Aftersales Training Información básica. Términos básicos del sistema eléctrico del vehículo.
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Información básica. Términos básicos del sistema eléctrico del vehículo. Electrones, protones, neutrones Sin tensión no hay corriente Ley de Ohm Resistencia eléctrica Conexión de resistencias en serie y en paralelo
Indicaciones sobre esta información básica Símbolos utilizados Para facilitar la comprensión y destacar la información importante, en la presente información básica se utilizan los siguientes símbolos:
3 Contiene información que permite transmitir mejor un concepto en relación con los sistemas descritos y su funcionamiento. 1 Identifica el final de una indicación. Actualidad de la información básica Debido al progreso continuo en el proceso de fabricación y a la mejora del equipamiento de los vehículos BMW pueden encontrarse pequeñas diferencias entre esta información básica y los vehículos disponibles para el curso. En la publicación solo se han documentado vehículos con volante a la izquierda. En los vehículos con el volante a la derecha, algunos elementos de mando presentan una disposición parcialmente diferente a la mostrada en los gráficos de la información básica.
Índice. Términos básicos del sistema eléctrico del vehículo. Introducción
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¿Por qué son tan importantes unos conocimientos básicos de electrotecnia?
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Funciones
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Átomos, electrones y portadores de carga Tensión eléctrica Corriente eléctrica Resistencia eléctrica Ley de Ohm Potencia eléctrica Circuito eléctrico Condensador y capacidad eléctrica Bobina e inductividad Interruptores y pulsadores
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Resumen
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Aspectos que debería recordar.
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7 Introducción. Términos básicos del sistema eléctrico del vehículo.
¿Por qué son tan importantes unos conocimientos básicos de electrotecnia? Los vehículos BMW montan en la actualidad cada vez más sistemas eléctricos y electrónicos. Esto se debe a la fiabilidad cada vez más elevada, a desarrollos funcionales adicionales más rápidos y a la minimización geométrica de los componentes. La incorporación de sistemas eléctricos y electrónicos en nuestros vehículos tiene como finalidad mejorarlos, dotarlos de una mayor seguridad y hacerlos más confortables para garantizar el éxito de ventas hoy y en el futuro. Para comprender las complejas relaciones que se desarrollan en los sistemas eléctricos o electromecánicos, los conocimientos básicos en electricidad también son de vital importancia para quienes no trabajan directamente con el sistema eléctrico.
En esta información de producto se resumen los conocimientos básicos de la electrotecnia. En su interior encontrará tanto las fórmulas y leyes más importantes de la electrotecnia como la descripción de los elementos constructivos más relevantes, como la resistencia, la fuente de tensión, etc. Asimismo, se ha procurado abordar en profundidad los temas más importantes, pero con una descripción breve y ajustada. Esta información de producto es adecuada como material de consulta.
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8 Funciones. Términos básicos del sistema eléctrico del vehículo.
Átomos, electrones y portadores de carga Para poder explicar mejor las magnitudes eléctricas como la tensión, la corriente, la resistencia, así como los semiconductores,
conductores y aislantes, en este punto se hacen necesarias algunas explicaciones de la física atómica.
Átomos La materia al completo está estructurada en unos 100 elementos distintos. Los componentes más pequeños de estos elementos son los átomos. El supuesto de que el mundo se compone de partes indivisibles ya lo manifestó Demócrito (filósofo de la antigua Grecia) hace más de 2.500 años. De ahí deriva el término átomo: a-tomos = indivisible. Actualmente sabemos que los átomos se pueden dividir y que se componen de una disposición de neutrones, protones y electrones.
La estructura se puede comparar con un sistema planetario: Una estrella o sol (núcleo atómico) en torno al cual giran los planetas (capa atómica).
El átomo es el componente más pequeño de los elementos químicos. Los átomos se componen de un núcleo y una capa.
El núcleo se encuentra en el centro del átomo. Se compone de protones y neutrones. Los neutrones son partículas de masa que no presentan carga. Los protones son partículas con carga eléctrica positiva. Los protones y neutrones tienen aproximadamente la misma masa. El núcleo atómico tiene carga positiva y contiene prácticamente toda la masa del átomo. Los electrones son partículas con carga eléctrica negativa. El número de electrones en la capa atómica es igual al número de protones en el núcleo. Esta masa de electrones es aproximadamente 2.000 veces menor a la masa de protones o neutrones. Un átomo es eléctricamente neutral hacia fuera. El núcleo atómico y la capa atómica tienen el mismo número de cargas eléctricas (protones y electrones).
1 - Estructura de un átomo de litio
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Explicación Electrones Neutrones Protones
Mediante la fuerza de atracción eléctrica entre las cargas contrapuestas se mantienen unidos el núcleo atómico y la capa atómica. Con ayuda de energía externa (p. ej. luz, calor y procesos químicos) los electrones se pueden desplazar a un nivel de energía superior y regresar desde ahí a su estado inicial, donde absorben o desprenden energía.
Existen distintas teorías sobre la constitución de los átomos. Para la electrotecnia la teoría más ilustrativa es la de Niels Bohr. El modelo de átomo expuesto anteriormente es el modelo de átomo de Bohr. Muestra cómo están dispuestos los electrones, protones y neutrones entre ellos. Asimismo, se parte de la base de que los átomos se componen de un núcleo y una capa atómica.
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Electrones Los electrones se mueven por varias órbitas en forma circular o elíptica en torno al núcleo del átomo. En función del material (p. ej. cobre, plomo, aluminio) existen hasta siete tipos de órbita diferentes que se designan desde dentro hacia fuera con las cifras 1 a 7 o con las letras K a Q. En cada una de dichas órbitas solo se puede mover siempre un número concreto de electrones. El número máximo de electrones por órbita es: Órbit a 1 2 3 4 5 6 7
Órbita K (órbita interior) L M N O P Q (órbita más alejada)
Los electrones de la órbita más alejada del átomo también se llaman electrones de valencia. Son los responsables de enlazar los átomos entre sí. Los átomos tienen tendencia a ocupar respectivamente su órbita más alejada con el máximo número de electrones. Para alcanzar este estado, los átomos establecen enlaces con otros átomos.
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Los átomos que tienen solo unos pocos electrones de valencia, los desprenden fácilmente. El átomo tiene entonces más protones que electrones y se convierte en un ion positivo.
Número de electrones 2 8 18 32 50 72 98
Un átomo de hidrógeno, p. ej., tiene solo un electrón que recorre la órbita 1 en torno al núcleo atómico. Por contra, un átomo de cobre tiene 29 electrones que circulan por 4 órbitas (K2, L8, M18 y N1) en torno al núcleo.
2 - Ion cargado positivamente
Los átomos con más electrones que protones o más protones que electrones se denominan iones. El término ion proviene del griego y significa el que camina o se mueve.
3 - Ion con carga negativa
El átomo de un elemento con varios electrones de valencia absorbe electrones adicionales para completar su capa más alejada. El átomo tiene entonces más electrones que protones y se convierte en un ion negativo. Los iones positivos o negativos resultantes se atraen entre ellos, formando un enlace fijo. De este modo, se crea un nuevo material. Un nuevo enlace de al menos dos átomos se denomina molécula.
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Portadores de carga Los portadores de carga pueden ser tanto electrones (portadores de carga metálicos) como iones (portadores de carga líquidos y gaseosos). Debido a la distancia relativamente grande respecto al núcleo los electrones más alejados (electrones de valencia) tienen un enlace reducido con el núcleo. Al aplicar energía al átomo (p. ej. calor, luz y procesos químicos) los electrones de valencia se desprenden de la capa más alejada del átomo. Se crean, por tanto, los electrones libres. El movimiento de los electrones libres de un átomo hacia otro átomo se denomina como flujo de electrones o corriente eléctrica. El flujo de electrones no solo se compone de un único electrón libre, sino de un elevado número de electrones libres. Este movimiento de los electrones libres no es dirigido, es decir, no se puede fijar de antemano ninguna dirección.
4 - Movimiento no dirigido de los electrones en un conductor
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Tensión eléctrica ¿Qué es la tensión eléctrica?
La tensión eléctrica existe cuando entre dos puntos, p. ej., los polos de una batería, se da una diferencia en la cantidad de electrones. La unidad de medida de la tensión eléctrica U es 1 voltio (V).
Debido a la separación de las cargas positivas por un lado y de las cargas negativas por otro se produce una fuente de tensión.
Los procesos electromecánicos en la batería del vehículo ocasionan una separación de la carga:
Las fuentes de tensión siempre tienen dos polos con distinta carga. En un lado, el polo positivo presenta una carencia de electrones. En el otro lado, el polo negativo presenta un exceso de electrones.
• Por un lado se acumulan los electrones (polo negativo),
Entre el polo negativo y el polo positivo predomina una tendencia a la compensación de electrones, es decir, si se enlazan los dos polos los electrones fluyen desde el polo negativo al polo positivo. Esta tendencia a la compensación de los electrones se denomina tensión eléctrica. En el ejemplo de una batería de vehículo, se puede observar el principio de la tensión eléctrica.
• por el otro lado predomina una carencia de electrones (polo positivo) Entre los polos se produce una diferencia de potencial, una tensión eléctrica. El nivel de la tensión depende de la diferencia de la cantidad de electrones. Si se enlazan ambos polos de la batería mediante un conductor eléctrico con una resistencia eléctrica dada, los electrones se mueven desde el polo negativo al polo positivo. Una corriente eléctrica fluye hasta que entre los polos no exista una diferencia de potencial o se interrumpa el circuito. Sobre la tensión eléctrica se pueden formular las siguientes afirmaciones: • La tensión eléctrica es la presión o la fuerza que se ejerce sobre los electrones libres. • La tensión eléctrica es la causa de la corriente eléctrica. • La tensión eléctrica (presión) se produce por la diferencia de carga de dos puntos o polos. Signo de fórmula
5 - Polos positivo y negativo de una batería de vehículo
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Explicación Polo negativo de la batería Polo positivo de la batería (generalmente se marca en rojo)
El signo de fórmula de la tensión eléctrica es la U mayúscula. Unidad de medida La unidad de medida de la tensión eléctrica U es el voltio (V).
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Medición de tensión
7 - Ejemplo: medición de tensión en la resistencia R2
6 - Multímetro digital para la medición de tensión
La tensión eléctrica se mide con el medidor de tensión. Con frecuencia se utiliza para medir las magnitudes eléctricas (tensión, corriente, resistencia) un multímetro digital. Un dispositivo de medición de tensión siempre se conecta en paralelo al consumidor, al elemento constructivo o a la fuente de tensión.
Para no influir en la conexión que se medirá, la resistencia interna del dispositivo de medición de tensión debería mantenerse lo más grande posible. En la medición en la fuente de tensión se mide el valor de tensión momentáneo. Al medir con el dispositivo de medición de tensión hay que tener en cuenta las siguientes indicaciones: • El tipo de tensión, o sea la tensión alterna o continua, se debe ajustar. • El margen de medición seleccionado debería ser más grande al principio. • Al medir la tensión continua, observar la polaridad. • Tras la medición, el medidor de tensión se deberá ajustar al margen más grande de tensión alterna.
Tipos de tensión Tensión continua La tensión eléctrica con un nivel y polaridad siempre constantes se denomina tensión continua.
8 - Diagrama de la tensión continua
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Como fuentes de tensión continua son ampliamente utilizados células galvánicas (baterías), dinamos (en parte con rectificación secundaria), células fotovoltaicas (instalaciones solares) y bloques de red lógica. En la técnica se utiliza a menudo una combinación de transformador y rectificador.
10 - En la toma de corriente hay tensión alterna
Un representante típico de la tensión alterna es la "corriente de una toma" en el hogar.
9 - Algunos ejemplos de fuentes de tensión continua
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Explicación Batería de vehículo Célula nodal Batería de 1,5 V Acumulador para teléfono móvil Célula solar
Aquí se muestran algunos ejemplos para los valores de tensión: • Destello: varios millones de voltios • Encendido en el vehículo 15.000 V • Batería del vehículo: 12 V
11 - Diagrama de la tensión alterna
La imagen muestra el intervalo temporal (t) de una tensión alterna sinusoidal (u). La tensión alterna se caracteriza porque su sentido cambia regularmente. En Europa la tensión alterna es de 230 V con una frecuencia de 50 Hz. La frecuencia (también denominada frecuencia de red) indica con qué frecuencia por segundo la corriente fluye en la misma dirección.
• Baterías: 1,5 V hasta 9 V
Aquí se muestran algunos ejemplos para los valores de tensión:
Tensión alterna
• Línea aérea de alta tensión: hasta 400.000 V
La tensión o corriente eléctrica que cambia constantemente el nivel y la polaridad se denomina tensión alterna o corriente alterna.
• Tranvía 500 V • Electrodomésticos en Europa: 230 V • Teléfono: 60 V
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Corriente eléctrica ¿Qué es la corriente eléctrica? La corriente eléctrica es el movimiento dirigido de portadores de carga, p. ej., electrodos o iones libres en un material o vacío.
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Explicación Interruptor Amperímetro Resistencia
Un circuito eléctrico se compone de la fuente de tensión (p. ej., la batería), el consumidor (p. ej., una bombilla) y los cables. Con el interruptor se puede cerrar o interrumpir el circuito eléctrico.
La corriente eléctrica es el movimiento dirigido de los portadores de carga, p. ej., los electrones libres o iones en un material o vacío. La corriente eléctrica tiene el signo de fórmula I. La unidad de medida de la intensidad de corriente eléctrica es el amperio (A).
Cada conductor eléctrico contiene electrones libres. Si el circuito eléctrico se cierra, se obliga a todos los electrones libres del conductor y el consumidor a que se muevan al mismo tiempo a una dirección concreta debido a la tensión creada. El número electrones que fluyen en un tiempo determinado (portador de carga) es la intensidad de corriente y se denomina vulgarmente como corriente. Cuantos más electrones fluyen en un segundo por un conductor mayor será la intensidad de corriente.
12 - Movimiento dirigido de electrones libres
La causa de la corriente eléctrica es la tensión eléctrica. La corriente eléctrica solo puede fluir en un circuito eléctrico cerrado.
Signo de fórmula El signo de fórmula de la intensidad de corriente es la I mayúscula. Unidad de medida La unidad de medida de la intensidad de corriente eléctrica I es 1 amperio (A). La corriente eléctrica es hoy en día uno de los métodos más importantes para el transporte y el suministro de energía. Así, actualmente toda la iluminación, la mayoría de electrodomésticos y toda la electrónica y tecnología informática funciona con energía eléctrica. El flujo de una corriente eléctrica se puede apreciar en distintos efectos. Principalmente son el efecto térmico y el efecto magnético.
13 - Circuito eléctrico cerrado
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Tipos de corriente técnica Corriente continua En el caso más sencillo fluye una corriente siempre constante. Este tipo de corriente se denomina corriente continua (en inglés DC = direct current).
15 - Dirección física de corriente
14 - Dirección técnica de corriente
Cuando los procedimientos exactos en el conductor todavía no eran conocidos, la dirección de corriente se fijaba fuera de una fuente de tensión desde el polo positivo al polo negativo. Esta dirección de corriente se conoce como dirección técnica de corriente. A pesar de que aquella teoría se refutó, se ha conservado la dirección original (histórica) de corriente por motivos prácticos. Por este motivo la dirección de corriente también se define hoy dentro de una conexión desde el polo positivo al polo negativo. Para entender el mecanismo del flujo de corriente y derivar determinadas propiedades eléctricas de materiales, se observa el movimiento real de los portadores de carga.
En un circuito eléctrico cerrado se expulsan portadores de carga libres (electrones) desde el polo negativo y atraídos por el polo positivo. De este modo, se crea una corriente de electrones desde el polo negativo al polo positivo. Esta dirección de corriente es la dirección física de la corriente, también llamada dirección de corriente de electrones. Corriente alterna Además de la corriente continua también existe la corriente alterna (en inglés AC = alternating current). La corriente alterna es una corriente eléctrica que cambia periódicamente su polaridad (sentido) y su valor de corriente (intensidad). Lo mismo se aplica a la tensión alterna. La corriente alterna se caracteriza porque la dirección de la corriente cambia periódicamente. La frecuencia (también denominada frecuencia de red) de la corriente indica con qué frecuencia por segundo la corriente fluye en la misma dirección. La corriente doméstica en Europa, p. ej., es de 50 Hz. La tensión alterna/corriente alterna se generan mediante generadores en centrales de energía. Asimismo, un rotor gira en el generador 360 grados. Este genera una tensión con polaridad alterna, es decir, un desarrollo sinusoidal. La tensión alterna más importante en Europa es la tensión de red de 230 voltios. Tiene una frecuencia de 50 Hz. Esto corresponde a 50 giros por segundo de un rotor en el generador.
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corriente alterna no se le puede asignar ningún sentido. Para poder formular de todos modos un enunciado sobre la intensidad de corriente, se define una intensidad de corriente efectiva para las corrientes alternas. El valor efectivo ieff es aprox. el 70 % del pico de corriente is. El valor efectivo indica qué corriente continua tiene la misma potencia.
16 - Valores característicos de la corriente alterna sinusoidal
Índice ieff ispos, isneg iss
Explicación Valor efectivo de la corriente alterna El pico de corriente is es el máximo positivo o negativo de media onda. La corriente pico-pico iss se encuentra entre el valor punta positivo y negativo de una duración de período.
La intensidad de corriente media de la corriente alterna es cero. Obviamente, a una
ieff =
1 is * --------√2
Esta magnitud indica una corriente continua con la cual tendría lugar un transporte de carga del mismo volumen como con la corriente alterna. Corriente mixta Una corriente mixta se produce cuando en un circuito eléctrico pueden actuar al mismo tiempo una fuente de corriente continua y una corriente alterna. Las corrientes periódicas son, por tanto, una sobreposición de corriente continua y corriente alterna.
Medición de corriente aparato de medición en el circuito eléctrico. Durante la medición, la corriente debe fluir por el aparato de medición. La resistencia interior del aparato de medición debería ser lo más baja posible en ohmios para no influir en el circuito eléctrico. Al medir con un aparato de medición de corriente hay que observar las siguientes indicaciones:
17 - Medición de la corriente eléctrica
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Explicación Interruptor Medidor de corriente Resistencia
El dispositivo de medición de corriente siempre se conecta en serie respecto al consumidor. Para ello, la línea del circuito eléctrico se debe separar para insertar el
• Observar el tipo de corriente, es decir, si fluye corriente alterna o continua (CA/CC) por la conexión. • El margen de medición seleccionado debería ser lo más grande posible al principio. • Con corriente continua hay que vigilar la polaridad. • Tras la medición, el medidor de corriente se deberá ajustar al margen más grande de tensión alterna.
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Pinza de corriente Otra posibilidad para medir la corriente la ofrece la pinza de corriente. La medición de corriente con la pinza es especialmente ventajosa cuando se deben medir las intensidades de corriente > de 10 A. Otra ventaja reside en que el circuito eléctrico para la medición de la intensidad de corriente no se debe abrir.
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Explicación Pinza de corriente Cable negativo de la batería
Algunos ejemplos de intensidad de corriente: • Destello: > 100.000 A • Horno de fundición de aluminio: aprox. 15.000 A • Soldadura eléctrica 500 A • Estárter: hasta 250 A • Tranvía: aprox. 50 A • Plancha: 2 A • Televisor en color hasta 1 A • Bombilla (100 W): 0,45 A a 230 V • Calculadora de bolsillo: 0,007 A
18 - Medición de corriente con una pinza de corriente
Densidad de corriente La densidad de corriente indica la densidad de compresión de los electrones en un conductor. Cuanto más densa sea y más electrones se compriman, con más frecuencia y violentamente chocarán los electrones contra los átomos. Los choques liberan energía calorífica. El calentamiento del conductor aumenta. El aumento de calor puede llegar hasta tal punto que el conductor puede calentarse o quemarse. El calentamiento de un conductor no solo depende de la intensidad de corriente I, sino también de la sección de cable. A partir de los dos factores se determina la densidad de corriente J. Cuanto más densa se comprima la corriente en un conductor, más fuerte será el calentamiento.
Fórmula
19 - Fórmula para la densidad de corriente J
Índice J I A
Explicación Densidad de corriente en A/mm2 Intensidad de corriente en amperios Sección transversal del conductor en mm2
Signo de fórmula El signo de fórmula de la densidad de corriente es la J mayúscula. Unidad de medida La densidad de corriente se compone de la corriente en amperios (A) y la sección de cable en milímetros cuadrados (mm2). De ahí que la unidad de medida de la densidad de corriente sea A/mm2.
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Sección transversal del cable 0,75 mm2 1,0 mm2 1,5 mm2 2,5 mm2 4 mm2
Corriente máxima admitida 13 A 16 A 20 A 27 A 36 A
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Modelo sustitutivo para corriente y tensión La tensión eléctrica y la corriente eléctrica también se puede comparar con una corriente de agua.
21 - Circuito eléctrico simple 20 - Circuito del agua
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Explicación Bomba de agua Válvula Turbina Flujo de agua
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Explicación Fuente de tensión Interruptor Bombilla Dirección de corriente
Entre el agua en el conducto superior (punto con el potencial más elevado) y el agua en el conducto inferior (punto con el potencial más reducido) hay una diferencia (diferencia de potencial = tensión). La bomba que bombea el agua desde abajo hacia arriba se corresponde a la fuente de tensión. Con el grifo del agua abierto fluye el agua e impulsa las ruedas de pala de la turbina. Al mismo tiempo se produce la transformación de energía. Además, en un circuito eléctrico en el conductor fluyen los portadores de carga, que forman la corriente eléctrica desde el punto con el potencial más elevado al punto con el potencial más bajo. La lámpara de señal corresponde a la turbina (convertidor de energía). Cuanta más agua haya en el tubo, más agua llegará al extremo del tubo. De igual modo ocurre con la corriente eléctrica. Cuantos más electrones haya, mayor será la intensidad de corriente eléctrica por el conductor.
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Resistencia eléctrica
La resistencia eléctrica es la inhibición de la transformación de electrones por la estructura reticulada del conductor. Cada conductor y, con él, cada consumidor, ofrece una resistencia a la corriente. Tres factores determinan la resistencia de un conductor: - Material - Longitud - Sección transversal. La unidad de medida de la resistencia es el Ohm. Signo de fórmula: Ω El valor de resistencia está impreso o indicado mediante anillos de color.
Definición El movimiento de portadores de carga libres en el interior de un conductor tiene como consecuencia que los portadores de carga libres chocan contra los átomos y ven alterados su flujo.
Signo de conexión
Este efecto se denomina resistencia eléctrica. Mediante este efecto, la resistencia eléctrica tiene la propiedad de limitar la corriente en una conexión. La resistencia eléctrica también se denomina como resistencia óhmica. En la electrónica, las resistencias desempeñan un papel muy importante. Junto a las resistencias clásicas como elementos constructivos, cada componente tiene un valor de resistencia, que influye en cierta medida sobre tensiones y corrientes en los circuitos eléctricos. Signo de fórmula El signo de fórmula de la resistencia es la R mayúscula. La R se debe a la denominación inglesa Resistor = resistencia. Unidad de medida La unidad de medida para la resistencia eléctrica es el ohm con su símbolo Ω (Omega), que proviene del alfabeto griego.
22 - Signo de conexión de la resistencia
Medición de la resistencia óhmica El valor de la resistencia óhmica se mide con un medidor de resistencia. Casi siempre se utiliza el multímetro digital para evitar errores de lectura e imprecisiones. Al medir la resistencia hay que tener en cuenta las siguientes indicaciones: • Durante la medición, el componente que se va a medir no debe estar conectado a una fuente de tensión porque el dispositivo de medición de resistencia tiene su propia fuente de tensión y determina mediante la tensión o la corriente el valor de resistencia. • El componente que se va a medir se debe desmontar del circuito eléctrico al menos por un lado. De lo contrario, los componentes en paralelo influyen en el resultado de la medición. • La polaridad no tiene importancia.
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Resistencia eléctrica de los conductores La resistencia de un cable depende de las dimensiones del conductor, la resistencia eléctrica específica y la temperatura. Cuanto más largo es un cable, mayor será su valor de resistencia. Cuanto mayor sea la sección transversal del cable, más pequeño será su valor de resistencia. Distintos materiales con las mismas dimensiones ofrecen distintos valores de resistencia. Cada material tiene una resistencia específica determinada ρ Rho. La resistencia eléctrica específica de un material es el valor de resistencia que resulta con una longitud de 1 m y una sección transversal de 1 mm2 a una temperatura de 20 °C. Cuanto más baja sea la temperatura, más reducida será la resistencia eléctrica. La resistencia eléctrica de un conductor se calcula según la siguiente fórmula:
23 - Fórmula para calcular la resistencia eléctrica de un conductor
Índice R ρ l A
Explicación Resistencia eléctrica en ohmios Resistencia eléctrica específica en (Ohm * mm2 / m) Longitud del conductor en m Sección transversal del conductor en mm2
En la siguiente tabla, se indica la resistencia específica de algunos conductores utilizados en la electrotecnia. Material Plata Cobre Oro Aluminio Estaño Hierro
Resistencia específica ρ en (Ohm * mm2 / m) 0,0161 0,0178 0,023 0,0303 0,11 0,13
Conductor, no conductor y semiconductor En la electrotecnia se usa a menudo el valor recíproco de la resistencia eléctrica, la conductancia. El signo de fórmula para la conductancia es la G. La unidad de la conductancia eléctrica (siemens) se abrevia S.
24 - Fórmula para la conductancia eléctrica
En función de su conductancia, los materiales se subdividen en conductores, no conductores y semiconductores.
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Conductores Se diferencia entre conductores de electrones y conductores de iones. Los conductores de electrones se componen de átomos de metal que establecen entre ellos un enlace fijo.
Fluye una corriente de electrones desde el polo negativo al polo positivo. Los electrones se pueden mover sin obstáculos entre los átomos debido a la estructura cristalina de los metales. No conductores (aislantes) En los aislantes, el número de portadores de carga libres es igual a cero. Por este motivo, la conductibilidad eléctrica es ínfimamente reducida. Normalmente, se utilizan aislantes o materiales aislantes para separar conductores eléctricos entre sí (aislar).
25 - Flujo de electrones en un conductor
En metales, en la capa más superficial solo hay unos pocos electrones (electrones de valencia), que se pueden desprender fácilmente. Se moverán con relativa libertad debido a la red cristalina formada por los núcleos atómicos. Debido a la energía térmica, los electrones se mueven en la red cristalina de manera muy irregular. En el medio, no se produce ningún cambio de lugar, es decir, ningún transporte de carga. Si el conductor se somete a una presión eléctrica (la tensión eléctrica), los electrones se moverán en una dirección determinada.
Entre los no conductores se encuentran los materiales sólidos como el plástico, la goma, el vidrio, la porcelana, el papel, los líquidos como el agua pura (H2O), aceites y grasas, pero también el vacío y los gases bajo determinadas condiciones. Semiconductores La conductibilidad eléctrica de los semiconductores se encuentra entre los metales y los aislantes. Los semiconductores se diferencian de los conductores en que los electrones de valencia se liberan solo por una influencia externa, como puede ser la presión, la temperatura, la iluminación o el magnetismo, convirtiéndose entonces en conductores. Los materiales semiconductores son por ejemplo el silicio, el germanio y el selenio.
Resistencia como elemento constructivo Si la resistencia de las conducciones es mayormente un efecto indeseado, en la electrónica suele ser necesario limitar la corriente en un circuito eléctrico a un valor determinado. Además, solo se emplean resistencias como elementos constructivos cuya clase y magnitud se adecue a la finalidad correspondiente. Puesto que las resistencias a menudo tienen unas dimensiones muy reducidas y su valor no se puede imprimir o es
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difícil de leer, el valor de resistencia se suele indicar mediante un anillo de color. Cada color establece un valor determinado, de modo que al sumar los valores se puede determinar el valor de resistencia. El valor indicado en la resistencia es válido para una temperatura de 20 °C. Esta limitación existe porque todos los materiales modifican su resistencia con la temperatura.
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Resistencia modificable mecánicamente Las resistencias modificables mecánicamente se distinguen en: • Potenciómetros • Disparadores Tienen la misma función eléctrica (divisor variable de tensión). El valor de resistencia de
un potenciómetro se puede modificar en cualquier momento, mientras el valor de resistencia del disparador solo se modifica ocasionalmente para igualar. Los potenciómetros están encapsulados para que no penetre el polvo y están provistos de un eje.
Líneas eléctricas Las líneas eléctricas del vehículo se componen de conductores eléctricos, por lo general de cobre o aluminio y recubrimientos aislantes. Las líneas aisladas se denominan también cables.
26 - Línea eléctrica
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Denominación Conductor eléctrico (uno o varios hilos metálicos) Aislador de plástico
Las líneas eléctricas se unen de forma independiente a los mazos de cables. Los aisladores se utilizan para separar eléctricamente los conductores eléctricos entre sí (aislar). Para poder diferenciar los conductores eléctricos unos de otros, los aislamientos tienen diferentes colores.
En los esquemas eléctricos, las líneas eléctricas se representan como una línea continua. En función de la utilización que quiera dársele, las líneas eléctricas tienen un diseño diferente (aislante, sección, tendido firme o flexible). Las líneas flexibles (móviles) se tienden como mallas de finos hilos (trenza metálica). En los circuitos de corriente eléctrica de los vehículos BMW, las líneas eléctricas siempre están correctamente dimensionadas. Se utilizan líneas de cobre con suficiente sección transversal. La caída de tensión de las líneas se mide siempre de forma que, con la corriente nominal del consumidor, la caída de tensión de las líneas siempre sea admisible. Si se producen errores en la instalación eléctrica, en especial debido a resistencias de paso (p. ej. si hay corrosión en los contactos) o a la interrupción del cable, puede presentarse una caída de tensión en los cables de alimentación. Esto puede provocar un comportamiento erróneo del consumidor y un calentamiento inadmisible del cable de alimentación.
27 - Conector con líneas eléctricas
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Resistencia interior de una fuente de tensión Hasta ahora hemos partido de la base de que una fuente de tensión siempre suministra una tensión U determinada, p. ej., una batería plana de 4,5 V. Cada batería y la mayoría de bloques de alimentación muestran una caída de tensión cuando uno o varios convertidores de energía (normalmente consumidores como una lámpara, un motor, etc.) se conectan. Si se conecta, p. ej., una lámpara de 4,5 V / 2 W a una pila plana, la tensión descenderá de 4,5 V a 4,3 V. Esto debe a la resistencia interior Ri de la fuente de tensión (pila).
29 - Tensión en la resistencia de carga RL
La resistencia de carga RL no "recibe" toda la tensión de origen en los bornes (KL) A y B porque una parte se pierde en la resistencia interior Ri de la pila. UKL = Uq - URi Si fluye corriente I por el circuito exterior, disminuirá la tensión en los bornes por el valor I*Ri (la tensión que cae en la resistencia interior Ri cuando la corriente I fluye por él).
28 - Resistencia interior de una fuente de tensión Ri
Uno se puede imaginar una pila real como una conexión en serie a partir de una fuente de tensión ideal, o sea, muy constante con una tensión de origen Uq y una resistencia (resistencia interior Ri). En realidad no se incorpora una resistencia, sino que se trata únicamente de un dibujo esquemático, una "imagen de conexión sustitutiva". La tensión de origen Uq permanece constante, es decir, es independiente de la corriente I. La fuente de tensión con la resistencia interior Ri y la tensión de origen (tensión original) Uq solo se carga mediante el convertidor de energía RL (resistencia de carga, resistencia exterior, "consumidor").
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La tensión en los bornes (es decir, la tensión que se encuentra en la resistencia RL), desciende al aumentar la corriente.
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Ley de Ohm La ley de Ohm (por su descubridor Georg Simon Ohm) es una de las leyes más importantes de la electrotecnia, que describe
la relación entre la tensión, la corriente y la resistencia.
Definición La ley de Ohm indica que la caída de tensión U a través de un conductor metálico a temperatura constante es proporcional a la corriente eléctrica que fluye a través del mismo con la intensidad de corriente I. Tensión (U) = Resistencia (R) * Corriente (I) Con ayuda de la ley de Ohm se pueden calcular tres magnitudes básicas de un circuito eléctrico cuando se conocen al menos dos de ellas. Las tres magnitudes básicas son la tensión, la corriente y la resistencia.
El valor que se va a calcular se tacha. Con los dos valores restantes se calcula el resultado. Para poder recordar la secuencia de los valores, se memoriza la palabra URI. Consejo práctico: Si el circuito eléctrico es accesible con dificultad o no se puede separar, se deberá medir la tensión en una resistencia conocida en el circuito eléctrico. A continuación, se podrá calcular la corriente con ayuda de la ley de Ohm.
La ley de Ohm es una de las leyes más importantes de la electrotecnia y describe la relación entre la tensión, la corriente y la resistencia. Con ayuda de la ley de Ohm se pueden calcular las tres magnitudes básicas de un circuito eléctrico cuando se conocen al menos dos de ellas. La ley de Ohm se puede escribir con las siguientes tres fórmulas: U=I*R I=U/R R=U/I
La ley de Ohm se puede escribir con las tres fórmulas siguientes: U=I*R I=U/R R=U/I Ejemplo: Si en un consumidor con una resistencia de un ohm se aplica una tensión de un voltio, la intensidad de corriente en el circuito será de un amperio. Si se aumenta la tensión, también aumenta la corriente. Si se aumenta la resistencia del consumidor, la corriente disminuye si se mantiene la tensión. El triángulo mágico se puede utilizar como ayuda para determinar las distintas fórmulas de la ley de Ohm.
30 - El triángulo "mágico"
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Potencia eléctrica
La potencia es la capacidad de realizar un trabajo en un determinado período de tiempo. Existen muchas fórmulas para calcular la potencia a partir de la corriente, la tensión y la resistencia. La fórmula más frecuente dice: P=U*I El signo de fórmula de la potencia eléctrica es la P mayúscula y la unidad de medida es el vatio (W).
La expresión popular "consumir corriente" es incorrecta desde el punto de vista técnico, ya que la corriente que fluye al interior de un aparato también vuelve a salir del mismo. En realidad, en la corriente doméstica lo habitual es que los electrones "bailen" solo un poquito sin que fluya un número relevante de electrones desde el cable al aparato. Lo que realmente "fluye", es la energía eléctrica. Dicha energía no se consume, tal como se ha asumido popularmente, sino que se transforma, p. ej. en energía mecánica (motor), energía térmica (secador de cabello) y energía química (p. ej. al cargar una batería de teléfono móvil). El trabajo realizado (el producto de tensión, intensidad de corriente y tiempo) se determina mediante un contador de corriente. Por este motivo, el "consumo de corriente" también se contabiliza en la unidad de energía kilowatio-hora y no en la unidad de corriente amperio.
último se obtiene a partir del cálculo con la tensión y la corriente. La indicación de la unidad de medida VA se encuentra a menudo en transformadores y electromotores. La correlación matemática entre la potencia eléctrica P, la tensión eléctrica U, la corriente eléctrica I y la resistencia eléctrica R se presenta en el siguiente diagrama.
Por lo general la potencia es la capacidad de realizar un trabajo en un tiempo determinado. La potencia eléctrica es un valor que encontramos definido de distintas formas en la electrónica y la electrotecnia. La característica común de todas las potencias (en tensión continua) es la unidad de medida y el signo de fórmula.
31 - Circuito de conversión para corriente I, tensión U, resistencia R y potencia P
Una magnitud eléctrica desconocida se puede calcular a partir de dos magnitudes conocidas p. ej.,
Signo de fórmula El signo de fórmula de la potencia es la P mayúscula.
P = U*I
Unidad de medida La unidad básica de la potencia eléctrica es el vatio (W) o también el voltamperio (VA). Este
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La potencia del motor de un vehículo también se indica en kW.
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Circuito eléctrico En los casos vistos hasta ahora, un circuito eléctrico se componía de una fuente de tensión y una resistencia de carga. Sin embargo, en el vehículo hay conectadas muchas fuentes de tensión (alimentación de la red de a bordo) al mismo tiempo. En tales casos se habla de un circuito eléctrico ampliado. En el circuito eléctrico ampliado se diferencian dos conexiones básicas:
La única diferencia con los esquemas de circuitos presentados hasta ahora radica en que con frecuencia falta la representación de una línea de retorno. La línea de retorno tiene lugar en el vehículo BMW a través de la carrocería, la masa eléctrica. La masa se representa mediante el siguiente símbolo de conexión.
- Conexión en paralelo
En el circuito eléctrico ampliado se diferencian dos conexiones básicas: - conexión paralela - conexión en serie En los esquemas eléctricos del sistema eléctrico del vehículo, en lugar del cable de retorno se utiliza la masa eléctrica.
- Conexión en serie (conexión en línea) A continuación se explican ambos tipos de conexión con resistencias como consumidores. Con otros consumidores como un motor eléctrico, una bombilla o un relé se presenta el mismo comportamiento. En el sistema eléctrico de un vehículo también se presentan circuitos eléctricos como esquema de circuitos.
32 - Signo de conexión para masa
Todas las conexiones de masa del vehículo están unidas entre ellas eléctricamente mediante la carrocería. La unión de la carrocería con el polo negativo de la batería tiene lugar mediante una banda de cobre.
Conexión en paralelo y conexión en serie de resistencias Conexión en serie de resistencias
Uges = U1 + U2 + U3
En caso de una conexión en serie, todas las resistencias se conectan consecutivamente. La corriente I fluye consecutivamente por cada una de las resistencias parciales, por lo que debe superar la resistencia total.
Puesto que la corriente en la conexión en serie es igual en todos los lados, las resistencias desiguales provocan distintas caídas de tensión/tensión parcial. Las tensiones se comportan como las resistencias correspondientes. La resistencia total de la conexión en serie se compone de cada una de las resistencias individuales. Rges = R1 + R2 + R3 En la resistencia más grande cae la parte más grande de la tensión total. En la resistencia más pequeña cae la parte más pequeña de la tensión total.
33 - Conexión en serie de resistencias
Una conexión en serie de resistencias se da cuando fluye la misma corriente por todas las resistencias. La tensión total Uges se divide en las resistencias en la conexión en serie. La suma de las tensiones parciales es igual a la tensión total. 21
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Conexión en paralelo de resistencias
35 - La corriente I se divide en tres corrientes parciales 34 - Conexión en paralelo de resistencias
Si no se conectan consecutivamente las resistencias, sino una junto a la otra, se habla de conexión en paralelo. La corriente que fluye por esta conexión tiene a su disposición una sección transversal mayor. De este modo la resistencia total es menor. La resistencia total en una conexión en paralelo es siempre menor que la resistencia individual más pequeña. En una conexión en paralelo de las resistencias, hay la misma tensión en todas las resistencias.
La corriente total se divide en el punto de derivación de las resistencias en varias corrientes parciales. La suma de las corrientes parciales es igual a la corriente total. Iges = I1 + I2 + I3 La resistencia total de la conexión en paralelo es más pequeña que la resistencia individual más pequeña. Con cada resistencia en paralelo el circuito eléctrico conduce mejor, es decir, la conductancia aumenta. La resistencia total de la conexión en paralelo de tres resistencias se calcula conforme a esta fórmula.
36 - Resistencia total de una conexión en paralelo
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Ley de Kirchhoff La primera ley de Kirchhoff (regla nodal) En la conexión en paralelo de resistencias resultan unos puntos de derivación, denominados puntos nodales, de la corriente eléctrica.
Segunda ley de Kirchhoff (regla de las mallas) En un circuito cerrado (malla) se ajusta una distribución de tensión determinada. Las tensiones parciales se suman en su efecto global.
38 - Tensiones en un circuito eléctrico cerrado
37 - Corriente en un punto nodal
Si se observan las corrientes en torno al punto nodal, se podrá determinar que la suma de las corrientes que fluyen hacia él son igual de grandes que la suma de las corrientes que fluyen desde él. Con la ayuda de la regla nodal se pueden calcular corrientes desconocidas en un punto nodal. La regla nodal dice: En cada punto nodal la suma de las corrientes entrantes es igual a la suma de las corrientes salientes o la suma de todas las corrientes es cero.
Si se observan las tensiones en la conexión, la suma de las tensiones de origen Uq1 y Uq2 se divide en tensiones parciales U1 y U2 en las resistencias R1 y R2. La corriente I es la responsable de las caídas de tensión en R1 y R2. La regla de mallas permite calcular una tensión de origen desconocida. La regla de mallas dice: En cualquier circuito eléctrico cerrado, la suma de las tensiones de origen es igual a la suma de todas las caídas de tensión o la suma de todas las tensiones es cero. Uq1 + Uq2 + (- U1) + (-U2) = 0
I1 + I2 = I3 + I4 + I5
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Errores más frecuentes en el circuito eléctrico Resistencia de paso Los puntos de unión se oxidan con el tiempo debido al aire, la humedad, la suciedad y los gases agresivos. Esta oxidación actúa aumentando la resistencia de paso en los puntos de unión. Según la ley de Ohm, un aumento de la resistencia tiene como resultado una caída de tensión. La elevada resistencia en el circuito eléctrico ocasiona una corriente reducida. De este modo, en el consumidor se reduce la potencia. Así, por ejemplo, una caída de tensión ocasionada por la oxidación de un 10 % en los cables de los faros tiene como resultado una reducción de la potencia transformada de un 20 %. En caso de resistencias de paso y corrientes pequeñas de unos pocos amperios, la caída de tensión se puede obviar. Al conectar consumidores, que ocasionan grandes vías de corriente, pueden producirse caídas de tensión que reducen la capacidad de funcionamiento del consumidor. Puesto que no se pueden medir resistencias de paso muy pequeñas con el multímetro, se deben registrar mediante medición de tensión en un circuito eléctrico cerrado.
medio de un error de conexión en instalaciones eléctricas o circuitos eléctricos. Mientras que la tensión eléctrica prácticamente llega a cero, la corriente eléctrica alcanza su valor máximo, la corriente de cortocircuito. Esta corriente solo se limita mediante la resistencia interior Ri de la fuente de corriente. Todos los electrones que se apiñan sobre la compensación intentan pasar simultáneamente por el conductor. El conductor no puede resistir esta avalancha y se forman chispas o se calienta. Debido a que la corriente de cortocircuito carece de limitación pueden producirse daños por sobrecalentamiento a lo largo de los cables si no se protegen mediante fusibles. Los fusibles deben fundirse cuando aparece una corriente de cortocircuito y separar el punto de cortocircuito lo más rápidamente posible del resto de la red de suministro "intacta". La desconexión debe efectuarse, en función del circuito eléctrico, lo más rápidamente posible (máximo en 0,1 segundos) para reducir al máximo las consecuencias de una irrupción de tensión y de la corriente de cortocircuito. De lo contrario, no se puede excluir la posibilidad de un incendio.
Cortocircuito Se denomina cortocircuito eléctrico una unión (a menudo accidental) conductora directa entre dos polos eléctricos, por ejemplo entre el polo positivo y el polo negativo de una batería. Un cortocircuito, por tanto, no es otra cosa que la compensación repentina de una fuente de tensión. Los cortocircuitos se producen mayormente a través de un aislante que se ha dañado o por
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Interrupción de cables En caso de una interrupción de la linea, el circuito eléctrico no se cierra, es decir, el flujo de corriente deseado está interrumpido. A menudo se produce una interrupción de la linea debido a una conexión defectuosa. La consecuencia de una interrupción de la linea es que no funcionarán los componentes eléctricos como la bombilla, resistencias de calefacción, altavoces, etc.
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Condensador y capacidad eléctrica El condensador es un elemento constructivo que puede almacenar cargas eléctricas o energía eléctrica.
La forma más sencilla de un condensador se compone de dos placas de metal contrapuestas y un aislante entre ellas.
Carga y descarga del condensador Los procesos de carga y descarga en un condensador se pueden observar en la conexión que hay a continuación.
permanecerá cargado, es decir, entre las placas predomina la diferencia de electrones. El condensador ha almacenado energía eléctrica. Si el condensador ha cortocircuitado por conmutación del interruptor, fluirá en sentido opuesto una corriente de descarga. La corriente de descarga fluye hasta que ambas placas vuelvan a ser eléctricamente neutrales o hasta que la energía eléctrica se transforme en la resistencia en energía térmica.
Los condensadores almacenan la energía eléctrica en un campo eléctrico. Según el tipo de construcción se diferencia entre: - condensadores no polarizados - condensadores polarizados. Se emplean para filtrar la tensión rectificada y para generar retrasos temporales. La capacidad de almacenamiento de un condensador se denomina capacidad eléctrica. La unidad de medida para la capacidad es el faradio (F).
El desarrollo de la tensión o la corriente durante la carga o descarga del condensador se describe en la siguiente imagen. 39 - Proceso de carga y descarga de un condensador
Índice 1 2 3 4 5
Explicación Fuente de tensión continua Interruptor Medidor de corriente Resistencia Condensador
Si en un condensador se aplica una fuente de tensión continua cerrando el interruptor, se desplazarán cargas eléctricas. En una de las placas del condensador se genera un exceso de electrones (carga negativa), en la otra placa hay una carencia de electrones (carga positiva). Además, fluye brevemente una corriente de carga hasta que se acaba de cargar el condensador. El flujo de corriente se puede determinar con un amperímetro. Si el condensador está cargado, no fluirá más corriente (el amperímetro indica 0 A), tampoco cuando la fuente de tensión permanezca conectada. El condensador bloqueará la corriente continua, es decir, la resistencia del condensador será infinitamente grande. Tras la separación del condensador de la fuente de tensión continua, el condensador
40 - Desarrollo de la tensión y la corriente al cargar o descargar el condensador
Índice 1 2 i u
Explicación Carga del condensador Descarga del condensador Corriente Tensión
Durante el proceso de carga del condensador fluye al principio una elevada corriente. La tensión, por contra, es al principio reducida o igual a 0 V. Con carga en aumento del condensador la corriente se vuelve cada vez más pequeña y la tensión, mayor. Con el condensador cargado ya no fluye corriente. La 25
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tensión alcanza el valor de la fuente de tensión.
Los condensadores utilizados en la práctica tienen valores más pequeños que un faradio:
Al descargar el condensador, fluye al principio una corriente elevada, pero en otra dirección que al cargar. La tensión tiene primero el valor máximo y desciende continuamente con la descarga del condensador. Si el condensador se ha descargado completamente no fluirá corriente y no habrá diferencia de potencial entre las placas del condensador.
• 1 mF = 10-3 F (mF = milifaradio)
Si se aumenta el número de procesos de carga y descarga en la unidad temporal, p. ej., aplicando tensión alterna, el número de corrientes de carga y descarga aumentará según la unidad temporal, de modo que el valor medio de la corriente por unidad temporal también aumentará. Así, la corriente se hará mayor en el condensador, es decir, la resistencia del condensador se hará perceptiblemente más pequeña (reactancia capacitiva).
• 1 µF = 10-6 F (µF = microfaradio) • 1 nF = 10-9 F (nF = nanofaradio) • 1 pF = 10-12 F (pF = picofaradio) Tiempo de carga y descarga del condensador Para calcular el tiempo de carga y descarga, se necesita el valor de la resistencia, por el cual fluye la corriente de carga del condensador y el valor del propio condensador. El nivel de la tensión aplicada no influye en el tiempo de carga. La carga tiene lugar con más rapidez cuanto más pequeña sea la capacidad del condensador C y más pequeña sea la resistencia R.
Los condensadores se emplean en el vehículo como acumuladores de carga breves, para aplanar las tensiones y para minimizar los picos de sobretensión.
De ahí que el producto resultante del condensador C y la resistencia R se establezca como constante temporal τ (tau).
Capacidad eléctrica
Dentro de cada constante temporal τ (tau) el condensador se carga o descarga en un 63 % de la tensión creada o cargada. Tras 5 constantes temporales, el condensador estará prácticamente cargado o descargado.
La capacidad de almacenamiento de un condensador se denomina capacidad eléctrica. La unidad para la capacidad es el faradio (F).
τ=R*C
Tipos de condensador Según la aplicación, se utilizan condensadores no polarizados o polarizados.
41 - Signo de conexión de los condensadores
Índice 1 2
Explicación Condensador no polarizado Condensador polarizado
En los condensadores no polarizados, las dos conexiones tienen el mismo valor, es decir, se pueden intercambiar. Los condensadores no polarizados pueden funcionar con tensión continua y tensión alterna.
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Los condensadores polarizados, por contra, tienen una conexión positiva y otra negativa. Ambas conexiones no se deben intercambiar. Los condensadores polarizados no deben utilizarse con tensión alterna.
42 - Izquierda: Condensador no polarizado Derecha: Condensador polarizado
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Conexión en serie y conexión en paralelo de condensadores De manera similar a las resistencias, los condensadores se pueden conectar en paralelo o en serie. Conexión en serie de condensadores
43 - Conexión en serie de condensadores
Una conexión en serie de condensadores se da cuando los condensadores se conectan consecutivamente y fluye la misma corriente por todos los condensadores. La tensión total Uges se divide en los condensadores en la conexión en serie. La suma de la tensión parcial es igual a la tensión total. En la capacidad más pequeña cae la tensión más grande. En la capacidad más grande cae la tensión más pequeña. La capacidad total de la conexión en serie es más pequeña que la capacidad individual más pequeña. Por cada condensador en serie de más, desciende la capacidad total.
Conexión en paralelo de condensadores
45 - Conexión en paralelo de condensadores
En la conexión en paralelo de condensadores, las tensiones que hay en todos los condensadores es la misma. Puesto que la corriente carga los condensadores, la capacidad total de todos los condensadores es mayor que en cada condensador individual. La capacidad total es igual a la suma de las capacidades individuales. Cges = C1 + C2 + C3 Los condensadores se suelen conectar en paralelo para aumentar la capacidad.
44 - Capacidad total en la conexión en serie
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Bobina e inductividad En el sistema eléctrico de un vehículo, la bobina se emplea en distintas aplicaciones, p. ej., como bobina de encendido, en relés y en los motores eléctricos. Si por la bobina fluye una corriente, se genera un campo magnético. Las bobinas almacenan energía eléctrica en un campo magnético. Al desconectar el flujo de corriente, la energía magnética se transforma de nuevo en energía eléctrica. Se produce una tensión de inducción. El signo de fórmula para una inductividad es L. La unidad de medida para la inductividad es H (henrio). La intensidad del campo magnético de una bobina depende de: - el número de espiras N - intensidad de corriente I - la estructura de la bobina Las bobinas se emplean en transformadores, relés y electromotores.
En el sistema electrónico de un vehículo la bobina se encuentra en sensores inductivos,
p. ej., en el sensor de cigüeñal y de árbol de levas. Las bobinas también se pueden utilizar para transferir energía (transformador) o para fines de filtrado (p. ej. separadores de frecuencias). En los relés, la fuerza magnética de la bobina se utiliza para conmutar un interruptor.
Campo magnético de un conductor de corriente En torno a cualquier conductor por el que fluye corriente se genera un campo magnético. Las líneas de campo tienen la forma de circuitos cerrados.
El sentido de las líneas de campo en torno a un conductor por el que fluye corriente se puede determinar con la regla del tornillo. Si se imagina un tornillo enroscado con rosca a la derecha de la corriente (sentido técnico) en un conductor, la dirección de giro indica el sentido de las líneas de campo. Como símbolo para una corriente que entra en un conductor, se utiliza el signo ⊗, para una corriente que sale del conductor se emplea el círculo con un punto en el centro.
46 - Campo magnético de un conductor por el que fluye corriente
Inducción Si un conductor o bobina eléctrica se mueve en un campo magnético, provocará en el conductor o la bobina una tensión eléctrica. También se provocará una tensión en el conducto o la bobina cuando la intensidad del campo magnético se modifique. Este proceso se denomina inducción y la tensión generada se llama tensión de inducción.
47 - Inducción de la tensión eléctrica en un conductor
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El nivel de la tensión inducida depende de: • La intensidad del campo magnético • La velocidad con la que el conductor o la bobina eléctrica se mueve en el campo magnético • El número de espiras de la bobina Si por una bobina fluye corriente que cambia constantemente, se generará un campo magnético permanentemente cambiante en torno a la bobina. Cada cambio de la corriente genera en la bobina una tensión de autoinducción. Esta tensión está dirigida de tal modo que contrarresta una modificación.
El hecho de contrarrestar una inductividad frente a los cambios del campo magnético (generación y desaparición), puede compararse con el principio de inercia de la física. Un coche de carreras, p. ej., al acelerar contrarresta el aumento de velocidad con la inercia de su masa. Al frenar, la inercia de la masa del coche de carreras actúa de tal modo que es necesario un período de tiempo determinado hasta que el coche se detiene. La tensión de autoinducción es mayor, • cuanto mayor sea la inductividad L • cuanto mayor sea el cambio de corriente • cuanto menor sea el tiempo del cambio de corriente.
Bobina Una bobina clásica es un cable enrollado en torno a un cuerpo. Dicho cuerpo no debe estar presente de manera obligatoria. Básicamente sirve para estabilizar el cable fino.
La inductividad de una bobina es la capacidad de transformar energía eléctrica en energía magnética en sus propias espiras. El signo de fórmula para la inductividad es la L. La unidad de medida para la inductividad es H (henrio). Las bobinas utilizadas en la práctica ofrecen valores más pequeños que el henrio, p. ej., 1 mH. Existen distintos signos de conexión para las bobinas.
48 - Campo magnético de una bobina
Índice N S
Explicación Polo norte Polo sur
Si se enrolla el conductor de corriente a una bobina, se concentrarán las líneas del campo magnético en el interior de la bobina. Dichas líneas discurren en paralelo y con la misma densidad. Se habla de un campo magnético homogéneo. En el punto de salida de las líneas del campo aparece el polo norte, en el punto de entrada, el polo sur. La propiedad física más importante de las bobinas es su inductividad.
49 - Signos de conexión para bobinas
Índice 1 2
Explicación Bobina sin núcleo de hierro Bobina con núcleo de hierro
Sin embargo, además de la inductividad, las bobinas reales cuentan con otras propiedades (a menudo no deseadas) como una resistencia o capacidad eléctrica.
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La intensidad del campo magnético de una bobina depende de: • El número de espiras N • La intensidad I y • La estructura de la bobina
multiplicándolo por 1.000. El núcleo de hierro no pertenece al circuito eléctrico. Este tipo de bobina con núcleo de hierro se denomina "electroimán". El núcleo de hierro magnéticamente blando permanece magnético mientras la corriente I fluya por la bobina.
Mediante un núcleo de hierro en la bobina, se puede reforzar el campo magnético
Comportamiento de la bobina con corriente continua Al desconectar la tensión UB se rompe el campo magnético generado en la bobina e induce una tensión. Esta tensión UL deja fluir una corriente por la resistencia R hasta que el campo magnético se ha transformado completamente en energía eléctrica y en la resistencia R se ha convertido en calor.
50 - Bobina del circuito de corriente continua
Índice S
R L
Explicación Interruptor; 1 = fuente de tensión conectada 2 = fuente de tensión desconectada Resistencia Bobina
Mediante un interruptor S, se aplica una bobina L mediante la resistencia R a una tensión continua. En el momento de conexión, casi toda la tensión UB se halla en la bobina. La bobina es en el momento de conexión una interrupción, es decir, se comporta de manera inversa a un condensador. Con el tiempo la corriente aumenta por la bobina, la tensión en la bobina desciende. Tras un tiempo de 5τ la corriente máxima fluye y prácticamente toda la tensión UB se encuentra en la resistencia R. La constante temporal τ se calcula según la siguiente fórmula: τ
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=
L ---R
51 - Desarrollo de la tensión y de la corriente en una bobina
Índice 1 2 i u
Explicación Generación del campo eléctrico Desaparición del campo magnético Corriente Tensión
Si después de desconectar la tensión UB no hay ningún circuito eléctrico cerrado, aumentará con fuerza la tensión de inducción y en el interruptor abierto saltará una chispa (arco voltaico).
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Posibilidades de aplicación en el vehículo Transmisor inductivo de impulsos Los sensores inductivos funcionan, como se entrevé por su nombre, según la ley de inducción. Para ello, se requiere una bobina (devanado), un campo magnético y un "movimiento". Mediante este principio de medición, se pueden medir sin contacto y sin desgastar ángulos, tramos y velocidades.
dientes se produce un cambio del campo magnético.
53 - Desarrollo de la tensión de inducción
52 - Sensor del cigüeñal
Índice 1 2 3 4 5 6 7
Explicación Imán permanente Carcasa del sensor del cigüeñal Carcasa del motor Núcleo de hierro blando Bobina Entrediente (marca de referencia) Hendidura de ventilación
La función del transmisor inductivo de impulsos se explica en el ejemplo del sensor del cigüeñal. El sensor del cigüeñal mide el número de revoluciones del motor. Se compone de un imán permanente y una bobina de inducción con núcleo de hierro blando. Como generador de impulsos (movimiento) se coloca una corona dentada en el volante de inercia. Entre el transmisor inductivo y la corona dentada se encuentra solo una pequeña hendidura de ventilación. El flujo magnético por la bobina depende de si en frente del sensor hay un hueco o un diente. Un diente concentra el flujo disperso de los imanes, un hueco, por contra, debilita el flujo magnético. Si el volante de inercia gira y, con él, la corona dentada, por cada uno de los
Índice 1 2 3
Explicación Diente Marca de referencia Entrediente
El cambio del campo magnético genera en la bobina una tensión de inducción. El número de impulsos por unidad temporal es una medida para el número de revoluciones del volante de inercia. Mediante entredientes colocados a conciencia en la corona dentada, el dispositivo de mando también puede reconocer la posición momentánea del motor. Mayormente se utilizan las ruedas motrices con división por 60, en que un o dos ruedas definen la marca de referencia. El número de revoluciones del motor es una magnitud de mando para el cálculo mixto y para el reglaje del punto de encendido. Como sensor del cigüeñal, en lugar de los transmisores inductivos de impulsos cada vez se emplean más los sensores Hall.
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Interruptores y pulsadores Los circuitos de corriente deben poder cerrarse o abrirse cuando sea preciso. P. ej. cuando al anochecer se desea encender la luz o si en caso de peligro es preciso accionar la bocina. Para ello se necesitan interruptores y pulsadores.
Con el fin de representar de forma sencilla el principio básico de una conexión se utiliza con frecuencia el símbolo simplificado de un contacto de cierre sin distinguir si se trata de un interruptor mecánico o de un pulsador.
Un interruptor funciona con retención, a diferencia del pulsador, que retorna al estado de partida cuando se retira la fuerza de accionamiento. Los interruptores mecánicos se accionan de forma mecánica. Poseen uno o varios contactos de conmutación o recorridos de contacto.
56 - Signo de conexión simplificado para interruptores
Los interruptores o pulsadores se utilizan con frecuencia para registrar determinados estados, p. ej., si el capó trasero está abierto o cerrado.
54 - Signos de conexión para interruptores
Índice 1 2 3
Explicación Contacto de cierre del interruptor Contacto de apertura del interruptor Cambiador del interruptor 57 - Microinterruptor
Al cerrar o abrir los contactos se establece o interrumpe el flujo en el circuito de corriente. A partir de esto resulta un estado (p. ej. del capó trasero) abierto o cerrado.
55 - Signos de conexión para pulsadores
Índice 1 2 3
Explicación Contacto de cierre del pulsador Contacto de apertura del pulsador Cambiador del pulsador
En función de si los contactos se cierran o se abren, se distingue entre interruptores de cierre o de apertura. También existen conmutadores o cambiadores. Estos separan una unión y establecen a continuación otra unión de una conexión igual conjunta.
58 - Pulsador PDC
Índice 1 2
Explicación Indicación de funcionamiento Pulsador PDC
Con frecuencia se utilizan los pulsadores para activar o desactivar funciones.
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9 Resumen. Términos básicos del sistema eléctrico del vehículo.
Aspectos que debería recordar. En la siguiente tabla se resume la información más importante sobre los términos básicos del sistema eléctrico del vehículo.
La reunión compacta de los contenidos le permite volver a comprobar sus conocimientos de esta información de producto.
Átomos, electrones y portadores de carga El átomo es el componente más pequeño de los elementos químicos. Los átomos se componen de un núcleo y una capa.
Observaciones para el día a día en teoría y práctica.
El núcleo se encuentra en el centro del átomo. El núcleo tiene carga positiva y contiene prácticamente toda la masa del átomo. Se compone de protones y neutrones. La capa atómica está constituida por electrones. Los electrones son partículas con carga eléctrica negativa. Un átomo es eléctricamente neutral hacia fuera. El núcleo y la capa tienen el mismo número de cargas eléctricas. Tensión eléctrica La tensión eléctrica existe cuando entre dos puntos, p. ej., los polos de una batería, se presenta una diferencia en la cantidad de electrones. La unidad de medida de la tensión eléctrica U es 1 voltio (V). Un dispositivo de medición de tensión siempre se conecta en paralelo al consumidor, al elemento constructivo o a la fuente de tensión.
Corriente eléctrica La corriente eléctrica es el movimiento dirigido de portadores de carga, p. ej., electrodos o iones libres en un material o vacío. La corriente eléctrica tiene el signo de fórmula I. La unidad de medida de la intensidad de corriente eléctrica es el amperio (A). La intensidad de corriente se mide con un amperímetro. El amperímetro siempre se conecta en línea en relación al consumidor. Para ello, la línea del circuito eléctrico se debe separar para insertar el aparato de medición en el circuito eléctrico. Con corriente continua se diferencia entre dos direcciones de corriente: • Dirección técnica de corriente: desde el polo positivo al polo negativo • Dirección física de la corriente: los electrones se mueven en un circuito eléctrico cerrado desde el polo negativo al polo positivo Los tipos de corriente se diferencian según el sentido del movimiento de los electrones en corriente continua y corriente alterna.
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Resistencia eléctrica La resistencia eléctrica es la inhibición de la transformación de electrones por la estructura reticulada del conductor. Cada conductor y, con él, cada consumidor, contrapone una resistencia a la corriente. Tres factores determinan la resistencia de un conductor: • Material • Longitud • Sección transversal La unidad de medida de la resistencia es el Ohm. Signos de fórmula: Ω El valor de resistencia está impreso o indicado mediante anillos de color. Ley de Ohm La ley de Ohm es una de las leyes más importantes de la electrotecnia que describe la relación entre la tensión, la corriente y la resistencia. Con ayuda de la ley de Ohm se pueden calcular tres magnitudes básicas de un circuito eléctrico cuando al menos se conocen dos de ellas. La ley de Ohm se puede escribir en las tres siguientes fórmulas: U=I*R I=U/R R=U/I Potencia eléctrica La potencia es la capacidad de realizar un trabajo en un período de tiempo determinado. Existen muchas fórmulas para calcular la potencia a partir de la corriente, la tensión y la resistencia. La fórmula más frecuente es: P = U * I El signo de fórmula de la potencia eléctrica es la P mayúscula y la unidad de medida el vatio (W).
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Circuito eléctrico En el circuito eléctrico ampliado se diferencian dos conexiones básicas: • conexión en paralelo • conexión en serie En los esquemas de circuitos para la electricidad del automóvil se emplea en lugar de una línea de retorno la masa eléctrica. La resistencia total del circuito en serie se compone de resistencias en serie individuales. Rges = R1 + R2 + R3 La resistencia total de la conexión en paralelo es más pequeña que la resistencia individual más pequeña. Los errores más frecuentes en un circuito eléctrico son: • Resistencia de paso • Cortocircuito • Interrupción de cables
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