Ruídos eletromagnéticos em veículos automotores: fenômenos inevitáveis, porém controláveis

Interferências Eletromagnéticas e a História: Já durante a Segunda Guerra Mundial, o uso intenso de sistemas radiofônicos e radares necessitava de espectros eletromagnéticos, e com tudo isso surgiram interferências e alguns casos de mau funcionamento. Nos anos 1950, o surgimento dos transistores bipolares à base de semicondutores oferecia a vantagem de realizarem grandes feitos mesmo em pequenas dimensões, entretanto eram extremamente vulneráveis a interferências. Em 1960 houve o surgimento dos circuitos integrados, que aumentavam as funcionalidades dos circuitos eletrônicos. Na década de 1970 deu-se início ao uso do microprocessador, que apresentava integração eletrônica muito maior, operava com sinais de baixa amplitude e baixa potência, e o início do processamento digital ao invés do processamento analógico. Houve ganhos em eficiência, velocidade, dimensões, entretanto tratava-se de uma grande fonte de ruído devido à alta frequência de funcionamento. Atualmente as frequências de operação dos microprocessadores facilmente superam 1GHz, e os níveis de ruídos aumentam consideravelmente, assim a importância da Ciência referenciada como Compatibilidade Eletromagnética ganha destaque e tornou-se uma área de grande importância na Tecnologia Atual.

ESTUDO DE CASOS

1) Há um tempo um dado veículo foi desenvolvido com um novo conceito de microprocessador, para controle de emissões. Ao trafegar por uma determinada via, o veículo perdia a funcionalidade.

2) No início da implantação do ABS os veículos Mercedes Benz apresentavam problemas de frenagem em um determinado trecho da Autobahn (Autopista Europeia).

3) Em meados dos anos 70 um veículo apresentava falha na injeção de combustível em um determinado trecho de uma rodovia.

Apesar de inúmeros outros casos de Interferências Eletromagnéticas, todas situações citadas acima possuem algo em comum, o Agente Causador. Um veículo automotor sempre foi um Agente Causador de Baixas Frequências, e a principal preocupação da Engenharia era tornar um Sistema Automotivo susceptível aos espúrios gerados pelos demais veículos, ou seja, na ordem de kHz. Enfim, todas interferências causadas nos exemplos acima se referem à ordem de MHz. Atualmente, no exterior existe a Norma CISPR 25 e CISPR 12, segundo a qual o Veículo é submetido a uma faixa de frequência entre 100 kHz e 2650 MHz, com um Campo de 140 V/m. Tais dados podem parecer uma incógnita, portanto apenas saibam que é a pior situação possível de teste, inclusive realizadas em Veículos Militares.

EMISSIVIDADE ELETROMAGNÉTICA CONDUZIDA

Trata-se da característica de um dado equipamento em emitir, através de suas linhas de alimentação ou transmissão de dados, o que chamamos de “distúrbios eletromagnéticos” que, consequentemente, atingem os demais sistemas do veículo. Existem Ensaios Laboratoriais que verificam se tais equipamentos possuem filtros apropriados para evitar que perturbações eletromagnéticas se dissipem pela linha de alimentação e comunicação de dados. Vale dizer que não existem meios físicos de evitar que uma perturbação seja propagada ao restante do sistema, entretanto o foco da Engenharia atual é, simplesmente, “blindar” o sistema, evitando-se que haja propagação desordenada dos ruídos e também que os demais acessórios possuam suportabilidade às perturbações. 

PRINCIPAIS AGENTES GERADORES

Sistema de Ignição: Há anos atrás se tratava de um verdadeiro “vilão” em relação à tecnologia eletrônica veicular. Entretanto, tendo em vista que as implementações tecnológicas automotivas tornam-se cada vez mais preponderantes, tornou-se necessário que a Engenharia Automobilística no Brasil agisse com total eficiência a fim de se adequar às Normas Internacionais, por mais que não fossem compulsórias (obrigatórias) em nosso País.

Implantação de Cabos e Velas Resistivas: Explicar sucintamente os benefícios obtidos com tais mudanças com certeza não é o foco dessa matéria, entretanto coloco-me à disposição para explicar aos interessados. Vale lembrar que quanto maior a resistência de um cabo, menor sua corrente. Em relação à Corrente Elétrica, essa origina “Linhas de Campo”, que podem ser chamadas de Campo Magnético. Essas Linhas de Campo circulam sempre ao redor do fio cuja corrente está fluindo.

Imaginemos que quanto maior a corrente circulante em um condutor, maior o número de linhas de campos, e consequentemente maior a possibilidade de tais linhas de cabos próximos atingirem outros cabos condutores paralelos. E isso originaria o que chamamos de “corrente parasita”, perturbações causadas devido altas correntes em cabos próximos. Justamente por esse motivo foram implantados cabos e velas resistivas, já que assim a corrente seria drasticamente reduzida e também suas linhas de campo ao redor do cabo, o que dificultaria a indução eletromagnética nos cabos vizinhos. 

Alimentação de Cargas Indutivas: Vários itens veiculares são constituídos por cargas indutivas, que nada mais são que consumidores formados por enrolamentos de Cobre ou qualquer outro material condutor, desde um Relé, um Eletroventilador, o primário e o secundário de uma Bobina, a Bomba de Combustível, Bicos Injetores, entre outros. 

Todo e qualquer enrolamento, quando conduzido por uma corrente contínua, ou alternada, tende a armazenar energia. Quando esse circuito é aberto repentinamente surge uma tensão contrária à que foi aplicada e com maior amplitude. Essa tensão contrária tende a fluir no sentido inverso com uma amplitude bem maior que o habitual.

E isso é justificado pelo fato abaixo:

Toda comutação de Relé, bico injetor ou bobina, comumente se faz por um sinal negativo, uma vez que no momento da interrupção do sinal, a tensão reversa acompanha seu decréscimo e tende a se descarregar no aterramento. Caso o sinal comutável fosse o positivo, a tensão de pico se dissiparia por todo ramal que o mesmo alimenta e poderia causar avarias.

ORDEM DE DESCONECTAR E CONECTAR OS BORNES DE UMA BATERIA

A maioria dos Especialistas e Instrutores cita este procedimento, porém talvez se esqueçam de citarem o motivo pelo qual devemos obedecê-lo.

Ao desconectar uma Bateria:

1) Soltar Borne Negativo;

2) Logo Após Soltar o Borne Positivo da bateria.

Ao conectar uma Bateria:

1) Prender o Borne Positivo;

2) E finalmente prender o Borne Negativo.

Essa ordem tem uma justificativa, e tem a ver com geração de Ruídos na Linha de Alimentação:

Qualquer desconexão ou conexão tende a gerar um impulso de tensão e corrente. Ao “fecharmos” uma conexão pelo borne negativo, estamos propiciando que tais ruídos tenham seu trajeto realizado em sentido ao aterramento. Uma desconexão ou conexão contrária ocasionará um impulso de tensão justamente na linha positiva, e tal distúrbio tenderá a se alastrar por toda rede de alimentação.

Por isso é de grande importância realizarmos procedimentos corretos relacionados à ligação e desligamento da bateria.

RELÉS AUTOMOTIVOS DE QUALIDADE DUVIDOSA – CUSTO VERSUS PREJUÍZO

Aparentemente inofensivos, o que pode ser um simples componente Magneto-Mecânico pode transformar-se em um grande emissor de Ruídos altamente prejudiciais ao sistema.

Um Relé, ao receber um sinal e ter sua bobina de magnetização alimentada, origina uma força magnética, que atrai um filamento de propriedades metálicas e promove a comutação de um ou mais contatos, possibilitando o funcionamento dos sistemas consumidores de grandes potências. Geralmente, esses Relés são responsáveis pelo acionamento de cargas indutivas, como ventiladores, Bombas de Combustíveis, entre outros consumidores com tais características. 

Ligar tais cargas não representa um grande problema, porém ao desativá-las lidamos com um fenômeno magnético, altamente prejudicial ao sistema como um todo. Toda carga indutiva quando interrompida tende a gerar uma tensão de Pico negativa altamente “destrutiva” aos semicondutores que suportam, tão somente, um sentido de corrente, ou seja, a médio e longo prazo o sistema tende a se avariar.

DIODO DE “RODA LIVRE”

Um Relé Eletromecânico deve possuir um dispositivo chamado “Diodo de Roda Livre”. Trata-se de um procedimento no qual o componente é montado de forma estratégica, com o objetivo de evitar que pulsos de tensão negativa fluam para o ramal de alimentação, que inclusive, abrangem outros sistemas do veículo. É uma maneira de se evitar uma espécie de “avalanche”, na forma de tensão aplicada em sentido oposto, o que, para um Sistema formado por semicondutores, ocasionaria graves consequências a médio e longo prazo.

A bobina entre os terminais 86 e 85 do Relé tende a armazenar energia durante a passagem de corrente contínua. No momento em que a ECU cessa o sinal negativo que alimenta tal Bobina, sua corrente armazenada ainda existe, e necessita ser dissipada. Com o contato 85 aberto, a única solução é uma condução inversa, que chega a todos consumidores que utilizem o mesmo ramal referente ao Pino 86.

Nota-se que em um Relé equipado com um “Diodo de Roda Livre”, a Tensão reversa não retorna aos demais consumidores do ramal de alimentação, uma vez que o Diodo possibilita que a corrente circule em “loop” sobre a bobina de magnetização, e dissipe sua energia através do enrolamento da mesma.

ATERRAMENTOS – A MELHOR FORMA DE PREVENÇÃO

Os aterramentos (terra ou ponto de potencial nulo) em um sistema veicular, não são equipotenciais, ou seja, possuem diferentes potenciais, e consequentemente diferentes comportamentos diante de uma corrente elétrica. Enfim, Aterramento nada mais é do que o caminho com a menor impedância para a corrente elétrica retornar a fonte.

Mas temos um porém a ser considerado em aplicações automotivas, o ponto de aterramento na parte traseira não possui o mesmo potencial da parte dianteira e vice e versa. Esta é uma condição comum, já que o chassi do veículo não é estampado em uma única chapa metálica, mas em várias delas, que posteriormente são soldadas, e tais procedimentos causam diferenças resistivas. Portanto, a corrente de várias cargas diferentes, uma vez que fluem para um ponto comum, pode causar variações no potencial do ponto de aterramento. Por isso esta condição é trabalhada utilizando sistemas de aterramento híbridos, ou seja, separando os pontos de aterramento para tipos específicos de cargas.

DICA

Portanto, nunca deve-se aterrar uma carga de baixo consumo juntamente com uma segunda carga de alta potência, já que esta tenderá a utilizar grande parte da potência.

BLINDAGENS  ELETROMAGNÉTICAS

A blindagem eletromagnética em um sistema veicular reduz a amplitude do sinal interferente de duas formas:

Reflexão – Neste caso, tudo ocorre baseado no conceito da reflexão, ou seja, o espúrio, ao se deparar com um cabo ou sistema blindado não consegue infiltrar-se, e procura outros meios susceptíveis.

Absorção – Geralmente constituído por princípios capacitivos, em que, dependendo da frequência de um dado ruído, este é conduzido pela capacitância, retornando à sua fonte geradora antes que atinja um sistema susceptível às perturbações.

RESUMO TEÓRICO

Neste material enfatizei distúrbios eletromagnéticos de origem conduzida, porém devido à abrangência de tal assunto, preferi tratar os assuntos comentados com total dedicação para que todos compreendam. Tratar um material de forma “genérica”, e resumidamente não condiz com minha política de ensino. 

Dessa forma, em um futuro próximo, prometo voltar a este assunto e instruir um pouco mais os amigos.