CUÁNDO SE PRODUCE LA ELECTRICIDAD La electricidad es producida cuando los electrones se liberan de sus átomos. Los electrones mas alejados de la fuerza de atracción del núcleo son los que pueden liberarse mas fácilmente, al aplicar suficiente fuerza o energía a un elemento o material, los electrones pueden liberarse. Esta energía se distribuye en cantidades iguales entre todos los electrones que se encuentran en la última capa de valencia (electrones de valencia). Por lo tanto para una cantidad de energía determinada, mientras más electrones de valencia haya. Menor será la energía que mueva a cada electrón. Esta característica divide a los elementos por su capacidad eléctrica en: Conductores, Semiconductores y Aislantes.
CONDUCTORES Son los encargados de transportar el amperaje o los electrones por todo un circuito eléctrico, el diámetro de estos es proporcional a la capacidad de corriente que soportan es decir un cable delgado soporta poco amperaje y un cable con un calibre mayor soporta mas cantidad de corriente. Debemos de considerar que luego de 15 años de uso un ramal eléctrico puede ser sujeto a varias fallas entre las cuales cua les podemos mencionar · · ·
Falsos contactos Corrosión y muchos factores que pueden aumentar el valor óhmico afectando el buen funcionamiento de un circuito eléctrico
AISLANTES Para aislar un circuito eléctrico de otro es necesario que cada uno de los cables este aislado o que eléctricamente no tenga ninguna ralacion con otro otro circuito, circuito, en el automóvil para poder identificar cada uno uno de los cables cables en cada circuito, se emplea una codificación co dificación por po r colores por lo general en Ingles por el formato for mato de la información técnica, por ejemplo: la identificación de un cable verde/ azul, significa que el color que predomina es el color verde y que esta trazada tr azada una línea color azul por otro lado cuando hacemos alguna reparación o simplemente damos servicio al sistema eléctrico del automóvil aislamos con una una cinta especial especial los los empalmes uniones y soldaduras
SEMICONDUCTORES Así como en nuestra vida cotidiana, también en el automóvil la electrónica esta formando parte fundamental en todos sus sistemas, todos los componentes electrónicos su materia prima son los materiales semiconductores.
En el automóvil predominan dos tipos de materiales semiconductores semiconductores bases •
Silicio
•
Germanio
Dada la combinación de estos dos podemos obtener dos tipos de semiconductores
Semiconductores tipo P Los semiconductores semiconductores tipo P se producen agregando impurezas con 3 electrones electrones en su capa externa ( átomos trivalentes) como el Boro y el Indio . Cuando estos elementos elementos se agregan al Ge o al Si, los tres electrones electrones forman parte de la estructura del cristal, dejando al Hueco ( o laguna) donde el cuarto electrón tendría que estar fuera de la orbita .
Semiconductores tipo N Si se agrega a grega al silicio, un elemento como el antimonio, fósforo o el arsénico, el semiconductor adquirirá electrones electrones libres. Esta condición permite permite que un electrón libre de cada átomo de impureza se agrega al cristal del semiconductor.
TEORIA CONVENCIONAL Para entender el flujo de corriente eléctrica se han establecido dos teorías de como es que fluye la corriente eléctrica en un conductor o en un circuito; una de ellas es la teoría convencional que establece que la corriente fluye del poste positivo de la batería hacia el poste negativo.
TEORÍA ELECTRÓNICA Esta teoría establece que la corriente fluye del poste negativo al positivo, es la mas acertada, ya que tiene como fundamento la Ionización de los átomos (específicamente ionización positiva). Esta teoría simplemente anuncia el movimiento real de los átomos
CORRIENTE DIRECTA Es la que fluye siempre en la misma dirección. Es el tipo de corriente que se obtiene de las baterías de los los vehículos. Y es la misma corriente que obtenemos de las baterías comerciales de 1.5 voltios. voltios. Si pudiéramos ver en un Osciloscopio nos daría como como resultado un valor de voltaje constante en el automóvil todos los sistemas operan con este tipo tipo de corriente.
CORRIENTE ALTERNA Es la que cambia de dirección entre los puntos positivo y negativo alternadamente. Es la corriente utilizada en los hogares y talleres. Esta se encuentra alternando (cambiando de polaridad) a razón de 60 Hertz Hertz (ciclos por segundo). Es decir en nuestro nuestro país (El Salvador) donde la frecuencia es la antes mencionada, mencionada, cuando en nuestro hogar tenemos encendido un foco, foco, este se esta encendiendo y apagando 60 veces veces por segundo.
AMPERES El flujo de corriente en un conductor es semejante al flujo de agua a través de un tubo. Cuando se mide el flujo de corriente, se cuentan los electrones que pasan por un punto, en cierto tiempo. El amperio es utilizado como unidad de medida de la corriente. Y es necesario saber la cantidad de corriente que fluirá por un conductor porque si utilizamos un conductor con menor capacidad este se dañara. Un amperio es igual. A 6.28 trillones de electrones que pasan a través de un conductor, por un punto determinado, en un segundo.
VOLTAJE Es la fuerza, o presión, electromotriz que hace que fluya la corriente. El voltaje es una forma de energía. Cuando una batería no esta conectada en un circuito, el voltaje es energía potencial: cuando ésta se conecta, el circuito se completa y la corriente fluye, el voltaje es energía potencial liberada. La fuerza de esta energía, depende de la fuerza de las cargas negativas y positivas, así como de la diferencia entre ellas. Esto se conoce como diferencia de potencial eléctrica. El voltio es la unidad para medir el voltaje. Un voltio es la cantidad de energía o fuerza, que se necesita para mover un amperio de corriente a través de un conductor. En el caso del automóvil el voltaje necesario en la batería son 12.6 voltios.
RESISTENCIA La resistencia eléctrica se define como todo aquello que se opone al paso o flujo de la corriente eléctrica dentro de un circuito. Un circuito eléctrico debe tener una resistencia al flujo de la corriente para cambiar la energía eléctrica en calor, movimiento, etc. Si un circuito no tuviera resistencia, el flujo de electrones seria como el flujo de un río desbordado, causando daños y no beneficios. Todos los conductores tienen una resistencia eléctrica, que prácticamente es nula. La resistencia que importa en un circuito eléctrico es la que tienen los dispositivos que trabajan en él como motores, focos, solenoides, relevadores y otros. A estos se les denominan Carga Eléctricas del Circuito.
Todos los circuitos que integran al automóvil están configurados en cualquiera de las tres conexiones siguientes : · · ·
Conectados en serie Conectados en paralelo Conectados como circuitos mixtos
Circuito en serie Es el tipo de circuito en donde todas las resistencias de carga se conectan una tras la otra, esto presenta para el flujo de corriente una sola dirección. Vamos a utilizar esta conexión cuando nos sea necesario regular o mantener la corriente en un valor limitado, la idea es que existan una o varias resistencias limitadoras ( que provocan una caída de tensión antes de la de carga. Por ejemplo en el marcador de combustible del automóvil, en donde este componente por lo general trabaja con un voltaje menor que al que posee el acumulador (batería).
El circuito serie además posee las siguientes características: · · · ·
· · ·
a) El flujo de corriente tiene un solo recorrido, b) El amperaje es el mismo en cualquier punto del circuito. c) La resistencia total del circuito es la suma de todas las resistencias. d) La caída de tensión a través de cada resistencia varía de acuerdo con el valor de cada una de ellas. e) La suma de todas las caídas de tensión es igual a la tensión de la fuente. f) Si una de las cargas falla el circuito deja de funcionar. g) A mayor carga mayor consumo de voltaje.
Usando la ley de Ohm se puede calcular el voltaje, corriente y resistencia. Desde el entendido que los interruptores y las y las uniones no oponen resistencia en el circuito (teóricamente). Consideremos el análisis del siguiente circuito como un ejemplo:
Circuito en paralelo Este circuito responde a la necesidad de voltaje de la mayor parte de componentes eléctricos del automóvil, ya que son diseñados para trabajar con la tensión de la batería (12 voltios). Entonces vamos a utilizar esta configuración cuando necesitemos que la tensión de la batería llegue directamente a los componentes eléctricos.
En un circuito en paralelo, la corriente tiene dos o más trayectorias a seguir. La corriente se divide en derivaciones paralelas, en los puntos de unión. Las derivaciones paralelas son circuitos derivados.
Por tanto: · · · · ·
·
a) La corriente tiene dos o más trayectorias a seguir. b) La corriente que atraviesa cada resistencia depende del valor de esta. c) La suma de todas las corrientes es la corriente total del circuito. d) El voltaje aplicado a cada derivación paralela es el mismo voltaje de la fuente. e) La resistencia total del circuito paralelo es menor que el valor de la resistencia individual más baja. f) Si una de las cargas se daña el circuito sigue funcionando.
Resistencia Equivalente: Es la resistencia total de un circuito paralelo. Se puede calcular de dos maneras:
1.
Si el circuito tiene solamente 2 cargas, se aplica el método del producto de las cargas sobre la
suma de estas. 2.
Si el circuito posee más de dos resistencias se usa la siguiente fórmula:
RT=1/ (1/RI+1/R2+ 1/Rn)
Circuito mixto Es la combinación de las dos conexiones anteriores es necesario el análisis de los subsistemas de un circuito complejo que en términos generales es un circuito mixto. Todas las reglas que se han mostrado para los circuitos anteriores se aplican a los circuitos Mixtos. Para calcular voltaje, amperaje y resistencia de cualquier parte o de todo el circuito, se empieza por reducir las derivaciones paralelas a cargas equivalentes en serie. Luego se combinan los valores equivalentes con cualquier carga real en serie.
En este ejemplo el foco conectado en Serie con la etapa en paralelo cumple la función de limitar o provocar una caída de voltaje, en el caso de las dos resistencias de carga que están conectadas en paralelo las dos resistencias están siendo alimentadas por el mismo voltaje ya que están conectadas en paralelo. Aplicando las reglas y la ley de ohm debes de tratar de obtener el dato especifico de voltaje y corriente para cada una de las
resistencias del circuito mixto.
Relevadores Desde que se aplicaron circuitos eléctricos en los automóviles los controles de estos sistemas eran de forma mas sencilla, en el sentido que todos los componentes eléctricos eran controlados directamente por interruptores. Ahora debemos de resaltar las condiciones que dichos interruptores tenían que cumplir como por ejemplo: 1. Tenían que soportar toda la corriente que demandaban cada una de las resistencias de carga. 2. Por disipar calor (a causa de la corriente eléctrica que pasaba por estos componentes ) estos tenían que se de gran tamaño. 3. La vida útil de cada uno de los interruptores era corta.
Cuando se incorporaron mucho mas circuitos eléctricos y electrónicos en el automóvil y sobre todo el diseño innovador de los tableros, fue necesario manipular los circuitos eléctricos con interruptores mucho más pequeños. Entonces fue necesario utilizar componentes electromecánicos denominados Relés, los cuales utilizan como principio de funcionamiento los efectos del magnetismo producidos cuando se genera un paso de corriente a través de un embobinado Los relevadores poseen dos características que los hacen muy comunes e importantes en los circuitos automotrices.
Los relevadores (Relés) proporcionan control remoto alambrico para uno o varios circuitos abriendo y cerrando un interruptor en un circuito de control. El relevador permite que un circuito de control con corriente débil (menor a un amperio en la mayoría de los casos) conecte y desconecte una corriente intensa (dependiendo la demanda de corriente de la resistencia de carga que está controlando el rele) en un circuito de alimentación. Todos los relevadores poseen dos circuitos en paralelo; el circuito de control del relevador tiene un devanado de bobina electromagnético al rededor de un núcleo de hierro. La bobina tiene resistencia y es la carga en el circuito de control. El circuito de alimentación o el circuito de salida del relevador tiene dos contactos de interruptor uno de los cuales está en una armadura móvil ( éste es movido por el campo magnético).
Terminales básicos de un relé de 4 terminales Es necesario tener muy claro que un relevador no genera una ganancia de corriente, si no que nos permite controlar con poco amperaje (lo que demanda el embobinado del relé), un mayor amperaje que demanda una resistencia de carga (accesorio).
Cuando se abre el interruptor que controla la corriente que fluye sobre el embobinado del relé (interruptor de control), se genera un pico de voltaje que puede ascender a valores que podrían dañar cualquier componente electrónico o al mismo relé.
Para evitar daños ocasionados por la auto-inducción se fabrican los relés con componentes electrónicos como por ejemplo: resistencias de carbón, diodos, condensadores etc.
Por lo general en los circuitos eléctricos automotrices, se a los relevadores se le instalan resistencias de carbón y diodos rectificadores.
Diseños de relé Los relés en la actualidad son parte fundamental en los circuitos eléctricos automotrices; y como cada circuito realiza una función específica y diferente de otro, por los que es necesario fabricar Relés con variedad de funciones y la diferencia fundamental es como operaran uno o varios ruptores del relevador. En el taller desarrollaremos circuitos para cada uno de los diferentes tipos de relevadores.
Las resistencias instaladas en los relevadores
Los resistores están disponibles en varios tamaños y estructuras la mayor parte de los resistores tienen una serie de bandas, de color alrededor de ellos, estas bandas de color son el código para indicar el valor del resistor , ya que son elementos pequeños y los valores pueden ser muy altos
Las resistencias instaladas en los relevadores Los resistores están disponibles en varios tamaños y estructuras la mayor parte de los resistores tienen una serie de bandas, de color alrededor de ellos, estas bandas de color son el código para indicar el valor del resistor , ya que son elementos pequeños y los valores pueden ser muy altos.
Código de colores Los resistores se identifican por un código de colores, como se muestra en la figura
Diodos utilizados en relevadores automotrices Un diodo se forma uniendo un semiconductor tipo P con un semiconductor tipo N y pónganse juntos y cuando se unen los dos trozos se forman una unión PN.
El símbolo del diodo
Por definición, un diodo es un dispositivo que contiene dos electrodos, el cual permite el flujo de corriente solamente en una dirección, si no se aplica un voltaje al diodo no habrá nada útil eléctricamente, pero si se aplica un voltaje a través del diodo (el positivo a un lado y el negativo al otro) se cambia su característica eléctrica y esto se llama voltaje de polarización.
Polarización Directa Se aplica un voltaje positivo al ánodo y un voltaje negativo al cátodo, la corriente fluye por el diodo. Se dice entonces que el diodo está polarizado e n directa o un sentido de conducción.
Polarización Inversa. Si se invierte el voltaje y se aplica negativo al ánodo y positivo al cátodo, por el diodo no fluirá la corriente y se obtiene así una polarización inversa.
La resistencia de la unión PN es muy baja en el sentido de la conducción . Idealmente es casi cero por ello se requiere un voltaje de polarización directa muy baja para que el diodo sea conductor. El voltaje mínimo de conducción se llama voltaje crítico. Se requiere un voltaje mínimo para que un diodo sea conductor. El diodo de germanio tiene un voltaje de 0.3 v El diodo de silicio un voltaje de 0.7 v.
Baterías o acumuladores Es el acumulador el corazón o el elemento fundamental del sistema eléctrico del automóvil. Todos los dispositivos eléctricos y electrónicos del vehículo reciben su energía inicial de la batería. Ninguno de los sistemas o accesorios de un automóvil pueden funcionar bien si la batería se descarga o tiene algún defecto no solo un defecto interno, sino puede ser un defecto de conexión eléctrica, como por ejemplo: · · · · ·
Suciedad en los bornes Cables desapretados Cables sulfatados Cables mal aislados Mala sujeción de la batería
La batería como tal no solo cumple con la función de proporcionar voltaje inicial para los componentes eléctricos sino que cumple otras funciones mas que son las siguientes: a) Proveer toda la energía eléctrica al vehículo cuando el motor no esta trabajando o el sistema de carga no funciona. (en esta ultima condición la duración de carga de la batería es limitada). b) Hacer funcionar el motor de arranque, sistema de encendido, sistema de inyección de combustible, instrumentación y otros dispositivos eléctricos durante el arranque. c) Proveer potencia eléctrica adicional cada vez que los requerimientos de potencia sobrepasa la producción del sistema de carga. Como por ejemplo en las condiciones en las cuales trabajan todos los sistemas eléctricos. d) Almacenar energía por periodos relativamente largos.(para el próximo arranque). e) Actúa como amortiguador de choques eléctricos o como capacitar para absorber voltajes extraviados de los sistemas eléctricos del vehículo. (Por esta razón no se debe desconectar los terminales de la batería cuando el motor está funcionando).
ACCIÓN ELECTROQUÍMICA A las baterías para automóviles , se l es llama baterías de almacenaje o ‘acumuladores’, pero estas hacen mas que almacenar electricidad.
La acción electroquímica generada en la batería hace lo siguiente: · ·
Cambia la energía química en energía el éctrica. Cambia la energía eléctrica en energía química.
La electroquímica de una batería trabaja sobre la reacción que se da cuando sus electrodos, están colocados en el electrolito. La reacción química hace que sus terminales (batería) tengan cargas opuestas, lo que crea una diferencia de potencial (voltaje), entre ambas. El electrolito de la batería es el medio por el cual reaccionan los electrodos formados por material de Plomo (PB) y Dióxido de plomo (Pb02) concentrados en las placas de la batería. En una batería totalmente cargada, las placas de plomo esponjoso tienen excedente de electrones y un potencial negativo mientras, las de Dióxido de plomo tienen insuficiencia de electrones y un potencial positivo. La electroquímica de la batería es una aplicación de las reacciones de oxidación y reducción: a) La oxidación se da en las placas negativas (cátodo), liberando electrones y excitándolos a través del circuito al que se conecta la batería. b) La reducción se da en las placas positivas (ánodo) reuniendo los electrones que se desplazan por todo el circuito.
DESCARGA Y RECARGA ELECTRO-QUÍMICA Cuando la batería está totalmente cargada, el electrolito es una mezcla de ácido sulfúrico (H2S04) y agua (H20).Cuando la batería se descarga, la acción electroquímica reduce la porción de ácido en el electrolito y aumenta la porción de agua. Las partículas de sulfato (S04) del electrolito se combinan con las partículas de plomo generadas en ambas placas, formando sulfato de plomo (PbSQ4). Las placas se equilibran y el electrolito contiene menos ácido y más agua. La batería esta descargada, todas sus placas contienen sulfato por lo que también se le llama batería Sulfatada.
La recarga invierte esta condición. El sulfato de plomo en las placas positivas se convierte en dióxido de plomo (Pb02) y el sulfato de plomo de las placas negativas vuelve a ser plomo esponjoso (Pb). Las partículas de sulfato se combinan nuevamente con el electrón, y se generan partículas de hidrogeno, lo que aumenta el porcentaje de ácido sulfúrico (H2S04).
Entonces la batería vuelve a tener una carga completa. Este proceso de descarga y recarga de una batería se conoce como: FUNCIONAMIENTO CICLICO porque se descarga al momento de arranque y luego que está funcionando el motor se vuelve a cargar.
Electrolito de la bateria El ácido de batería o electrolito, es una mezcla de 35 - 40 % de ácido sulfúrico y 65 a 60 % de agua desmineralizada. El ácido es la parte químicamente activa de la solución que reacciona con los compuestos de plomo para generar voltaje. Las proporciones anteriores se dan cuando la batería esta totalmente cargada. El porcentaje de ácido es el volumen apropiado para una reacción completa con Pb y Pb02. Cualquier porcentaje mas elevado de ácido no aumentaría el voltaje ni la capacidad de corriente simplemente, corroería la rejilla de las placas y los metales conectores. La proporción de ácido y plomo se mantiene relativamente constante. Esa es la razón por la que se añade solo agua, y no ácido, para completar el electrolito, compensando así la evaporación del mismo.
DENSIDAD RELATIVA La gravedad específica es la medición de la densidad de cualquier material con relación al agua. Se usan las mediciones de gravedad especifica para determinar la concentración de ácido en el electrolito de la batería y la concentración de refrigerante en el sistema de enfriamiento del vehículo. La densidad relativa del agua es siempre 1.00. La densidad relativa del electrodo en una carga completa de la batería es de aproximadamente entre 1.260 a 1.280. Cuando una batería se descarga, la densidad del electrolito disminuye debido a que el porcentaje de ácido baja y el de agua aumenta. La densidad del electrolito nos indica, aproximadamente, el estado de carg a que guarda la batería. Las mediciones de dicha densidad se basan en una temperatura estándar de 27° C (aproximadamente 80° F). La densidad es mas baja a t emperatura más elevada, y más alta a temperatura más baja.
ARQUITECTURA DE UNA BATERIA Las baterías modernas están empaquetadas en cajas de plásticas en donde se encuentran sus dos grandes componentes que son: Placas y Celdas
PLACAS
Las placas constan de rejillas de metal conductor que son los marcos que soportan el plomo y el dióxido de plomo.
CELDAS
Estas son las unidades activas de la batería. Son la unión de un grupo de placas positivas y negativas, alternadas. Siempre habrá una placa negativa más que las placas positivas. Estas se encuentran entrelazadas con separadores, los cuales son láminas delgadas de material inerte, para evitar cortos o uniones entre placas positivas y negativas (están hechos de fibra de vidrio). Muchas baterías de ultima generación tienen envolturas porosas que rodean las placas, actuando como separadores; también se usan para retener el material activo que se desprende de las placas durante las descargas.
Cuando todos los elementos se reúnen formando la celda, esta puede desarrollar unos 2.1 voltios al estar totalmente cargada. Debido a esto una batería normal de 12 voltios tiene seis celdas. Las celdas se conectan en serie dentro de la batería de modo que sumen sus voltajes. El voltaje del circuito abierto totalmente cargado de una batería es en realidad de 12.6 voltios.
BATERÍA LIBRE DE MANTENIMIENTO Las baterías libres de mantenimiento tienen varias características de diseño que no siempre se hallan en otras baterías.
Esto incluye una mayor capacidad de reserva de circuito. Como todas las baterías de plomo/acido están sujetas a ciertas pérdidas de vapor, se debe agregar agua periódicamente, a menos que la capacidad de reserva de electrolito sea adecuada para proporcionar años de operación.
La característica principal reside en el uso de caldo en vez de antimonio para reforzar las placas de la rejilla. El uso de caldo reduce la formación normal de gases (no hay mucho calentamiento). Cada placa es encerrada en envolturas porosas de fibra de vidrio, estas evitan que el material se desprenda de las placas ocasionando un posible corto por el sedimento que se formaría en el fondo de la batería. También están provistas de una cámara de expansión para permitir que ocurra expansión y contracción interna. La parte superior de la batería se sella, con excepción de diminutos respiraderos indirectos para el vapor. Esto reduce la descarga y corrosión superficiales causada por la presencia de electrolito en la superficie de la batería. Un densímetro interno construido indica el estado de carga de la batería.
PRUEBAS A LA BATERIA El primer paso de todo procedimiento de servicio eléctrico es la prueba de la batería. En muchos procesos de diagnostico es el primer punto a evaluar
Si una batería está baja de carga, se le debe cargar antes de dar servicio e inspeccionar cualquier otro sistema eléctrico. Igualmente, los cables sueltos o corroídos, y los conectores. Se deben limpiar y apretar. El servicio completo que a de dársele a una batería consiste en los siguientes puntos: a) Revisión del acumulador para ver si presenta daños, nivel bajo de electrolito, polvo o corrosión. b) Eliminación de productos corrosivos con solución de amoníaco o de bicarbonato de sodio, y la limpieza del polvo con detergente y agua. c) La prueba del estado de la carga del acumulador y la capacidad de suministrar la comente.
SISTEMAS DE CARGA El sistema de carga realiza dos funciones principales: a) Carga la batería b) Genera la potencia eléctrica necesaria para operar todos los componentes eléctricos del vehículo cuando el motor esta en operación. Aun cuando el sistema eléctrico del vehículo sea nominalmente de 12 voltios, el sistema de carga debe producir mas de 12 voltios. El alternador es la parte principal del sistema. Genera corriente para la batería entre 13.0 y 14.5 voltios convirtiendo energía mecánica en energía eléctrica. Si el alternador se regulara a 12 voltios, podría no recargar la batería hasta que el voltaje decayese por debajo de 12 voltios. Esto no permitiría que hubiese una reserva adecuada de voltaje para el
resto del sistema eléctrico. Muchos sistemas de carga están regulados para desarrollas aproximadamente 14.5 voltios como máximo. Este voltaje entregara una corriente de carga adecuada a la batería, así como la corriente para otras cargas eléctricas. Si el voltaje de carga esta por debajo de las especificaciones del fabricante, la batería se sulfatara gradualmente. Si esta por arriba de las especificaciones, la batería puede sobrecargarse y dañarse.
PARTES DEL SISTEMA DE CARGA
El sistema de carga consta de las siguientes partes: 1- Batería: Que se encarga de proporcionar la corriente inicial del campo del alternador. 2- Alternador : Que gira impulsado por la banda de transmisión del motor, y que es la fuente de Voltaje y corriente de carga. Este componente transforma la energía mecánica en energía eléctrica . 3- Regulador :
Que limita el voltaje máximo de carga es el encargado de mantener un voltaje constante, este puede ser electromecánico (sistemas antiguos ) o electrónicos (vehículos modernos).
4- Indicador de carga: Que depende el vehículo que estemos reparando puede ser un amperímetro, voltímetro (sistemas norteamericanos) o luz piloto (sistemas asiáticos) que indica el buen funcionamiento del sistema de carga.
Como todo circuito eléctrico, el sistema de carga se divide en dos circuitos EL CIRCUITO DE SALIDA: que entrega voltaje y corriente a la batería y otras cargas eléctricas. EL CIRCUITO DE CAMPO: Que entrega corriente al campo del alternador.
Alternador Los alternadores generan corriente y voltaje según los principios de inducción electromagnética en el cual se hace girar un campo magnético (rotor) en medio de tres bobinas (estator). GENERACION DE LA CORRIENTE ALTERNA
Sígase la secuencia de las gráficas que muestra como se
genera la corriente durante una revolución del rotor.
A) El conductor es paralelo al campo magnético y no se corta ninguna línea de flujo. El voltaje y la corriente están en cero. B) El rotor gira 90º, el campo magnético esta en ángulo recto con el conductor. El movimiento corta el número máximo de líneas de flujo. El voltaje y la corriente están en los valores positivos máximos. C) El rotor gira otros 90° y el campo esta nuevamente en paralelo con el conductor. No hay líneas de flujo que corten el conductor. El voltaje y la corriente vuelven a cero. D) Vuelve el rotor a girar 90º más. Y el campo magnético se invierte. Cortándose el máximo líneas de flujo en el conductor. El voltaje y la corriente aumentan a sus valores negativos máximos. E) El voltaje y la corriente vuelven nuevamente a cero cuando el rotor completa una revolución, retornando al punto de inicio. El alternador produce corriente alterna al girar, debido a que sus piezas polares cambian de posición con respecto a la espira inducida. Por lo que a cada revolución completa del campo magnético, sucede que la corriente atraviesa la carga en un sentido en la primera media vuelta y después en sentido inverso al concluirla. Este fenómeno produce lo que conocemos como Onda Senoidal de Corriente Alterna.
RECTIFICACION DE LA CORRIENTE ALTERNA Los equipos eléctricos del automóvil funcionan con corriente directa por lo que es necesario rectificar la salida de corriente alterna del alternador convirtiéndola en corriente directa. El medio más práctico es hacerlo mediante diodos rectificadores. El diodo es un dispositivo que deja pasar la corriente en un solo sentido. Este está formado por un semiconductor.
Esta es la forma en que se ensamblan los diodos en el alternador Un solo diodo rectifica solo la mitad de la onda senoidal a la salida de una de las puntas del devanado. Si se agregan más diodos al circuito se puede rectificar la onda senoidal completa. Así, los diodos en el siguiente esquema dejan pasar solo el ciclo positivo de A hacia B.
Cuando la polaridad del alternador se invierte, los diodos 1 y 4 permiten que la corriente fluya de B hacia A La polaridad sigue siendo la misma en el circuito exterior debido a la acción de los diodos.
Para obtener la corriente directa constante que se necesita en el sistema de corriente directa del automóvil, hay que agregar más conductores fijos al alternador. Los alternadores tienen tres conductores de salida enrollados en múltiples anillos. Estos son colocados en ángulos diferentes al campo rotativo de modo que los ciclos de voltaje de corriente alterna se traslapan. El re sultado es un voltaje trifásico, El poner diodos adicionales permite que se rectifique el voltaje trifásico
ESTRUCTURA DEL ALTERNADOR
Los alternadores tienen diversas partes Una casa (carcasa) que sostiene los devanados y otros componentes. Un rotor (masa) o devanado inductor, Anillos colectores y escobillas que conducen la corriente de campo El estator o devanado inducido Puentes rectificadores (contienen los diodos) EL ROTOR:
Está compuesto por el devanado de campo, dos polos magnéticos, un núcleo de hierro y un par de anillos colectores. Todo esto montado sobre un eje. El rotor en si es un electro magneto, en el cual el flujo magnético, al estar energizado, se desplaza entre los polos adyacentes norte y sur , esta es la pieza que gira movida por una faja.
El devanado recabe la corriente a través del par de anillos colectores, conectándose cada uno a un extremo de la bobina. Ha esta corriente se le conoce como Corriente de Excitación . El cambio en la cantidad de corriente a través del devanado de campo cambia la intensidad magnética del electro magneto. Los anillos colectores y las escobillas conducen la corriente de excitación a la bobina la cual oscila entre 1 a 3.5 amperios, con un voltaje que esta variando por medio de la fase de regulación.
EL ESTATOR:
Consta de un núcleo de secciones laminadas (para reducir corrientes parásitas) en el cual se alojan tres devanados de salida separadas (bobina inducidas).
Cada uno de los devanados tienen el mismo número de bobinas que polos tenga el rotor . Los tres conductores o devanados se alternan o traslapan para producir los ángulos de fase requeridos. Los tres devanados del estator se conectan entre sí en cualquiera de las siguientes formas: EN ESTRELLA (TIPO Y):
Un extremo de cada devanado se conecta a un punto neutral, el otro extremo de cada devanado se conecta a un par de diodos (positivo y negativo). Este tipo de estator producen alto voltaje y menos amperaje abajas RPM, siendo utilizados en la mayoría de los vehículos livianos.
TRIANGULO (TIPO DELTA):
Los extremos de las bobinas se conectan en pareja a un diodo positivo y uno negativo. No hay unión neutral. Este tipo de estatores producen una corriente elevada y menos voltaje a bajas R.P.M.; siendo utilizados en vehículos pesados. Muchos alternadores clasificados en 100 amperios o más tienen estator tipo delta.
MIXTO (ESTRELLA-DELTA O ESTRELLA-ESTRELLA):
Este tipo de estator puede tener una conexión doble estrella o estrella delta, el cual utiliza doce diodos rectificadores. Este diseño proporciona corriente y voltaje elevados a bajas R.P.M.
PUENTES TERECTIFICADORES:
Son las piezas que sostienen a los diodos y son 2: una placa positiva y una placa negativa. Estos se encargan de cambiar la corriente alterna en corriente directa, ya que permiten solo el paso de la corriente en un sentido único.
La mayoría de alternadores utilizan tres diodos por placa o puente. En algunos diseños de alternadores, se instala un tríodo para enviar corriente de excitación a la bobina de campo o apagar el indicador de carga, se conoce como diodos de excitación.
Reguladores de voltaje Un regulador de alternador regula la corriente de campo y la intensidad magnética del mismo. Esto produce un voltaje de salida a través del estator, dentro de límites controlados, mientras permite que el alternador genere la corriente necesaria para los requerimientos de carga del sistema eléctrico no importando las revoluciones del motor. El voltaje de carga regulada promedio para la mayoría de alternadores oscila entre 13.5 y 14.5 voltios.
FORMA DE CONEXIÓN DEL CIRCUITO DE CAMPO El circuito de campo es el que conecta o alimenta el rotor del alternador para producir su acción electromagnética. Todos los circuitos de campo del alternador incluyen al regulador. Como introducción al funcionamiento del regulador, se estudiaran los tres diseños básicos de circuito de campo: CIRCUITO A:
Un alternador de circuito A, tendrá el campo conectado a masa externamente Fig. 3.23. Una escobilla aislada se conecta a una línea directa de corriente dentro del alternador. La otra escobilla se aísla también de la cubierta del alternador y se conecta al regulador, a través de una Terminal de campo. El regulador se encuentra entonces entre el campo y la conexión a masa.
CIRCUITO B:
Un alternador de este tipo, tiene conectado el campo internamente a masa. La escobilla que se encuentra aislada se conecta a la alimentación a través del regulador, el cual toma la corriente del switch de encendido. El regulador se encuentra ubicado entre la fuente de corriente y el campo del alternador.
CIRCUITO DE CAMPO AISLADO
Este es una variación del circuito A, en donde se conecta el campo a masa a través del regulador. La corriente del campo viene conectada por medio de una línea del switch de encendido. Ambas escobillas se encuentran aisladas de la cubierta del alternador.
REGULADOR DE VOLTAJES ELECTROMECANICOS
Normalmente estos tienen dos embobinados con contactos vibradores y una resistencia reguladora de carga.
Un embobinado controla el circuito del indicador de carga y la otra bobina controla la corriente de excitación. Estos reguladores siempre van externos al alternador.
REGULADORES ELECTRONICOS : Estos controlan la corriente de campo por medio de transistores, diodos y otros componentes electrónicos Las formas y tamaños de estos reguladores varían y pueden estar ensamblados dentro del mismo alternador o fuera de el.
FUNCIONAMIENTO BASICO DEL REGULADOR ELECTROMECANICO En esta separata explicaremos el funcionamiento básico del regulador electromecánico para su mejor compresión:
El funcionamiento del regulador se divide en cuatro fases estas son: Primera fase APAGADO (OFF) Segunda fase IGNICION Tercera fase MARCHA MINIMA Cuarta fase ALTAS R.P.M (Alto régimen de carga). PRIMERA FASE APAGADO (OFF): Cuando el interruptor (swich) esta en posición apagado (OFF), solo existe voltaje (potencial) en la linea BAT. (BATERÍA). Del alternador; ya que esta conectada directamente al acumulador y también en la línea BAT. Del regulador.
SEGUNDA FASE IGNICION: En el momento que giramos la llave de encendido, básicamente sucede dos cosas cuando se cierra el interruptor principal. Este le proporciona un potencial positivo a la luz piloto de carga , que se aterriza por el regulador de voltaje a través de la línea L. (Esta línea en la condición eléctrica actual esta conectada en paralelo a la bobina de la luz piloto y al platino cerrado, por la diferencia de valor ohmico la corriente viaja hacia negativo (tierra -) y enciende la luz piloto en paralelo a esto la corriente que entra al regulador por la línea IG. Posee de igual forma dos caminos dentro del regulador. Dicha corriente viaja por el platino cerrado y sale por la línea F (fiel). Para energizar al rotor (voltaje de batería), el campo magnético es intenso. FIG
TERCERA FASE MARCHA MINIMA (koer): cuando el motor de combustión interna lo ponemos a funcionar (girar). Se genera voltaje en el estator debido a la inducción. Este voltaje se distribuye en dos partes: El voltaje se dirige a la placa de diodos para ser rectificado (DC). Entonces la línea (batería) que antes era potencial ahora es voltaje de salida o voltaje de carga (13.5vol. aproximadamente) El voltaje que se genera en el estator sale por la línea de N (neutro) del alternador , entra al regulador con el mismo nombre al regulador a energizar la bobina de luz piloto. Por el campo electromagnético generado por esta bobina acciona al platino que aterriza la luz piloto ( la luz piloto se Apaga por falta de corriente negativa o igualdad potencial), ahora se conecta a la línea B (batería) para generar la línea de carga.
CUARTA FASE ALTAS R.P.M ( alto régimen de carga): esta fase es la última, el voltaje de carga depende entre otras cosas de la cantidad de RP M del rotor. Cuando se aumenta las RPM del motor aumenta el voltaje de carga. Como la bobina de carga está conectada a la batería a través de la línea B significa que el voltaje de salida del alternador será el mismo para la bobina de carga. Cuando el voltaje aumenta, aumenta el campo magnético de la bobina de carga, esto logra accionar al platino que se comunica directamente con la línea de IG (ignición) con la línea F (fiel). Cuando esto sucede la corriente viaja a través de resistor, esto provoca una caída de tensión y así disminuye el voltaje hacia el resto del campo electro magnético de carga. Cuando se da un aumento mayor de lo general de voltaje de carga el platino puede llegar al otro extremo (tierra). Esto sucede con una frecuencia tan alta que si conectamos un multímetro para medir el voltaje de carga veremos que el voltaje es constante.
Pruebas de algunos reguladores electrónicos El regulador de voltaje transistorizado se puede probar utilizando un voltímetro y una lámpara de prueba conectada como se indica en la figura o consulte con su instructor si la prueba del regulador se puede realizar con dos baterías a 12 V. Teniendo en cuenta que cada celda de la batería tiene 2.1 Voltios. El procedimiento de prueba es como se indica a continuación A) Conectar un cargador rápido a una batería. NOTA: Consulte con su instructor la lógica operativa de cómo instalar el cargador. B) Instale un voltímetro digital a la batería de 12 voltios. C) Usando cables conectar el regulador a la batería. NOTA: Asegúrese de la polaridad de la batería. D) Conectar la lámpara de prueba al regulador. E) Encienda el cargador de voltaje como se lo indica su instructor. Recuerde que la lámpara asumirá el papel del rotor y esta se encenderá. Analice con su instructor cual de los terminales es alimentación y cual sería control del rotor. E) Girar la perilla de regulación de voltaje del cargador y observe que aumentará gradualmente el régimen de carga F) observa el voltímetro y la lámpara de prueba. Esta deberá apagarse cuando se alcanza el voltaje regulado. G) La lámpara deberá apagarse cuando aparecen indicados de 13.5 a 16.0 V. en el voltímetro.
Prueba al regulador de voltaje. Conecte una fuente de poder de voltaje variable, interruptores y focos de al regulador como se indica en la figura. Instale una fuente de poder a 12 Voltios y pruebe el regulador de voltaje. como sigue. Gire el SW 1 en ON y SW 2 en OFF. La lámpara L1 se debe de encender brillantemente. La lámpara L2 se debe de encender débil y la lámpara L 3 debe de apagarse.Gire el SW 1 y el SW 2 en ON. La Lampara L1 se debe de apagar y la lámpara L2 y L3 se debe de encender brillantemente. Lentamente incremente el voltaje hasta 14.0 – 15.0 Voltios La lámpara L1 se debe de apagarse y la lámpara de L2 se debe de apagar entre 13.9 – 15.0 voltios y la lámpara de L3 se debe de encender brillantemente. Incremente el voltaje de hasta 16.5 voltios, L1 debe de encender ,L2 y L3 debe de apagarse Disminuya el voltaje hasta 12 V La lámpara L1 y la de L2 se debe de encenderse y la lámpara L3 debe de apagarse. En todos los modelos mida con el hometro en la escala de diodos entre el terminal B y F, solo de be de marcar en una dirección.
sistema de arranque El sistema de arranque sirve para dar los primeros impulsos (giros) al motor de combustión interna, para que este pueda funcionar por si solo. Esto se logra conectando un engrane (piñón impulsor) con el engranaje del anillo del volante
Este sistema es el que mas demanda corriente de la batería de hecho el tamaño tan grande de la batería es para compensar la demanda de corriente de este motor eléctrico, el sistema como tal consta de dos circuitos relacionados 1. EL CIRCUITO DE CONTROL 2. EL CIRCUITO DEL MOTOR DE ARRANQUE EN SI La velocidad de arranque en la mayor parte de los motores es de aproximadamente de 200 RPM. Si el motor de arranque no hecha andar el motor esa velocidad, se tendrá como resultado un arranque difícil o un problema de NO arranque. La corriente que el motor de arranque consume varia entre los 100 Amp.( Motores pequeños) y los 350 A ( motores diesel) El motor de arranque toma esta corriente intensa por solo unos segundos un motor que este funcionando adecuadamente debe de arrancar en un tiempo máximo de 3 segundos.
FUNCIONAMIENTO BASICO En un circuito básico activado por el solenoide el circuito de control energiza los devanados del solenoide. A través del interruptor de encendido (star ) y de seguridad. El campo electromagnético de los devanados mueven el núcleo del solenoide produciendo dos acciones A) El movimiento del piñón impulsor B) El cierre de los contactos para el circuito del motor Los solenoides tienen dos devanados de impulsión y de retención, el disco del embolo del solenoide completa el circuito de corriente intensa del motor, a través de la conexión de las terminales del extremo del mismo.
Un eslabón conector, puentea la Terminal del solenoide del motor a las bobinas de campo de este y su armadura haciendo que se produzcan campos magnéticos con igual polaridad en estos elementos, lo cual hace que la armadura empiece a girar sobre su eje , haciendo que el piñón impulsor acople con el piñón del volante de inercia y transmite la torsión que produce el movimiento de la armadura al motor de combustión dándole el impulso necesario para que este funcione por si mismo.
CIRCUITO DE CONTROL DEL MOTOR DE MARCHA Las partes básicas de este circuito son las siguientes : · · · ·
Interruptor de encendido. Interruptor de seguridad de arranque. ( estándar el la mayoría de vehículos modernos) Relevador de control( Opcional) Solenoide del motor.
Estos componentes se conectan a la batería por medio del alambrado primario , el interruptor de encendido recibe generalmente el voltaje directo de la batería . El interruptor de encendido y el de seguridad están conectados en serie, cuando ambos interruptores se cierran la corriente fluye por la bobinas del relevador de control o por el solenoide de arranque directamente.
CIRCUITO DEL MOTOR DE ARRANQUE Este circuito de corriente intensa que pasa a través de los devanados del motor de arranque produciendo alta torsión. Un motor de arranque típico contiene las siguientes partes: · · · · ·
Armadura giratoria. Armazón de campo ( Bobina de campo ) Extremo conmutador Extremo de mando de torsión Solenoide o zapata móvil de control
BOBINA INDUCIDA Llamada también armadura sostiene también los devanados, conductores , el conmutador y el núcleo de la armadura.
Los devanados en serie tienen menos resistencia que los de lazo y son utilizados en la mayoría de motores de arranque. Las espiras de la bobina están soldadas al conmutador el cual tiene la función de cambiar la polaridad de las espiras cada media vuelta de giro de la masa: Los conductores forman un electro magneto que reacciona al campo magnético de la armazón fija.
BOBINA DE CAMPO La bobina de campo es el arrollamiento formado por cintas de cobre que envuelven a las piezas polares y su finalidad es incrementar el movimiento del campo electromagnético.
La corriente de campo y la corriente de la armadura entran al motor a través de una Terminal común, Estos se conectan entre sí de tres formas a) Conexión en Serie b) Conexión en Paralelo c) Conexión Serie Paralelo .
ESCOBILLAS Las escobillas de carbón son los dispositivos que conducen la corriente a los segmentos del conmutador y a los devanados de la bobina de campo Cada par de escobillas completa un circuito paralelo a través de la bobina de campo. Cada uno de los dos circuitos de la armadura reacciona con los campos de polo para hacer girar el eje.
MANDO DEL MOTOR DE ARRANQUE Este es el mecanismo utilizado para acoplar el piñón reductor del motor de arranque con la rueda dentada del volante de inercia. Los métodos empleados son: a) Por inercia (en Desuso) b) Por zapata magnética móvil (exclusivo de FORD) c) Mando directo por solenoide (con o sin engranajes reductores)
PIÑON REDUCTOR Llamado también embrague de acoplamiento, es un embrague de tipo rodante que transmite la torsión solo en una dirección, girando libremente en la otra. En esta forma, la torsión puede ser transmitida solo del motor de arranque al volante y no en sentido inverso. El embrague permite que el piñón sea impulsado por el volante durante una fracción de segundo antes de que el impulsor libere la corriente que le llega al motor de arranque.
La corona dentada del volante tiene aproximadamente unos 150 dientes y el piñón impulsor unos diez. Dando una relación de 15 a 1 lo cual provee un par de torsión lo suficiente para hacer girar el motor a velocidad de arranque. El motor de arranque gira a unas 3000 R.P.M. para impulsar el cigüeñal a unas 200 R.P.M.
SOLENOIDE DE CONTROL Un solenoide es un dispositivo electromagnético que trabaja como un relevador. Sin embargo, este emplea el electromagnetismo y una armadura móvil (embolo) para producir un trabajo mecánico. Los solenoides de arranque, cuentan con dos devanados: 1) De Alimentación o Impulsión: Este es de alambre grueso y de pocas espiras. Se conecta a tierra a través del Terminal positivo del motor de arranque. Cuando el embolo hace contacto con las terminales del solenoide del motor, el voltaje de la batería se aplica en ambos extremos del devanado, desactivándolo. 2) De Retención: Este posee muchas espiras de alambre delgado. Está conectado a tierra a través del cuerpo del solenoide y permanece activo desde que se le manda la señal de start. ( arranque) Estos devanados funcionan así porque se necesita menos corriente para mantener el embolo enganchado que para impulsado inicialmente.
Tipos de motor de arranque Hay diversos tipos de motores de arranque que se usan en los vehículos actuales. Los más utilizados son los siguientes:
1) CON ZAPATA MOVIL: Una zapata de polo móvil ejerce el control sobre el piñón de embrague.
2) DE IMANES PERMANENTES: Los campos del motor de arranque son imanes permanentes 3) CON ENGRANAJES REDUCTORES:
Se provee una reducción de engranaje entre e eje del inducido y el que sostiene al piñón impulsor.
