Sistemas Elétricos

Elementos do sistema elétrico

• Motor de partida• Ignição• Iluminação (de trabalho e de segurança)• Energização de sensores, visores e

controladores• Controle de ambiente• Accessorios (limpadores de parablisa,

equipamentos de entretetimento e de comunicação)

Componentes do sistema elétrico

Baterias

• Principal sistema de armazenamento elétricoem equipamentos fora-de-estrada.

• É descarregada na partida do motor e recarregada durante o funcionamento normal.

• Baterias Chumbo-Ácido são as principais fontesde energia elétrica nos equipamentos fora-de-estrada.

Diagrama das Baterias Chumbo-Ácido

Modelo Representando umaBateria de 12 Volts

Voltagem teórica das células de uma bateria

Densidade Específica do

Eletrólito

Voltagem da Célula, V

Carga,%

1,28 2,12 100

1,24 2,08 75

1,20 2,04 50

1,16 2,00 25

1,12 0,96 0

Fabricação das baterias

• Reservatório de plástico ABS (Acrilonitrila ButadienoEstireno)

• Placas de liga chumbo-cálcio – reduzida formação de gases e perda de água

• Antigamente as baterias usavam ligas de chumbo-antomônio que requeriam mais manutenção.

• Manta de fibra de vidro é usado para separar as placase dar resistência

Especificações• Corrente de partida (Cold Cranking Amps) – corrente produzida por

uma bateria nova carregada durante 30 segundos a temperaturasde -29 a -18o C, com uma voltagem final de pelo menos 1,2 volts/célula.

• Reserva de Capacidade (Reserve Capacity) – tempo em que a bateria pode produzir 25 A a 27o C com uma voltagem final de no mínimo 1,75 V (por célula).

• Capacidade de uma bateria – é a quantidade de energia que podeser armazenada na bateria. É normalmente expressa em Ampere-hora (A.h). Esta medida é obtida pela multiplicação da corrente emamperes pelo tempo em horas de descarga até uma tensão de 1,75 V por célula. Para baterias automotivas é utilizado um espaço de tempo de 20 horas, por isso expressa-se a capacidade de umabateria em A.h em 20 horas ou simplesmente C20.

Dimensionando as baterias

• A carga de partida é a maior demanda que umabateria sofre.

• Sistemas de carga devem ser capazes de recarregar a bateria em tempo para um novo ciclo de partida.

• A eficiência energética de uma bateria é a razãoentre a energia produzida durante a descarga e a energia necessária para o carregamento –para a maioria das baterias essa eficiência é de 75%.

Sistema de carga das baterias

• Alternador acionado pelo motor de combustão interna com um regulador de voltagem tipo integral.

• Enrolamento estacionário (estator) com enrolamento rotativo (rotor).

• O alternador de polos intercalados (Claw pole) é tipo mais comum.

Alternandor de polos intercalados

Ponte de diodos

Ponte de diodos

• Corrente positiva do estator flui do terminal “C” daponte para o “A”.

• A passagem para o terminal “B” está bloqueada.

• Apenas corrente positiva flui através do circuito.

• Corrente negativa retorna ao estator.

• Quando acionado com corrente negativa, a correnteflui do terminal “D” em direção ao terminal “B”.

Ponte de diodos

• A ponte faz a troca das conexões do estator.

• Corrente alternada com ondulação significativa.

• Três conjuntos de polos, espaçados de 120 graus, são utilizados para suavizar a ondulação.

• Um alternador mais eficiente é obtido a partir dasobreposição das três ondas senoidais de corrente.

Retificação de três fases

Circuito de carregamento

Dimensionamento do alternador

• As curvas de desempenho dos alternadorespodem ser usadas para dimensionamento.

• O alternador deve ser capaz de fornecer a carga necessária por longos períodos de tempos, além de recarregar a bateria.

• As demandas de longo tempo incluem: a bomba de combustível, as lâmpadas de iluminação, as lâmpadas de informação, o painel de instrumentação, os sistemas de controle e a carga da bateria.

Curva de desempenho de um alternador

Dimensionamento do alternador

• O alternador deve ser capaz de suplir de 130-150% da carga de longa duração narotação de marcha lenta do motor.

• Estime a carga do motor de partida pararecarga (2 kW durante 15 s).

• Assuma um valor de 14 V de correntecontínua para operação do sistema.

Carga para a pior situação

Sistemas de partida

• Motor elétrico.

• Mecanismo de engrenamento com engrenagemcilíndrica.

• Relação de transmissão mais comum entre o pinhão(motor elétrico) e a corôa é de 10:1 a 15:1.

• Redução por engrenagens se necessário – algunsmotores de partida utilizam um sistema de redução porengrenagens planetárias para aumentar o torque.

Corte do motor de partida

Motor de partida

• Motor de corrente contínua típico com bobinasde campo, armadura e escovas

• Os enrolamentos de campo são montados emsérie ou em paralelo.

• Motores com enrolamento em série têmelevado torque a baixa rotação.

• Relay “change-over” é necessário em motoresde partida de 24 V.

Curva de desempenho do motor de partida

Esquema do circuito de partida 12/24

Considerações sobre a seleção de motores de partida

• O torque no motor de combustão interna é uma funçãoda resistência de compressão e da fricção viscosa do lubrificante, as quais variam com a temperatura

• O motor de combustão interna deve girar a 80-200 rpm sem sistema de auxílio na partida, e 60-140 rpm emmotores com sistema de auxílio na partida.

• A máxima queda de voltagem nos cabos da bateria nãodeve exceder 0,1 V para sistemas de 12 V e 0,17 parasistemas de 24 V.

Curvas para o motor de partida e demanda do motor de combustão interna

Circuitos de partida

• Mecanismo de segurança para prevenirpartidas inesperadas quando o mecanismo de proteção foi removido ouquando a caixa de câmbio estáengrenada.

• O sistema deve ser projetado de tal forma que conecções indevidas no solenoide do motor de partida por parte dos operadoressejam evitadas.

Mecanismos de segurança

Iluminação

• No objetivo da iluminação incluí-se: segurança, instrumentos e funções de trabalho.

• Segurança – luzes nas extremidades do equipamento (parte superior), luzes na traseira, luzespara sinalizar direção (pisca-pisca) e luzesmarcadoras (marker lights) segundo as normasASAE S279.11, SAE 1029, and ISO 12509.

• Homologação – processo que assegura que o equipamento exportado para outros países atende ànormas específicas.

Iluminação

• Luzes de trabalho iluminam superfícies que devem ser vistas quando escuro para permitir a operação do veículo.

• Luzes incandecentes ou halogênias são comuns, a última está começando a dominar o mercado.

• Sistemas de descarga de alta intensidade sãoopcionais.

• Eficiência de iluminação: incandescente 10-18 lm/W, halogênia 22-26 lm/W, e de descarga de gás(discharge gas) 85 lm/W.

Distribuição de potência

• Fatores de dimensionamento de cabos/fios: resistência mecânica, aumento de temperatura, queda de voltagem e conectores.

• Tamanho mínimo de fio/cabo é de 0,8 mm2 em geralou 1 mm2 para área susceptível a danos.

• Também deve-se considerar as necessidades de resistência à abrasão, resistência a dobras e resistência a fluidos para a bateria e cabo primário(SAE J1127 and J 1128).

Dimensionamento de fios/caboslevando em consideração a

proteção térmica

Capacidade de transmissão emestado permanente

Cálculo da queda de voltagem

• Resistência, R,

• Em que A é a área da secção transversal, l é o comprimento, e ρ é a resistividade do condutor.

A

lR ρ=

Cálculo da queda de voltagem

• A resistividade em outra temperatura, rt,

• Em que T é a temperatura do material, Tbase éa temperatura base do material, α é o coeficiente de resistvidade elétrica, e rbase é a resistividade do material na temperaturabase.

( )[ ]basebaset

TTrr −+= α1

Capacidade térmica em estadopermanente

Resistência específica para fios de tamanhos nominais

• A resistência específica, rs, pode ser determinada por,

• Em que ∆V é a queda de voltagem, l é o comprimento do condutor, e i é a corrente.

610×

∆=

li

Vr

s

Resistência específica de cabos de cobre

Conexão de Implementos

• ASAE S279.11 requer que um conector de implementos para sinais direcionais, lâmpadas de trabalho, lâmpadas de sinalização traseira e uma fonte auxiliar de potência.

• O conector deve atender àsespecificações da norma SAE J560, a ser substituída pela ISO 11783.

Perguntas ???