Dimensionamento e seleção de cabos

Um dos aspectos mais importantes da conceção e construção de qualquer parte do sistema elétrico de um veículo é determinar o tamanho e o tipo de fio correto a utilizar para cada circuito. Se o tamanho do fio for demasiado pequeno, corre o risco de gerar calor no fio, se for demasiado grande, desperdiça dinheiro em cobre de que não precisa. Além disso, que tipo de fio deve utilizar: cobre simples ou estanhado, isolamento de PVC normal ou isolamento de parede fina? O artigo seguinte dar-lhe-á uma ideia de como o fio elétrico é especificado e ajudá-lo-á a escolher o fio certo para a sua aplicação.

Construção de cabos

Já deve ter reparado que o fio utilizado nos sistemas eléctricos dos veículos é muito flexível, ao contrário do fio que encontra nas paredes da sua casa, que é mais rígido. A razão para isto é que o cobre, embora bastante dúctil, é suscetível de endurecer quando sujeito a vibrações e choques mecânicos, como acontece quando é instalado num veículo. Este endurecimento faz com que o metal se torne mais frágil, o que pode, durante um longo período de tempo, fazer com que um condutor rígido e sólido rache e falhe.

Este problema é ultrapassado fabricando o núcleo a partir de muitos fios de cobre de diâmetro muito pequeno, para formar a área da secção transversal desejada. Este tipo de cabo é (sem surpresa) conhecido como cabo “entrançado” e proporciona uma flexibilidade muito maior, o que significa uma maior resistência ao endurecimento por trabalho, tornando-o mais adequado para utilização em veículos. Ao retirar o isolamento de um cabo entrançado, é necessário ter muito cuidado para não partir acidentalmente nenhum dos fios de cobre. Isto reduzirá a área total da secção transversal do condutor nesse ponto e, consequentemente, reduzirá também a capacidade de transporte de corrente do cabo. O mesmo se aplica ao cravar o cabo num terminal: certifique-se de que todos os fios estão contidos no cravamento ou a capacidade de transporte de corrente será reduzida.

Especificações de um cabo

Os cabos são geralmente especificados utilizando as seguintes propriedades:

Secção transversal do cabo

Expresso em mm² e descreve a área total da secção transversal do condutor de cobre. Por vezes, verá o cabo descrito como cabo de 1 mm ou 2 mm sem o sinal ², mas é importante notar que isto não significa o diâmetro do cabo.

Por isso, lembre-se que a principal especificação de um cabo é a área da secção transversal do seu condutor e que o cabo nunca será referido apenas pelo seu diâmetro.

Corrente nominal ou amperagem

Expressa em amperes (amperes ou A) e é a corrente máxima contínua ou de “trabalho” que o cabo pode transportar com segurança.
Esta medida nunca está impressa no próprio cabo, mas está relacionada com a secção transversal do cabo. Cabe ao seu fornecedor de cabos informá-lo ou fornecer-lhe uma tabela de equivalentes de amperagem.

Resistência

Esta é a resistência do condutor expressa em ohms Ω por metro e é importante para determinar a queda de tensão. Esta questão é abordada mais adiante.

Outras especificações podem incluir uma gama de temperaturas de funcionamento e resistência a determinados produtos químicos, como ácidos, combustíveis, óleos, etc.

Processo de seleção do cabo ideal para uma instalação

Seguem-se alguns pontos a considerar ao selecionar um cabo para uma determinada aplicação:

Capacidade de carga atual

(Amperes a circular pelo cabo)

Cada componente ou dispositivo ligado a um circuito terá um consumo de corrente associado ao seu funcionamento e é importante que o cabo que lhes fornece energia seja capaz de suportar a corrente normalmente esperada, acrescida de uma margem de segurança. Se não for capaz, é provável que o cabo aqueça e se incendeie. Embora sejam utilizados fusíveis no circuito para proteger o cabo, o próprio cabo deve ser adequadamente classificado para evitar que este sobreaquecimento ocorra em circunstâncias normais.

Se ainda não o fez, poderá ser útil ler o nosso artigo sobre as noções básicas de eletricidade para utilizar a fórmula I = P/V, onde é apresentado o seguinte exemplo:

Se quisermos ligar uma luz que sabemos ter uma potência nominal de 50W, então, utilizando I = P / V, a corrente consumida seria 50W / 12V = 4,17A. Isto diz-lhe que pode utilizar um cabo com uma classificação de 4,17A ou superior, no entanto, é boa prática não conceber um circuito que funcione no limite superior da classificação do cabo, pelo que deve selecionar um cabo com alguma capacidade adicional. Neste caso, seria adequado um cabo de 0,5 mm² (11A).

Tensão ou queda de tensão

Já falámos sobre quedas de tensão no artigo sobre conceitos básicos de eletricidade, mas vamos rever o assunto aqui devido à sua importância.

Todos os elementos de um circuito elétrico têm resistência, incluindo o fio elétrico, o que significa que haverá perda de energia sob a forma de queda de tensão ao longo do fio. Tal como uma lâmpada converte a energia eléctrica em calor e luz devido à sua resistência e induz uma queda de tensão, um condutor de cobre tem resistência e converte alguma da energia que conduz, causando uma queda de tensão da mesma forma. A diferença é que a queda de tensão numa lâmpada (ou noutra carga) é útil, pois é isso que a faz funcionar, mas a queda de tensão no fio e noutras partes passivas de um circuito não é desejável, pois não é uma conversão útil de energia.

Nos sistemas de 12V, o comprimento do cabo pode ter um impacto significativo na queda de tensão. Mesmo uma extensão de alguns metros para cabos de secção transversal pequena pode produzir quedas de tensão significativas e este problema é bem demonstrado em alguns veículos, onde os faróis não são tão brilhantes como poderiam ser.
Se verificar a tensão nos conectores das lâmpadas, é possível que as lâmpadas não estejam a receber uma tensão total de 12V do circuito porque o tamanho do condutor é demasiado pequeno para o comprimento do fio. Alguns proprietários optam por atualizar a instalação dos faróis utilizando um fio com um condutor maior ao longo de uma distância mais curta que permite que o circuito forneça tensão total às lâmpadas, muitas vezes com melhorias muito significativas no brilho da iluminação.

Assim, queremos selecionar um cabo para garantir que a queda de tensão não é tão grande que possa causar problemas, mas o que é aceitável e como calcular o tamanho correto do cabo a utilizar?

Bem, a queda de tensão geralmente aceitável para circuitos de corrente contínua é de cerca de 3-4% e podemos usar V = IR para calcular a queda de tensão de um cabo se soubermos o consumo de corrente da carga e a resistência do cabo por metro.

Exemplo

Utilizando o exemplo anterior de uma lâmpada de 50W, sabemos agora que consome 4,17A, pelo que, se utilizarmos um cabo de 0,5mm² com uma resistência de 0,037 Ω / metro e o seu comprimento total, desde a bateria positiva até à bateria negativa, for de 5m, a queda de tensão será:

_{Queda de} V = IR = 4,17A x (5m x 0,03 7 Ω / m) = 0,7 7V ou 6 ,4%.

Isto mostra que, embora o cabo de 0,5 mm² seja adequado para o consumo de corrente esperado da luz, não é adequado para o comprimento do cabo, uma vez que a queda é superior a 3%.

O que dizer então do cabo de 1,5 mm² com uma resistência de 0,013 Ω / m?

_{Queda de} V = IR = 4.17A x (5m x 0.0 13 Ω / m) = 0. 2 7V ou 2 .3%.

Isto mostra que o cabo de 1,5 mm² (com uma corrente nominal de 14 A) será adequado para o comprimento do cabo, uma vez que a queda é bastante inferior a 3%.

Existe uma regra geral segundo a qual, se não tiver a certeza de que a secção do cabo é suficientemente grande para o trabalho, deve aumentar o tamanho. Isto é um pouco louco e não é muito científico, mas não é uma má regra a aplicar, uma vez que aumentar o tamanho do cabo não faz mal nenhum.

É importante notar que a queda de tensão ocorre não apenas ao longo do cabo positivo, mas também ao longo do cabo de retorno negativo. Na prática, o comprimento do cabo de retorno pode ser muito mais curto, uma vez que pode ser ligado à terra num ponto próximo do chassis (pelo menos nos veículos), pelo que a distância restante até ao negativo da bateria deve ter uma resistência extremamente baixa em relação a um cabo.

A queda de tensão também pode ser causada por altas temperaturas, embora em menor grau do que o comprimento do cabo, porque à medida que a temperatura aumenta, a resistência aumenta e vice-versa. Nos sistemas de alta tensão, a queda de tensão não é um problema, o que é uma das razões pelas quais os cabos eléctricos com muitos quilómetros de comprimento funcionam a centenas de KV. A outra razão é que a mesma potência pode ser fornecida a uma tensão mais elevada, mas com uma corrente mais baixa, o que significa que pode ser utilizado um cabo mais pequeno e menos dispendioso.

Cabo de parede fina FLRY vs. Cabo de alimentação de PVC padrão

Cabos especialmente concebidos para instalações automóveis, como os cabos FLRY-B, em que a parede fina se refere à espessura relativamente reduzida do isolamento em comparação com o isolamento de PVC normal. O isolamento do cabo FLRY é um PVC de grau mais duro com melhores propriedades de isolamento elétrico para uma determinada espessura e tem várias vantagens em relação ao cabo de PVC normal.

Em primeiro lugar, é mais leve, o que significa que pode haver poupanças de peso significativas em grandes cablagens ou feixes de cabos, e este é um dos principais motores por detrás dele, uma vez que quase todos os fabricantes de veículos adoptaram os seus sistemas eléctricos.

Em segundo lugar, tem uma gama de temperaturas de funcionamento mais alargada, com um máximo de cerca de 105°C, em comparação com cerca de 70°C para o PVC normal. Isto torna-o mais adequado para utilização em áreas próximas do motor.

Em terceiro lugar, o PVC de grau mais duro é mais resistente à abrasão e aos cortes do que o PVC normal, oferecendo mais proteção e maior fiabilidade.

O único inconveniente do cabo de parede fina é o facto de o isolamento ser menos flexível do que o PVC normal. Geralmente, isto não é um problema para os cabos mais pequenos, mas para os maiores, como os cabos de bateria, pode ser um problema.

Resumo:

Por isso, ao selecionar o seu cabo, deve certificar-se de que:

• Tem corrente nominal suficiente (amperes suportados de acordo com a sua secção transversal) para a carga prevista no circuito, incluindo uma margem de segurança .
• O comprimento previsto do cabo não deve provocar uma queda de tensão superior a cerca de 3%.
• As propriedades do material são adequadas para a aplicação.

Se fizer isto corretamente, pode ter a certeza de que o seu cabo é adequado para o trabalho!

Amperes suportados por um cabo em função da sua secção transversal

Como já vimos, dependendo da secção transversal em mm2 de um cabo, este permitirá que a carga circule livremente.

Nesta tabela pode ver e reconhecer as secções transversais mais comuns dos cabos e a amperagem máxima que pode circular através deles.

Pode descarregar esta tabela, imprimi-la e guardá-la num local visível da sua oficina, o que certamente o ajudará a consultar rapidamente as secções de cabos a utilizar nas suas instalações.

É tudo por hoje. Como sempre, pode deixar os seus comentários ou questões e teremos todo o gosto em ajudá-lo no que for possível.