O que as escovas de carvão fazem?

A função central de uma escova de carbono

A escova de carbono transporta corrente elétrica da fiação estacionária dentro de uma ferramenta elétrica para o comutador giratório ou anel coletor montado no eixo do motor, e faz isso enquanto o eixo está girando em velocidade. Sem esse contato deslizante, a corrente não poderia alcançar os enrolamentos giratórios da armadura, de modo que o motor simplesmente não funcionaria. A escova é pressionada contra o comutador por uma pequena mola e, à medida que o eixo gira, a face da escova desliza através de uma série de segmentos de cobre, cada um deles fazendo contato brevemente e depois se soltando à medida que o próximo segmento toma seu lugar. Essa comutação constante é o que permite que o campo magnético dentro do motor se inverta nos momentos certos, que é o princípio básico que mantém um motor de corrente contínua girando em uma direção em vez de travar.

Como o contato deslizante mantém o circuito fechado

Dentro de um motor universal, o comutador é dividido em vários segmentos de cobre isolados, e cada segmento se conecta a um conjunto diferente de enrolamentos na armadura. À medida que a escova desliza de um segmento para o seguinte, ela conecta momentaneamente dois segmentos ao mesmo tempo, que é o ponto em que uma pequena faísca, conhecida como arco de comutação, pode aparecer. Uma mola de escova normalmente aplica uma força de contato na faixa de 150 a 300 gramas , o suficiente para manter uma conexão estável sem pressionar com tanta força que o atrito desgaste a superfície do comutador de maneira desigual. Se a força da mola cair porque uma mola enfraqueceu ou o desgaste da escova foi menor do que o permitido pelo suporte, o contato se torna intermitente e o motor pode funcionar de forma irregular ou perder potência sob carga.

Por que duas escovas são usadas em muitos motores pequenos

Muitas ferramentas elétricas portáteis usam um par de escovas posicionadas opostas uma à outra no comutador, uma conduzindo a corrente para dentro e a outra transportando-a de volta. Esse arranjo equilibra a pressão mecânica no eixo e distribui o desgaste de modo que um único ponto de contato não faça todo o trabalho. Em ferramentas que consomem corrente mais alta, como rebarbadoras ou serras circulares, as escovas geralmente são mais largas ou recebem uma face de contato maior para lidar com a carga adicional sem superaquecimento.

Materiais por trás da construção da escova de carbono

As escovas de carvão não são feitas de uma única substância uniforme; o termo abrange uma gama de composições à base de carbono projetadas para diferentes combinações de condutividade, dureza e tolerância ao calor. As escovas de grafite puro são macias e autolubrificantes, o que as torna suaves para a superfície do comutador, mas transportam menos corrente do que as misturas que incluem metal. As escovas de eletrografite são produzidas aquecendo o carbono amorfo a alta temperatura, o que altera sua estrutura interna e melhora a condutividade, mantendo o material relativamente macio. As escovas de cobre-grafite misturam cobre em pó na matriz de carbono, muitas vezes constituindo algo entre 40 e 70 por cento da escova em peso, e essa composição é comum em ferramentas que consomem corrente substancial, como motores a vácuo e geradores portáteis, porque o teor de cobre reduz a resistência elétrica.

Por que o atrito e o arco voltaico desgastam gradualmente a escova

Cada vez que a face da escova desliza através do comutador, ela experimenta uma pequena quantidade de atrito mecânico, e cada vez que cruza o espaço entre dois segmentos, ela experimenta uma pequena faísca elétrica. Ao longo de muitas horas de operação, estes dois efeitos combinam-se para desgastar gradualmente o bloco de carbono, encurtando o seu comprimento milímetro a milímetro. Um pincel que começou em 12 milímetros em comprimento pode se desgastar em algum lugar próximo 4 ou 5 milímetros após uso prolongado em uma ferramenta operada com frequência, momento em que a mola não consegue mais manter a pressão adequada contra o comutador. O calor também desempenha um papel importante, uma vez que o consumo sustentado de corrente elevada aumenta a temperatura no ponto de contato, e ciclos repetidos de aquecimento e resfriamento podem fazer com que o material da escova se torne quebradiço e lasque, em vez de se desgastar uniformemente.

Reconhecendo quando uma escova precisa ser substituída

Uma escova gasta tende a se anunciar por meio de alguns sintomas perceptíveis, em vez de falhar silenciosamente. Faíscas visíveis ao redor das aberturas da carcaça do motor, um cheiro de queimado próximo à tampa traseira da ferramenta, um motor que perde energia intermitentemente sob carga e quantidades incomuns de pó de carbono preto coletadas dentro da carcaça são indicadores comuns de que a superfície de contato diminuiu além de um ponto viável. Muitos fabricantes marcam um comprimento mínimo utilizável diretamente na escova de substituição ou especificam-no na documentação de serviço da ferramenta, geralmente em algum lugar próximo 6 milímetros , abaixo do qual a pressão da mola e a área de contato não são mais suficientes para uma transferência confiável de corrente. A verificação do comprimento da escova durante a manutenção de rotina, especialmente em ferramentas usadas diariamente em uma oficina, pode detectar esse desgaste antes que o motor pare completamente.

A matemática do reparo

Um conjunto de escovas de carbono de reposição normalmente custa uma pequena fração de uma ferramenta elétrica nova, e trocar um par de escovas gastas costuma ser a diferença entre aposentar uma ferramenta e obter mais anos de uso dela. Quando um custo modesto de peças prolonga a vida útil de um motor que de outra forma seria descartado, a energia de fabricação, a embalagem, o transporte e a eventual carga de descarte vinculada à produção de uma ferramenta de substituição são evitadas por um gasto comparativamente pequeno. Isso é parte do motivo pelo qual a substituição de escovas continua sendo um reparo básico padrão ensinado em muitos cursos de manutenção de eletrodomésticos e ferramentas, em vez de uma tarefa especializada reservada a técnicos profissionais.

Ferramentas diárias que dependem de escovas de carvão

As escovas de carvão aparecem em uma ampla variedade de equipamentos domésticos e de oficina, além da óbvia furadeira sem fio. Rebarbadoras, serras circulares e serras alternativas dependem de motores universais escovados porque esse tipo de motor pode atingir as altas velocidades de rotação necessárias para cortar e retificar, ao mesmo tempo que permanece compacto e barato de produzir. Aspiradores de pó e misturadores de cozinha usam versões menores da mesma tecnologia, e geradores portáteis, alguns ventiladores de teto e motores de máquinas de lavar mais antigos também dependem de um arranjo de comutador de escova para manter a corrente fluindo para uma armadura rotativa. Os motores de partida automotivos são outro exemplo comum, onde as escovas lidam com um breve, mas forte surto de corrente cada vez que o motor é ligado.

Combinando uma escova universal com um motor específico

A seleção correta de uma escova de reposição universal é importante tanto para restaurar o desempenho da ferramenta quanto para evitar falhas prematuras que podem danificar o próprio comutador. As dimensões físicas são importantes no início do processo de seleção, uma vez que o comprimento, a largura e a espessura do bloco de carbono precisam corresponder perfeitamente à cavidade do porta-escova; uma escova que se ajuste frouxamente irá vibrar contra o comutador em vez de manter um contato constante. A tensão da mola precisa de força suficiente para manter a escova firmemente assentada, sem pressionar com tanta força que acelere o desgaste dos segmentos de cobre, e os kits universais geralmente incluem uma variedade de opções de molas para atender a diferentes categorias de ferramentas. O terminal do fio e o estilo do conector devem corresponder à fiação interna da ferramenta para que a escova possa ser instalada sem modificação, e as escovas destinadas a maior consumo de corrente, como aquelas em rebarbadoras grandes, geralmente precisam de um teor de metal mais alto para condutividade adequada, enquanto escovas com uma taxa de grafite mais suave são escolhidas onde uma operação mais silenciosa e suave é mais importante do que a capacidade de corrente bruta. O material do comutador também influencia a decisão, uma vez que algumas formulações de escovas são mais suaves em comutadores de cobre mais macios, enquanto outras são formuladas para superfícies de comutadores mais duras e resistentes ao desgaste encontradas em motores de nível industrial. Um kit universal adequado leva em conta essas variáveis, oferecendo uma variedade selecionada de tamanhos e configurações, em vez de depender de um único formato genérico para caber em cada ferramenta.