• Leonardo Ritter

Excepcional: Fusível e Fusistor

O artigo desta semana é sobre o fusível e o fusistor.

O HC vai mostrar alguns detalhes e diferenças sobre estes dois componentes eletrônicos muito populares.

O fusível é um componente eletrônico cuja função é proteger o circuito de sobrecargas de corrente e Curto-Circuito, evitando que outras peças e fios sejam danificados ou até mesmo peguem fogo, provocando um problema muito mais grave.

Internamente, o fusível é composto por um fio ou uma lâmina (ambos podem ser chamados de “elo fusível”) de liga metálica de baixo ponto de fusão, isto é, que derrete com uma certa facilidade quando se sobe a temperatura. Devido à esta característica, quando o fluxo de elétrons ultrapassa o limite suportado por este fio ou lâmina, ele se rompe, abrindo o circuito e interrompendo o funcionamento do mesmo. Observe o fio presente no fusível abaixo:

Perceba que o fio está dentro de uma cápsula de vidro com suporte há altas temperaturas e com extremidades feitas de um metal com alto ponto de fusão, tudo para que apenas o fio se rompa, sem causar danos externos ao componente.

Mas o que temperatura tem a ver com corrente elétrica? Simples! Isto pode ser explicado pelo Efeito Joule, algo muito comum na eletrônica!

EFEITO JOULE

“A corrente elétrica aplicada num filamento o sobrecarrega, isto é, os elétrons tem dificuldade em passar pelo condutor e acabam colidindo com os átomos que estão se agitando. Parte da energia cinética (energia do movimento) dos elétrons circulantes é transferida para o átomo, que aumenta seu estado de agitação, consequentemente deixando o filamento cada vez mais quente. A colisão entre os átomos se agitando faz com que o corpo fique cada vez mais quente.

Lembrando que, o Oxigênio colabora para a combustão do corpo, que já está muito quente.”

Trecho retirado dos artigos “Cap. 02. Circuitos elétricos - Condutores e Isolantes” e “Cap. 01. Circuitos elétricos - Corrente, Resistência, Tensão e Potência”.

A lei de joule pode ser expressa por:

Onde:

> Q: Calor gerado por um fluxo de corrente elétrica constante durante um determinado tempo;

> I: O fluxo de corrente que percorre o condutor elétrico;

> R: Resistência elétrica do condutor/

> T: Intervalo de tempo em que houve circulação de corrente elétrica.

Para entender a Lei de Joule, precisamos também ter uma noção do que é Trabalho.

Um Joule é o trabalho realizado para transportar 1 Coulomb de um polo ao outro que possui uma diferença de potencial de 1 Volt. Lembrando que, Coulomb é a unidade de medida para carga elétrica, e Volt é a unidade de medida para tensão elétrica.

A fórmula matemática simples que pode definir trabalho é mostrada abaixo:

Onde:

> W = Trabalho realizado;

> Q = Carga elétrica, em Coulomb;

> T = Tensão elétrica entre os polos.

A energia elétrica que se transforma em energia térmica é diretamente proporcional à resistência elétrica (medida em Ohms), ao quadrado da corrente que o percorre e ao tempo em que houve fluxo de corrente. Esta lei pode ser mostrada na equação abaixo:

Onde:

> W: É o trabalho realizado, sendo neste caso, a energia dissipada por Efeito Joule;

> R: Resistência elétrica, em Ohms;

> I: Intensidade do fluxo de corrente elétrica, em Amperes;

> T: Período de tempo em que houve o fluxo de corrente.

CARACTERÍSTICAS DOS FUSÍVEIS

Pelo metal utilizado no fusível derreter com facilidade, quando a corrente ultrapassa o limite, a temperatura máxima suportada pelo fio é imediatamente ultrapassada, fazendo com que o metal derreta.

Quando se trata do tempo de ação do fusível, isto é, o tempo que ele leva para derreter após uma sobrecarga ou um curto-circuito, o diâmetro do fio ou lâmina metálica é essencial para determinar quantos milésimos de segundos vão passar até que ele entre em colapso para proteger as outras peças. Por isso que existem fusíveis de “ação rápida”, indicados para correntes de Curto-Circuito, e os “retardados”, indicados para correntes de Sobrecarga.

Abaixo, a descrição de algumas características dos fusíveis:

> Corrente nominal: É o valor de corrente que o fusível foi projetado para suportar sem se fundir. Esse valor de corrente é expresso no corpo do fusível e é de fácil compreensão.

> Corrente de ruptura: É o valor máximo de corrente que o fusível pode atingir e se romper;

> Corrente convencional de atuação: É o valor de corrente que provoca a ação do fusível dentro de um determinado período de tempo.

> Curva característica: Serve para mostrar o tempo necessário para o fusível entrar em ação em relação à quantidade de corrente circulante.

> Elo fusível: O tempo que o fio ou lâmina leva para se fundir é proporcional a corrente aplicada e da inércia térmica do material que constitui o Elo, que em muitos Fusíveis pode ser Chumbo ou Cobre recoberto de Zinco.

CURIOSIDADE: Leia este pequeno texto sobre Inércia Térmica:

"Podemos fazer uma analogia à mecânica:

Um corpo parado em algum lugar, tende a ficar parado caso nenhuma força externa seja aplicada a ele. Já um corpo em movimento, tende a permanecer em movimento após uma força o movimenta-lo. A inércia é a tendência de um corpo em manter seu estado inicial, de repouso, ou seu estado final, de movimento.

O estado inicial, isto é, um corpo parado, imóvel, só pode ser alterado se uma força for aplicada a ele, uma força externa, já o estado final de movimento, é quando a força já foi aplicada, e o objeto tende a se mover e manter o estado de movimento, parando apenas por questões de atrito ou por uma outra força externa maior.

A Terra mantém seu movimento sobre si (um movimento de rotação), que é um movimento inercial. Se a Terra parasse seu movimento de rotação neste exato momento, todos os corpos presentes no planeta tenderiam a continuar o movimento e seriam ejetados para o espaço!

Um automóvel, ao colidir numa parede, por exemplo, é parado instantaneamente, enquanto que os passageiros desta máquina tendem a manter o movimento e serem ejetados para fora. Por este motivo que o cinto de segurança é uma ótima invenção!

Quando se trata de inércia térmica, temos a absorção de calor, que pode ser alta ou baixa dependendo do material e do volume que ele ocupa. Materiais como por exemplo o Estanho, derretem com facilidade pois absorvem calor de forma muito rápida, isto é, possuem uma baixa inércia térmica. Com o elo do fusível deve ocorrer a mesma coisa, isto é, ele deve chegar ao seu limite de temperatura e se romper bastando-se do excesso de corrente elétrica que flui durante um curtíssissimo período de tempo."

O Que é Curto-Circuito? Falamos tanto de Fusíveis, mas um termo comum e que provavelmente muitos não tem um embasamento técnico aprofundado é o tal do "Curto-Circuito". Observe a explicação abaixo, retirada do artigo “Cap. 01. Circuitos elétricos - Corrente, Resistência, Tensão e Potência”:

"Um curto-circuito é quando a resistência do circuito é igual a zero, e quando isso acontece a corrente tende a ser infinita pois, neste caso qualquer número dividido por zero gera um valor infinito. Se você colocar um fio de cobre no polo positivo e outro no polo negativo de uma fonte de energia e interliga-los, isso gerará um curto circuito e a corrente infinita acabará danificando os fios."

TIPOS DE FUSÍVEIS

Existem vários formatos de fusíveis. Os principais vão ser detalhados abaixo!

> Fusível de vidro: Em fontes de PC e diversos outros aparelhos comuns no

nosso cotidiano, o tipo de fusível mais comum é o mostrado na imagem ao lado.

O Fusível de vidro possui este nome pois o elo fusível está envolvido num invólucro de vidro protetor bastante resistente, e seus terminais em forma de caneco podem ser encaixados num soquete específico na PCB.

Este fusível pode ter um terminal fixado em cada caneco, permitindo que o mesmo seja soldado diretamente na PCB.

O Valor de corrente nominal vem especificado na carcaça e pode ser entendido facilmente.

> Mini-Fusível: Este é bastante encontrado no compartimento de fusíveis de

automóveis. São pequenas peças com dois terminais laminados e um invólucro plástico que pode assumir diversas cores, sendo que cada cor representa características diferentes. Na imagem ao lado você pode ver um desenho detalhado de um Mini-Fusível com o elo fusível rompido.

> Fusível JCase: Fusíveis comumente encontrados em automóveis. Possuem

versões de Perfil Baixo e Standard, conector fêmea centralizado, invólucro plástico bastante resistente e disponibilizado em várias cores de carcaça, cada cor representando características diferentes.

Um dos pontos positivos é o maior tempo de atraso e a baixa queda de tensão.

> CLIQUE AQUI e veja um PDF com outros tipos de fusíveis, sendo que alguns deles são menos populares ou até mesmo obsoletos.

O fusível térmico protege o circuito das temperaturas muito elevadas, que também podem prejudicar e até mesmo causar grandes problemas num equipamento.

Um fusível térmico possui como componente principal uma Cera Térmica eletricamente isolada. Sob esta Cera, uma mola de contato apoiado contra um contato fixo. Todo este conjunto se mantém desta forma durante temperaturas normais de funcionamento. Quando a temperatura limite predefinida é atingida, a base de Cera se liquefaz (derrete), a mola cede, desfazendo o contato elétrico do Fusível Térmico e abrindo o circuito. Veja abaixo imagens de Fusíveis Térmicos:

O Fusível Térmico é um componente barato e eficiente na proteção do superaquecimento de equipamentos diversos. Até mesmo dentro de motores elétricos é possível encontrar um componente destes, como você pode ver na imagem abaixo:

Quando um fusível térmico entra em ação, ele não pode ser restaurado, e assim como um fusível comum, deve ser substituído por um de características idênticas.

O Fusistor, também chamado de Pico-Fusível e Chip-Fusível, é outro método de proteção de circuitos, mas de forma nenhuma pode ser confundido com o Fusível: são componentes bastante diferentes!

O Fusistor "original" é constituído por um resistor de baixa resistência elétrica, um ponto de solda e uma mola metálica. Quando a corrente ultrapassa o limite do resistor, o excesso de temperatura gerado faz com que a solda derreta antes do resistor entrar em curto, pois ela também é uma liga metálica com um baixo ponto de fusão. Com a solda derretida, a mola empurra o resistor, abrindo o circuito. Veja nos desenho abaixo, a ideia de funcionamento do do Fusistor:

Agora, observe o que acontece com o Fusistor após um curto-circuito:

Se o resistor for empurrado novamente para o lugar e um novo ponto de solda for feito, o Fusistor pode voltar à vida e proteger o circuito novamente!

Os Fusistores mais atuais, chamados de Pico-Fusível ou Chip-Fusível, tem um funcionamento diferente: o excesso de corrente é transformado em energia térmica e ou luz., depende do modelo e da aplicação também!

Na imagem abaixo, um Pico_Fusível em formato axial:

Perceba na imagem abaixo, que eles são bastante semelhantes com os resistores axiais:

Obviamente, estes componentes possuem um limite de dissipação, e após este limite ser ultrapassado, o componente dá sua vida pelos demais e então o circuito é aberto.

Normalmente, o valor de corrente nominal de um Pico-Fusível é informado na carcaça do componente, de forma quase sempre legível.

Observe o diagrama abaixo, simbolizando o funcionamento de um Pico-Fusível:

Analisando algumas placas de vídeo, é possível notar um Chip-Fusível na linha de tensão de 12 Volts do slot PCI Express. Este pequeno componente em formato SMD deve ter uma resistência elétrica menor que a das trilhas, pois caso dê algum curto-circuito na placa, quem será prejudicado é é ele.

Observe que o Chip-Fusível SMD possui valor "0" marcado em sua carcaça.

No caso dos Chip-Fusíveis, o número mostrado em cima do componente pode ser um pouco confuso.

> Quanto menor o valor marcado, maior a resistência do componente;

> Quanto maior o valor marcado, menor a resistência do componente.

Um Fusistor na entrada de energia impede que um curto-circuito danifique componentes mais complexos e até mesmo as trilhas da PCB, só que, ao trocar um Fusistor queimado, deve observar atentamente suas características e as características do circuito.

Caso o curto-circuito afete e rompa as trilhas da PCB, dificilmente a placa poderá ser recuperada, pois são trilhas muito finas e em várias camadas da placa, por isso que um Chip-Fusível pode ser essencial!

DETALHE: Assim como no Fusível, o coeficiente do Fusistor é a corrente elétrica, diferente do Fusível Térmico, em que o coeficiente é a temperatura!

EXEMPLO:

Podemos usar uma placa de vídeo como exemplo:

Suponha que, um determinado modelo de chip gráfico necessite de 50 amperes para funcionar com os clocks e configurações internas em Default.

As trilhas de todo o circuito de alimentação do chip gráfico são feitas para suportarem uma corrente maior que essa, para que não haja problemas de sobrecarga nos condutores da PCB, normalmente cerca de o dobro da corrente máxima extraída pela GPU. Neste exemplo então, as trilhas do PCB suportarão uma corrente de 100 amperes.

O Fusistor deve estar entre estes valores: ele não poderá exceder os 100 amperes, pois a partir deste valor ele não terá mais efeito no circuito, mas também não poderá estar abaixo dos 50 amperes, pois abaixo disso ele limitará todo o circuito de alimentação, e consequentemente a GPU, que poderá ficar instável.

Como se trata de uma placa de vídeo, o overclock é algo que está no sangue da maioria dos gamers, e quando se aumenta os valores de clock do chip gráfico, deve se aumentar também a alimentação elétrica, para que não haja instabilidades, portanto, o Fusistor deve estar entre a corrente necessária para o funcionamento do VRM do processador gráfico e a corrente máxima suportada pelas trilhas da PCB, isto é, neste exemplo, o Fusistor deve estar na faixa de suporte há 75 amperes.

EXEMPLO2:

Utilizando-se do Exemplo 1: E se, no lugar do Fusistor, fosse colocado um Fusível?

O Fusível possui um limite de corrente elétrica, a partir desse limite ele simplesmente se romperia e a placa deixaria de funcionar. Um Chip-Fusível ou um Pico-Fusível não faz isso, como você pode ver nas explicações desse textão!

No manual de usuário de praticamente todos os veículos é possível encontrar informações sobre a localização e os tipos de fusíveis utilizados. Disponibilizamos o manual do Chevrolet Onix 2013 neste artigo, e para acessá-lo basta CLICAR AQUI!

E Este foi mais um artigo completão do Hardware Central! Como você pode ver, um simples fusível pode envolver dezenas de termos, características, tipos e várias outras coisas!

Se tu sabes mais alguma coisa sobre estes componentes ou deseja mandar uma correção, sugestão ou crítica, entre em contato pelo e-mail hardwarecentralr@gmail.com

FONTES e CRÉDITOS:

Texto: Leonardo Ritter

Imegens: Leonardo Ritter; Google imagens.

Fontes: Manual de Usuário do Chevrolet Onix 2013; Saber Elétrica; Mundo da Elétrica; Sala da Elétrica; Instituto Newton C. Braga; ADD Therm; Canal do You Tube "ElectroLab"; Canal do You Tube "Astronauta de Quinat"; Wikipédia(Somente artigos com fontes verificadas!).

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