As grandezas elétricas básicas aplicadas à manutenção automotiva!

Você sabe exatamente o que significa a tensão, corrente e resistência elétrica? Saiba que essas três grandezas elétricas básicas podem nos ajudar no diagnóstico automotivo.

Assista o vídeo ou leia o conteúdo completo sobre as grandezas elétricas básicas, suas relações e aplicações práticas no setor automotivo! O conteúdo é parte de uma Live da Doutor-IE.

Neste post você vai ver:

Grandezas elétricas

Em um mundo cada vez mais dependente da energia elétrica, compreender as grandezas fundamentais que regem os circuitos e sistemas elétricos é essencial. Vem comigo e vamos entender sobre as principais grandezas elétricas.

Tensão elétrica

A tensão elétrica, também conhecida como diferença de potencial (DDP) ou “voltagem” (nomenclatura mais popular), é a medida da diferença de potencial elétrico entre dois pontos em um circuito, sua unidade é o Volt. Em termos mais simples, esta grandeza representa a “força” que impulsiona a corrente elétrica através de um condutor.

Para entender melhor a tensão elétrica, podemos fazer uma analogia com o sistema de distribuição de água.

No sistema de distribuição de água quanto maior for a diferença de altura entre os pontos A e B, maior será a pressão de água para gerar vazão na torneira de saída. O mesmo conceito pode ser aplicado aos sistemas elétricos, sendo a tensão análoga à pressão no tubo e a corrente elétrica sendo a vazão na torneira.

Quanto maior a tensão, maior será a “força” que a eletricidade terá para fluir através do circuito elétrico, da mesma forma que quanto maior for o nível da água, maior será a vazão na torneira.

analogia da tensão elétrica com sistema de distribuição de água
Analogia da tensão elétrica com o sistema de distribuição de água

No exemplo abaixo, o movimento das cargas elétricas (corrente) da fonte (bateria) para o consumidor (lâmpada) só ocorre devido a uma força ou “pressão” denominada tensão elétrica.

exemplo de aplicação da tensão elétrica
Exemplo da aplicação da tensão elétrica

A tensão pode ser de corrente contínua (DCV, VDC ou -) ou alternada (ACV, VAC ou ~). Tensão de corrente contínua é encontrada normalmente em pilhas, baterias e circuitos eletrônicos em geral.

A tensão de corrente alternada está comumente presente em instalações residenciais, controle de motores elétricos em veículos eletrificados e até mesmo em algumas bombas de combustível de veículos modernos.

Na injeção eletrônica, a escala de tensão de corrente contínua do multímetro será utilizada para medir a maioria dos sinais de entrada e saída dos sensores. Costuma-se dizer que a central que controla a injeção eletrônica (Módulo de Injeção Eletrônica), “conversa” com os sensores e a “linguagem” utilizada é a tensão de corrente contínua.

Abaixo temos um exemplo de medição de tensão de corrente contínua.

Exemplo de medição da tensão de corrente contínua
Exemplo de medição da tensão de corrente contínua

A tensão de corrente alternada é utilizada para teste de sensores de relutância variável, que em alguns casos podem ser aplicados como sensores de giro de eixo nos sistemas automotivos (CKP, CMP, etc.). Abaixo temos um exemplo de medição de tensão de corrente alternada.

Exemplo de medição da tensão de corrente alternada
Exemplo de medição da tensão de corrente alternada

Corrente elétrica

Corrente elétrica ou intensidade de corrente é o fluxo ordenado de cargas elétricas que circulam pelos condutores em um certo intervalo de tempo.

Por convenção, a corrente elétrica circula do polo positivo para o polo negativo e é simbolizada no circuito pela letra “i”. A unidade de corrente é o ampere, representada pela letra “A”.

Para entender melhor a corrente elétrica, vamos continuar a analogia com o sistema de distribuição de água.

Imaginando a eletricidade como a água fluindo pela tubulação, a corrente elétrica seria a quantidade de vazão de água que sai pela torneira, em um certo intervalo de tempo. Quanto maior a corrente, mais cargas elétricas estão passando no ponto específico do circuito.

Analogia da corrente com o sistema de distribuição de água
Analogia da corrente com o sistema de distribuição de água

O instrumento utilizado para medir intensidade de corrente é o amperímetro. Também pode ser usado o multímetro automotivo na escala ampere (que deve ser ligado em série ao circuito elétrico – o circuito deve ser aberto).

Exemplo de aplicação da medição de corrente
Exemplo de aplicação da medição de corrente

Corrente contínua

A corrente contínua, geralmente abreviada como CC (ou DC do inglês “Direct Current”) é o tipo de corrente no qual o sentido e a intensidade se mantêm constantes com o passar do tempo.

É comumente encontrada em circuitos alimentados por pilhas e baterias.

Gráfico da corrente contínua com o passar do tempo
Gráfico da corrente contínua com o passar do tempo

Corrente alternada

A corrente alternada, geralmente abreviada como CA (ou AC do inglês “Alternating Current”) é o tipo de corrente no qual o sentido e a intensidade variam de forma oscilatória com o passar do tempo.

Em um circuito de corrente alternada, a corrente elétrica oscila de forma alternada em intervalos regulares.

Gráfico da corrente contínua com o passar do tempo
Gráfico da corrente alternada com o passar do tempo

Resistência elétrica

A resistência elétrica é a grandeza que expressa a “dificuldade” existente em um condutor à passagem de corrente elétrica. Quanto maior a resistência elétrica global de um circuito elétrico, menor será a corrente que o circula para uma dada tensão fixa.

Para entender melhor a corrente elétrica, seguimos a analogia com o sistema de distribuição de água.

Imaginando a eletricidade como a água fluindo pela tubulação, a resistência elétrica estaria relacionada com a abertura da torneira. Quanto maior a abertura, menor será a resistência para que a água flua pela tubulação, e quanto menor a abertura, maior será a resistência para que a água flua pela tubulação.

Analogia da resistência elétrica com o sistema de distribuição de água
Analogia da resistência elétrica com o sistema de distribuição de água

A unidade de medida da resistência elétrica é o ohm (Ω). O valor da resistência varia conforme as dimensões e com tipo de material condutor, conforme a expressão:

Onde:

  • “ⲣ” (rô) é a resistividade do material;
  • “l” é o comprimento do condutor;
  • “A” é a área da seção transversal ou “bitola” do condutor.

A medição da resistência elétrica é muito útil na análise de sistemas eletrônicos (injeção eletrônica, ABS e etc.). Com ela pode-se testar a continuidade de fios, enrolamentos de bobinas, válvulas injetoras, sensores indutivos, aquecedores da sonda lambda, etc.

O instrumento utilizado para medir resistência elétrica é o ohmímetro. Também pode ser usado o multímetro automotivo na escala ohm. O equipamento deve ser ligado aos terminais ou extremidades do componente e o componente deve estar desconectado do circuito elétrico.

medição de resistência com multimetro
Medição de resistência com multímetro

Classificação elétrica dos materiais

A classificação elétrica dos materiais trata da capacidade de um material conduzir ou isolar a eletricidade. Essa classificação é importante nas aplicações elétricas e eletrônicas, onde a condução controlada de eletricidade é primordial.

Os materiais podem ser separados em três principais grupos com base em suas propriedades elétricas: condutores, isolantes e semicondutores.

  • Condutores: são substâncias que têm baixa resistência elétrica, permitindo que a corrente elétrica flua com facilidade através do material. Exemplos: corpo humano, ferro, alumínio, ouro, prata etc.
  • Isolantes: são substâncias através das quais a corrente elétrica não flui com facilidade (porque possui resistência elétrica muito elevada). Exemplos: plástico, vidro, porcelana etc.
  • Semicondutores: os semicondutores podem ser condutores ou isolantes dependendo da situação. Suas propriedades podem ser controladas e modificadas por dopagem. Exemplos: carbono, silício e germânio.

Relações básicas entre as grandezas elétricas

As grandezas elétricas são relacionadas por meio de leis fundamentais que descrevem o comportamento dos circuitos elétricos. A relação entre as grandezas tensão, corrente e resistência é descrita pela Lei de Ohm.

Lei de Ohm

Segundo a lei de OHM, a intensidade da corrente (“amperagem”) que atravessa um circuito elétrico é igual à tensão que alimenta este circuito, dividida por sua resistência elétrica total.

Onde:

  • “V” é a tensão que alimenta o circuito elétrico;
  • “R” é a resistência elétrica total do circuito;
  • “I” é a intensidade de corrente que atravessa o circuito.

Exemplo de aplicação da lei de Ohm

Se um injetor de combustível com resistência elétrica de 2 ohms for ligada a uma bateria de 12 volts, qual será a corrente que irá circular por essa válvula?

exemplo de aplicação da lei de ohm

Solução do problema:
Dados:

  • Resistência elétrica da válvula: 2 ohm;
  • Tensão de bateria: 12 Volts;

Utilizando-se a lei de OHM temos:

Portanto, I = 6 Ampéres.
Resposta: A corrente que irá circular pelo injetor será de 6 Ampéres.

Potência elétrica

A corrente elétrica pode realizar trabalho (fazendo funcionar a bomba elétrica de combustível, rotacionar a hélice do eletroventilador de arrefecimento, etc.). A taxa de energia elétrica transferida ou consumida em um circuito elétrico é a potência elétrica.

A unidade de medida de potência (mais comum) é o Watt (W).

Para entender melhor a potência elétrica, voltamos a analogia com o sistema de distribuição de água.

Imaginando a eletricidade como a água fluindo pela tubulação, a potência elétrica seria a taxa de vazão da água. Quanto maior a potência, mais rápida a energia é transferida ou consumida no circuito elétrico, assim como uma torneira de alta vazão entrega mais água em um curto período de tempo e irá encher o recipiente mais rápido.

analogia da potência com o sistema de distribuição de água

Algumas equações para o cálculo da potência:
P = V * I;
P = R * I²;
P = V²/R
Onde:

  • P: potência elétrica;
  • V: Tensão elétrica;
  • R: Resistência elétrica;
  • I: Corrente elétrica.

Exemplo de aplicação da potência elétrica

Um eletricista deseja instalar uma lâmpada de 120 Watts no farol de um veículo. Sabendo-se que a tensão de alimentação da lâmpada será de 12 volts (tensão de bateria). Qual será a corrente consumida pela lâmpada?

exemplo de aplicação da potência

Solução do problema:

  • Potência da lâmpada: 120 Watts;
  • Tensão da bateria: 12 volts;

Utilizando-se a expressão da potência elétrica temos:

Portanto, I = 10 A.
Resposta: A corrente consumida pela lâmpada será de 10 Ampéres.

O que discutimos hoje?

Hoje você aprendeu ou relembrou os principais conceitos sobre as grandezas elétricas da física e como elas podem se relacionar com o nosso mundo cotidiano, principalmente na manutenção automotiva e também nesse no recente mercado dos veículos eletrificados.

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