O Alternador Automotivo
  • Drano Rauteon

O Alternador Automotivo


O funcionamento do alternador acontece através de indução eletromagnética. De forma simples, a corrente elétrica para pelo rotor gerando um campo magnético, e isso gera movimento de elétrons no estator. A cada giro completo, o ciclo se repete. A energia que o alternador gera é alternada, ou seja, corrente e tensão que oscilam entre o polo positivo e o negativo.

Dentre os vários experimentos criados até este que chamamos de alternador, se destacam o Disco de Faraday e o gerador de Van Graff.

O princípio da indução eletromagnética, que é utilizado nos alternadores, aproveita-se da repulsão e atração naturais das cargas elétricas, funcionando de forma idêntica a ímãs.

Figura 1

Como você pode ver no desenho acima, o Alternador é composto por uma carcaça de alumínio ou metal, e dentro desta carcaça vai um rotor e um estator.

O estator é fixo à carcaça do alternador e sua função é conduzir o fluxo magnético para transformar a energia cinética do induzido.

Rotor é tudo que gira em torno de seu próprio eixo produzindo movimentos de rotação. Qualquer máquina rotativa, como turbinas, compressores, redutores, entre outros, possuem eixos rotativos apoiados em mancais de deslizamento, rolamento ou magnéticos.

No caso do Alternador, o rotor gira apoiado em rolamentos, e estes rolamentos são fixos a carcaça, que comumente é chamada de mancal.

O rotor é composto por uma bobina de excitação (enrolamento indutor) em seu centro, uma bobina completamente isolada do eixo. Por cima desta bobina vão os polos magnéticos (Norte e Sul). Normalmente são usados os polos tipo garra, que podem ser vistos na imagem abaixo:

Figura 2

Já o estator é composto por bobinas chamadas de induzido (Bobinas que são excitadas pela bobina do rotor). Veja a imagem abaixo:

Figura 3

O estator da Figura 3 é de um Alternador de caminhão. Como caminhões são alimentados por duas baterias, cada uma com 12 Volts, temos então 6 fios saindo do estator.

Nos carros, onde a maioria deles é alimentado por apenas uma bateria de 12 Volts, temos estatores com três fios, como pode ser visto na imagem abaixo:

Figura 4 - Estator marca Bosch 35 Amperes e 14 Volts com 3 fios

Existe ainda estatores com quatro fios na saída, como é o caso deste modelo abaixo, para VW Santana e VW Gol com Ar Condicionado:

Figura 5 - Estator para Santana e Gol, com 16 Volts e 65 Amperes de capacidade. São 4 fios na saída do estator

Em carros "ultra luxuosos" (modelos caríssimos da Mercedes-Benz, BMW e Audi, entre outros), que já utilizam baterias de 48 V, também há alternadores mais robustos para manter todo os sistema elétrico operante.

Lembre-se também que este tipo de Alternador também possui Escova, Porta-Escova e Anel Coletor.

Um Alternador automotivo é Monofásico, de armadura estacionária e campo rotativo e com ligação em estrela ("Y"). Mas como um estator pode ser monofásico e com ligação em estrela? Veja o diagrama abaixo:

Figura 6

Perceba a ligação em estrela do alternador. Perceba também que ele é ligado a diodos retificadores.

Para você, que não sabe ou não se lembra da função de um semicondutor (Diodo, LED, Transistor, Regulador de Tensão) num circuito eletrônico, CLIQUE AQUI!

O diodo tem a função de retificar a energia elétrica, ou seja, ele não faz nada mais que cortar o semiciclo negativo do sinal alternado. Veja no gráfico abaixo:

Figura 7

Na figura 7 podemos ver a onda pura que sai por cada um dos três enrolamentos ligados em estrela no estator do Alternador. Lembre-se que, por ser uma ligação em "Y", cada uma sai com uma defasagem elétrica de 120 graus e relação a outra, como pode ser visto na imagem abaixo:

Figura 8

Ao passar pelo diodo, a onda que sai de cada bobina terá apenas o semiciclo positivo, ou seja:

Figura 9

Perceba no Figura 6, o diagrama possui três diodos para cada fase, ou seja, as três terão apenas seus semiciclos positivos aproveitados, como é possível ver na imagem abaixo:

Figura 10

Após passar pelos diodos, as fases são simplesmente ligadas juntas, como é possível ver na figura abaixo:

Figura 11

Após os diodos, há o Regulador de Tensão, que regula a tensão de saída do Alternador. Mas como assim?

O Alternador de um veículo pode trabalhar numa ampla faixa de rotações, já que ele é tocado pelo motor a combustão, por isso a tensão de saída é constantemente variante, porém, os componentes eletrônicos dos carros não aceitam variações bruscas de tensão a cada instante, desta maneira há um regulador de tensão, responsável por estabilizar a tensão de saída do alternador na casa dos 14,8 Volts (no caso de veículos de passeio comuns).

Veja abaixo o circuito completo dentro de um alternador:

Figura 12

O valor da tensão gerada por um gerador CA depende da intensidade do campo e da velocidade do rotor, ou seja, a saída do gerador é proporcional à intensidade do campo e à velocidade com que as bobinas e o campo interagem. O Alternador Automotivo é um gerador assíncrono, isto porque ele não trabalha em velocidade constante, coisa que foi explicada no parágrafo anterior. Devido ao gerador ser assíncrono, ele precisa de um regulador de tensão para regular a tensão de saída do enrolamento da armadura e a tensão do enrolamento de campo.

Como você pode ver na figura 12, há quatro pontos de ligação no alternador: -> B+ = Vai ligado na carga, e como você viu no artigo sobre geradores elétricos, quando falamos em 'carga', estamos no referindo ao circuito que o alternador vai alimentar, por isso que depende da reatância. Se o circuito for capacitivo, a tensão no alternador será maior, e se o circuito for indutivo, a tensão no Alternador será menor;

-> B- = Não é ligado por fios, ele vai ligado a massa do veiculo, isto é, diretamente na carcaça do Alternador;

-> D+ = Vai ligado diretamente na luz do painel que indica anomalia na bateria ou no alternador. Mais abaixo, você verá como funciona esta luz de advertência;

-> D- = Também não é ligado por fios e está diretamente plugado na carcaça do Alternador.

Como você pode ver, apenas dois fios são plugados no alternador, o B+ e D+.

OBSERVAÇÃO: Quando falamos "massa", estamos falando da carcaça do alternador, carcaça do carro, qualquer estrutura de metal do veículo. Ela equivale ao polo negativo dos circuitos eletrônicos. Desta forma não precisa ligar fio positivo e negativo em um componente eletrônico, basta apenas ligar o fio do polo positivo e conectar o polo negativo do equipamento diretamente na massa.

ONDE O ALTERNADOR É LIGADO?

Para responder esta pergunta, aprecie o diagrama abaixo:

Figura 13

Antes da partida, com o motor desligado, os componentes elétricos a serem acionados são alimentados pela bateria (linha 30 - Diagrama da Figura 13). Neste momento a bateria é a fonte de energia pois o Alternador está inoperante. Ao alimentar os componentes, a tensão da bateria cai e a tendência é que sua energia tenda a se esvair enquanto não for reposta.

Durante a partida é que o corre a maior queda de tensão da bateria (de 12,6 para 9 Volts, aproximadamente), pois ela deve fornecer energia o suficiente para o motor de arranque acionar o motor a combustão do veículo. O acionamento do motor de arranque ocorre pela linha 50, que vai do comutador de ignição até o motor de arranque. No momento da partida ainda não há reposição da energia da bateria.

Após o acionamento do motor a combustão, o motor de arranque passa a funcionar, e como ele está ligado em paralelo com a bateria, ele passa a gerar energia para carregá-la e para manter todo o sistema elétrico do carro operante. O Alternador automotivo tem uma tensão superior ao da bateria (nos carros de passeio ele chega na faixa dos 14,8 Volts aos 16 Volts) justamente para dar conta de toda a carga.

Veja abaixo o diagrama detalhado do sistema de carga:

Figura 14

A tensão alternada que é gerada no Alternador é retificada por duas vias de diodos:

-> Pelos diodos de potência, para a alimentação elétrica do veículo (saída B+);

-> Pelos diodos de excitação, para a alimentação dos enrolamento de campo do rotor após a partida do veículo (saída D+).

Figura 15

Quando giramos a chave para ligar o veiculo, percebe-se que a luz de anomalia da bateria ou Alternador ascende-se no painel. Ao ligar o motor do veículo, esta luz de anomalia se apaga. Mas por que isso acontece?

Figura 16

Vamos explicar o funcionamento da luz de anomalia no painel utilizando da Figura 15.

Por um lado, a lâmpada de anomalia está ligada na linha 15 do comutador de ignição, que posteriormente está ligado ao positivo da bateria. Pelo outro lado, a lâmpada de anomalia está ligada ao D+, ou seja, está em série com o enrolamento de campo do rotor. Na sequência o rotor está ligado ao Regulador de Tensão e carcaça do Alternador.

Como dito acima, a lâmpada de anomalia está em série com a bobina de campo do alternador, e é esta bobina que induz a armadura.

Quando giramos a chave do carro, a luz de anomalia se ascende e uma corrente elétrica passa por ela vindo da bateria em direção ao enrolamento de campo. Quando a partida é dada, o rotor começa a girar e a produção de energia elétrica se inicia. A partir do momento da partida, a luz se apaga, pois o próprio alternador passa a fornecer energia para o enrolamento de campo e assim se extingue a diferença de potencial (DDP - Tensão) entre o enrolamento de campo e a bateria do veículo.

Quando há algum problema no Alternador ou na bateria, a tensão de um ou de outro cai, voltando a ter diferença de potencial entre o Gerador e o acumulador de energia, portanto a luz volta a ficar acesa, indicando uma anomalia.

CURIOSIDADE: Enquanto o Alternador estiver gerando energia, a tensão em B+ e D+ é positiva e com quase o mesmo potencial elétrico (tensão). Se houver uma diferença de potencial acentuada entre B+ e D+, significa que o Alternador não está funcionando direito. Para testar isso, basta colocar uma lâmpada ligada entre B+ e D+ para verificar se há problemas ou não no equipamento.

Com esta explicação surgem algumas dúvidas:

-> Se a luz de anomalia estiver apagada, o Alternador está mesmo gerando energia e carregando a bateria?

Nem sempre, pois se o Alternador estiver gerando um pouquinho menos de 12.6 Volts (tensão da bateria), não estará carregando o acumulador.

Se ocorrer o desgaste das escovas, interrupção da alimentação do enrolamento de campo ou problemas no Regulador de Tensão, a bateria deixará de ser carregada e a lâmpada não vai ascender, ou seja, a anomalia não será notada.

No caso do fio D+ interrompido ou da lâmpada queimada, a reação é distinta, porém o alternador poderá gerar energia sob forte aceleração de forma normal.

-> Se a luz de anomalia ascende, pode se afirmar que o Alternador não está gerando energia e carregando a bateria?

Se a luz ascendeu plenamente, sim, podemos dizer que o Alternador está com alguma anomalia.

Caso a luz se ascenda bem fraquinha, isso poderá indicar uma mau contato no circuito ou um diodo pifado no Alternador, e poderá ter pouco impacto na geração de energia.

OBSERVAÇÃO: Os esquemas apresentados nas figuras 14 e 15 são os mais simples encontrados em automóveis comuns. A principal mudança está na ligação da lâmpada entre o Alternador e a bateria. Em vários modelos já é possível encontrar painéis digitais, sistemas de monitoramento mais moderno pro Alternador e por ai vai. Alguns modelos de Alternadores pode ter até um capacitor junto do circuito retificador e Regulador de Tensão.

Existem três gerações de polias de acionamento do alternador.

-> Primeira geração - Polia rígida: Tem a função única e exclusiva de transmitir, por meio de uma correia, o movimento do motor ao alternador.

Figura 17

Neste caso, toda a vibração do alternador é transferido para o sistema de acessórios. Essa peça tem uma durabilidade maior por não apresentar mecanismos internos.

-> Segunda geração - Polia de roda-livre (OAP): Este modelo de polia contém diversos componentes internos.

Figura 18

Sua função adicional permite que o rotor da peça gire livremente nos casos de desacelerações bruscas ou paradas do propulsor. Com isso, evita-se que a correia “escorregue” e apresente ruídos contribuindo também na redução da vibração do sistema. A polia de roda-livre dura 50 mil quilômetros.

A polia de roda livre tem a função de:

  • Proteger o sistema de acionamento por correia, filtrando as vibrações torcionais do motor para prolongar a longevidade do acionamento por correia;

  • Assegurar o nível de NVH (Ruído-Vibração-Desconforto) do acionamento por correia, para um ótimo conforto na condução;

  • Parar perdas por fricção causadas pelo retardamento da correia;

  • Permitir que o rotor do alternador gire livremente quando o motor abranda ou apaga, para a máxima eficiência do sistema, economia de combustível e redução das emissões de CO2.

Esta tecnologia previne também falhas prematuras no tensionador e agregados, bem como evita o ruído de correia escorregando.

CURIOSIDADE: A polia de roda livre pode ser chamada popularmente por outros nomes, tais como: Polia louca, polia variante e polia catracada.

-> Terceira geração - Polia desacopladora: Além de executar as mesmas funções das anteriores, isola o rotor do alternador, reduzindo o efeito das vibrações torcionais produzidas pelo motor de combustão no restante dos acessórios. O isolamento é feito através de duas massas: o cubo da polia e e a parte externa com os frisos para colocação da correia. As duas estão interligadas por um sistema de amortecimento com molas. Veja a imagem abaixo:

Figura 19

A vida útil da polia desacopladora chega a 100 mil quilômetros.

No geral, a polia de roda livre e a polia desacopladora representam uma evolução tecnológica para os carros.

Poucos sabem, mas em muitos casos, cada versão do veículo possui um Alternador com especificações diferentes. Isso acontece normalmente em carros com versões com e sem ar-condicionado. Para trabalhar, o sistema de ar-condicionado precisa de um gerador mais robusto e mais caro, portanto, versões sem ar-condicionado, que são feitas com a intenção de baratear o veiculo, possuem um Alternador de menor capacidade. Lembre-se, ao instalar ar-condicionado num veículo que veio de fabrica sem este sistema, o Alternador deverá ser trocado.

A vida útil do alternador é de aproximadamente 200 mil quilômetros. Mas, esse tempo pode ser reduzido se o proprietário do veículo instalar uma grande quantidade de acessórios, como faróis de neblina, som de alta potência e sistema de entretenimento (DVD), que consomem mais energia do que o alternador é capaz de fornecer. Os carros saem de fábrica com um alternador capaz de suprir energia aos componentes elétricos que acompanham o veículo de fábrica. Quanto mais itens não originais forem instalados, maior será a demanda de energia e maior será a exigência sobre o alternador. Para preservar essa peça, o mecânico precisa orientar o cliente quanto a cuidados básicos, como desligar sempre os acessórios elétricos ao dar a partida no motor.

Se você notou alguma inconsistência nas informações repassadas ou quer mandar reclamações, dicas, sugestões, envie um e-mail para hardwarecentrallr@gmail.com.

FONTES e CRÉDITOS

Texto: Leonardo Ritter

Imagens: PDF do Instituto Federal de Rio Grande do Norte; Leonardo Ritter, Google Imagens; SENAI-PR.

Fontes: PDF do Instituto Federal de Rio Grande do Norte; SENAI-PR; aparecidooliveira.blogspot.com; Schaeffler (INA); omecanico.com.br;


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