O magnetismo é uma propriedade de certos materiais, denominados “ímãs”, de exercer atração sobre materiais ferrosos. Esta característica é encontrada na natureza, em alguns materiais como a magnetita, que geram, em torno de si, um campo magnético responsável por uma força de atração sobre o ferro, aço e outros materiais denominados “ferromagnéticos”.
O eletromagnetismo, por sua vez, é o magnetismo que resulta da interação de certos materiais com a energia elétrica.
É precisamente o eletromagnetismo que fornece uma ligação entre as energias mecânica e elétrica. Assim, utilizando princípios de eletromagnetismo, o alternador converte energia mecânica, fornecida pelo motor, em energia elétrica. A aplicação dos mesmos princípios resulta na transformação de energia elétrica em mecânica, no motor de partida.
• Ímã - Todo ímã possui dois polos denominados, por convenção, “norte” e “sul” (fig.1), e verifica-se que polos opostos se atraem e polos iguais se repelem. Há três tipos de ímãs:
- Naturais: Encontrados na natureza; geralmente, pequenas pedras que têm como base minério de ferro. São permanentes.
- Artificiais: Feitos pela mão do homem; geralmente, peças de ligas metálicas que foram, durante o processo de fabricação, submetidas a intensos campos magnéticos. São permanentes.
- Eletroímãs: Utilizam corrente elétrica para gerar um campo magnético. Não são permanentes.
• Campo Magnético - Todo ímã forma em torno de si um campo magnético, responsável pela geração das forças de atração e repulsão. Como auxílio à compreensão do fenômeno, admite-se que o referido campo é formado por linhas invisíveis denominadas “linhas de força” ou “linhas de fluxo”, as quais se concentram nos polos e se espalham no espaço ao seu redor.
Um ímã de alta densidade de fluxo (muitas linhas de força) exerce uma força de atração maior que outro de tamanho similar, de menor intensidade de campo.
• Força Magnética - As linhas de força magnética atravessam todos os materiais; praticamente não existem isolantes magnéticos.
No entanto, a linhas de fluxo passam mais facilmente por materiais que podem ser magnetizados, ainda que não permanentemente, que através daqueles não magnetizáveis.
• Bobina, Solenoide, Eletroímã - Uma bobina é um componente elétrico, também conhecido como “indutor” ou “solenoide” (fig.2), que consiste de um condutor enrolado sobre uma forma ou núcleo (ar, por exemplo). Cada uma das voltas do enrolamento denomina-se “espira”.
Verifica-se que uma corrente elétrica circulando por um condutor cria linhas de fluxo magnético em torno dele na forma de círculos (fig.3a).
Uma característica importante a salientar é que o campo permanece enquanto haja circulação de corrente. Ao cessar a corrente, cessa o campo magnético.
No entanto, se esse condutor é enrolado, formando uma bobina ou solenoide, as linhas de força circulares se somam, formando um campo magnético unificado com polos norte (N) e sul (S) (fig.3b).
Enquanto a corrente elétrica circula, a bobina se comporta como uma barra de material magnético, formando um “eletroímã” (fig.4).
A força magnética de um eletroímã é proporcional ao número de voltas e à corrente que circula pelo condutor. Também resulta inversamente proporcional à “resistência” que o material, que constitui o núcleo da bobina, opõe à passagem das linhas de força.
Assim, se o condutor é enrolado em uma forma de material ferromagnético (um núcleo de ferro, por exemplo), a força magnética aumenta de forma considerável já que o ferro possui uma “resistência” à passagem das linhas de fluxo magnético muito menor que a do ar.
Para ilustrar o conceito será utilizado o exemplo da figura 5. No circuito, o interruptor se encontra inicialmente, aberto (fig.5a); portanto, não circula corrente pela bobina. Na figura, a bússola aponta para o polo norte magnético (terrestre). Ao fechar o interruptor (fig.5b) circula corrente no circuito e como consequência, se estabelece um campo magnético gerado pela bobina. Isto pode ser constatado pela mudança na orientação da bússola, que agora se alinhará com o eixo da bobina.
A intensidade do campo gerada por um indutor, com relação àquela gerada pelo condutor não enrolado, resultará aumentada (multiplicada) em relação direta com o número de voltas ou espiras da bobina.
Existem outras formas de aumentar o campo gerado:
- Aumentando a intensidade da corrente i.
- Enrolando a bobina sobre um núcleo ferromagnético.
O eletroímã é a base construtiva dos relés e das válvulas solenoides, dispositivos que serão analisados a seguir.
• Válvula Solenoide - Basicamente, é um recipiente fechado contendo duas câmaras separadas por um diafragma: Câmara do fluido e Câmara da mola. (Fig.6)
Solidária ao diafragma, está afixada uma agulha ou esfera (válvula de alívio), que assenta na sede do tubo de saída.
Na condição de repouso, a mola força o diafragma e, por consequência, a esfera ou a agulha, a assentar na sede, fechando a saída.
Na câmara da mola existe ainda um solenoide envolvendo uma haste ferromagnética, solidária ao diafragma.
Quando energizado, o solenoide puxa a haste para dentro dele, o que provoca a movimentação do diafragma (e a esfera) no sentido de abrir o duto de saída, permitindo a passagem do fluido: líquido ou gasoso.
Este tipo de válvula é utilizado, entre outros, no sistema de controle de emissões evaporativas.
• Relé - É um dispositivo que permite, com uma corrente de baixo valor (em torno das dezenas ou centenas de miliamperes), controlar correntes 20 a 30 vezes maiores.
O relé consiste de um núcleo ferromagnético sobre o qual está enrolada uma bobina, formando um eletroímã, o qual constitui o circuito de controle do relé. O conjunto está montado numa base metálica.
A ação de chaveamento é conseguida por um par de contatos (platinado), um dos quais é fixo. O outro está montado numa armadura móvel dentro do campo de ação do eletroímã. Este conjunto constitui o circuito de potência.
- Sem corrente na bobina (fig.7a), os contatos permanecem separados pela ação da armadura (mola) na qual está montado o contato móvel.
- Com a bobina energizada (fig.7b) circula a corrente ic e a armadura é atraída pelo eletroímã, fechando assim, o circuito de alta corrente ou circuito de potência.
A corrente i, do circuito de potência, pode ser até 20 ou 30 vezes maior que a corrente do circuito de controle (ic). Em casos especiais, como o do relé ou solenoide de partida, esta relação pode ser ainda maior.
O tempo de resposta do relé (o tempo entre a aplicação da corrente na bobina e o fechamento efetivo dos contatos) é da ordem de 10 a 20 mS.
Do ponto de vista eletrônico, o relé é um dispositivo relativamente lento e de baixa confiabilidade se comparado com os dispositivos eletrônicos semicondutores. Seu uso fica restrito ao acionamento de motores, de luzes, de aquecedores, etc.
Configurações
A figura 8 apresenta diversos tipos de relés com os símbolos geralmente utilizados nos esquemas elétricos e com a numeração dos terminais padronizada segundo norma. Isto não sempre é levado em consideração nos esquemas.
[a]. Relé “Normalmente Aberto” (N/A). Os contatos fecham ao ser ativado o relé.
[b]. Relé “Normalmente Fechado” (N/F). Os contatos abrem ao ser ativado o relé.
[c]. Relé “N/A-N/F”. Normalmente fechado no terminal 87. Ao ser ativado, abre o 87 e fecha o 87a.
[d]. Relé “N/A” com proteção por diodo contra inversão de polaridade na alimentação da bobina. Este tipo de relé deve sempre receber tensão positiva no seu terminal 86.
Exemplo de Utilização: Nos exemplos, o relé controla uma lâmpada de potência elevada (pode ser o farol alto).
- A figura 9a mostra a configuração para o controle por positivo, na qual o interruptor, ao fechar, fornece a alimentação da bobina.
- A configuração 9b mostra o controle por negativo em que, o interruptor, ao fechar, fornece massa.
Em ambos os casos, a corrente que circula pelo interruptor pode ser 20 ou 30 vezes menor que aquela da lâmpada.
Nota: Nas aplicações em que há necessidade de tempos de chaveamento menores ou de alta confiabilidade, são utilizados dispositivos semicondutores de potência ou “relés de estado sólido”.