Aftersales Training Libro de trabajo de los participantes. Fundamentos del sistema eléctrico/electrónico.
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Libro de trabajo de los participantes. Fundamentos del sistema eléctrico/electrónico.
Indicaciones sobre este libro de trabajo Símbolos utilizados En este libro de trabajo se emplean los siguientes símbolos para comprender mejor y destacar la información más relevante:
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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: Gracias al progreso contínuo en el proceso de fabricación y a la mejora del equipamiento de los vehículos BMW pueden encontrarse pequeñas diferencias entre la información contenida en este libro de trabajo y los propios 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, los elementos de mando presentan una disposición parcialmente diferente a la mostrada en los gráficos del libro de trabajo.
Índice Fundamentos del sistema eléctrico/electrónico Formación Estructura de los átomos Tensión eléctrica Corriente eléctrica Resistencia eléctrica Ley de Ohm Rendimiento eléctrico Condensador y capacidad eléctrica Bobina e inductividad Técnica de semiconductores Elementos constructivos semiconductores
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9 Libro de trabajo del instructor Fundamentos del sistema eléctrico/electrónico
Estructura de los átomos Electrones, protones y neutrones La materia al completo está estructurada en unos 100 elementos distintos. Los componentes más pequeños de estos elementos son los átomos.
neutrones entre ellos. Asimismo se parte de la base que los átomos se componen de un núcleo y una capa atómica. 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.
1 - Estructura de un átomo de litio
Índice
Explicación
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Electrones Neutrones
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Protones
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).
El modelo de átomo que aquí se presenta es el modelo de átomo del boro. Muestra cómo están dispuestos los electrones, protones y Tarea 1:
Complete los modelos de átomo representados de modo que cada modelo muestre un átomo eléctricamente neutro.
1
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Solución:
A) B) C)
Tarea 2:
El átomo de cobre tienen en el núcleo 29 protones y 29 electrones en 4 pistas en torno al núcleo: Pista 1 ---> 2 electrones Pista 2 ---> 8 electrones Pista 3 ---> 18 electrones Pista 4 ----> 1 electrón ¿Es el cobre un buen o mal conductor? Justifique su respuesta.
Solución:
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Tensión eléctrica ¿Qué es la tensión eléctrica? 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 tiene dos polos con distinta carga. En un lado está el polo positivo con una carencia de electrones. En el otro lado está el polo negativo con 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
2 - Polos positivo y negativo de una batería del vehículo
El signo de fórmula de la tensión eléctrica es la U grande.
Índice
Explicación
Unidad de medida
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Polo negativo de la batería Polo positivo de la batería
La unidad de medida de la tensión eléctrica U es 1 voltio (V).
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Medición 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. 3 - 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, elemento constructivo o a la fuente de tensión.
4 - Ejemplo: medición de tensión en la resistencia R2
4
• 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.
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Tarea 3:
Dibuje en la siguiente conexión los medidores de tensión cuando la tensión se deba medir en la resistencia R1 y R4. ¿Qué magnitud presenta la tensión en la resistencia R3? Establezca la conexión y mida las tensiones.
Solución:
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Interconexión de las fuentes de tensión
5 - A) Conexión en serie de las fuentes de tensión B) Conexión en paralelo de las fuentes de tensión
La interconexión de varias fuentes de tensión individuales se denomina como batería. En la conexión en línea de las fuentes de tensión la tensión total en vacío es igual a la suma de cada una de las tensiones en vacío.
En una conexión en paralelo de las fuentes de tensión hay que observar que sólo se deben conectar las fuentes de tensión con idéntica tensión individual. En la conexión en paralelo de las fuentes de tensión la tensión total en vacío es igual a cada una de las tensiones en vacío.
Uges = U1 + U2 + U3 Uges = U1 = U2 = U3
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Tarea 4:
¿Qué valores se miden en los siguientes circuitos eléctricos? Introduzca los valores correspondientes en voltios.
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Solución:
a) b) c) d) e) f)
Tarea 5:
¿Se puede utilizar una batería de un camión con una tensión de 24 V para ayudar a arrancar un turismo con una tensión de a bordo de 12 V? Justifique su respuesta.
Solución:
Tarea 6:
Solución:
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¿Cuál es la manera correcta de conectar los polos de ambas baterías cuando se desea utilizarla como ayuda para el arranque? Dibújelo en la siguiente imagen.
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Corriente eléctrica Movimiento dirigido del portador de cargas La corriente eléctrica es el movimiento dirigido de portadores de carga, p. ej., electrodos o iones libres en un material o vacío.
7 - Medición de la corriente eléctrica
Índice
Explicación
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Interruptor Medidor de corriente
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Resistencia
El dispositivo de medición de corriente 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. Durante la medición, la corriente debe fluir por el aparato de medición. 6 - Movimiento dirigido de electrones libres
La corriente eléctrica tiene el signo de fórmula I. La unidad de medición de la intensidad de corriente eléctrica es el amperio (A). La intensidad de corriente se mide con el medidor de corriente.
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: • 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.
8 - Medición de corriente con una pinza de corriente
Índice 1 2 Tarea 7:
Explicación Pinza de corriente Cable negativo de la batería
Dibuje en la siguiente conexión los medidores de corriente cuando la corriente se deba medir por la resistencia R1 y R4. ¿Qué magnitud presenta la corriente que discurre por la resistencia R2? Establezca la conexión y mida las corrientes.
Solución:
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Tarea 8:
Ejecute sin recurrir a la ayuda de la información de servicio 61 03 99 (474) una medición de corriente de reposo en un vehículo. Anote cada uno de los pasos de trabajo y las particularidades. ¿Qué magnitud alcanza la corriente de reposo máxima admitida en los vehículos BMW? Conviértalo en amperios. ¿Por qué se puede medir una corriente de reposo?
Solución:
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Tarea 9:
En las siguientes imágenes se marcan dos direcciones posibles de corriente. ¿Cómo se denominan? a)
b)
¿Cuál es el motivo que origina estas distintas concepciones de la dirección de corriente? Solución:
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a) b)
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Resistencia eléctrica Resistencia eléctrica de los conductores 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:
La resistencia eléctrica de un conductor se calcula según la siguiente fórmula:
• el material 9 - Fórmula para calcular la resistencia eléctrica de un conductor
• la longitud • la sección transversal. Cuanto más largo es un conductor, mayor será su valor de resistencia. Cuanto mayor sea la sección transversal del conductor, 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.
Índice
Explicación
R ρ
Resistencia eléctrica en ohmios Resistencia eléctrica específica en (Ohm * mm2 / m)
l A
Longitud del conductor en m Sección transversal del conductor en mm2
10 - Cables positivos de batería en el E90
En el E90 se utilizan, según la variante de vehículo, distintos cables de batería hacia el estárter. En los vehículos con motor de gasolina se utilizan cables de aluminio para la batería. La ventaja del aluminio es:
El inconveniente del aluminio es la mala conductibilidad. En vehículos con motor Diesel se utilizan cables de cobre. Al usar cables de aluminio las secciones transversales deberían ser tan grandes que ocasionarían problemas de espacio y cableado.
• un peso reducido • costes bajos
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Tarea 10:
El cable de la batería al estárter tiene una longitud de aprox. 5 metros y un diámetro de 10 mm. La resistencia eléctrica específica para el aluminio es de ρ = 0,0303 Ohm * mm2 / m. La superficie del circuito se calcula según esta fórmula: A = (d/ 2)2 * π Calcule la resistencia del cable de la batería.
Solución:
Tarea 11:
¿Qué diámetro tiene un cable de batería de cobre de la misma longitud cuando se requiere la misma resistencia del cable? La resistencia eléctrica específica para el cobre es de ρ = 0,0178 Ohm * mm2 / m.
Solución:
Tarea 12:
El cable de la batería hasta la Junction Box tiene una longitud de aprox. 4 m y una sección de cable de 40 mm2. Desde la Junction Box hasta el módulo del espacio reposapiés discurre otro cable con una longitud de aprox. 2 metros y una sección de cable de 20 mm2. Desde el módulo del espacio reposapiés hasta el faro discurre un cable de aprox. 2 metros de longitud con una sección de cable de 5 mm2. Los tres cables son de cobre. Calcule la resistencia total de estos tres cables.
Solución:
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Tarea 13:
En el suministro de la red de a bordo de un E90 se han conectado en una tensión medida UB = 13 V dos resistencias en paralelo. R1 = 1,2 kOhm R2 = 3,9 kOhm Calcule la resistencia total. Compare la resistencia total con dos resistencias individuales.
Solución:
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Ley de Ohm Ley más importante de la electrotecnia La ley de Ohm es una de las más importantes leyes de la electrotecnia, la cual 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 al menos dos de ellas son conocidas. La ley de Ohm se puede escribir en las siguientes tres fórmulas: U=I*R I = U/R R = U/I
11 - El triángulo "mágico"
El triángulo mágico se puede utilizar como ayuda para determinar las distintas fórmulas de la ley de Ohm. 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.
Tarea 14:
Una resistencia de 6 Ohm está en una tensión de 12 V. Calcule la intensidad de corriente con ayuda de la ley de Ohm.
Solución:
Tarea 15:
A través de una resistencia de 4 Ohm fluye una corriente de 3 A. Calcule la tensión con ayuda de la ley de Ohm.
Solución:
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Tarea 16:
En un circuito eléctrico fluye con una tensión de 220 V una corriente de 4 A. Calcule la resistencia con ayuda de la ley de Ohm.
Solución:
Tarea 17:
Una batería de vehículo tiene por ejemplo una resistencia interior de 0,5 Ohm y una tensión en vacío de 14 V. El filamento de la calefacción para asientos tiene una resistencia de 10 Ohm. Con la calefacción para asientos conectada fluye una corriente de 3 A. ¿Que magnitud alcanza la pérdida de tensión debido a la resistencia interna y qué magnitud alcanza la tensión en los bornes?
Solución:
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Tarea 18:
Establezca la conexión. Seleccione los siguientes valores para las resistencias: • R1 = 100 Ohm • R2 = 200 Ohm • R3 = 200 Ohm • R4 = 100 Ohm Mida las caídas de tensión en todas las resistencias y calcule las corrientes mediante las resistencias. Anote sus observaciones. Solución:
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