apostila de eletricidade (módulo i)

7/27/2019 Apostila de eletricidade (mdulo I)

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EELLEETTRRNNIICCAABBSSIICCAA

CCAATTEERRPPIILLLLAARR((MMDDUULLOO II))

Elaborado por Leandro RodriguesTreinamento tcnico

Maio de 2010


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Eletrnica Bsica Maio/2010

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Sumrio

Introduo a eletricidade 3

tomos 3Princpios Eltricos 5Tenso Eltrica 7Corrente Eltrica 8Magnetismo 11Transformador 12Induo Eletromagntica 14Tenso Alternada 15Tenso Contnua 18Circuito Eltrico 18Resistncia Eltrica 20Resistncia em um Condutor (1 Lei de Ohm) 24

Potncia Eltrica 26Circuitos Bsicos (Srie, Paralelo e Srie-Paralelo) 27Divisor de Tenso 31Capacitor 32Diodo 33Gerador de Tenso 34Bateria 35Alternador 37Condutores 40Dispositivos de Proteo 43

Rel 45Solenide 46Motor de Arranque 47Lmpadas 48Interruptores 49Sensores 53Conectores 61Mdulo de Controle Eletrnico (ECM) 65Voltagem Pull Up 69Cabos Data Link 70

Sistemas de Monitoramento Caterpillar (CMS) 72Sistema de Monitoramento Caterpillar 74


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Introduo a eletricidade

Lanternas, furadeiras eltricas, e os motores so eltricos. Computadores e televisores so

referidos como eletrnicos. Qualquer componente que funciona com eletricidade eltrica, incluindo

as lanternas e furadeiras eltricas, mas nem todos os componentes eltricos so eletrnicos. O termo

refere-se aos dispositivos eletrnicos semicondutores conhecidos como dispositivos de eltron. Esses

dispositivos dependem do fluxo de eltrons para a operao.

tomos

O tomo a menor partcula que ainda caracteriza um elemento qumico. Ele apresenta um

ncleo com carga positiva (Z a quantidade de prtons e "E" a carga elementar) que apresenta quase

toda sua massa (mais que 99,9%) e Z eltrons determinando o seu tamanho.

At fins do sculo XIX, era considerado a menor poro em que se poderia dividir a matria. Mas nas

duas ltimas dcadas daquele sculo, as descobertas do prton e do eltron revelaram o equvoco

dessa ideia. Posteriormente, o reconhecimento do nutron e de outras partculas subatmicas

reforou a necessidade de reviso do conceito de tomo.

O tamanho e a carga eltrica das partculas invisveis de um tomo indicada, por quanto os tomos

so desviados por foras desconhecidas. O atual modelo atmico, com um ncleo no centro foi

proposto por Niels Bohr em 1913. O modelo atmico modelado do sistema solar com o sol no centroe os planetas girando em torno dele.


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O centro de um tomo chamado de ncleo. O ncleo composto principalmente de

partculas chamadas prtons e nutrons. Girando em torno de cada ncleo so as pequenas

partculas chamadas de eltrons. Estes eltrons so muito menores em massa que o prton e

nutrons.

Normalmente, um tomo tem um nmero igual de prtons no ncleo e eltrons em torno doncleo. O nmero de prtons e eltrons chamado de nmero atmico. O peso atmico de um

elemento o nmero total de partculas, prtons e nutrons que esto no ncleo

Os cientistas descobriram muitas partculas no tomo. Para explicar a eletricidade de base,

apenas trs partculas sero discutidas: eltrons, prtons e nutrons. Para melhor compreender os

conceitos bsicos de eletricidade, vamos utilizar um tomo de cobre como um exemplo .

.

Na ilustrao acima mostra um tomo de cobre tpico. O ncleo do tomo no muito maior do que

um eltron. No tomo de cobre no ncleo contm 29 prtons (+), 35 nutrons. O tomo de cobre tem

29 eltrons (-) que orbitam o ncleo. O nmero atmico do tomo de cobre de 29 e o peso atmico

64. Quando um comprimento de fio de cobre est ligado fonte de positivo e negativo, como uma

pilha seca, ocorre o seguinte processo.


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Um eltron (-) forado a sair de rbita e atraiu para o positivo (+) da bateria. O tomo agora

positivo (+) porque ele agora tem uma deficincia de eltrons O tomo, por sua vez atrai um eltron

de um vizinho. O vizinho, por sua vez recebe um eltron do tomo seguinte, e assim por diante at o

ltimo tomo de cobre recebe um eltron a partir do final negativo da bateria.

O resultado desta reao em cadeia que os eltrons se movem atravs do condutor a partir

do final negativo para o plo positivo da bateria. O fluxo de eltrons vai continuar enquanto as cargas

positivas e cargas negativas da bateria so mantidas em cada extremidade dos bornes.

Princpios Eltricos

A eletricidade uma propriedade bsica da matria, gases, slidos e os lquidos presentes no

mundo. Por esta razo, comearemos a explorar a eletricidade revendo a estrutura bsica da matria.

A matria composta de substncias bsicas chamadas de elementos qumicos. O

hidrognio, o oxignio, o carbono, o cobre e o urnio so exemplos de elementos.

Algumas substncias so combinaes de elementos qumicos. A gua, por exemplo, uma

combinao de hidrognio e oxignio. Outras substncias contm somente um elemento, por

exemplo, o cobre puro.

Estes elementos so conhecidos por tomos e possuem caractersticas prprias. Estes

elementos possuem diversos comportamentos eltricos. Para entendermos melhor estes

comportamentos, vamos visualizar o comportamento de um tomo de cobre, freqentemente

encontrado em aplicaes eltricas.


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No centro de cada tomo de cobre existe um ncleo, contendo partculas chamadas de

Prtons e Nutrons. No cobre, h 29 Prtons no ncleo.

Cercando o ncleo de cada tomo h uma ou mais partculas orbitando, chamadas de

eltrons. O tomo de cobre possui normalmente 29 eltrons.

Uma forca de atrao entre os prtons e eltrons sustenta os eltrons em rbita ao redor do

ncleo. Os Prtons no ncleo possuem carga positiva que atrai a carga negativa de cada Eltron. As

cargas dos Prtons e Eltrons possuem foras iguais, porem de sinal oposto (+ ou -).

O equilbrio eltrico ocorre quando o nmero de eltrons de um tomo exatamente igual ao

nmero de prtons. Nesta condio, o tomo no exerce foras externas de atrao, nem positiva

nem negativa.

ltimo eltron


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Considere o que aconteceria se uma carga positiva, fora do tomo, atrasse o ltimo eltron

deste tomo. A quantidade de prtons maior que a quantidade de eltrons, com isso, o tomo

estaria predominantemente positivo.

+

Considere o que aconteceria se uma carga negativa for acrescentada a este tomo. A

quantidade de eltrons ser maior do que a quantidade de prtons, com isso, o tomo estaria

predominantemente negativo.

Tenso EltricaA diferena de carga eltrica entre dois pontos gera um tipo de fora chamada de tenso

eltrica. Esta fora capaz de mover eltrons atravs do fio, da extremidade negativa at a

positivamente carregada. Quanto maior a diferena de carga entre as duas extremidades, maior ser

a tenso, e maior ser a fora disponvel para deslocar os eltrons. Com isso, se a tenso de um


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circuito aumentar, o deslocamento de eltrons aumentara tambm, e se, a tenso diminuir, o

deslocamento tambm diminuir. A unidade de medida de tenso eltrica Volts (V).

Nestas ilustraes, o primeiro exemplo mostra uma diferena de cargas eltricas V1. Na

segunda ilustrao, a uma diferena de cargas eltricas V2. Quanto maior for esta diferena de

cargas maior ser a tenso entre estas regies eletricamente (V2 > V1).

Corrente Eltrica

A tendncia no tomo estar eletricamente neutro, ou seja, a quantidade de prtons e eltrons

serem iguais. Devido a esta tendncia que ocorre a transferncia de eltrons em um condutor,

chamada de corrente eltrica.

Vamos analisar o fluxo de eltrons em um condutor. Considere o efeito de uma carga positiva

aplicada extremidade de um condutor em um circuito eltrico, e de uma carga negativa aplicada na

extremidade oposta.

A carga positiva remove um eltron de cada tomo da extremidade do fio, e os tomos na

extremidade tornam-se carregados positivamente. Estes tomos exercero, por sua vez, uma fora de

atrao positiva nos tomos de cobre adjacentes e puxaro os eltrons dos tomos para a direita.

Este processo continua enquanto houver diferena de cargas entre as extremidades.


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H dois modos para descrever a corrente eltrica em um condutor: Corrente Convencional e

Corrente de Fluxo de Eltrons.

Antes do uso de teoria atmica, os cientistas definiram na poca que o movimento eltrico era

feito por prtons em um condutor, e era feito de uma regio positivamente polarizada para uma regio


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negativamente polarizada. Esta concluso ainda contida amplamente em alguns padres de

engenharia e livros de ensino. Esta teoria de fluxo chamada de Corrente Convencional.

Com a descoberta da teoria atmica, foi descoberto que o fluxo em um condutor feito pelos

eltrons, e que o fluxo da regio negativamente polarizada para a regio positivamente polarizada,

ou seja, a direo correta feita no sentido oposto e que no so os prtons que se deslocam e sim

os eltrons. Esta teoria de fluxo chamada de Corrente de Fluxo de Eltrons.

A corrente mede o nmero de eltrons que flui em um circuito, quanto maior o nmero de

eltrons que flui, maior ser a ser a corrente. A unidade de corrente chamada de Ampres.


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Magnetismo

Magnetismo outra forma de fora que causa fluxo de eltron. Os equipamentos eltricos

dependem direta ou indiretamente do magnetismo.

Um cientista dinamarqus nomeado Oersted descobriu uma relao entre magnetismo e

corrente eltrica. Ele descobriu que um eltron fluindo em um condutor produz um campo magntico

ao redor do condutor, propriedade dos ims.

Os ims podem ser encontrados naturalmente, artificialmente ou projetado, como o eletro-im.

Todo im tem dois pontos defronte um ao outro que atrai ferros. Estes pontos so chamados de plo

norte e plo sul. Da mesma maneira que ocorre nas cargas eltricas, plos iguais se repelem e

diferentes se atraem. A intensidade da forca de atrao aos ferros em um im chamada de Campo

Magntico.

O campo magntico composto de linhas de fora que partem do plo ao plo sul. Quanto

maior a fora do im, maior a rea coberta pelo campo magntico. O grupo de linhas em um campo

magntico chamado de fluxo magntico.

Estas linhas magnticas passam por todos os materiais, no h nenhum isolador contra

magnetismo conhecido. Porm, o fluxo magntico passa mais facilmente por materiais que possam


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ser magnetizados, tambm conhecido por materiais de baixa relutncia magntica. Ar tem relutncia

alta e o ferro tem baixa relutncia.

O fluxo de eltrons em um condutor cria linhas magnticas ao redor do condutor. O campo

eletromagntico permanece enquanto houver passagem de corrente pelo condutor. O campo

produzido em um condutor no produz bastante magnetismo, por isso, so projetados carretis com

muitas voltas de fios para fortalecer o campo magntico. Estes carretis so conhecidos como

bobinas.

A fora magntica de um eletrom proporcional ao nmero de voltas de fios na bobina e a

corrente que flui pelos condutores. Se as bobinas possuem em seu ncleo material metlico, como

ferro, a fora magntica aumenta consideravelmente.

Transformador

O transformador , simplificadamente, constitudo por duas bobinas (chamadas de

enrolamentos). A energia passa de uma bobina para outra atravs do fluxo magntico. Abaixo um

exemplo de transformador:


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A tenso e a corrente de entrada U1 est conectada ao que se chama de enrolamento primrio

e a tenso e a corrente de sada ao enrolamento secundrio.

Em um transformador ideal:

Onde:

U1 e I1 tenso e corrente no primrio

U2 e I2 tenso no secundrio

N1 nmero de espiras no enrolamento primrio

N2 nmero de espiras no enrolamento secundrio

Por exemplo: Se a tenso de entrada for 115 V, a corrente de sada de 1,5A e a relao de

espiras for 9:1 (primrio/secundrio). Qual a tenso no enrolamento secundrio? E a corrente eltrica

no primrio?

As potncias eltricas de entrada e de sada num transformador ideal so iguais.


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. Induo eletromagntica

O efeito de criar um campo magntico atravs da corrente tambm tem uma situao oposta.

Tambm possvel criar corrente com um campo magntico atravs da induo de uma voltagem no

condutor. Este processo conhecido como induo eletromagntica. Quando h movimento relativo

entre o arame e o campo magntico, uma voltagem induzida no condutor

A voltagem induzida causa o fluxo de eltrons. Se dentro da bobina utilizado um meio

metlico, a voltagem induzida aumentada. Este mtodo o princpio operacional usado em sensor

de velocidade, geradores e alternadores. Em alguns casos as bobinas so fixas e o ims so

movimentados. Em outros casos, os ims so fixos e as bobinas so movimentadas.

A fora de uma voltagem induzida depende de vrios fatores:

A fora do campo magntico.

A velocidade do movimento relativo entre o campo e o rolo.

Os nmeros de condutores no rolo.

Movimento na direo oposta causa fluxo de eltrons em sentido oposto. Ento, de um lado

para outro movimento produz voltagem alternada. Em um gerador, move-se a bobina e os ims so

fixados. Em um alternador, o im girado pelo eixo e as bobinas so fixas


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Tenso Alternada

Quando a diferena de cargas entre duas regies alternar em funo do tempo, chamada

tenso alternada. Em uma tenso alternada a tenso parte do zero, aumenta gradativamente at o

valor mximo e diminui at zerar. Em seguida, aumenta gradativamente negativamente e depois zera.


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Exemplos deste tipo de tenso so encontradas em tenses residenciais, em alternadores

(internamente), em alguns sensores de rotao, etc.

O grfico de tenso

alternada representado por

uma senoidal. Em um

determinado instante, o valor

da tenso assume valores

positivos e negativos

alternadamente. Num sinal

senoidal, o maior valor num

trecho positivo da tenso

conhecido por pico e o maior

valor negativamente

conhecido por vale. O pico e

o vale correspondem a um

ciclo.


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A freqncia de uma corrente alternada o nmero de vezes que um pico e um vale se

sucedem, em um segundo, ou ento, e o nmero de ciclos que acontece em um segundo. A unidade

de medida em freqncia HERTZ, ou, abrevia-se por Hz.

Assim, uma corrente alternada tem freqncia de 2 hertz, quando ela efetua dois ciclos no

tempo de um segundo, sua representao grfica indicara dois picos e dois vales. Por exemplo, em

correntes alternadas domsticas, industriais, a freqncia de 60 hertz.


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Tenso Continua

Quando a diferena de cargas eltricas entre duas regies tiver sempre a mesma polaridade

chamada de tenso continua. Exemplos clssicos onde voc encontra este tipo de tenso esto nas

pilhas, baterias, fontes de alimentao, etc.

O grfico de tenso continua constante em relao ao tempo, ou seja, representado por

trao continuo, no importando a referencia analisada (tenso positiva ou negativa).

Circuito eltrico

Circuitos eltricos so percursos ou caminhos para a corrente percorrer. Os circuitos so

divididos em duas categorias principais de acordo com o tipo de corrente: Circuitos de corrente

alternada e Circuitos de corrente contnua.

Circuito de Corrente Alternada

Como a corrente esta associada tenso eltrica, o sentido do fluxo de eltrons nos

condutores tambm alterna. Se a tenso e positiva, a corrente possui um sentido, se a tenso

negativa, a corrente inverte o sentido. Em um circuito de corrente alternada a corrente parte do zero,

aumenta gradativamente positivamente at um valor mximo e depois diminui at zerar, em seguida,

aumenta gradativamente negativamente e depois zera.


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(Obs: Capacitores e Indutores

adiantam ou atrasam uma onda senoidal

de corrente em relao onda senoidal

da tenso, este assunto no ser

abordado neste curso).

O grfico de corrente alternada

representado por uma senoidal. Em um

determinado instante, o valor da corrente

assume valores positivos e negativos

alternadamente.

Circuito de Corrente Continua


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Neste tipo de circuito, a corrente percorre num nico sentido. Quem determina este sentido a

tenso. Podemos encontrar diversos tipos de circuitos de corrente continua, por exemplo, Brinquedos

pilha, Toca-fitas, CDs, Rdios automotivos, etc. Predominantemente, os circuitos presentes nas

mquinas Caterpillar so de corrente continua.

Resistncia Eltrica

Georg Simon Ohm descobriu que para uma voltagem fixa, a quantia de eltrons que flui por

um material (corrente eltrica) depende do tipo de material e as dimenses fsicas do material. Em

outras palavras, todos os materiais apresentam um pouco de oposio ao fluxo de eltrons. Estaoposio e chamada de resistncia eltrica. Se a oposio pequena, o material considerado um

condutor. Se a oposio for grande, considerado um isolante. A unidade de medida de resistncia

Ohm ().

Para a maioria dos materiais, quanto mais alta a temperatura, maior ser mais a resistncia,

porm h alguns materiais cuja resistncia diminui com o aumento de temperatura, so os

termistores.


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A resistncia em um componente independente polaridade aplicada em seus terminais.

Quanto maior o valor da resistncia menor ser a corrente. Em um circuito em srie, quanto maior a

resistncia maior ser a teno aplicada em seus terminais.

Observao: Resistncia Eltrica est presente dentro de todo circuito eltrico, inclusive em

componentes como condutores, conexes, bobinas, etc.

Resistores fixos

Como o nome sugere, um resistor fixo oferece uma intensidade fixa de resistncia.

Tambm so utilizados resistores com vrios terminais de resistncia para poder limitar

rotaes em ventiladores na cabine da mquina.

Cdigo de cores em resistores fixos

Os valores hmicos dos resistores podem ser reconhecidos pelas cores das faixas em suas

superfcies. Cada cor e sua posio no corpo do resistor representam o valor hmico do resistor. A

seguir, atravs desta tabela de cores, vamos mostrar como feita a leitura nestes resistores.


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A primeira faixa neste resistor interpretada como o primeiro digito valor hmico da resistncia

do resistor. Para o resistor mostrado, a primeira faixa amarela, assim o primeiro dgito 4: A

segunda faixa d o segundo dgito. Essa uma faixa violeta, ento o segundo dgito 7. A terceira

faixa chamada de MULTIPLICADOR e no interpretada do mesmo modo. O nmero associado cor do multiplicador nos informa quantos "zeros" devem ser colocados aps os dgitos que j temos.

Aqui, uma faixa vermelha nos diz que devemos acrescentar 2 zeros. O valor hmico desse resistor

ento 4700 ohms, 4,7K ohms ou 4k7.

A quarta faixa (se existir), um pouco mais afastada das outras trs, a faixa de tolerncia. Ela

nos informa a preciso do valor real da resistncia em relao ao valor lido pelo cdigo de cores. Isso

expresso em termos de porcentagem. Neste resistor, a cor da quarta faixa OURO. Isso significa

que o valor nominal que encontramos 4 700 Ohms tem uma tolerncia de 5% para mais ou para

menos. A ausncia da quarta faixa indica uma tolerncia de 20%.Existem resistores que possuem mais de 4 anis em seus encapsulamento, este devem ser

lidos da seguinte forma:

- Para ler um resistor com 5 faixas :

1 faixa: Algarismo significativo; 2 faixa: Algarismo significativo; 3 faixa: Algarismo

significativo; 4 faixa: N de zeros e 5 faixa: Tolerncia

- Para ler um resistor com 6 faixas :

1 faixa: Algarismo significativo; 2 faixa: Algarismo significativo; 3 faixa: Algarismo

significativo; 4 faixa: N de zeros; 5 faixa: Tolerncia e 6 faixa: TemperaturaDevido frico eletrica causada pela corrente, gerado calor no interior destes componentes.

Muito calor altera a gama projetada no resistor, levando muitas vezes ruptura. A potncia dos

resistores medida pela quantia de potncia consumida pelo resistor. Quanto maior a potncia, mais

calor um resistor pode trabalhar.


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Resistores Variveis (Potencimetros)

Estes componentes so resistores cujo valor de resistncia pode ser variado, atravs do

movimento de um contato mvel sobre tiras de carvo depositado, ou fios enrolados, chamados de

pista. Ao ajustar este contato, possvel obter valores resistivos entre o mnimo (0%) e o mximo

(100%) valor do potencimetro.

Os resistores variveis tm muitas aplicaes, como sensores de nvel de combustvel,reguladores de limpadores de pra-brisa de algumas mquinas, etc.


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Termistores

Na maioria dos termistores, a resistncia diminui medida que a temperatura aumenta. Eles

so denominados termistores de coeficiente negativo de temperatura e indicados como NTC. Um

termstor NTC tpico feito de material semicondutor base de um xido metlico (Os

semicondutores possuem propriedades resistivas).

Estes componentes so muitos utilizados em sensores de temperatura nos diversos sistemas

das mquinas Caterpillar, como motores, transmisso, hidrulico, etc.

(Voltar)

Resistncia em um condutor (1 Lei de OHM)

A resistncia eltrica pode ser definida como a relao entre a tenso aplicada s

extremidades do condutor e a corrente que o atravessa. Representando por R a resistncia, por V, E

ou U, a tenso aplicada e por I ou A, a intensidade da corrente, tem-se a definio abaixo:

No sistema internacional de unidades (SI), a tenso medida em Volts, a corrente em

Ampres e a resistncia eltrica em Ohms (abrevia-se ):

Atravs da equao de Lei de ohm, voc pode derivar as seguintes regras gerais.

Assumindo a resistncia constante: Com o aumento da voltagem, aumenta a corrente.

Assumindo a voltagem constante: Com o aumento da resistncia, diminui a corrente.

1 OHM = 1 VOLT1 AMPRE

1 = 1 VA

OU

R =Vi


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Se voc souber duas variveis da equao de lei do

Ohm, voc pode calcular terceira parte. Por exemplo:

Para determinar voltagem, multiplique a resistncia

com a corrente.

Para determinar corrente, divida a voltagem pela

resistncia.

Para determinar resistncia, divida a voltagem pela

corrente.

Este crculo um modo fcil para se

lembrar como resolver qualquer parte da equao.

Para usar o crculo, cubra qualquer varivel que

voc no saiba.

Desconhecida a resistncia: Neste circuito,

o valor da resistncia desconhecido. A corrente

6 ampres e a voltagem 12 volts. Para encontrar

a resistncia, dividida a voltagem pela corrente.

Assim, a resistncia no circuito 2 ohm.

Desconhecida a voltagem: Neste circuito, o

valor da voltagem desconhecido. A corrente 6

ampres e a resistncia de 2. Aplicando o

circulo voc encontrara o valor da tenso, neste

caso de 12 volts.

Desconhecida a corrente. A resistncia da

carga 2 ohm e a tenso 12 volts. Aplicando o

circulo voc encontrara o valor da corrente, nestecaso de 6 ampres.


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Potncia Eltrica

Potncia eltrica a medida da taxa qual energia produzida ou consumida. Em eletrnica,

potncia esta associada taxa na qual convertida energia eltrica em calor pelos elementos

resistivos dentro de um condutor. So exemplos dispositivos como, condutores, isoladores, resistor,

bobinas, motores, etc. Muitos dispositivos eltricos so avaliados por quanta potencia eltrica eles

consumam, em lugar de por quanto poder produzem eles.

Potencia o produto da corrente multiplicada por voltagem. Em um circuito, se voltagem e ou

a corrente aumentar, aumentar a potncia. Se a corrente e ou a voltagem diminuir, a potncia

tambm diminuir. A formula para determinar a potncia eltrica e descrita abaixo:

No sistema internacional de unidades (SI), a tenso

medida em Volts, a corrente em Ampres e a resistncia

eltrica em Ohms (abrevia-se ):

Por exemplo, num circuito com corrente de 2 Ampres, alimentado por uma tenso de 24

Volts, qual e o valor do resistor hmico? Qual a potncia do resistor?

W = E x I W = 24 x 2 W = 48 Watts

A potncia do resistor de 48 Watts.

Outro exemplo. Um secador de cabelo tpico usa aproximadamente 10 ampres de corrente. A

voltagem em sua casa aproximadamente 120 volts. Multiplicando estes valores, o valor aproximado

da potencia deste secador de 1200 watts.

Se a carga for um resistor, esta alimentao crescente est sendo convertida em calor. No

grfico a seguir, a linha azul esta representando o aumento de potncia e a linha vermelha esta

representando o aumento de temperatura. No entanto, devido a restries fsicas dos componentes, a

potncia limitada. Depois de um determinado valor limite de tenso, ocasionar a queima do

componente.


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Prefixos

Alm de usar nmeros, em muitas variveis eltricas podemos encontrar tambm prefixos e ou

expresses com as unidades para descrever estes valores. Estas unidades pertencem ao sistema

mtrico.

Voc precisar estar bem familiarizado com estes prefixos, pois um descuido ao analisar uma

varivel, voc poder ter srios problemas, desde a queima de componentes ate sua segurana.

Basicamente, estes prefixos simbolizam valores multiplicados ou divididos por fatores de 10. Estes

prefixos tm nomes no sistema mtrico.

Em aplicaes eletroeletrnicas so utilizados

muitos prefixos devido aos valores das grandezas

eletrnicas muitas vezes serem extremamente altas

ou extremamente baixas. No sistema mtrico, os

prefixos freqentemente usados em variveis

eletrnicas esto mostrados na tabela ao lado. (Voltar)

Circuitos Bsicos (Srie, Paralelo e Srie-Paralelo).

Os circuitos eltricos podem associar-se de trs maneiras bsicas, podendo ter os mesmos

componentes, mas apresentando comportamentos eltricos diferentes. As associaes podem ser:

- Circuito em srie;

- Circuito em paralelo;

- Circuito srie-paralelo.O objetivo destes tpicos e mostrar as leis fundamentais destes circuitos. Calcular a corrente,

resistncia e a voltagem nos circuitos e as aplicaes delas.

Circuito em Srie

Um circuito de srie o tipo mais simples de circuito. Em um circuito de srie, cada dispositivo

eltrico conectado a outros dispositivos eltricos de tal modo que h s um caminho para corrente

fluir.

As regras seguintes se aplicam a todos os

circuitos em srie:- Em qualquer ponto no circuito o valor da

corrente a mesma.

- A resistncia de circuito total igual

soma de todas as resistncias individuais,

chamada de Resistncia Equivalente.


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- A soma de todas as tenses aplicadas em

cada resistor igual voltagem de fonte.

Por exemplo, a resistncia total deste circuito em srie :

5 (R1) + 10 (R2) +25 (R3) =40.

Os trs resistores tm o mesmo efeito que um resistor de 40.

Voc pode usar a resistncia total para encontrar a corrente em um circuito em srie, dividindo

pela tenso.

Por saber o valor da tenso do gerador, voc pode calcular o valor da corrente pela formula;

I = E / R I = 24 / 40 I = 0,6 Ampres.

Como a corrente a mesma em cada resistor, voc pode calcular a queda de tenso atravs

de R1, R2 e R3.

E1 = 0,6 x 5 = 3 Volts

E2 = 0,6 x 10 = 6 Volts

E3 = 0,6 x 25 = 15 Volts

Exatamente como o total da resistncia em srie a soma das resistncias individuais, a soma

das quedas de tenso igual tenso fornecida ao circuito.

E = E1 + E2 + E3

E = 3 + 6 + 15 E = 24 Volts.


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Circuito em paralelo

Em uma associao em paralelo, a corrente atravessa cada resistor individualmente, de forma

que a corrente total do circuito dividida fluindo em dois ou mais trajetos, conforme a ligao dos

componentes.

As regras seguintes se aplicam a todos os circuitos em paralelo:

- A voltagem a mesma em cada trecho paralelo.

- A corrente total a soma das correntes de todos os trechos em paralelo. As somas das

correntes de entrada e sada nos trechos em paralelo devem ser iguais, no entanto, a corrente em

cada trecho depende da resistncia associada a cada trecho.

- A resistncia equivalente menor em

relao s resistncias em qualquer trecho, isto

ocorre em conseqncia dos mltiplos trajetos de

correntes. Para encontrar a resistncia de dois

resistores em paralelo, divida o produto da

resistncia de R1 e de R2 pela soma de R1 e R2.

Para circuitos com trs ou mais resistores em

paralelo, voc pode trabalhar por etapas,

encontrando a resistncia equivalente de cada par

de resistores de cada vez.


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Por exemplo, para encontrar a resistncia equivalente deste circuito, voc deve primeiramente

calcular a resistncia equivalente entre R1 e R2 (5 x 10 = 50), dividido pela soma de R1 e R2 (5

+ 10 = 15) igual resistncia equivalente R (3,33). Em seguida, encontre a resistncia

equivalente entre R e R3, cujo resultado ser igual a 2,94. Conseqentemente, a Requivalente do

circuito total ser 2,94.

Como em circuito em srie, voc pode usar a Requivalente com a lei de Ohm para calcular a

corrente total no circuito.

I = E / R I = 24 / 2,94 I = 8,16 Ampres

Note que, num circuito paralelo, a queda de tenso atravs de cada resistor a mesma.

Porem, a corrente em cada trecho pode ser a mesma ou diferente, dependendo do valor de cada

resistor.

Por exemplo, voc pode calcular as correntes de R1, R2 e R3 neste circuito da seguinte forma:

I1 = 24 / 5 = 4,8 A (Ampres)

I2 = 24 / 10 = 2,4 A

I3 = 24 / 25 = 0,96 A

Observe que a soma das correntes em cada resistncia igual corrente total do circuito.

I = I1 + I2 + I3

I = 4,8 + 2,4 + 0,96

I = 8,16 A

Circuito Srie-paralelo

Um circuito srie-paralelo combina um circuito em srie e outro em paralelo. As mesmas

regras aplicadas em circuitos em srie e em paralelo so aplicadas nestes circuitos.


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(Voltar)

Divisor de tenso

A tenso em cada resistor proporcional ao valor de sua resistncia. O divisor de tenso,

como o prprio nome diz, tem a funo de dividir a tenso em um circuito em srie. O circuito bsico

de um divisor de tenso, por vezes tambm denominado "divisor de potenciais eltricos" o ilustrado

a seguir.

Como voc pode ver, foram

conectados dois resistores, um fixo

(no caso uma lmpada) e um

potencimetro em srie. A

associao recebe alimentada de

entrada das baterias. Note que,

nesta situao, a lmpada acende

com a luminosidade total, pois o


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potencimetro est ajustado de

maneira a no ter resistncia em

seus terminais.

Porem, nesta outra situao,

ajustando o potencimetro a 50% de

sua capacidade resistiva, ele agora

possui queda de tenso em seus

terminais, e a potncia do circuito

agora dividida entre o

potencimetro e a lmpada. Note

que a lmpada diminuiu sua

luminosidade.

Agora, o potencimetro est

ajustado a 100% de sua capacidade

resistiva. A queda de tenso em

seus terminais aumentou mais ainda

e a luminosidade e a queda de

tenso na lmpada diminuiu. Nas

mquinas Caterpillar, muitos

sensores esto associados nestes

circuitos divisores de tenso.

Capacitor

O capacitor um componente eletrnico constitudo por duas placas condutoras, separadas

por um material isolante. Ao ligar uma bateria com um capacitor descarregado, haver uma

distribuio de cargas e aps um certo tempo, as tenses na bateria e no capacitor sero as mesmas

e deixa de circular corrente eltrica entre o capacitor e a bateria.


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Se o capacitor for desconectado da bateria, as cargas eltricas acumuladas permanecem no

capacitor, com isso, ser mantida a diferena de potencial no capacitor. Por isso, o capacitor pode

armazenar carga eltrica, porem num tempo curto.

A capacitncia a propriedade que

o capacitor apresenta, armazenando mais

ou menos cargas eltricas, o smbolo que

representa a capacitncia a letra C e

medida em farad.

C=Q/V

Onde: C = capacitncia medida em farad.

Q= quantidade cargas eltricas medida em Coulomb.

V= Tenso medida em Volts

Diodos

Os diodos so componentes eletrnicos formados por semicondutores. Externamente, os

diodos possuem dois terminais: nodo (A) e o Catodo (K) e h, prximo ao terminal Catodo uma faixa

que o indica. A principal finalidade do diodo sua propriedade retificadora, ou seja, s deixa passar a

corrente em certo sentido (Anodo-Catodo). Na polarizao direta, o diodo permite que a correntepercorra sobre ele. Porem, na polarizao reversa, o diodo no permite a passagem de corrente no

circuito.


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Existem tambm os diodos emissores de luz, os

famosos LED's (light emissor diode), um diodo que quando

polarizado diretamente emite luz visvel (amarela, verde,

vermelha, laranja ou azul) ou luz infravermelha.

amplamente usada em equipamentos devido a sua longa

vida, baixa tenso de acionamento e boa resposta em

circuitos de chaveamento. O LED esquematizado como um

diodo comum com seta apontando para fora como smbolo

de luz irradiada.

Gerador de tensoO gerador de tenso tem a funo de fornecer energia ao sistema eltrico, armazenada ou

gerada. As baterias fornecem a energia eltrica para o acionamento dos motores. Os alternadores

recarregam as baterias aps a partida, e atendem a demanda de energia do sistema eltrico durante

o funcionamento do motor.


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O gerador de tenso possui terminais positivos e negativos que servem como tomadas para a

carga positiva e negativa armazenada ou gerada. A diferena de carga entre os dois terminais

representa o potencial ou sada eltrica da tenso da fonte.

Os geradores de tenso podem tambm transportar informaes, como exemplo, alguns

sensores passivos.

Bateria

As baterias atendem a duas principais funes. Uma delas fornecer a energia de

acionamento do motor de partida, a outra, atuam como acumuladores para regular as variaes de

tenso no sistema.

A tenso de uma bateria resultante das reaes qumicas entre os materiais ativos das

placas e o acido sulfrico no liquido da bateria, chamado eletrlito. Com o uso, a bateria perde

gradualmente sua carga, a no ser que seja recarregada. O recarregamento pode ser realizado ao se


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fornecer corrente continua da fonte externa, tal como um alternador, no sentido oposto ao fluxo de

corrente. Se houver uma falha no alternador, a bateria poder fornecer energia por um tempo limitado,

antes que fique totalmente descarregada.

A maior parte dos sistemas Caterpillar emprega baterias de 12 Volts. No entanto, os sistemas

de 24 volts so resultados de ligaes em srie destas baterias.

Associaes de baterias

Quando associao em srie, a tenso total no circuito a soma das tenses das duas

baterias, porm, a corrente total mxima que o circuito poder fornecer ser igual capacidade de

uma bateria (considerando baterias iguais).

1 2

Tenso Total = V1 + V2

Corrente Total = A1= A2

Total

Quando feita associao em paralelo, a tenso total ser igual tenso individual das

baterias, porm, a corrente total mxima que o circuito poder fornecer ser igual soma das duas

baterias.

1 2

Tenso Total = V1 = V2

Corrente Total= A1 + A2

Total

Geralmente, podemos encontrar em diversas mquinas os dois tipos de associao. No

exemplo a seguir, considerando 12 volts cada bateria e corrente mxima 700 Ampres cada bateria,

teremos:


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Tenso Total = 24 volt

Corrente mxima total = 1400 ampres

Cuidado, no significa que o

circuito ira trabalhar necessariamente com

1400 ampres. Se o circuito necessitar, as

baterias podero fornecer no mximo

1400 ampres.

Total

Alternador

As mquinas antigas Caterpillar usavam um gerador de corrente contnua, ou magneto, ao

invs de um alternador. Estes dispositivos produziam corrente contnua e no precisavam converter a

corrente alternada em corrente continua.

Os alternadores, por serem mais compactos e fornecerem correntes mais elevadas com

velocidades mais baixas do motor que os geradores de corrente continua, substituram tais geradores

nos sistemas eltricos Caterpillar.

A rotao do eixo do alternador transforma energia mecnica em energia eltrica. Esta rotao

gera corrente alternada (CA). H trs fontes de corrente alternada no alternador onde cada uma

produz uma fase da corrente. Cada fase tem 120 graus, ou um tero do ciclo completo de alternao,

de afastamento das outras.


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R

R

Durante o semiciclo positivo da tenso V1, os diodos D3 e D2 conduzem a corrente em seus

terminais, porem, os diodos D1 e D4 bloqueiam a corrente. Nesta etapa, o resistor de carga R recebe

todo o semiciclo positivo da tenso de entrada de V1.

Durante o semiciclo negativo da tenso V1, os diodos D1 e D4 conduzem a corrente em seus

terminais, porem, os diodos D2 e D3 bloqueiam a corrente. Nesta etapa, o resistor de carga R recebe

todo o semiciclo negativo da tenso de entrada de V1.

Como a corrente, em ambas as etapas percorrem a carga num nico sentido, a tenso

resultante esta em funo desta corrente. Note que a corrente de entrada de V1 alternada, porem

ela sai num nico sentido, logo, o mesmo acontecer com a tenso. Portanto a tenso e a corrente

na carga pulsante e sempre positiva.


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O regulador de tenso dentro do alternador limita a sada para um valor limite pr-ajustado,

com isso, a tenso mantida constante, principalmente nas altas rotaes do motor. O circuito de

regulamento controla a produo de voltagem do alternador.

Se a voltagem da bateria baixa e a demanda de corrente eltrica nos acessrios alta, o

regulador de voltagem aumentar a produo do alternador para carregar a bateria e prover corrente

suficiente para que opere os acessrios. Quando voltagem de bateria alta e a demanda de corrente

eltrica e baixa, o regulador de voltagem reduzir produo do alternador.

A variao rtmica na tenso reduzida pela energia das baterias, tornando-se uma variao

menor que 0,2 volts em sistemas de 24 volts.

Condutores

Os condutores so trajetos projetados para a corrente eltrica, destinados a levar corrente de

um componente para outro no circuito. Geralmente so cercados por um material no condutor

chamado de isolante, a fim de impedir que condutores adjacentes se toquem.


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Existem elementos que, devido a propriedades fsicas especificas, funcionam como isolantes,

semicondutores e condutores.

Os isolantes so maus condutores e so altamente resistentes ao fluxo de corrente. Os

materiais constitudos por tomos com mais de quatro eltrons no orbital mais afastado do ncleo so

classificados como isolantes.

Os elementos com exatamente quatro eltrons no orbital mais afastado do ncleo so

chamados de semicondutores. A condutibilidade eltrica destes elementos sensvel ao seu grau de

pureza e temperatura. So utilizados na construo de dispositivos, como diodos, transistores, etc.

Os bons condutores so feitos de elementos cujos tomos possuem menos de quatro eltrons

no orbital mais afastado do ncleo. A maioria dos metais so bons condutores. A prata o condutor

mais eficiente. O cobre geralmente o mais usado por causa de sua disponibilidade na natureza.

A resistncia de um condutor determinada atravs de quatro fatores:

1. Estrutura atmica (eltrons livres). Quanto mais eltrons livres um material tiver, menor a

resistncia passagem da corrente.

2. Comprimento. Quanto mais longo o condutor, maior ser resistncia. Se o comprimento do

condutor dobrado, a resistncia tambm dobrar.

3. Largura (rea seccional). Quanto maior a rea seccional de um condutor, menor a

resistncia (um tubo maior de dimetro permite mais gua fluir).

4. Temperatura. Para a maioria dos materiais, aumentando a temperatura, aumenta a

resistncia.

O fio de um condutor pode ser uma pea

alongada, continua de cobre (conhecido como Fio

Rgido), ou de tiras de pequenos fios agrupados

(chamado de Cabo). O grupo de fios mais

flexvel e pode facilmente ser conduzido durante a

montagem do circuito. O conjunto com vrios

condutores conhecido como Chicote.

O dimetro do fio expresso pela bitola.

Quanto maior for este nmero, mais fino o fio. Os

fios de grande dimetro e baixos nmeros de bitolaso chamados de fios de bitola grossa.

A rea da seo transversal do fio de bitola

(#8), oferece menor resistncia ao fluxo de

corrente e, conseqentemente, estes condutores

podem conduzir mais corrente do que os fios de

bitola maiores (#24).


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O isolante um fator muito importante na seleo de condutores para aplicaes especificas.

A fiao interna (1) pode ter um fino revestimento de material isolante. J a fiao externa (2)

coberta por um material isolante plstico que altamente resistente ao calor, vibrao e a umidade.

A corrente em um circuito depende do dimetro do condutor. Quanto maior a corrente em um

circuito, maior ter que ser o dimetro do condutor. Se voc substituir algum trecho do circuito, nunca

reponha com um condutor de dimetro interno menor, caso contrario, aumentar a resistncia e o

calor no condutor, levando ruptura.

Vamos supor que voc tenha que dimensionar os condutores em uma instalao eltrica para

acionar uma mquina de solda. Nesta mquina, voc encontra seguinte especificao: 110V / 80A e

220V / 40A. Isto significa que se a alimentao desta mquina for 110 volts, a mquina consumira 80

Ampres. Se a alimentao desta mquina for 220 volts, a mquina consumira 40 Ampres. Como a

dimenso interna de condutor depende da corrente consumida no circuito, se voc ligar esta mquina

em 220V, voc ter que usar uma determinada dimenso interna de condutor. Porem, se voc ligar a

mquina em 110V, voc ter que usar um condutor de dimenso interna aproximadamente duas

vezes maior a anterior.

Isto ocorre pois a potncia desta mquina depende da tenso e da corrente (P = U x I).Quando a mquina alimentada a 220 V, a corrente no circuito 40 A. Se voc aplicar a formula da

potncia e considerarmos esta mquina ideal, ou seja, sem perdas em seus circuitos internos, P=U x I

(embora esta frmula seja usada para calcular potncia em resistores hmicos, vamos us-la para

facilitar a compreenso e evitar o uso de formulas mais complexas), voc encontrar 8800 Watts.

Quando a mquina alimentada a 110 V, a corrente no circuito ser 80 A. Novamente aplicando a

formula voc encontrar a mesma potncia, 8800 Watts. Ou seja, em ambas as ligaes a potencia,


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teoricamente a mesma, porem se voc optar em instalar a mquina em 220V, voc usara

dimenses internas de condutor menores em relao ligao 110V, onde a dimenso do dimetro

necessria seria entre 4 a 5 mm, aproximadamente.

Outro Exemplo: Em uma central hidroeltrica, a gua aciona as turbinas que movem os

geradores eltricos. A eletricidade gerada transportada a uma estao de transmisso, onde um

transformador converte a corrente de baixa tenso numa corrente de alta tenso, com tenses de at

500.000 volts ou mais. A eletricidade transportada por cabos de alta tenso at as estaes de

distribuio, onde a tenso reduzida atravs de transformadores at nveis adequados para os

usurios, desde industrias at residncias, comrcios, etc. Porem, na medida em que a tenso e

diminuda, a dimenso interna dos condutores aumenta.

(Voltar)

Dispositivos de Proteo

Os dispositivos de proteo do circuito tm por funo proteger o circuito e seus componentes

contra corrente excessiva. Os dispositivos de proteo de circuito variam no tipo e no mtodo de


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operao. Estes componentes so projetados para interromper, ou abrir, o circuito quando a corrente

exceder um determinado nvel.

O fusvel uma pequena tira de fio ou de metal, dentro de um vidro ou de outro material

resistente ao calor, projetado para derreter completamente ou queimar quando a corrente alcana um

determinado nvel.

Um disjuntor manual como um interruptor projetado para abrir quando a corrente exceder um

nvel aceitvel, bloqueando corrente de fluir. O boto do disjuntor deve ser pressionado para rearmar

manualmente o disjuntor e fechar o circuito. O disjuntor deve ser rearmado somente aps a causa de

corrente excessiva ter sido encontrada e corrigida. O disjuntor automtico como um disjuntor

manual, exceto que se rearma posio fechada automaticamente aps solucionar o problema. Ao

contrario dos fusveis, os disjuntores no so destrudos quando ocorre uma sobrecarga, porem so

mais caros que os fusveis.


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Rel

Um rel um tipo de interruptor que acionado automaticamente, usando uma bobina para

abrir ou fechar os contatos de interruptores, desse modo, abrindo ou fechando o circuito.

A principal funo dos rels em geral a possibilidade de acionar circuitos de correntes

eltricas altas a partir da alimentao de outro circuito piloto de corrente bem menor.

1 2

Os contatos de um rel normalmente aberto permanecem abertos at que a bobina do rel

seja energizada. J os contatos de um rel normalmente fechado permanecem fechados at que a

bobina do rel seja energizada. Estes so os smbolos esquemticos para rels normalmente abertos

(2) e normalmente fechados (1).


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Solenide

O solenide utiliza um campo eletromagntico para produzir movimento mecnico. Em seu

formato bsico, o solenide uma bobina tubular que cerca uma haste mvel de metal. Quando a

bobina energizada, a haste puxada para dentro da bobina pela atrao magntica. Porem, quando


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a bobina no esta energizada, a mola mantm a haste para fora. Isto resulta um movimento de

vaivm que pode realizar trabalhos mecnicos simples.

Em sistemas eltricos Caterpillar, os solenides so usados freqentemente para acionar

vlvulas hidrulicas, em motores de partida, etc.

Motor de Arranque

O conjunto do motor de arranque contm

dois dispositivos eletromagnticos. Um potente

motor eltrico (1) que usa um campo

eletromagntico para produzir o movimento

giratrio necessrio para ligar o motor diesel, e

um solenide (2), que desempenha duas

funes: como rel e ao mesmo tempo,

empurrando o pino do motor de arranque,

acoplando o motor de arranque com o volante do

motor.


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Lmpadas

As lmpadas so componentes eltricos que convertem energia eltrica em energia luminosa.

Toda as lmpadas baseiam-se no principio da luz incandescente. A luz incandescente ocorre quando

a corrente que atravessa um material condutor aquece o material a uma temperatura alta o bastante


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para emitir luz. As lmpadas incandescentes tm um elemento condutor chamado filamento (1)

vedado por um invlucro de vidro (2) do qual ao ar foi retirado para prolongar a vida til do filamento.

Os contatos de metal (3) que se projetam do invlucro, fazem o contato eltrico com o filamento

interno. Eventualmente, as lmpadas incandescentes tm vida til limitada, e o filamento quando

queimado por completo, o circuito se abre.

Interruptores

Os interruptores so encontrados em uma grande variedade de sistemas eltricos Caterpillar.

Alguns so manualmente operados, por exemplo, a chave de ignio, o interruptor balancim, ointerruptor de boto, interruptor de alavanca, etc. Outros so operados automaticamente, por

exemplo, o interruptor de presso, o interruptor de temperatura, o interruptor de fluxo, etc.

Apesar dos tipos, todos os interruptores tm a mesma funo bsica: permitir ou impedir o

fluxo de corrente em um circuito eltrico.

Um interruptor normalmente aberto impede o fluxo de corrente no circuito, at que seja

fechado por alguma fora externa. No caso de um interruptor automtico, tal como o interruptor de


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presso normalmente aberto, permanece fechado enquanto houver presso sobre ele. Uma vez

removida a presso sobre ele, volta a se abrir.

Um interruptor normalmente fechado permite que haja fluxo de corrente, at que seja aberto

por alguma fora externa. No caso de um interruptor automtico, tal como o interruptor de presso

normalmente fechado, permanece aberto enquanto houver presso sobre ele. Uma vez removida a

presso sobre ele, volta a se fechar.

Os smbolos esquemticos mostram o mtodo de operao de cada interruptor. Os exemplos

mostrados so interruptores manualmente acionados, geralmente acionados por algum anexo

externo, tal como uma alavanca ou uma manivela.

Os interruptores representados na outra figura so exemplos de interruptores automticos. Seu

mtodo de operao est indicado pelo smbolo. Estes interruptores so acionados por temperatura

(1), por presso (2), pelo nvel do liquido (3), pelo fluxo do liquido (4) e pelos campos magnticos (5).


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Segue alguns exemplos e funcionamentos de interruptores usados nas mquinas Caterpillar.

Interruptor de presso do leo do motor (Engine Pressure Oil Switch)

Pode ser chamado tambm de pressostato. Durante a operao normal do motor, a presso

do leo, aciona o interruptor que fecha contato entre o fio preto (terra) e o fio vermelho. Se ocorrer

uma diminuio na presso, o interruptor muda o contato para o fio azul. Esse interruptor serve para

informar ao operador que a presso do leo do motor est muito baixa e evitar possveis travamentos

por falta de lubrificao.


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Interruptor de presso de leo do diferencial (Differential Oil Filter Pressure

Switch)

Funcionando de forma anloga ao interruptor de presso do leo do motor, porm com apenas

dois fios, esse dispositivo tambm muda de condio quando a presso atinge um valor abaixo do

especificado para o interruptor.

Interruptor do neutro da transmisso (Transmission Neutral Limit Switch)

Embutido na alavanca de mudana de marchas acionado quando a mesma encontra-se na

posio de neutro.

Interruptor de nvel de lquidos (Liquid Level Switch)

Durante a operao normal do equipamento o interruptor de nvel mantm o circuito fechado

com a massa. Quando o nvel do fludo cai abaixo do mnimo permitido, o interruptor abre o circuito,


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informando ao C.M.S. da anormalidade, que por sua vez avisa ao operador atravs de uma indicao

luminosa no painel de instrumentos.

Interruptor de fluxo da direo suplementar (supplemental steering flow switch)

Quando o fluxo do leo da direo for menor que a especificada, esse interruptor que normal

fechado abrir-se-, informando ao C.M.S. do problema.

Interruptor de temperatura (Temperature Switch)

Uma mquina pode possuir mais de um interruptor desse tipo. Esse interruptor normal

fechado e quando h um aumento da temperatura ele se abre ativando o alarme do C.M.S. alertandoo operador.

Sensores

Os sensores so projetados de modo que suas propriedades eltricas se alteram em resposta

s mudanas do ambiente. Podem responder s mudanas referentes a:

- Temperatura

- Velocidade

- Posio

- Outras condies da maquina.

Os sensores nada mais so do que transdutores que convertem uma forma de energia em

energia eltrica. Diversas so as grandezas fsicas que podem ser usadas para atuar sobre os

sensores, como temperatura, presso, resistncia, magnetismo, etc.


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Podemos classificar os principais tipos de sensores presentes nas Mquinas Caterpillar

conforme o tipo de sinal, alimentao, quantidade de condutores e freqncia.

Os sensores podem apresentar dois ou trs condutores. Os sensores com dois condutores so

classificados como sensores passivos.

Os sensores com trs condutores so

classificados como sensores ativos. Estes sensores

recebem alimentao de tenso continua entre os

terminais A e B e fornecem sinais analgicos ou digitais

entre os terminais B e C, dependendo do tipo de sensor.

Os sinais eltricos transmitidos dos sensores podem sinais analgicos ou sinais digitais.

Um exemplo de sinal analgico tenso continua, que varia proporcionalmente ou

inversamente a grandeza monitorada. Podendo variar continuamente entre um valor mximo e

mnimo

V V VV V VV V VV V V

A forma do sinal digital um sinal pulsante em mnimo ou mximo valor de tenso continua,

tambm conhecido como sinal de onda quadrada. Por isso, o sinal possui 2 nveis de tenso; nvel

baixo (terra) e nvel alto (algum valor positivo de tenso) e permanece oscilando entre estes dois

valores. A frequncia (quantidade de ciclos ou subidas de tenso por segundo) deste sinal podem

ser fixa, ou varivel.


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Nos sinais de freqncias fixas, a condio de monitoramento feita atravs da variao de

largura dos pulsos, ou porcentagem total da tenso no nvel alto em relao ao tempo total do ciclo.

conhecido como sinal PWM.

Exemplos de medies de sinais de freqncia varivel.

T1 T1 T1

A partir destes conceitos, vamos estudar alguns destes sensores presentes nos diversos

sistemas das mquinas Caterpillar.

Sensor de rotao passivo de freqncia varivel.Este sensor possui duas ligaes (condutores) e fornecem um sinal de tenso senoidal de

freqncia varivel. Neste sensor, um m permanente no sensor gera um campo magntico sensvel

ao movimento de metais ferrosos nas proximidades.

Em uma aplicao tpica, o sensor magntico posicionado de modo que os dentes de uma

engrenagem passem atravs do campo magntico. Cada dente da engrenagem, ao passar pelo

10 %

1 0 % D OC I C L O D ET R A B A L H O

H I

L O W

5 0 %

H I

L O W

5 0 % D OC I C L O D ET R A B A L H O


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campo, concentra a fora do campo no dente. A alterao constante do campo magntico atravessa

uma bobina no coletor e, conseqentemente, produzida uma tenso alternada na bobina.

A freqncia na qual a tenso se alterna est relacionada velocidade de rotao e ao

nmero de dentes da engrenagem. Conseqentemente, a freqncia desta tenso fornece

informaes sobre a velocidade do motor. A seguir, exemplos de medio deste sinal.

Sensor de rotao ativo de freqncia varivel

Este sensor ativo fornece um sinal,

entre B e C, digital de freqncia varivel. Aaplicao tpica deste sensor semelhante

ao sensor magntico passivo porem, o custo

deste sensor mais alto em relao ao

passivo. A seguir, exemplos de medio

deste sinal digital.


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T1 T1 T1

Outros exemplos de sensores passivos so os sensores Remetentes (Sender). Estes sensores

receberem uma corrente eltrica e remetem um sinal resistivo proporcional grandeza medida. O

sensor de temperatura e o sensor do nvel de combustvel so exemplos destes sensores.

Sensor de temperatura (Temperature Sender)

Conhecido tambm como termostato, atua no

circuito resistivamente, semelhante ao sensor de

nvel. Como este sensor trabalha com um sinal de

resistncia NTC (coeficiente de temperatura

negativo), temperatura baixa, voc encontrara o

maior valor de resistncia no terminal deste sensor.

Com o aumento de temperatura, o valor da

resistncia diminui.

Neste circuito, o ECM fornece uma tenso continua de 5 volts aplicada nos dois resistores, no

caso um fixo (R1) e num varivel (R2) ligados em srie. A tenso em cada resistor (V1 e V2) ser

proporcional aos valores das resistncias. No entanto, independente da variao da resistncia no

sensor, a soma de V1 e V2 ser 5 Volts.

T


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Sensor do nvel de combustvel (Fuel Level Sender)

Tambm conhecido

como bia de combustvel,

esse sensor fornece um sinal

resistivo varivel, atravs de

um potencimetro. Com a

variao mecnica da haste da

bia, mudando a resistncia

neste sensor, mudara tambm

a queda de tenso sobre o ele.

Possibilitando obter diversos

valores de tenso em funo

da posio da bia.

Sensores Ativos Analgicos.

Sensores ativos analgicos fornecem um sinal DC que proporcional condio monitorada.

Sua tenso de alimentao, entre os terminais A e B de 5V e a tenso do sinal, entre os terminais C

e B, varia entre 0,2 e 4,8V. Este valor de tenso de alimentao de grande ajuda para poder

diferenciar entre um sinal de sada analgico ou digital. No entanto, o aluno poder obter mais


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informaes atravs dos Manuais de Servio que sero vistos mais adiante. Sensores de presso so

exemplos destes sensores ativos passivos.

Sensores PWM

Sensores de temperatura do lquido arrefecedor e do pedal de algumas mquinas, so

exemplos destes sensores. O sensor de temperatura de fluidos recebe um sinal de DC, diferente de

5 volts, e envia um sinal digital com largura de pulso modulado conforme a temperatura. Outro

exemplo de sensor PWM o sensor do pedal, que emite um sinal de pulso varivel proporcional

variao angular do pedal.

O circuito eletrnico a seguir representa um

circuito tpico de um sensor PWM, que consiste

basicamente de um oscilador que produz os

pulsos, uma fonte de alimentao que fornece

energia para o funcionamento do circuito e um

conjunto de transistor e amplificador que fazem a

modulao e amplificao do sinal.

+V

SIGNAL

GROUND

+10VPOWERSUPPLY

OSCILADOR

SENSOR

PW MAMPLIFIER


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A faixa de porcentagem que um sensor PWM pode

fornecer grande (por exemplo, de 5% a 95%), no entanto, em

muitas aplicaes destes componentes o sensor no trabalha

com uma faixa to grande assim. Dependendo do projeto, pode-

se encontrar um valor de 22% representando um valor

monitorado mnimo e uma porcentagem de 57% representandoo mximo valor monitorado, ou vice-versa. Por exemplo, um

sensor de pedal pode apresentar 30% (Duty Cycle) e estar

indicando ao modulo de controle a posio de pedal solto, ou

a velocidade lenta do motor, e um valor de porcentagem de

60% (Duty Cycle) e estar indicando a posio mxima de

acelerao. Estas faixas de trabalho, ou porcentagens mnimas

e mximas podem mudar dependendo da aplicao deste

sensor (os valores 22-57 e 30-60 so valores fictcios). Contudo,

o mnimo e o mximo valor encontrado nestas faixas de

trabalho representam a mnima e a mxima situao

monitorada. Tem que se tomar cuidado para no confundir a %

do Duty Dycle enviado pelo sensor com a % da varivel

monitorada, interpretada pelo ECM.


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Conectores

Conector composto por dois componentes intercalados cuja funo passar a corrente de

um condutor para o outro. Contatos e pinos projetam-se de uma parte do conector para se acoplarem

com os contatos, ou soquetes, da outra parte.

H uma grande variedade de conectores, porem todos possuem algumas caractersticas

comuns. Aqui ilustrados nestes conectores, os mecanismos de travamento (1), os contatos mveis (3)

e os guias dos conectores (2).


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A maioria dos conectores feitos de modo que os contatos possam ser removidos e

substitudos individualmente. Isto evita a substituio total do conector quando apenas um dos

contatos estiver com defeito.

Para reduzir a corroso e aumentar a rea de

contato entre os pinos e soquetes, as superfcies so de

metais macios, moldando durante o encaixe, melhorando o

contato.

Todos os conectores oferecem uma certa resistncia

ao fluxo de corrente. Esta resistncia causada por

imperfeies microscpicas, corroses e contaminantes,

devido aos ambientes agressivos nos quais as mquinas

operam, reduzindo a rea de contato entre os pinos e

soquetes. Contudo, quando esta resistncia alcana valores

acima da tolerncia, so provocas falhas resistivas e mau

funcionamento dos sistemas eltricos, necessitando realizar

reparos nestes conectores.

Em todos os conectores as entradas e as sadas dos condutores nos conectores so

identificadas por nmeros. Este recurso extremamente til para checar se as entradas e sadas no

conector esto montadas corretamente.


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H trs tipos principais de conectores utilizados em sistemas eltricos Caterpillar: Deutsch,

Sure-Seal e CE (Caterpillar Enviromental).

Deutsch

O conector Deutsch feito de plstico. Possui uma borracha macia em torno dos furos da

cavidade do fio, vedando contra umidade, poeira ou sujeira. Este conector formado por duas peas

que se encaixam de maneira especfica. Geralmente, uma parte possui somente pinos (1) e a outra,

somente os soquetes (2) os quais alojam os pinos. parte com os pinos chamada de tomada (J) e a

parte com soquetes chamada de bujo (P). Estes conectores so mais resistentes a ambientes

agressivos, possui boa vedao, fcil manuteno e so facilmente separados com ferramentas

simples.

Sure-SealO conector Sure-Seal caracterizado pelos alojamentos que so moldados especialmente

para guiar o encaixe e proporcionar fcil conexo. Estes conectores possuem pinos e soquetes em

ambas as partes, fixadas entre si por uma trava que impede a conexo errada.


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CE ( Caterpillar Enviromental )

Estes conectores so aplicados onde existem altas temperaturas, grandes nmeros de

contatos ou passagem de correntes elevadas. Os conectores CE possuem trs partes: Um alojamento

metlico, um isolante plstico e os contatos.

As metades metlicas deste conector se acoplam e travam por meio de um acoplamento tipo

baioneta de giro rpido. Tambm possui um indicador visual que indica se as duas partes esto

perfeitamente conectadas. O conector possui macho e fmea (semelhante ao Deutsch).

Tambm possuem vedao individual em cada foi contra aes do ambiente. Bujes de

vedao so introduzidos nos soquetes no utilizados para impedir a entrada de sujeira e umidade.

Os tcnicos de servio precisam ficar atentos, pois os conectores podem causar vriosproblemas de diagnstico. Dentre os diversos problemas encontrados nos conectores, vamos mostrar

alguns deles.

Deve-se sempre observar no conector a entrada e a sada do condutor. Muitas vezes podemos

encontrar um conector montado com seus condutores trocados em seus alojamentos internos.

Outro problema comum so condutores mal encaixados no alojamento do conector. Muitas

vezes o aluno poder encontrar condutores aparentemente conectados nos alojamentos dos

conectores porem, com pinos e conectores no corretamente encaixados em seus alojamentos,

enganado que estiver realizando uma inspeo visual sem a ateno devida.Pode ser necessrio medir a resistncia entre as duas partes do conector, enquanto

estivermos diagnosticando um problema de mau funcionamento nos controles eletrnicos, para

identificar se h problemas no contato do conector. Os tcnicos tambm precisam ficar atentos, pois

desconectando e reconectando os conectores durante o processo de diagnostico pode-se ocultar

informaes, escondendo a causa do problema.


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Para perfeita manuteno destes conectores, so usados kits especiais, providos de todo

material necessrio para a desmontagem, reparao e montagem dos conectores.

Mdulo de Controle Eletrnico (ECM)Os mdulos de controle eletrnico (ECMs) so componentes eletrnicos que controlam e

monitoram os diversos sistemas presentes nas mquinas Caterpillar, como sistemas eletrnicos em

motores, sistemas hidrulicos, transmisses, Cabine, etc.


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Todos os mdulos de controle eletrnico possuem dois principais componentes que trabalham

em conjunto:

1 Computador do controle (hardware): consiste de um microprocessador e um circuito

eletrnico, com diversas entradas e sadas de sinais eltricos.

2 Mdulo de Personalidade: Dentro deste mdulo gravado o flash, ou o programa,

contendo mapas do funcionamento do sistema aplicado (exemplo: curva de torque e potencia de um

motor). O Mdulo de Personalidade no pode ser substitudo fisicamente, por isso, o arquivo flash

deve ser programado ou reprogramado atravs do ET.

Os ECMs possuem entradas e sadas de sinais eltricos. Sinais de entrada so sinais eltricos

enviados dos sensores, interruptores, etc. As variaes destes sinais esto relacionadas a mudanas

das variveis no sistema. O ECM interpreta estes sinais como informao sobre a condio

monitorada e, atravs circuitos eletrnicos internos, avaliam os valores e toma decises conforme a

programao no Mdulo de Personalidade. Um sinal de entrada pode ser voltagem, freqncia, sinal

de Largura de Pulso Varivel (PWM), resistncia, etc.

Sinais de sada so sinais eltricos que provem energia eltrica aos componentes de atuao

nos sistema, como solenides, reles, motores, etc. A energia eltrica que fornecida a estescomponentes de atuao est baseado em diversas combinaes pr-determinadas de sinais

entradas, parmetros presentes no Mdulo de Personalidade. Os sinais de sada so usados para

realizar trabalho ou ento para poder obter informaes do sistema, como os testes de diagnsticos,

que sero vistos em cursos especficos dos sistemas da mquina.

Por exemplo: O ECM de motor 3176C (EUI) usa dados de desempenho do motor atravs de

vrios sensores presentes neste sistema para fazer ajustes entrega de combustvel, presso de


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injeo e cronometragem da injeo, atravs dos mapas de desempenho programados nos mdulos

de Personalidade, onde so definidas a potncia do motor, curvas de torque, rpm etc. Na figura a

seguir, visualizamos melhor os diversos componentes eletrnicos presentes neste tipo de motor.

Os ECMs possuem dois conectores principais, um que comunica com os componentes

eltricos instalados na regio do sistema onde este ECM esta atuando, chamado de J2, e outro,

responsvel pela comunicao com componentes eltricos localizados fora da rea de atuao deste

ECM, conhecido como J1. Tanto o conector J1 quanto o J2 possuem entradas e sadas de sinais

eltricos.

Por exemplo. Em um ECM do motor, o conector J2 possui entradas e sadas de sinais eltricos

dos componentes diretamente aplicados no sistema de funcionamento do motor como solenides dosbicos injetores, sensores de presso e interruptores instalados no motor, etc. No conector J1 deste

ECM, esto as entradas e sadas de sinais eltricos fora do sistema de funcionamento do motor,

como bateria, painel, chave de ignio, etc. Note que, embora haja esta diviso de entradas e sadas

pelos conectores, todos os ECMs dos diversos sistemas presentes na mquina ento interligados,

recebendo e enviando diversas informaes entre eles atravs dos Cabos Data Link (veremos mais

adiante).


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Certos parmetros que afetam o funcionamento do ECM podem ser vistos e alterados com

ferramentas eletrnicas especificas (ET, por exemplo). Estes parmetros esto armazenados no

ECM, alguns deles, so protegidos por senhas para evitar alteraes feitas por pessoas no

autorizadas. Os parmetros que podem ser alterados possuem um nmero que registra quantas

vezes aquele parmetro foi alterado.

O ECM armazena um nmero de cdigo na memria permanente tipo um bloqueio que est

associado com um nmero de pea de mdulo de personalidade compatvel com ele. O bloqueio

impedir o ECM de funcionar se um mdulo de personalidade ou arquivo FLASH errados forem

instalados nele. O ET far uma advertncia se voc estiver descarregando um arquivo FLASH que

no compatvel com o ltimo que estava instalado no ECM.

Algumas carcaas de ECMs externamente so iguais, mas internamente so diferentes e por

isso no so intercambiveis.

O ECM no possui peas mveis, possui uma alta confiabilidade e sua substituio consome

tempo. A maioria das falhas ocorre nos fios, conectores ou sensores. Siga os procedimentos de

anlise de falha descritos no manual para ter certeza que substituindo o ECM ir corrigir o problema.

No substitua o ECM de inicio para tentar corrigir o defeito. (Voltar)

Voltagem PULL-UP

O propsito da voltagem PULL-UP permitir ao controle eletrnico determinar o que est

acontecendo no mundo externo com o sinal de entrada. Esse projeto do ECM de grande valor para

o tcnico de servio, j que permite um rpido teste do circuito inteiro para a entrada do controle.

Quando um voltmetro est conectado entre o contato de sinal (C) e o contato de massa (B) no

conector do chicote (lado do controle), o voltmetro deve ler o valor da voltagem PULL-UP.


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Por exemplo:

- Se o sensor ou o interruptor est desconectado e a voltagem PULL-UP medida est dentro

do valor especificado, muito provvel que o chicote e o controle estejam OK.

- Se o sensor ou o interruptor est desconectado e a voltagem PULL-UP medida est acima

do valor especificado, a falha um curto no chicote para uma fonte de voltagem maior do que o valor

PULL-UP ou, o controle falhou internamente.

- Se o sensor ou o interruptor est desconectado e a voltagem PULL-UP medida zero ou

est prxima de zero volts, provvel que o chicote esteja aberto, ou em curto com o terminal

negativo (massa) ou, o controle falhou internamente.

A voltagem nos circuitos PULL-UP determinada pelo projeto do controle eletrnico (ECM) e

pode variar de um controle para outro. O uso do manual de servio especificado fundamental para

analisar o valor correto.

Os sensores PWM normalmente tm um valor de sinal (medido em volts) diferente da

voltagem de alimentao. Os valores tpicos de sinal (Voltagem PULL-UP) que voc pode esperar

so 5V, 6V, 8V e 12V, mas podem incluir outros valores tambm.

Cabos Data Link

Cabos Data Link so dois condutores tranados responsveis pela comunicao entre os

ECMs. Os cabos so torcidos para reduzir RFI (Freqncia de Rdio Interferncia). Atravs destes

condutores, possvel a comunicao de at 10 sistemas em uma mquina.


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A ligao de cabos Data Link permite a transferncia bidirecional de informao de outrosmdulos de controle eletrnicos para o mdulo de exibio principal. Todos os ECMs armazenam

informaes sobre o funcionamento do sistema, como falhas, eventos, horas acumuladas,

desempenhos, etc. O ECM tambm capaz de gerar cdigos de diagnstico que podem ser

visualizados em mquinas que possuem indicadores na cabine ou ento atravs de um PC atravs do

um conector interligado a estes ECMs, pelo Cabo Data Link.


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Sistema de Monitoramento Caterpillar (Caterpillar Monitoring System)

O Sistema de Monitorao Caterpillar um sistema eletrnico que monitora constantemente os

diversos sistemas presentes nas mquinas. Dependendo do tipo e modelo da mquina, podero

conter os seguintes mdulos:

um mdulo de exposio principal

um mdulo usado para informar indicadores de alerta e velocidade/tacmetro da mquina

Um mdulo contendo vrios mostradores analgicos

O Mdulo de Exibio Principal (Main Display Module)

O Mdulo de exibio principal o crebro do sistema de monitoramento. Dentro deste mdulo

situado um ECM. Este mdulo recebe informaes de interruptores, sensores e dos outros controles


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eletrnicos na mquina atravs do Cabo Data Link, processando informaes, atravs das entradas e

sadas de sinais eltricos.

Atravs destes mdulos, o operador pode obter diversas informaes das variveis presentes

nos sistemas como tambm informaes de diagnsticos, como cdigos de falhas, etc. Este mdulo

principal encontrado em vrios modelos de mquinas, porem nem todas as funes so executadas

em todas as mquinas. O mdulo executar somente as funes pretendidas para essa mquina.

Neste mdulos, tambm so encontrados indicadores de alertas, horas operacionais, velocidade de

motor, cdigos de diagnstico, etc. Algumas informaes tambm so encontradas em outros

mdulos do painel.


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Mdulo de indicadores de alerta e Velocidade/Tacmetro (Speedometer/Tachometer)

Este mdulo mostra indicadores de alerta e informao da velocidade de motor, marcha,

transmisso, em funo da mquina onde estiver trabalhando, etc. As informaes nestes mdulos

podem variar dependendo do tipo e modelo de mquina.

Mdulo dos Mostradores Analgicos

Estes mdulos contem diversos

mostradores de medio analgicos das condies

de algumas variveis na mquina, por exemplo:

temperatura do motor, tenso de sistema, nvel de

combustvel, etc. De acordo com a aplicao, o tipo

e a quantidade de medidores podem variar

dependendo o tipo e modelo de mquina.

Alertas de Segurana

O Sistema de Monitoramento Caterpillar utiliza atravs de sinais luminosos e sonoros

advertncias ao operador quando o funcionamento dos sistemas na mquina estiverem sujeitos a

danos. Em muitas mquinas estas advertncias so classificadas em nveis.

apostila de eletricidade (módulo i)

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