Como se desenvolve o aquecimento na bobina de ignição

São muitas as consultas e comentários sobre bobinas de ignição esquentando. Tanto que resolvi abordar novamente este assunto sob uma nova face, agregando mais detalhes, más sem aprofundar em conceitos técnicos carregados.

Quando penso no funcionamento da bobina de ignição, imagino um dragster numa prova de arrancada, muito potente, más se o piloto não tirar o pé “frita” o motor.

Assim é na bobina de ignição, como o piloto de um dragster, o módulo de ignição pilota a corrente primária da bobina. Assim como o carro que acelera 0-100 km/h em 2,4 segundos, a corrente primária de uma bobina pode ir de 0-6 Amperes em 2 a 5 milissegundos.

O módulo é projetado para colocar a corrente necessária com a qual a bobina é capaz de gerar a alta tensão e produzir uma faísca potente na vela de ignição, más o tempo que ela fica ligada é vital para prevenir o superaquecimento.

A resistência ôhmica dos enrolamentos de uma bobina é um dos fatores que geram perdas de potência na bobina, parte da energia que não é aproveitada na faísca. Pior ainda, esta energia será convertida em calor, ou seja aquecimento para a bobina.

Sob o ponto de vista da manutenção, talvez o mais crítico em uma bobina de ignição é lado do primário, pois é onde podemos influenciar o seu funcionamento através de regulagens na ignição ou pela aplicação de módulos e bobinas. De certa forma somos responsáveis pelo bom funcionamento da bobina. 

A análise a seguir pode ajudar a entender como se desenvolve o aquecimento em uma bobina e dar subsídios para uma manutenção consciente, vejamos:

Uma bobina cuja resistência do enrolamento primário é de 0,6 Ohms, se ligada permanentemente sob a tensão de 12 V, será percorrida por uma corrente tão alta que certamente causará a sua queima instantaneamente.

Segundo a lei de Ohm, podemos calculara a corrente e a potência que ela deverá dissipar:

I = U/R = 12/0,6 = 20 A

P = R x I² = 0,6 x 20² = 240 W

P = potência em Watt
U = Tensão em Volt
R = Resistência em Ohm
I = Corrente  em Amperes

Sabemos em média a corrente das bobinas são limitadas a 6 Amperes. Façamos então a analise com este valor, digamos que 6 A sejam suficiente para gerar a alta tensão e a energia na faísca, e colocamos um módulo de ignição que limite exatamente este valor de corrente. Até ai parece perfeito, entretanto se não houvesse o corte de corrente quando a chave de ignição permanecesse ligada com o motor parado, a potência dissipada em forma de calor no primário seria:

P = R x I² = 0,6 x 6² = 0,6 x 36 = 21,6 W

Embora isso represente 9 % do valor inicial, a potência é suficiente, caso não se dissipe o calor gerado, para elevar a temperatura a níveis que causaria a queima da bobina, é somente uma questão de tempo.

Em funcionamento normal a bobina trabalha com pulsos que medimos com a grandeza que chamamos de ângulo de permanência ou duty cycle. Em outras palavras, se o ângulo de permanência é de 5 ms, então podemos afirmar que somente neste intervalo de tempo haverá conversão de energia em calor.

Para determinar esta quantidade de energia, tomamos como exemplo um motor de 4 cil com distribuidor de ignição.
A 1000 rpm cada ciclo da bobina dura 30 ms. Com a permanência ou tempo que a bobina fica ligada de 5 ms, teremos:

Permanência % = t / T x 100
Permanência = 5 / 30 x 100 = 17 %

t = permanência em milissegundos
T = período

O ciclo ativo da bobina de aproximadamente 17% do ciclo total.

Se a corrente fosse de 6 A durante todo este intervalo de tempo, a potência aquecedora seria algo como 17 % do valor total.

P = R x I² x 17/100  
P = 0,6 x 36 x 17/100 = 3,7 W.

Corrente primário da bobina de ignição a 1000 rpm
Porém, como podemos observar no gráfico de corrente do primário, a corrente sobe paulatinamente, portanto a potência real dissipada corresponde somente à área pintada de azul o qual podemos estimar como sendo aproximadamente metade de um retângulo imaginário formado pelo pico da corrente no intervalo de 0-5 ms, ou seja, a potência geradora de calor é de aproximadamente:

50 % de 3,7 W = 1,9 W.

Com o aumento da rotação, ao manter os 5 ms de permanência,  a potência geradora de calor crescerá consideravelmente.
A 4000 rpm, por exemplo, a duração de cada ciclo da bobina será de 7,5 ms, portanto a bobina ficará ligada 67 % do tempo, vejam o cálculo abaixo:

Permanência % = t / T x 100
Permanência = 5 / 7,5 x 100 = 67 %

Isto nos dá uma potência térmica de:

P = R x I² x 67/100
P = 0,6 x 36 x 67/100 = 14,5 W.
Corrente primário da bobina de ignição a 4000 rpm
Usando o raciocínio anterior para estimar a potencia real através do gráfico de comportamento da corrente, teremos uma potencia geradora de calor em torno de 8 W .  

Como foi visto, a perda de potência, aquela que irá gerar calor na bobina, tem uma relação estreita com a resistência, com a corrente e o ângulo de permanência, elementos que podem ser facilmente influenciado pelo técnico, através da regulagem do ângulo de permanência, pelo uso de bobinas ou módulos de ignição incompatíveis, tensão de alimentação da bobina ou pela alteração do pré-resitor.

Entretanto, não se esqueça de considerar outros elementos que também contribui para o aumento da temperatura na bobina, como perdas devido à resistência do enrolamento secundário, curto circuitos no enrolamento da bobina, calor ambiente no local de montagem, da capacidade de dissipação de calor pela bobina.
Pense nisto na hora de regular a ignição ou substituir seus componentes!

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Um comentário:

Anônimo disse...

Caros amigos preciso resolver um acso muito curioso,estou com um Uno estourando a bobina,estoura mesmo em poucos segundos de funcionamento ,estou a bobina referente ao primeiro e quarto cilindro.Já aconteceu de estourar 5 bobina seguidas,uma após cada teste claro e para ver se resolveu,um deles foi por suspeita de duty ciclo errado e assim estourava a bobina,por passar muit tempo energizada foi trocado todo sistema "modulo e imobilizador! de outro carro que funcionava bem,mesmo assim continuou o prob agora preciso de informações,se trata de um uno 2008/09 flex ,fire. Agradeço qualquer informação.