A anatomia de um curto-circuito

Jun 17, 2023

Tem sido uma semana automotiva lenta no que diz respeito à BMW, já que meu tempo livre foi consumido pela substituição das juntas com vazamento sob as luzes indicadoras no teto do caminhão e pela substituição de uma pinça apreendida no Corolla 2007 do meu filho mais novo. Então, em vez de um verdadeiro trabalho automotivo, falarei com vocês esta semana sobre curtos-circuitos automotivos. Explicarei como elas são uma função do tipo “bom” de resistência, mas no pior lugar possível.

Primeiro, preciso colocar meu chapéu de professor de Hack Mechanic e dar uma breve aula sobre o básico de como a eletricidade funciona em um carro.

A eletricidade é definida como o fluxo de carga. Você pode entender o que “fluxo” e “carga” realmente significam, mas para o bem desta discussão, usaremos a convenção de que a corrente elétrica flui do terminal positivo da bateria para o “dispositivo de carga” que executa o trabalho (por exemplo, a luz, o motor elétrico) e completa a viagem de ida e volta retornando ao terminal negativo da bateria. Em um pequeno dispositivo portátil com baterias substituíveis, como uma lanterna, as conexões são feitas diretamente nos terminais positivo e negativo da bateria. Isso é mostrado na figura abaixo.

Um dispositivo de carga como uma lâmpada conectada diretamente a uma bateria.

Se você não trabalhou com carros, você presumiria que eles também são conectados dessa maneira, mas no início do desenvolvimento do automóvel, a utilidade de usar o chassi de metal do carro para uma etapa do circuito tornou-se aparente, como dessa forma, cada dispositivo (cada luz ou motor) poderia ser conectado usando um único fio longo à bateria e um fio curto ao chassi. Inicialmente, alguns fabricantes aterraram o terminal positivo e outros o negativo (e o aterramento positivo não era apenas aqueles britânicos malucos; surpreendentemente, a Ford foi uma resistência ao aterramento positivo até meados dos anos 50), mas eventualmente a indústria padronizou o aterramento negativo. Assim, a esmagadora maioria dos veículos na estrada tem o cabo negativo da bateria conectado ao terra do chassi. Fios individuais transportam eletricidade do terminal “+” da bateria para todos os dispositivos, mas quase todos os dispositivos compartilham um caminho de aterramento de retorno comum através do chassi. Isso é representado para um circuito simples na ilustração abaixo.

Um circuito simples com um dispositivo de carga e aterramento do chassi usado como caminho de retorno.

Agora, vamos adicionar mais duas coisas ao circuito – um fusível e uma chave. Dessa forma, a corrente não fluirá pelo circuito até que a chave seja acionada e, se o circuito consumir mais corrente do que deveria, o fusível queimará, interrompendo todo o fluxo de corrente. A maioria (mas definitivamente não todos) dos circuitos de um carro se parece com isto.

Um circuito automotivo simples, mas altamente representativo, com interruptor e fusível.

Em um carro, quando dizemos que há um “curto-circuito” (ou, para ser mais curto, um “curto”), o que quase sempre queremos dizer é que há um fio positivo cujo isolamento foi desgastado, causando o cobre nu fios dentro dele toquem acidentalmente no terra, o que faz com que o circuito ignore o dispositivo de carga ao qual o fio está conectado. (Existe um “curto-circuito com a potência”, mas os curto-circuitos com a terra são muito mais comuns.) Dois desses curtos-circuitos com a terra são mostrados na figura abaixo.

Digamos que o fio localizado entre o fusível e o dispositivo de carga roçou seu isolamento e tocou a carroceria do carro. Este é o curto-circuito nº 1 mostrado em verde. Nesse caso, a corrente – MUITA corrente – fluirá repentinamente do positivo da bateria, através do fusível, através do fio e diretamente para o terra. Observe que isso acontecerá mesmo que a chave no diagrama esteja aberta – ou seja, é chamada de “curto-circuito” precisamente porque cria um caminho de circuito mais curto do que o pretendido. Como a quantidade de corrente excede em muito a classificação do fusível (acredite, isso acontece, e chegaremos lá), o fusível queimará quase instantaneamente, interrompendo o fluxo de corrente.

Curto-circuitos à terra em dois locais possíveis.

Se, em vez disso, o isolamento desgastado estiver na seção do fio antes do fusível, ocorrerá o curto-circuito nº 2 – o caminho vermelho. Tal como acontece com o curto nº 1, MUITA corrente fluirá repentinamente, mas neste caminho não há fusível para queimar, portanto não há nada que impeça o fluxo da corrente. Este é o cenário de pesadelo – uma falta total de um circuito não fundido para a terra, resultando em isolamento derretido, um fio queimado e possivelmente um incêndio elétrico. Mesmo que não haja um incêndio, se o fio queimado passar por um chicote, o isolamento dos fios adjacentes do chicote provavelmente também derreterá. É uma bagunça.