elétricas, com um detalhe: tem que ser uma medida por vez, o que requer do técnico mais atenção e cuidado, para não danificar o equipamento.

Os multímetros podem ser do tipo analógico, como os que possuem ponteiro; nesse, o técnico terá que interpretar a leitura, analisando a posição de tal ponteiro, a sua função e/ou alcance, conforme figuras 1 e 2. Já no equipamento digital, os valores se vêem no display, o que elimina o erro por efeito paralaxe ou outros erros no processo e nos procedimentos de leitura (ver figura 3).

O que difere o multímetro automotivo do não automotivo é que, no primeiro, se faz uso de algumas medidas como: Dwell (ângulo de permanência), duty cycle % (ciclo de trabalho), RPM (rotação por minuto), o que não é

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comum nos multímetros não automotivos. Pode se afirmar que, com um multímetro considerado não automotivo, somos capazes de fazer todas as medidas, manutenção e diagnóstico no automóvel, sem nenhuma preocupação de erro por não ser automotivo, com exceção do erro de procedimento e da necessidade de leitura que o equipamento não possua.

No nosso caso, daremos mais ênfase aos multímetros digitais, pois são os que dominam o mercado, quase não existindo os analógicos.

Figura1 – multímetro analógico medindo a tensão elétrica de uma bateria de 9 V.

Figura 2 – o visor do multímetro analógico registrando 9 volt’s.

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Glossário Para se medir qualquer grandeza elétrica, é importante que se tenha conhecimento prévio dos valores, para que se possa selecionar a escala correta (a maior e mais próxima) do que se deseja medir.

Ex.: medir a tensão da bateria, que é de 12V, nesse equipamento, o alcance maior e mais próximo é de 20V, logo, é a que deve ser selecionada para medir a tensão.

Um outro processo é selecionar a escala maior e ir ajustando (diminuir) a escala, conforme o valor lido, obedecendo à mesma regra.

Figura 3 - multímetro digital.

Para usar o multímetro, primeiro devemos entendê-lo e, para isso, vamos apresentá-lo, conforme a figura 3; isso porque cada multímetro possui características próprias, e o que se recomenda é ler o manual do fabricante.

– – – – –

Visor ou display: onde se lê as informações.

Tecla Power: liga e desliga.

Tecla PK Hold: armazena a última leitura na memória.

Tecla B/L: aciona a iluminação do display.

Tecla DC/AC: refere-se à tensão elétrica contínua e à tensão elétrica alternada.

– Chave rotativa ou botão de função: nela, faz-se a seleção das funções a serem trabalhadas, e, em alguns casos, o alcance ou fundo de escala, exemplo: olhando para a chave rotativa e girando no sentido horário, percebemos, na faixa amarela e branca, cada função: • resistência elétrica (Ohmímetro) na faixa amarela (teste de continuidade sonoro e teste de diodo, fundo de escala ou alcances de: 200Ω, 2KΩ, 20KΩ, 200 KΩ, 2MΩ, 20MΩ, e 200MΩ);

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• tensão elétrica (voltímetro) na faixa branca, com o fundo de escala ou alcances de: 200mV, 2V, 20V, 200V, 1000V; • frequência elétrica (frequencímetro) na faixa amarela, com alcance ou fundo de escala de: 10MHZ; • corrente elétrica (Amperímetro) na faixa branca, com fundo de escala ou alcance: 2mA, 20mA, 200mA, 20A; • temperatura em graus Celsius (ºC) na faixa amarela; • hFE na faixa branca, ganho em transistores; • indutância elétrica (Indutímetro) na faixa amarela, com fundo de escala ou alcance de: 2mH, 20mH, 200mH,2H, 20H; • capacitância elétrica (capacímetro) na faixa branca, com fundo de escala ou alcance de: 2nF, 20nF, 200nF, 2μF, 20 μF, 200 μF. – Borne (V,Ω, Hz): onde é introduzido a ponteira de cor vermelha para execução das medidas de: tensão elétrica (V alternada ou contínua), resistência elétrica (Ω), e frequência em Herts (Hz).

– Borne (COM): através da qual se introduz a ponteira na cor preta, sendo ela comum para todas as medidas executadas pelo multímetro; – Borne (mA): com que se introduz a ponteira vermelha, para a medição de corrente elétrica na faixa de miliampères (10-3); – Borne (20A): com que se introduz a ponteira vermelha, para a medição de corrente elétrica até 20A. Vamos, agora, para o uso dos procedimentos para medição de tensão elétrica.

– Ligue o multímetro e selecione, na chave rotativa, a função “tensão elétrica” e o alcance acima do valor que se espera medir. Ex.: no carro, a tensão elétrica da bateria é de 12V, então, o alcance a ser selecionado será de 20V. – A ponteira preta deve ser colocada no borne COM comum (-), a massa do circuito, enquanto que a vermelha (+), no borne (VΩHz).

– Verifique se a tensão elétrica é alternada ou contínua, e, no botão DC/AC, faça a mudança, nesse caso, para DC.

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– Para medir a tensão elétrica, as ponteiras pretas e vermelhas devem ser colocadas em paralelo com o ponto que se deseja medir, obedecendo às polaridades.

Para medir a tensão elétrica alternada, os procedimentos e os cuidados são os mesmos, exemplo: para medir a tensão elétrica da nossa residência, temos os seguintes procedimentos: – ligue o multímetro e selecione, na chave rotativa, a função “tensão elétrica” e o alcance acima do valor que se espera medir. Ex.: na residência, a tensão elétrica é alternada e de 220V, então, o alcance a ser selecionado será de 1000V nesse multímetro; – coloque a ponteira preta no borne COM comum (-), massa do circuito, enquanto que a vermelha (+), no borne VΩHz, para a medição da tensão; – verifique se a tensão elétrica é alternada ou contínua, e, no botão DC/AC, faça a mudança, nesse caso, para AC; – para medir a tensão elétrica, as ponteiras pretas e vermelhas devem ser colocadas em paralelo com o ponto que se deseja medir, não se levando em consideração as polaridades, pois a tensão é alternada.

Glossário Os multímetros executam uma medida por vez, logo, se estiver medindo tensão elétrica, esse equipamento passa a ser um Voltímetro, pois só mede tensão elétrica.

Se quisermos medir resistência elétrica, esse equipamento passa a ser um Ohmímetro, pois só medirá resistência elétrica

Observe esses detalhes e não terá problemas no processo de medição de tensão elétrica. A foto da figura 4 lembra esses procedimentos, pois, neste exemplo, estaremos diagnosticando o estado da bateria automotiva.

Figura 4 - procedimento de medida de tensão elétrica contínua em uma bateria automotiva.

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Glossário Com resistores ligados em paralelo, a resistência equivalente é menor que a menor resistência do circuito.

Quando o técnico segura, paralelamente, nos terminais dos componentes a serem medidos e nas ponteiras do equipamento, a resistência do corpo dele estará em paralelo com a o componente a ser medido.

Procedimentos para medição de resistência elétrica, teste de continuidade e teste de diodo: – selecionar, na chave rotativa, a função “resistência elétrica” e os alcances ou funda de escala, conforme a resistência que se deseja medir; – curto-circuitar as ponteiras do multímetro, para ter certeza que o equipamento está zerado e que as ponteiras estão em perfeito estado de funcionamento, conforme a foto da figura 5;

Quando se seleciona a função “resistência elétrica”, é enviada uma tensão aos terminais do Ohmímetro, para que possam ser feitas as leituras, e, se tiver uma tensão no circuito, esta poderá danificá-lo.

Figura 5 – curto-circuitando os terminais para zerar o Ohmímetro.

– para medir a resistência elétrica, é importante que o resistor esteja fora do circuito, evitando, assim, a interferência de outros componentes na medição; caso não seja possível, é imprescindível que o circuito esteja desligado, caso contrário, poderá queimar o Ohmímetro (multímetro); – o processo de medição de resistência é em paralelo com o resistor, ou seja, elevar as ponteiras pretas e vermelhas aos terminais do componente, independente de polaridade, exceto quando se estiver testando diodo ou qualquer semicondutor; – não se deve segurá-lo nos terminais das ponteiras e, ao mesmo tempo, no componente a ser medido, pois, o componente ficará em pa-

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ralelo com a resistência do corpo do técnico, e poderá alterar a medida, provocando um falso positivo, conforme foto da figura 6;

Figura 6 - procedimento errado de medição de resistência elétrica.

– a foto da figura 7 mostra o procedimento correto de medição de resistência elétrica.

Figura 7 - procedimento correto de medição de resistência elétrica.

O procedimento para teste de continuidade e de diodo são os mesmos que para medição de resistência elétrica, porém, a diferença é selecionar, na chave rotativa, a função que é representada pelo símbolo do diodo ( ), sinal de propagação de ondas de rádio.

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Glossário Conhecendo o componente e o multímetro, podemos diagnosticar e identificar o componente com segurança. Nesse caso, posso localizar o anodo e o catodo do diodo.

A ponteira vermelha é o positivo, e a ponteira preta, o negativo; nesse caso, polarizou-se (de anodo para catodo) direto, então, onde estiver com a ponteira vermelha, será o anodo do diodo e, do outro lado, na ponteira preta, o catodo.

– Selecione, na chave rotativa, a função “teste de diodo” ( ).

– Deve-se curto-circuitar as ponteiras do multímetro, para ouvir o som do bip, indicando que há continuidade entre as ponteiras e que estão em perfeito estado de funcionalidade.

– Para testar o diodo, é importante que este esteja fora do circuito, evitando, dessa forma, interferência de outros componentes na medição; caso não seja possível, é imprescindível que o circuito esteja desligado, caso contrário, poderá queimar o Ohmímetro (multímetro).

– No processo de teste do diodo, as ponteiras pretas e vermelhas devem ser ligadas aos terminais do diodo; quando polarizado direto, aparecerá um valor correspondente à tensão de junção (400mV a 700mV), e, quando polarizado inversamente, no display aparecerá o símbolo de infinito, que, nesse caso, é OL, conforme fotos das figuras 8 e 9.

Figura 8 - teste de diodo: polarização da junção PN reversa.

Figura 9 - teste de diodo: polarização da junção PN direta.

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O processo de medição de corrente elétrica requer cuidados como qualquer outra medição; existe dois processos de medição de corrente elétrica, a saber: 1. Lidando com os multímetros - os quais, alguns deles, apresentamos nas fotos - ou similares, é importante saber que se deve abrir o circuito a ser medido, porquanto, se não o fizer, poderá estar causando um curtocircuito, a depender da configuração. A foto da figura 10 mostrará o circuito geral do carro aberto, para a medição da corrente elétrica.

Nesse caso e nos demais, devemos configurar o multímetro para que ele se torne um amperímetro, seguindo os seguintes passos: – rotacionar a chave rotativa para a posição de corrente elétrica, e, em alguns multímetros, os alcances; – selecionar a posição da ponteira vermelha para o borne que indica a grandeza a ser medida, a corrente elétrica; – introduzi-la ao circuito, obedecendo ao sentido da corrente elétrica (+ no + e - no -). Nos multímetros digitais, se tiver invertido, não tem importância, porém, apresentará, no valor da medida no display, o sinal de menos (-). Já para os analógicos, pode danificar o multímetro.

Nesse procedimento de medição, estamos diagnosticando a possibilidade da existência de corrente elétrica de fuga, que poderia descarregar a bateria em pouco espaço de tempo. Essa corrente elétrica não deve ser maior que 120 mA (miliampères).

Figura 10 - procedimento de medição de corrente elétrica com o multímetro, (corrente de manutenção do sistema de alarme).

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Glossário Para medição de corrente elétrica, o amperímetro deverá estar em série com a carga a ser medida.

2. Com o alicate amperímetro, o processo é bem mais simples, os cuidados são com a seleção da grandeza a ser medida. No caso da corrente elétrica e dos alcances a medir, se houver, o procedimento é: – localizar o condutor com o qual se deseja medir a corrente elétrica; – abrir o alicate e abraçar o condutor, conforme a figura 11. Dessa forma, o valor será apresentado no display; – na figura 12, estamos lendo o valor da corrente elétrica de um veículo, com os faróis acesos e, no display do alicate, o amperímetro está indicando 15,5A (ampères), o sinal de menos (-) estará dizendo que o sentido da corrente elétrica está invertido, ou inverteu naturalmente, como, por exemplo, quando se liga ou desliga o veículo, com a corrente elétrica que sai da bateria para o sistema elétrico do veículo, ou, até mesmo, quando ela sai do alternador (através do qual se alimenta a bateria e todo o sistema elétrico, se o mesmo estiver funcionando).

Figura 11 - alicate sendo aberto para o procedimento de medição de corrente elétrica, no cabo elétrico da bateria.

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Glossário Para todos os procedimentos de medição, os cuidados são fundamentais, e as perguntas que parecem bobas como: • O que vou medir?

• Quanto é o valor que espero encontrar?

Figura 12 - o alicate amperímetro medindo a corrente elétrica do sistema automotivo com o farol aceso, e indicando 15,5 A.

Resumo Mais uma aula, mais um assunto empolgante, o multímetro é, sem dúvida, uma ferramenta de trabalho para os profissionais da área de eletroeletrônica.

• Esta tensão elétrica ou corrente elétrica é alternada ou contínua?

Essas perguntas te nortearão para a configuração correta do multímetro e lhe dará segurança no processo de medição.

Vimos que o multímetro pode ser do tipo analógico ou digital e que demos mais ênfase aos digitais, por serem, hoje, os mais usuais. Essa ferramenta de trabalho permite ao técnico em eletroeletrônica executar testes e diagnósticos nos circuitos eletroeletrônicos em geral.

Então, vimos: – – – – – – –

–

o princípio de uso; as funções; as informações adicionais; medição de tensão e, mais particularmente, de tensão elétrica AC/ DC; medição de resistência elétrica; medição de corrente AC/DC; procedimentos de teste e diagnóstico em bateria automotiva (medindo tensão elétrica), medição de resistência elétrica testando resistores elétricos, em um conjunto de resistor de um sistema de injeção eletrônica de um Tempra; e, por fim, a medição da corrente de fuga em um sistema automotivo.

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Percebemos que, para usar o multímetro, é necessário conhecimento prévio de eletricidade, e, quando for utilizado, é importante que o técnico se pergunte o que vai medir, e quanto ele espera encontrar, para que possa ser selecionada a escala correta.

Espero que tenham entendido e, assim, tenham gostado de tudo, empolgando-se com a matéria.

Referências Robert.Boylestard,Introdução à Analise de Circuito, Editora Pearson,são Paulo-SP, 2 º edição 8237P. Fiat Automóveis-AS, Sistemas Elétricos 1,Brasilia,2000,Editora Senai/DN,36P. Calçada.Caio Sergio, Sampaio. José Luis, Física clássica,Editora Atual, São PauloSP,1991.512P. Fiat Automóveis-AS, Conectores e esquemas elétricos, Brasilia,1995,Editora Senai/ DN,196P. como usar o multímetro minipa. Disponível no endereço: www.Thebookshq.com-usaeum-multimetro-minipa.html Jornal oficina Brasil Disponível no endereço: www. jornaloficina Brasil.com.br

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