Tecnicas Del Automovil (Equipo Electrico)

Técnicas del AUTOMOVIL EQUIPO ELECTRICO

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J.M. Alonso

Técnicas del AUTOMOVIL EQUIPO ELECTRICO

ESCUELA p(n..ITEcÑiCA···l~' DEL EJERCITÓ BlBUO'fECA 'ESlE-L LATACUNGA

No.. O.I..q.~.Fechá: .. ~.9.l. Preoio: ............. Dooación: .............. .

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SEPTIMA EDICION

1998

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© Editorial Paraninfo ITP An Intemational Thoms~n Publis~g company

Magallanes, 25; 28015 Madrid ESPANA Teléfono: 914463350 Fax: 914456218 ([email protected]) © JOSÉ MANUEL ALONSO PÉREZ

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Prólogo

El equipo eléctrico de un automóvil moderno incluye un considerable número de componentes, que hacen más cómoda y confortable la conducción del vehículo, facilitando al mismo tiempo al conductor un mayor control de los mecanismos. Para comprender fácilmente el funcionamiento de los diferentes aparatos eléctricos, es esencial el conocimiento de la teoría elemental de la electricidad. Igualmente, dada la tendencia actual de aplicación de componentes electrónicos en algunos circuitos eléctricos del automóvil, es conveniente el conocimiento de los principios básicos de electrónica. El presente libro se ha escrito pensando en los técnicos y alumnos de las Escuelas Profesionales, redactándolo de la forma más sencilla posible y empleando un gran número de dibujos ilustrativos, de manera que se encuentre amena su lectura y se comprendan sin gran esfuerzo los conceptos básicos y pruebas a realizar para la localización de una avería. En el comienzo de cada capítulo se estudian los conceptos fundamentales y principios básicos, imprescindibles para comprender después el funcionamiento de los diversos componentes del equipo eléctrico de un automóvil. Posteriormente se tratan todos y cada uno de estos componentes, detallando fundamentalmente su funcionamiento y composición, la verificación de los mismos y su comprobación de funcionamiento, incluyéndose al final de cada capítulo un cuadro sinóptico de localización de a verías . .~

Durante la preparación de esta obra, he recibido ayuda por parte de muchas personas de la industria automovilística y profesores dedicados a la enseñanza de esta materia en Escuelas Profesionales, a los cuales deseo agradecer su colaboración. Del mismo modo, quiero testimoniar mi reconocimiento por la información técnica y asistencia de todo tipo que me prestaron las empresas Bosch, Femsa, Fiat, Ford, Nissan, Renault y Talbot. Si el lector encuentra útil e informativo este libro, me consideraré plenamente satisfecho. J. M. Alonso

5

Indice de materias

PROLOGO ........................................................................... 1.

2.

5

CIRCUITOS ELECTRICOS. MAGNITUDES FUNDAMENTALES... ........

13

1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 1.6. 1.7. 1.8. 1.9. 1.10. 1.11. 1.12. 1.13. 1.14. 1.15. 1.16. 1.17. 1.18.

Equipo eléctrico del automóvil ............................................. Cuerpos conductores y aislantes ............................................ Circuito eléctrico ........................................................... Intensidad de corriente ..................................................... Tensión .................................................................... Resistencia ................................................................. Ley de Ohm ............................................................... Agrupaciones serie ......................................................... Agrupaciones paralelo ...................................................... Agrupaciones serie-paralelo ................................................ Caída de tensión ........................................................... Aparatos eléctricos de medida .............................................. Resistencias y reóstatos .................................................... Trabajo eléctrico ........................................................... Potencia eléctrica .......................................................... Rendimiento ............................................................... Ley de Joule ............................................................... Aplicaciones del efecto Joule ...............................................

13 14 14 16 17 18 19 20 22 24 25 28 30 31 32 33 34 35

BATERIA DE ACUMULADORES. ESTRUCTURA Y CARACTERISTICAS.

37

2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 2.6. 2.7. 2.8. 2.9. 2.10. 2.11. 2.12. 2.13.

37 38 39 40 43 47 48 51 53 55 58 59 60

Batería de acumuladores ................................................... Disoluciones y electrólitos .................................................. La electrólisis .............................................................. Acumuladores de plomo ................................................... Componentes de un acumulador de plomo ................................. Carga y descarga de una batería ........................................... Características eléctricas de las baterías .................................... Mantenimiento de acumuladores........................................... Cargadores de baterías ..................................................... Carga de baterías en el cargador ........................................... Cargas rápidas y de formación ............................................. Recomendaciones para la carga de acumuladores .......................... Descarga espontánea y sobrecarga de un acumulador......................

INDICE DE MATERIAS

2.14. 2.15. 2.16. 2.17. 2.18. 2.19.

3.

CIRCUITO DE ARRANQUE. MOTOR DE ARRANQUE

3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5. 3.6. 3.7. 3.8. 3.9. 3.10. 3.11. 3.12. 3.13. 3.14. 3.15. 3.16. 3.17. 3.18. 3.19. 3.20. 3.21. 3.22.

4.

8

Medida de la densidad del electrólito ...................................... Medida de la tensión de una batería....................................... Instalación de acumuladores nuevos ....................................... Evolución de las baterías de arranque ..................................... Verificación y control de las baterías ....................................... Averías en los acumuladores ...............................................

Circuito de arranque ....................................................... Función del motor de arranque ............................................ Principio de funcionamiento del motor de arranque ....................... Componentes del.motor de arranque....................................... Funcionamiento del motor de arranque .................................... Fuerza contraelectromotriz (f.c.e.m.) en los motores de arranque ........... Sistemas de mando del motor de arranque ................................. Motor de arranque con accionamiento por relé ............................ Sistema reductor ........................................................... Características de los motores de arranque ................................. Motor de arranque coaxial ................................................. Motores de arranque con inducido deslizante .............................. Tensión nominal y potencia de los motores de arranque ................... Istalación, utilización y mantenimiento de los motores de arranque ........ Verificación del circuito de arranque ....................................... Verificación y control del inducido ......................................... Verificación y control del estator ........................................... Prueba del conjunto tapa de escobillas ..................................... Verificación de la carcasa-soporte delantera y sus componentes ............ Verificación y control del relé de arranque ................................. Prueba de funcionamiento del motor de arranque ......................... Prueba del motor de arranque sobre banco ................................

61 63 64 66 67 70

71

71 72 72 78 85 88 90 95 98 99 101 104 107 108 110 114 117 118 119 120 121 123

CIRCUITO DE CARGA. DINAMO

127

4.1. 4.2. 4.. 3 4.4. 4.5. 4.6. 4.7. 4.8. 4.9. 4.10. 4.11. 4.12. 4.13. 4.14. 4.15. 4.16. 4.17.

127 128

Circuito de carga ......................................................... . Inducción electromagnética ................................................ . ' . d e 1a d'mamo ................................ ,J · .. d e f P nnClpIO unCIOnamlento . Componentes de la dinamo .': ............................................. . Clases de dinamos según su excitación .i-;' ••••••••••••••••••••••••••••••••••• Fuerza electromotriz inducida en las dinamos v. ........................... . Par resistente ............................................................. . Línea neutra y línea de polos ............................................. . Reacción del inducido ..................................................... . Desgaste del colector ...................................................... . Bobinado del inducido .................................................... . Verificación y control de la dinamo .1< .................................... .. Verificación y control del inducido ....................................... .. Verificación y control de las inductoras .................................. .. Prueba del conjunto tapa de esCobillas y tapa trasera ..................... . Prueba de la dinamo en el banco ......................................... . Mantenimiento periódico de la dinamo l. ................................. .

130

136 140 143 143 144 144 146 147 150 152 152 153 154 155

INDICE DE MATERIAS

5.

6.

7.

8.

CIRCUITO DE CARGA. DISYUNTOR-REGULADOR

157

5.1. 5.2. 5.3. 5.4. 5.5. 5.6. 5.7.

Necesidad de la regulación en las dinamos ................................. Disyuntor .................................................................. Reguladores de tensión ..................................................... Regulador de tensión e intensidad .......................................... Comprobación y reglaje del regulador ..................................... Verificación y control del regulador ........................................ Verificación y control del circuito de carga ................................

157 158 159 163 168 170 171

CIRCUITO DE CARGA. ALTERNADOR.............. .......................

175

6.1. 6.2. 6.3. 6.4. 6.5. 6.6. 6.7. 6.8. 6.9. 6.10. 6.11. 6.12. 6.13.

Alternador ................................................................. Principio de funcionamiento del alternador ................................ Grupo rectificador ......................................................... Funcionamiento del puente rectificador .................................... Circuito de excitación ...................................................... Estructura y componentes del alternador .................................. Curvas características del alternador ....................................... Balance energético del alternador .......................................... Ejecuciones de alternadores: tipos........................................... Instalación y mantenimiento del alternador ................................ Comprobación de funcionamiento del alternador .......................... Verificación y control del alternador ....................................... Prueba del alternador en el banco .........................................

175 177 180 183 185 187 192 194 194 201 202 203 208

CIRCUITO DE CARGA. REGULADORES PARA ALTERNADOR ..........

210

7.1. 7.2. 7.3. 7.4. 7.5. 7.6. 7.7. 7.8. 7.9. 7.10.

Necesidad de la regulación ................................................. Reguladores de contactos .................................................. Regulador de contactos de dos elementos .................................. Reguladores para alternador de nueve diodos .............................. Aplicación de la electrónica a los reguladores .............................. Reguladores con ayuda electrónica ......................................... Reguladores electrónicos totalmente transistorizados ....................... Regulador electrónico incorporado al alternador. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verificación y control del regulador ........................................ Verificación del circuito de carga...........................................

210 212 214 217 218 220 223 226 229 231

CIRCUITO DE ENCENDIDO. COMPONENTES. FUNCIONAMIENTO ...

235

8.1. 8.2. 8.3. 8.4. 8.5. 8.6. 8.7. 8.8. 8.9. 8.10.

235 236 240 243 248 251 253 258 260 262

El sistema de encendido en los motores de explosión.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . El motor de explosión ...................................................... Principio de funcionamiento del encendido ................................ Funcionamiento del sistema de encendido .................................. Bobina de encendido ....................................................... Conjunto distribuidor ...................................................... Ruptor ............................. le' • • • • • • •• • • • • • • • • • • • • • •• • • • • • • • •• • • • • •• Condensador de encendido ..........~ .. '.......... : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Distribuidor de encendido .................................................. Bujías ......................................................................

9

INDICE DE MATERIAS

8.11. 8.12. 8.13. 8.14. 8.15. 8.16. 8.17. 8.18.

9.

10.

11.

10

Grado térmico de las bujías ................................................ Punto de encendido ........................................................ Combustión de la mezcla .................................................. Dispositivos de avance al encendido ....................................... Sistema de avance centrífugo ............................................... Sistema de avance por vacío ............................................... Influencias climáticas en el circuito de encendido .......................... Interruptor de encendido ...................................................

265 267 268 270 272 274 276 277

CIRCUITO DE ENCENDIDO. MANTENIMIENTO, VERIFICACION y CONTROL ......................................................................

279

9.1. Mantenimiento de la instalación de encendido ............................. 9.2. Comprobación de funcionamiento del circuito de encendido ............... 9.3. Puesta a punto del encendido .............................................. 904. Verificación y control del circuito de encendido ............................ 9.5. Analizadores de motores ................................................... 9.6. Osciloscopios .... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.7. Prueba de la bobina de encendido ......................................... 9.8. Prueba del distribuidor .................................................... 9.9. Prueba de las bujías ........................................................

279 280 283 289 290 293 300 302 306

ENCENDIDO ELECTRONICO ................................................

311

10.1. Ayuda electrónica para el encendido ...................................... 10.2. Encendido electrónico con generador de impulsos ........................ 10.3. Sistema electrónico de encendido por impulsos de inducción .............. lOA. Sistema electrónico de encendido con generador Hall ..................... 10.5. Encendido electrónico integral ............................................ 10.6. Encendido electrónico por descarga de condensador ...................... 10.7. Comparación de los sistemas de encendido ............................... 10.8. Verificación y control de los encendidos electrónicos ......................

311 314 316 323 325 331 333 334

CIRCUITO DE ALUMBRADO ................................................

337

11.1. 11.2. 11.3. 11.4. 11.5. 11.6. 11.7. 11.8. 11.9. 11.10. 11.11. 11.12. 11.13. 11.14. 11.15.

337 337 339 342 342 346 350 351 354 355 358 359 360 362 365

Necesidad del sistema de alumbrado ...................................... Fotometría y unidades de medida......................................... Faros ..................................................................... Alumbrado de haz asimétrico ............................................. Lámpara de halógeno..................................................... Disposición de los faros ................................................... Luces de posición ......................................................... Instalación de alumbrado ................................................. Luces de stop y marcha atrás ............................................. Faros adicionales ......................................................... Alumbrado del interior del vehículo ...................................... Efectos de la variación de tensión en el circuito de alumbrado............ Ayuda electrónica para el circuito de alumbrado ......................... Regulación de los faros ................................................... Verificación y control del circuito de alumbrado ..........................

INDICE DE MATERIAS

12.

13.

14.

CIRCUITO DE MANIOBRAS. INTERMITENCIAS Y CLAXON .............

371

12.1. Circuito de intermitencias ................................................. 12.2. Disposición del circuito de intermitencias ................................. 12.3. Central electrónica de intermitencias ...................................... 12.4. Dispositivo intermitente de emergencia ................................... 12.5. El claxon .................................................................. 12.6. Disposición de las bocinas ................................................ 12.7. Verificación y control del circuito de intermitencias y el claxon ...........

371 373 374 375 376 378 379

CIRCUITO DE ACCESORIOS. LIMPIAPARABRISAS Y CALEFACTOR ....

383

13.1. 13.2. 13.3. 13.4. 13.5. 13.6. 13.7. 13.8. 13.9. 13.10.

Limpiaparabrisas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Dispositivos de parada automática ........................................ Limpiaparabrisas de dos velocidades ...................................... Dispositivo intermitente para limpiaparabrisas ............................ Lavaparabrisas.. . . . . . . . . . . . . . . .. .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Limpia-lava lunetas y limpia-lava proyectores ............................ Sistema calefactor del vehículo ............................................ Motoventi1ador del calefactor ............................................. Regulación electrónica de la calefacción ................................... Verificación y control de los sistemas limpiaparabrisas y calefactores .....

383 387 389 390 393 394 396 398 400 401

CIRCUITO DE ACCESORIOS: CUADRO DE INSTRUMENTOS. INDICADORES .........................................................................

405

14.1. 14.2. 14.3. 14.4. 14.5. 14.6. 14.7. 14.8. 14.9. 14.10. 15.

Indicadores de control .................................................... 405 Indicador de nivel de combustible ........................................ 406 Otros indicadores de nivel ................................................ 408 Indicadores de presión y temperatura del aceite motor ................... 410 Indicador de la temperatura del agua ..................................... 412 Otros avisadores luminosos y acústicos ................................... 413 VeloCÍmetro y cuentarrevoluciones ........................................ 414 Conjunto del cuadro de instrumentos ..................................... 415 El ordenador de viaje ..................................................... 417 Verificación y control del cuadro de instrumentos ........................ 420

CIRCUITO DE ACCESORIOS: OTROS MECANISMOS ELECTRICOS .....

423

15.1. 15.2. 15.3. 15.4. 15.5. 15.6. 15.7. 15.8. 15.9. 15.10. 15.11. 15.12. 15.13. 15.14.

423 427 429 431 432 434 434 435 437 438 438 443 445 448

Cerraduras electromagnéticas de las puertas .............................. Sistema eléctrico de e1eva1unas ............................................ Bomba eléctrica de gasolina............................................... Motoventi1ador de refrigeración .......................................... Encendedor de cigarrillos y reloj horario ................................. Sistema de alarma para el cinturón de seguridad ......................... Sistema de alarma de seguridad ........................................... Bujías de caldeo para motores diese1 ...................................... Embrague electromagnético ............................................... Freno electromagnético ................................................... Dispositivos electrónicos de ayuda a la conducción ....................... Inyección electrónica de combustible ...................................... El autorradio ............................................................. Desparasitaje ..............................................................

11

INDICE DE MATERIAS

16.

12

DISPOSICION DE LA INSTALACION ELECTRICA. CABLEADO

451

16.1. 16.2. 16.3. 16.4. 16.5.

451 453 455 455 456

Cableados eléctricos ....................................................... Central de conexiones y caja de fusibles .................................. Esquemas eléctricos ....................................................... Conductores eléctricos .................................................... Fusibles y limitado res de intensidad ......................................

1 Circuitos eléctricos. Magnitudes fundamentales

1.1. EQUIPO ELECTRICO DEL AUTOMOVIL La aplicación de la electricidad al automóvil es tal, que en la actualidad, los vehículos están provistos de un gran número de aparatos cuyo funcionamiento se produce gracias a la transformación de la energía eléctrica en otra clase de energía (mecánica, calorífica, química, etc.), empleándose componentes de los más variados tipos, que realizan las funciones más diversas, en beneficio de una mayor seguridad en los vehículos y mejor confort de los pasajeros. Comenzando por los más esenciales, como la batería, el motor de arranque, el generador, etc., hasta finalizar por los más sofisticados, como los elevalunas eléctricos, interruptores de inercia y seguridad, programadores de velocidad, etc., los componentes eléctricos de un automóvil aumentan de día en día, haciendo cada vez más compleja su instalación eléctrica. El conjunto de todos los mecanismos que funcionan utilizando la energía eléctrica, forman el llamado equipo eléctrico del automóvil, que para su estudio vamos a dividir en partes que denominaremos circuitos. Una división de las muchas que podrían hacerse establece los siguientes circuitos: arranque, carga, encendido, alumbrado, maniobras y accesorios. Cada uno de estos circuitos tiene una misión concreta a realizar y para ello dispone de un determinado número de aparatos, situados en los más diversos lugares del vehículo y a los que es preciso hacer llegar la energía eléctrica, para lo cual, se interconectan por medio de una instalación eléctrica, en la que los órganos de mando van situados en su mayor parte en el habitáculo y al alcance del conductor para su gobierno. El circuito de arranque comprende todos los mecanismos que harán ponerse en marcha el motor del coche. El de carga tiene la misión de proporcionar la energía eléctrica suficiente para abastecer a todos los demás circuitos. El de encendido sirve para que se realice la explosión de la mezcla de aire y gasolina en el motor y pueda funcionar por sí solo. El de alumbrado se utiliza para iluminar la calzada por la que circula el vehículo de noche y señalizarlo en ella. El de maniobras gobierna los sistemas de señalización que utiliza el vehículo en la marcha. El de accesorios comprende los distintos aparatos que hacen más cómoda la conducción del vehículo. La Fig. 1.1 muestra la implantación en el vehículo de los distintos componentes del equipo eléctrico del automóvil, interconexionados entre sí por medio de la instalación eléctrica, que fijada a la carrocería, se extiende por todo el vehículo. Quedan así formados diferentes circuitos 13

CIRCUITOS ELECTRICOS. MAGNITUDES FUNDAMENTALES

eléctricos, cuyo funcionamiento se rige por leyes eléctricas fundamentales cuyo estudio vamos a abordar someramente a continuación.

Fig. 1.1

1.2.

CUERPOS CONDUCTORES Y AISLANTES

Como ya es sabido, todos los cuerpos que se encuentran en la Naturaleza están formados por una cantidad determinada de minúsculas partículas unidas entre sí, cada una de las cuales está compuesta por varias moléculas, que a su vez están constituidas por varios átomos. El átomo es la porción más pequeña de materia y está formado, a su vez, por una parte central llamada núcleo, alrededor del cual giran en continuo movimiento y con distintas órbitas una serie de electrones, cada uno de los cuales está cargado de electricidad. Si mediante la aplicación de una fuerza eléctrica se consigue desplazar algunos electrones de sus órbitas, se habrá producido una corriente eléctrica, que es, por tanto, el movimiento de electrones en un determinado sentido. Ciertos átomos de algunos cuerpos permiten fácilmente el desplazamiento de los electrones de sus órbitas o el movimiento de electrones entre sus átomos. Estos cuerpos se llaman conductores. En cambio, otros no permiten ese desplazamiento y por ello son llamados aislantes. En general, son cuerpos conductores todos los metales y de entre ellos destacan por su buena conductividad la plata, el cobre y el aluminio. La conductividad de un material guarda una estrecha relación con las características de sus átomos, siendo decisivas tanto la estructura del átomo individual, como la acción combinada de todos ellos para modificar dicha conductividad. Los cuerpos cuyos átomos no tienen completa de electrones su capa exterior, son por 10 general buenos conductores, como es el caso de los metales, aunque en la unión de varios átomos puede quedar modificada esta propiedad. Entre los conductores metálicos y los aislantes se encuentran los semiconductores, llamados así porque son peores conductores que los metales, pero mejores en general que los aislantes. Las especiales características de conducción de los semiconductores serán descritas en posteriores capítulos. 1.3.

CIRCUITO ELECTRICO

Se llama circuito eléctrico, al conjunto de elementos necesarios para que se establezca una corriente eléctrica. Un circuito eléctrico tiene mucha similitud con uno de agua. Veamos un ejemplo: 14

CIRCUITO ELECTRICO

Supongamos dos recipientes con agua (Fig. 1.2) unidos por sus partes inferiores y que se encuentran a distinto nivel, tal como se ve en la figura. Entre ellos hay una diferencia de nivel y gracias a ella, cuando se abre la llave de paso, el agua pasa del depósito 1 al 2, hasta que los niveles de ambos sean iguales, es decir, hasta que no exista diferencia de nivel. Esto mismo ocurre en un circuito eléctrico (Fig. 1.3), en el cual, se dispone de un generador, en el que existe una diferencia de potencial eléctrico entre sus bornes (d.d.p.) y que está unido a un receptor (en este caso una lámpara) mediante hilos conductores. Al cerrar el interruptor, se establece una corriente eléctrica en el circuito. Los electrones, empujados por la fuerza eléctrica del generador, transmitirán este empuje de unos a otros a través de todo el circuito, moviéndose por él.

Depósito 1

Depósito 2

+

-

Corri en te

Batería

Fig. 1.2

Fig.1.3

Existen pues, en todo circuito eléctrico, un generador, un receptor, un interruptor, un camino de ida y otro de vuelta. Al cerrar el interruptor, la corriente eléctrica recorre todo el circuito, hasta que la diferencia de potencial entre los bornes del generador sea cero. En el momento en que se abra el interruptor, el circuito queda cortado, pues los electrones no pueden saltar por el aire, que es aislante. En los circuitos eléctricos suele disponerse, además, unfusible, que es un hilo de plomo de un grosor calibrado, de tal manera, que al pasar una cantidad excesiva de electrones se calienta y quema, quedando interrumpido el circuito. Se coloca el fusible generalmente en el camino de ida. En los automóviles, el circuito eléctrico no es exactamente el explicado; aquí el camino de vuelta es la parte metálica del coche, llamada masa. Con esta disposición queda el circuito como muestra la Fig. 1.4, con la ventaja de ahorrar el cable que constituye el camino de vuelta. Cuando en un circuito eléctrico se realiza un contacto indebido de un conductor de ida con otro de vuelta, se dice que se ha producido un cortocircuito, siendo sus efectos muy perjudiciales, como ya se verá. En la Fig. 1.5 se representa gráficamente un cortocircuito. Los electrones, en este caso, son desviados en el punto A desde un borne del generador al otro (circuito más corto) sin pasar por la lámpara.

R

Interruptor

G

Batería

Chasis Fig. 1.4

+

A Fig. 1.5

15


Es fácil suponer que en un circuito eléctrico, para que se establezca la corriente eléctrica, necesarios tanto el camino de ida como el de vuelta, pues no basta con empujar a los electrones para que éstos se muevan. En el ejemplo de la Fig. 1.6, aunque los electrones son empujados por el generador, permanecen inamovibles, pues ningún electrón pasa a la órbita de otro, si éste previamente no la ha abandonado y, en este caso, el último electrón de A no podría abandonar su órbita, pues tendría que salir del conductor, cosa que no puede hacer simplemente por el hecho de estar sometido a la fuerza eléctrica. SOl).

A

o + G

Fig. 1.6

La existencia de corriente eléctrica en un circuito se conoce por los efectos que produce. La energía eléctrica es transportada por medio de los hilos conductores a través de todo el circuito, para ser transformada en el receptor en otra clase de energía, como puede ser calorífica, luminosa, mecánica de movimiento, química, etc. Llegados a este punto, es preciso reseñar que se define por corriente eléctrica al movimiento ordenado de electrones a través de un circuito. Para que se establezca esta corriente eléctrica es necesaria una fuerza que empuje a los electrones y que el cuerpo al que se aplica la fuerza permita el desplazamiento de ellos, es decir, que sea conductor. Cuando la fuerza eléctrica está aplicada de una manera constante y siempre en el mismo sentido, la corriente obtenida se llama continua, pues los electrones circulan ininterrumpidamente y de manera continua por el conductor. Cuando la fuerza eléctrica cambia constantemente de sentido de aplicación, el efecto obtenido es una corriente alterna. Los electrones son empujados ahora unas veces en un sentido y otras en el contrario.

1.4. INTENSIDAD DE CORRIENTE En un circuito eléctrico puede haber mucha o poca corriente eléctrica, según que pasen por él muchos o pocos electrones por segundo. Se llama intensidad a la cantidad de corriente eléctric~ que circula por un conductor en la unidad de tiempo. Su unidad de medida es el amperio. La intensidad de la corriente eléctrica corresponde en el circuito hidráulico de la Fig. 1.2, a la cantidad de agua que pasa de un depósito a otro en un tiempo unidad, es decir, el caudal. La unidad de medida de intensidad de corriente se eligió, tomando como referencia los efectos químicos que produce una corriente cuando atraviesa una disolución de nitrato de plata (Fig. 1.7), en cuyo caso, algunas partículas del metal dejan el líquido para depositarse 16

TENSION

en la placa negativa, como si la corriente arrastrase el metal que hay en la disolución. El peso de plata depositado en cada segundo, es proporcional a la intensidad de la corriente.

Fig. 1.7.

Un amperio, es la corriente continua que al pasar por una disolución de nitrato de plata deposita 0,001118 gramos de plata en cada segundo. Como submúltiplos se emplean el miliamperio (1 mA = 0,001 A) yel microamperio (1 ¡tA = 10- 6 A). El aparato capaz de medir la intensidad de una corriente eléctrica se llama amperímetro y se conecta en el circuito en serie, es decir, de manera que la corriente eléctrica pase en su totalidad por él. El galvanómetro es un amperímetro muy sensible. Tomando como referencia un punto cualquiera de un circuito eléctrico, la cantidad de carga eléctrica que pasa por ese punto es Q = l· t

siendo 1 la intensidad de corriente eléctrica y t el tiempo en segundos. Así pues, al producto l· t se le denomina cantidad de electricidad y se mide en culombios. Cuando la intensidad es de un amperio, la cantidad de electricidad que pasa por el conductor en la unidad de tiempo es de un culombio y esto supone que han pasado por el conductor 63 . 10 7 electrones en cada segundo. De aquí deducimos que la corriente de un amperio hace pasar por un conductor un culombio en un segundo.

Q t

1= -

El amperio-hora es un múltiplo del culombio y representa la cantidad de electricidad que pasa por un conductor, recorrido por la corriente de un amperio, durante el tiempo de una hora. Un amperio-hora equivale a 3.600 culombios.

1.5. TENSION Hemos visto que, para hacer circular a los electrones a través de un circuito, es necesaria una fuerza eléctrica (fuerza electromotriz) que los empuje. A esta fuerza se la llama tensión o diferencia de potencial y, también, en el lenguaje de taller, voltaje. En la Fig. 1.2 se vio que el agua pasa del depósito 1 al 2 debido a la diferencia de nivel entre ambos. Si se quiere obtener una circulación constante del agua, es necesario mantener la diferencia de nivel entre los depósitos, lo cual puede conseguirse bombeando el agua que llega al depósito 2, para hacerla regresar por otro camino (de vuelta) al depósito 1. La bomba, en este caso, realiza un trabajo manteniendo la diferencia de nivel. 17


De manera semejante, en el circuito eléctrico de la Fig. 1.3, es necesario mantener la diferencia de potencial aplicada al circuito (por medio del generador), para conseguir que siga circulando la corriente eléctrica, pues en el momento que no exista d.d.p., cesa la corriente. El trabajo necesario para mantener la d.d.p., lo realiza el generador, que produce una fuerza electromotriz, gracias a la cual aparece la d.d.p. entre sus bornes y, debido a ello, los electrones del circuito son empujados por el borne de mayor potencial y atraídos por el otro, produciéndose el movimiento de los mismos a través del circuito, desde el punto de mayor potencial al de menor, que dura mientras exista d.d.p. De lo anteriormente expuesto deducimos: a)

Los generadores eléctricos producen fuerza electromotriz (f.e.m.).

b)

La f.e.m. produce d.d.p. entre los bornes del generador.

e)

La d.d.p. aplicada a un circuito, produce la corriente eléctrica en él.

Los generadores son, por tanto, capaces de producir energía eléctrica. Entre los diferentes tipos destacaremos:

Pilas.-Transforman la energía química en eléctrica. Acumuladores.-Reciben energía eléctrica que transforman en química, manteniéndola acumulada para más tarde deshacer la transformación y devolver otra vez energía eléctrica. Dinamos y alternadores.-Transforman la energía mecánica de rotación en energía eléctrica. La unidad de medida del potencial eléctrico o tensión es el voltio. Un voltio es la fuerza eléctrica o tensión que hay que aplicar a un conductor de resistencia unidad para que se produzca una corriente de un amperio. Como múltiplos y submúltiplos del voltio se usan: El megavoltio (MV); 1 MV = 1.000.000 V = 106 V. El kilovoltio (KV); 1 KV = 1.000 V = 10 3 V. El milivoltio (mV); 1 mV = 0,001 V = 10- 3 V. El microvoltio CuY); 1 ¡,tV = 0,000001 V = 10- 6 V. El aparato capaz de medir la tensión se llama voltímetro y se monta en derivación con el circuito cuya diferencia de potencial aplicada se quiere conocer. Dicho de otra forma, los bornes del voltímetro deben unirse a los dos puntos entre los que existe la d.d.p. que se quiere medir y, para realizar la medición, el circuito debe estar funcionando.

1.6. RESISTENCIA El paso de la corriente eléctrica no se realiza en todos los conductores con la misma facilidad, pues, como ya hemos visto, la estructura atómica de los cuerpos influye grandemente en la facilidad de desplazamiento de los electrones, así como otras causas que pasamos a considerar a continuación. Se llama resistencia, a la oposición que presenta un cuerpo al paso de la corriente eléctrica, es decir, la dificultad que encuentran los electrones para desplazarse, ocupando órbitas distintas en los átomos cercanos. Su unidad de medida es el ohmio (O). Un ohmio es la resistencia eléctrica de una columna de mercurio de un milímetro cuadrado de sección y 103,6 cm de longitud a la temperatura de cero grados centígrados. Como múltiplos del ohmio se emplean el kilohomio (KO) = 1.000 O y el megahomio (MO) = 1.000.000 O. Como submúltiplo se emplea el microhomio (¡,t0) que es una millonésima parte de ohmio. 18

LEY DE OHM

Según la resistencia que oponen los cuerpos al paso de la corriente eléctrica, se clasifican, como ya vimos, en conductores y aislantes. La experiencia demuestra que la resistencia de un conductor es tanto mayor, cuanto más longitud tenga y menor sea su sección. También es evidente que cuanto mayor sea el número de electrones libres de una sustancia, menor es su resistencia eléctrica, puesto que los electrones pueden desplazarse con mayor facilidad por ella, luego, la resistencia depende también del tipo de material con que está fabricado el conductor. Dicho de otra forma, la resistencia eléctrica de un conductor, es directamente proporcional a su longitud, e inversamente proporcional a su sección, dependiendo también de un factor p, llamado resistividad del conductor, que expresa de alguna manera el número de electrones libres que posee, es decir, su estructura atómica, o lo que es igual, la clase de sustancia de que está hecho este conductor. La expresión matemática es la siguiente:

p·l s

R=-

donde R es la resistencia en ohmios; 1, la longitud en metros; s, la sección en milímetros cuadrados y p es la resistencia específica o coeficiente de resistividad, que depende del tipo de material del conductor y se expresa en ohmios· metro milímetros cuadrados La resistividad de las sustancias, varía con la temperatura. Las lámparas de alumbrado cuando alcanzan su temperatura de funcionamiento (aproximadamente 2.500 oC), tienen una resistencia específica unas diez veces mayor que en frío y esto es debido a que el calor hace que las moléculas de los cuerpos se encuentren en constante movimiento, siendo su vibración tanto más rápida cuanto mayor es la temperatura, lo cual dificulta el desplazamiento de los electrones en el interior del cuerpo conductor cuando su temperatura se eleva. Lo contrario ocurre cuando el cuerpo se enfría, hasta tal punto, que a temperaturas del cero absoluto ( - 273 oC), la resistividad del cobre y otros metales es nula, debido a que sus moléculas no tienen ningún movimiento a esta temperatura, lo cual facilita el desplazamiento de los electrones de unas órbitas a otras cercanas. 1.7.

LEY DE OHM

El físico alemán Ohm, comprobó expe¡;imentalmente que cuando se aplica a un circuito eléctrico determinado, una diferencia de potencial doble o triple, se obtiene una intensidad de corriente doble o triple también. E

2E

3E

/

2/

3/

- = - = - = ......... R

El cociente obtenido al dividir la tensión aplicada al circuito por la intensidad de corriente obtenida, es una constante R y expresa una característica del circuito, que es precisamente su resistencia. Estas experiencias se plasmaron en la ley de Ohm, que dice: «La intensidad de corriente eléctrica obtenida en un circuito, es directamente proporcional a la tensión aplicada, e inversamente proporcional a la resistencia eléctrica del mismo.» La expresión algebraica de esta leyes:

E

/= -

R

19


siendo J, la intensidad de corriente en amperios; E, la tensión aplicada en voltios y R, la resistencia en ohmios. De esta expresión deducimos: E=J·R

E

Y R=1

Como aplicación inmediata de esta Ley, puede calcularse la resistencia eléctrica de un circuito, conociendo la tensión aplicada y la intensidad de corriente obtenida. Por ejemplo, puede calcularse la resistencia del filamento de una lámpara, para lo cual, disponemos un circuito eléctrico como muestra la Fig. 1.8, en el que se conectan un voltímetro y un amperímetro de la forma señalada. Si estos aparatos indican 12 voltios y 2 amperios respectivamente, la resistencia es: E 12 V R=-=--=6Q 1 2 A

También, mediante el empleo de la ley de Ohm podemos calcular la tensión aplicada o la intensidad de corriente en un circuito, conociendo los otros dos factores. 1.8.

AGRUPACIONES SERIE

Se dice que varios componentes de un circuito eléctrico están conectados en «serie», cuando la totalidad de la corriente pasa por cada uno de ellos necesariamente. Los elementos del circuito se disponen unos a continuación de otros, tal como muestra la Fig. 1.9 en la que los receptores se representan con el símbolo de las resistencias.

+

R" Fig. 1.8.

Fig. 1.9.

La denominación de resistencia, no implica necesariamente la idea de un accesorio llamado resistencia, instalado con el fin de oponerse al paso de la corriente eléctrica, sino que designa todo aparato receptor montado en el circuito, como pueden ser: lámparas, motores eléctricos, o cualquier otro componente consumidor de energía. En las agrupaciones de varias resistencias conectadas en serie, la intensidad de la corriente es la misma en cualquier punto del circuito, pues los electrones sólo tienen un camino (como puede verse en la figura), y por ello, están obligados a pasar en igual cantidad por todas las resistencias.

20

AGRUPACIONES SERIE

El circuito de la Fig. 1.9, es equivalente a otro cuya resistencia Ro fuese la suma de R 1 , Rz y R3' La intensidad /0 de corriente en el circuito es: Eo

/=o R o

de donde se deduce que:

con lo cual, se cumple igualmente: (1)

como

se tiene también que:

Si en (1) sustituimos Eo tenemos

y dividiendo por /0 queda

que nos permite el siguiente enunciado: «La resistencia total de un circuito en el que los componentes están conect.ados en serie, es igual a la suma de las resistencias parciales de dichos componentes.» Igualmente, la tensión total aplicada a un circuito por varios generadores conectados en serie, es igual a la suma de las tensiones parciales de los generadores conectados. Ejemplo: En la Fig. 1.10, la tensión total aplicada al circuito es: Eo = El

+ Ez + E3

= 6 + 8 + 4 = 18 V

De igual forma, la resistencia total es:

La intensidad de corriente en el circuito es: Eo 18 / =-=-=2A o Ro 9

Nótese que los generadores se han conectado de manera que sus fuerzas electromotrices sean del mismo sentido, para lo cual, debemos cuidar de unirlos eléctricamente con la polaridad adecuada, de tal forma, que sus bornes vayan conectados: positivo del primero con negativo del segundo, positivo de éste con negativo del siguiente y así sucesivamente. En el caso de las resistencias no es necesario guardar ningún criterio de polaridad. 21


+ E1

+ R1 R2

R3

= 20 = 10 =

E1 = 6V

E2 = av E3 = 4V

60 Fig. 1.10.

1.9.

AGRUPACIONES PARALELO

Se dice que varios componentes de un circuito eléctrico están conectados en paralelo, cuando la corriente se bifurca al llegar a ellos, pasando una parte de la misma por cada componente. En la Fig. 1.11 se ha representado un circuito con tres resistencias conectadas en paralelo. Llamando Eo a la tensión aplicada, tenemos, según la ley de Ohm:

Observando la figura, vemos que la corriente lo que parte del generador y llega hasta el punto A, se subdivide en 11 , 12 e 13 resultando así que

En el punto B, se vuelven a juntar 11 , 12 e 13 y el resultado es lo, que llega hasta el generador.

-

A

+

•

B Fig. 1.11.

22

Eo = R1 = R2 = R3 =

10V

40 100 50

AGRUPACIONES PARALELO

La resistencia total del circuito, es equivalente a la suma de las tres dadas, es decir, aquélla que puede sustituir a las tres, de tal forma, que con la misma tensión Eo aplicada se obtenga una intensidad lo igual a la del circuito formado en la figura, es decir: Eo

1=o R o

Por tanto podemos hacer, y sustituyendo,

Dividiendo por Eo queda

que nos permite enunciar: «La resistencia equivalente a otras varias conectadas en paralelo es tal, que su inversa es igual a la suma de las inversas de las resistencias que forman la agrupación.» En la figura puede observarse que en una agrupación de resistencias conectadas en paralelo, la tensión aplicada a cada una de ellas es la misma, pues los dos extremos de cada una de las resistencias están conectados directamente a los bornes del generador. En los circuitos paralelo se cumple: a)

La resistencia total es tanto menor, cuanto mayor sea el número de resistencias conectadas en paralelo, pues en efecto, como 1

111

1

R1

Rn

- = - + - + - + ... Ro

R2

R3

cuantos más sumandos haya, mayor es la fracción l/Ro, lo que implica que Ro es menor. b) e)

La resistencia total Ro es menor que la más pequeña de las resistencias parciales. La intensidad de corriente lo en el circuito es mayor cuantos más elementos haya conectados, pues

Ejemplo: En la Fig. 1.11, las intensidades de las corrientes 11, 12 e 13 son: Eo R1

10 4

I =-=-=25A1

'

,

Eo R2

10 10

I =-=-=1A2

'

Eo R3

10 5

I =-=-=2A 3

por tanto, lo = 11 + 12 + 13 = 2,5 + 1 + 2 = 5,5 A

La resistencia total del circuito podemos calcularla aplicando la ley de Ohm y tenemos: Eo 10 Ro = - = - = 1,82 lo 5,5

n 23


También podemos calcular la resistencia total del circuito así:

1 1 1 1 1 1 1 11 -=-+-+-=-+-+-=Ro Rl R 2 R3 4 10 5 20 1 11 20 - ==> R = - = 1 82 O Ro 20 o 11 ' La intensidad de corriente lo es, por tanto, Eo 10 I =-=-=55A o Ro 182 ' ,

que son lQs mismos resultados obtenidos con el anterior procedimiento. En el caso de los generadores, para conseguir una agrupación en paralelo de varios de ellos, deben unirse todos los bornes positivos entre sí y hacer lo mismo con los negativos, tal como se ha representado en la Fig. 1.12. En estas agrupaciones, todos los generadores deben tener la misma f.e.m., pues en caso contrario, los de menor tensión harían el papel de receptores, como más adelante se verá.

lo

-

E,

-

ID

Fig. 1.12.

La tensión resultante y, por tanto, la aplicada al circuito, es la de cualquiera de los generadores, es decir:

1.10.

AGRUPACIONES SERIE-PARALELO

Son combinaciones de las anteriores, formadas al conectar varios elementos en serie y otros en paralelo. En la Fig. 1.13 puede verse en un circuito mixto, es decir serie-paralelo, donde Rl = R 2 = 2 O Y R3 = 3 O; Eo = 20 V.

Eo

+ Fig. 1.13.

24

CAlDA DE TENSION

La resistencia total de este circuito es la suma de las resistencias comprendidas entre los tramos AB y CD, puesto que ambos tramos están en serie. La del tramo AB es R 1 = 2 n y la del tramo CD es:

-

11115

ReD

= - + _. 2

3' ReD

6

- -

=?

6

ReD ="5 = 1,2

n

por tanto: Ro = R AB

+ ReD = 2 + 1,2 = 3,2 n

La intensidad de corriente total en el circuito es: Eo

20 = - = 625 A Ro 3,2 '

/0 = -

Esta corriente parte del generador y pasa toda ella a través de la resistencia R 1 , llegando hasta C, donde se subdivide en /1 e /2 cumpliéndose que:

La tensión aplicada a la resistencia R 1 es El = R 1 . /0 = 2 . 6,25 = 12,5 V La tensión aplicada al grupo formado por las resistencias R 2 y R 3 , es el producto del valor de estas resistencias por la corriente que pasa por este grupo, que como sabemos es /0' pues hasta e llega la corriente total/o y de D sale también el total/o; por tanto, E 2 = ReD· /0 = 1,2·6,25 = 7,5 V

Vemos que se cumple por tanto que Eo = El + Ez = 12,5 + 7,5 = 20 V Las intensidades /1 e /2 son respectivamente Ez 7,5 Ez 7,5 / = - = - = 375 A- / = - = - = 25 A 1 Rz 2 ' , Z R3 3 ' donde se cumple también que /0 = /1

+ /z = 3,75 + 2,5 = 6,25 A

1.11. CAlDA DE TENSION En el circuito representado en la Fig. 1.14, al cerrar el interruptor B se establece una corriente /0. Si la f.e.m. del generador es de 12 V, el valor de la intensidad de corriente es: E 12 V / =-=--=2A

o

R

6

n

Esta corriente pasa en su totalidad por la lámpara y por la resistencia (están conectadas en serie) y es acusada por el amperímetro. 25


2ft

B

lo

-

1·1

10

Fig. 1.14.

La tensión aplicada a la lámpara y medida por el voltímetro V3 es:

E=R'l=4'2=8V lo que indica que a ella no llega toda la tensión del generador, sino una parte. El resto se ha perdido en la resistencia, es decir, el paso de la corriente por la resistencia ha provocado en ella una caída de tensión, que es igual al producto R . l. Efectivamente, la tensión aplicada a la resistencia y marcada por el voltímetro V 2 es:

E=R'l=2'2=4V que sumados a los 8 V aplicados a la lámpara, dan los 12 V producidos por el generador. La caída de tensión es, por tanto, directamente proporcional a la intensidad de corriente que recorre a la resistencia y al valor óhmico de ésta. El generador G de la figura, presenta también cierta resistencia al paso de la corriente eléctrica, lo cual significa que cuando se cierra el interruptor B, el paso de corriente por todo el circuito y, por tanto, a través del propio generador, provoca en éste una caída de tensión, lo cual supone que al circuito no estén aplicados los 12 V, sino 12 V - Rlo siendo Ri la resistencia interna del generador. En la práctica, la tensión marcada por el voltímetro V 1 no es la misma estando el interruptor B abierto o cerrado. Si la lectura se efectúa a interruptor abierto, estamos midiendo la fe.m. del generador. Si se realiza a circuito cerrado, medimos la tensión aplicada al circuito.

El generador provoca, por tanto, una caída de tensión debida a su resistencia interna. Supongamos que la resistencia interna es de 1 n; en este caso, al cerrar el interruptor, la corriente que circula por el circuito no es de 2 A como habíamos calculado sino de:

E 12 l=--=--=17A R + Ri 6 + 1 ' Esta corriente, a su paso por el generador produce una caída de tensión de

= R . l = 1 . 1,7 = 1,7 V lo que significa que el voltímetro V 1 marca 12 - 1,7 = 10,3 V cuando se cierra el interruptor, E

lo que supone que la corriente en el circuito es: E

10,3

l=-=-=17A R 6 ' como habíamos calculado con anterioridad.

26

CAIDA DE TENSION

La resistencia interna de un generador es dificil de medir pero fácil de calcular; para ello conectaremos un voltímetro V 1 y un amperímetro, como indica la figura y realizamos lecturas del voltímetro a circuito abierto y cerrado. La resistencia interna del generador es: E- U

R.=-,

[o

es decir, es el cociente de dividir la diferencia de tensiones a circuito abierto (E) y cerrado (U) por la intensidad de corriente obtenida al cerrar el interruptor. También podemos decir que en el circuito exterior, para conseguir una corriente de 1,7 A, es necesario aplicar una tensión de: U

= [. R = 1,7' 6 = 10,2 V

que es precisamente la tensión aplicada al circuito (salvando el error cometido al tomar un solo decimal), o lo que es igual, la caída de tensión habida en el circuito. Basándonos en todo lo anterior, podemos definir la caída de tensión entre dos puntos de un circuito, como la d.d.p. que debe existir entre dichos puntos para hacer circular la corriente por la porción de circuito considerado. También podemos decir que la suma de las caídas de tensión a lo largo de un circuito es igual a la Le.m. del generador. Como la corriente [ obtenida en un circuito depende de la resistencia exterior del mismo, la caída de tensión que se produce en el interior de un generador, no es una cantidad fija, sino que será tanto mayor cuanta más corriente tengamos en el circuito exterior, o lo que es igual, cuanto menor sea su resistencia. En los conductores de los circuitos eléctricos, también se producen caídas de tensión, puesto que presentan cierta resistencia al paso de la corriente eléctrica. Como la caída de tensión es proporcional a la resistencia y a la intensidad de corriente que circule, en los circuitos deberán utilizaarse conductores de poca resistencia, para evitar en lo posible las caídas de tensión, que en este caso son perjudiciales. Sabemos que la resistencia eléctrica de un conductor es directamente proporcional a su longitud y su resistividad, e inversamente proporcional a su sección; por tanto, deberán emplearse conductores lo más cortos posible y de materiales apropiados (como el cobre) para que su resistividad sea baja; así mismo, la sección debe ser suficiente. Se considera que la máxima caída de tensión admisible en los conductores, debe ser inferior al 2,5 % de la tensión aplicada al circuito y para lograrlo, como la longitud del cable no podemos acortarla a voluntad (depende del lugar donde deba ir el receptor), hay que utilizar cable de sección suficiente. Para calcularla veamos el ejemplo siguiente: Ejemplo: Calcular la sección necesaria del cable para instalar una lámpara por la que han de pasar 2 A, al aplicarle una tensión de 12 V, siendo 4 m la longitud total del conductor empleado. Caída de tensión máxima admisible: 2,5 % de 12 V = 0,3 V

la resistencia del conductor debe ser: E

0,3

R = - = - = 015 O [ 2 ' Si utilizamos cable de cobre cuya resistividad es 0,0175 Om/mm 2 , la sección del mismo debe ser:

p ./ R=s

=>

S

p . / 0,0175 . 4 2 = = 046 mm R 0,15 '

=-


que supone un cable de diámetro D=

f;- = s

7r

)4.0,46 - - = 0,76 mm de 3,14

En el automóvil se utilizan cables de diferentes secciones, según los circuitos empleados, es decir, en relación con la intensidad de corriente que ha de circular por ellos. Se admite generalmente una densidad de corriente de tres a cuatro amperios por milímetro cuadrado de sección del conductor de cobre, llamándose densidad de corriente a la cantidad de electricidad en culombios que atraviesa una sección unidad del conductor en un segundo. Se mide en coulombios seg' cm 2

amperios cm 2

o bien

amperios mm 2

En la industria se fabrican cables de diferentes materiales y secciones, atendiendo a las necesidades de las instalaciones de los automóviles. La plata es la mejor sustancia a emplear por su alta conductividad, pero debido a su precio, es muy poco utilizada (sólo en casos en que se requiera una gran precisión). El cobre es el más empleado, no sólo por su alta conductividad y buen precio, sino también porque es muy maleable y resistente a la corrosión y a la tracción. Por razones similares es también empleado el aluminio. 1.12. APARATOS ELECTRICOS DE MEDIDA

Para medir la intensidad de corriente de un circuito, se emplean como sabemos los amperímetros, en los que se dispone de un mecanismo interior, que acciona una aguja desplazable sobre una escala visible y graduada en amperios, miliamperios, etc., según sea la intensidad de la corriente a medir. El amperímetro se conecta en serie con el circuito en el que vamos a efectuar la medida. De los diferentes tipos empleados, destacaremos el llamado de cuadro móvil, representado en la Fig., 1.15, que consta de un cuadro A, al cual hay arrollado un hilo conductor e en forma de bobina y al que está sujeta también la aguja D. El cuadro A puede girar sobre los extremos de su eje B dentro del campo magnético N-S.

Fig. 1.15.

El paso de una corriente por la bobina, hace que ésta forme su propio campo magnético, que actúa en oposición con el creado por el imán N-S. Cuanto mayor sea la corriente que

28

APARATOS ELECTRICOS DE MEDIDA

pasa por la bobina, mayor es el campo magnético creado por ella, que en oposición con el N-S, produce el giro del cuadro móvil que, a su vez, mueve la aguja desplazándola por delante de la escala graduada. El sentido de movimiento de la aguja depende del de la corriente. La entrada y salida de la corriente se efectúa por ambos extremos del eje (que van convenientemente aislados), y a través de sendos muelles en espiral, que al mismo tiempo sirven para mantener la aguja en reposo sobre el centro de la escala graduada o sobre su origen. La bobina del cuadro móvil es de hilo fino y por ella pasa una intensidad de corriente pequeña. La mayor parte de la corriente pasa por la resistencia R, colocada en paralelo, denominada shunt. El valor óhmico de esta resistencia depende de la corriente máxima que se desee medir con el amperímetro. Ejemplo: Sea un amperímetro cuyo cuadro móvil tiene una resistencia de 5 desviación es máxima para una corriente de 0,2 A.

n

y cuya

Por tanto, la desviación es máxima para una tensión de: E

= R .1 =

5 . 0,2

=

1V

Si se desean medir con este amperímetro hasta 40 A, la resistencia del shunt debe ser: 40 A-O 2 A ,

=

39 8 A"

R

E

1

= -1 = -39,8 = 0025 n '

Para medir la tensión aplicada a un circuito, se emplea como ya vimos el voltímetro. En principio, su construcción es idéntica a la del amperímetro, pero la resistencia es muy grande (al contrario de lo que ocurre con el amperímetro) y va conectada en serie con la bobina móvil, limitando así la corriente que pasa por ella. Al igual que ocurre con el amperímetro, el valor óhmico de la resistencia de un voltímetro depende de la tensión máxima que se vaya a medir con el aparato. Ejemplo: La resistencia del cuadro móvil de un voltímetro es de 5 n. La desviación máxima de la aguja se produce para una corriente de 0,1 A a través de la bobina móvil. Se desea saber cuál es el valor de la resistencia que debe conectarse en serie para obtener una posibilidad de medida máxima de 20 V.

La desviación de la aguja debe ser total para 20 V, 10 que se obtendrá si la corriente es de 0,1 A. La resistencia del circuito debe ser: R

E

20

1

0,1

= - = - = 200 n

Como el cuadro tiene ya una resistencia de 5 n, hay que añadir otra (conectada en serie) de: 200 - 5 = 195

n

La resistencia de un circuito eléctrico o de un receptor, puede medirse indirectamente utilizando un voltímetro y un amperímetro, con 10 cual, disponiendo de los datos: tensión e intensidad, podemos calcular la resistencia. También podemos medir resistencias mediante el empleo del óhmetro, que no es más que un amperímetro al que interiormente van conectadas dos resistencias (una fija y otra móvil) y una pila, tal como indica la Fig. 1.16. Entre las puntas de prueba A y B se conecta la resistencia a medir y una vez efectuada la conexión se produce una corriente en el circuito, que para la tensión fija de la pila, depende del valor óhmico de dicha resistencia. La escala del amperímetro se gradúa en óhmios y así se obtiene directamente el valor de la resistencia del circuito medido. 29


T

--=1

8

Fig. 1.16.

La resistencia variable e se utiliza como ajuste. Antes de efectuar la medida, deben juntarse las puntas A y B Y mover el mando correspondiente para variar la resistencia e hasta obtener que la aguja marque el fondo de escala. Una vez realizada esta operación previa, puede procederse a realizar la medición.

1.13.

RESISTENCIAS Y REOSTATO S

Aunque todo conductor o receptor presenta una resistencia al paso de la corriente eléctrica, se da el nombre propiamente dicho de resistencia, a una pequeña pieza con forma de cilindro, fabricado de carbón mezclado con algún aglomerante, que por las características propias del tipo de material, presenta una cierta dificultad al paso de la corriente eléctrica. El valor óhmico de las resistencias suele darse grabado en ellas, o bien, mediante un código de colores. En la tabla representada pueden verse las correspondencias de colores. Sobre cada resistencia hay una serie de bandas de diferentes colores (como indica la Fig. 1.17), más próximos a uno de los extremos. El color de la primera banda comenzando por el extremo A, indica la primera cifra significativa según la tabla de colores, por la cual, a cada uno de ellos corresponde una cifra. El color de la segunda banda, nos da la segunda cifra significativa y, el de la tercera, el número de ceros qué hemos de añadir a las dos primeras cifras significativas, para obtener el valor óhmico total de la resistencia. La última banda puede ser de color oro o plata, indicando respectivamente que el valor óhmico está comprendido dentro de unas tolerancias de ± 5 % y ± 10 %.

2.fl 6ft

...-----41,--~

r

I

A

(1111 Fig.1.17.

30

I

10 V

2.ll

Fig. 1.18

A

TRABAJO ELECTRICO

NEGRO MARRON ROJO NARANJA

O

AMARILLO VERDE AZUL VIOLETA

1

2 3

4 5

GRIS 8 BLANCO 9

6 7

Ejemplo: Sea una resistencia cuyos colores de bandas comenzando por el extremo A son: rojo, azul, amarillo y plata. Su valor óhmico es: 260.000 ± 10 %. Algunas resistencias estún fabricadas con hilo (de diferentes tipos de material), arrollado sobre un cilindro de material refractario. Se llaman resistencias bobinadas. Entre ellas destacaremos las llamadas reóstatos, que son resistencias variables y se utilizan en los circuitos eléctricos para poder variar la corriente que circula por ellos. En la Fig. 1.18 se ha representado un circuito eléctrico en el que hay un reóstato conectado en serie con una lámpara. La aguja del cursor A, hace variar la resistencia interpuesta y, así, cuando ocupa la posición marcada de trazos discontinuos, la resistencia conectada es de 2 n, por 10 cual, la intensidad de corriente en el circuito es:

E

10

I=-=--=25A R 2+2 '

Si el cursor ocupa la posición de trazo lleno, intercala 6 n y la corriente obtenida en el circuito es: E 10 1 = - = - - = 1 25 A R 6+2 '

que como vemos, es menor que la anterior, debido al aumento de la resistencia total del circuito, manteniendo la misma d.d.p. aplicada. Hay reóstatos para intensidades de corriente muy pequeñas, que se llaman potenciómetros. 1.14.

TRABAJO ELECTRICO

Si entre los bornes de un generador (Fig. 1.19) cuya d.d.p. es de 1 V se supone un electrón situado en A, con su carga eléctrica de 1,6' 10- 19 culombios, sufre un empuje que tiende a hacerlo pasar a B y, si colocamos un hilo conductor entre A y B, el electrón puede pasar llegando a B con una energía cinética igual al trabajo mecánico que habría que desarrollar para trasladarlo nuevamente de B a A.

i-

r

Fig. 1.19.

El trabajo realizado para trasladar el electrón de A a B, lo ha efectuado la fuerza con que la d.d.p. empuja al electrón, debido a la carga eléctrica que éste posee. La magnitud de este trabajo viene dada por el producto de la cantidad de electricidad por la d.d.p. y, en este caso es: 1,6' 10- 19 culombios' 1 V = 1,6' 10- 19 julios 31


Un julio es el trabajo realizado para desplazar la cantidad de electricidad de un culombio, entre dos puntos cuya d.d.p. sea de un voltio. De aquí deducimos que: T=Q'U

El trabajo eléctrico suele también definirse como energía eléctrica consumida. Ejemplo: ¿Cuánta energía eléctrica gasta una lámpara por la que pasa una corriente de 3 A cuando se le aplican 100 V, si está funcionando 20 minutos? Como la corriente es de 3 A, por la lámpara pasan 3 culombios en cada segundo, por tanto, en 20 minutos pasan: 3 . 20 . 60

= 3.600 culombios

El trabajo eléctrico desarrollado o bien la energía eléctrica consumida es: T

= Q . U = 3.600 cul. . 100 V = 360.000 julios

1.15. POTENCIA ELECTRICA El trabajo eléctrico desarrollado en la unidad de tiempo, se llama potencia eléctrica. Como el trabajo eléctrico desarrollado por una corriente se mide en julios, la potencia eléctrica viene expresada en julios/segundo que también se llama vatio. Para diferenciarla de la potencia mecánica, se designa por la letra W. Un vatio es la potencia de una máquina que absorbe o proporciona una energía de un julio en un segundo. Como múltiplo del vatio se emplea el kilovatio (kW) que equivale a 1.000 vatios (W). Un CV es igual a 736 W, pues 1 CV

= 75 kgm/s = 75 . 9,81 julios/s = 736 W

Ejemplo: Supongamos un motor al que se aplica una d.d.p. de 60 V, que establece una corriente eléctrica de 4 A. El motor está funcionando durante 10 minutos. ¿Cuál es su potencia?

La cantidad de electricidad que ha pasado por el motor es:

Q = 4·10·60 = 2.400 culombios El trabajo eléctrico desarrollado es: T

= Q' U = 2.400· 60 = 144.000 julios

La potencia eléctrica es: 144.000

W

= T/t = 10. 60 = 240 vatios

La potencia eléctrica aplicada al motor es, como ya se ha visto, T Q'U Q W=-=--=_'U t t t

(1)

Como Q/t representa la intensidad, pues un amperio es igual a un culombio dividido por un segundo, sustituyendo en (1) tenemos W=g'U=I'U t '

32

W=I'U

(2)

RENDIMIENTO

En el ejemplo propuesto puede calcularse la potencia del motor directamente. En efecto,

W = l· U = 4 . 60 = 240 vatios De la ecuación (2) deducimos: W U'

1=-'

W

U=1

Una vez deducidas estas ecuaciones, podemos definir el vatio de esta otra forma: «Un vatio es la potencia consumida entre dos puntos en los que existe una d.d.p. de un voltio y circula entre los mismos la corriente de un amperio. Como potencia es la velocidad con que se realiza un trabajo, la energía total consumida viene dada por: Energía = Potencia' Tiempo lo que indica que la energía consumida es lo mismo que el trabajo realizado. Haciendo la potencia igual a un vatio y el tiempo a un segundo, resulta como unidad de energía el vatio por segundo. Comercialmente se utiliza el kilovatio-hora, que es la energía consumida en una hora a razón de un kilovatio cada segundo. 1 kW-h = 1.000 W' 3.600 s = 3.600.000 julios

Un kilovatio-hora es la cantidad de trabajo que realizaría una máquina cuya potencia fuese de un kilovatio, que estuviese funcionando durante una hora.

1 kW-h = 3.600.000 julios =

3.600.000 9,81

kgm = 367.000 kgm

La potencia absorbida por una máquina, es aquélla que se le proporciona para que funcione y es igual a la suma de la potencia útil, que es la que desarrolla la máquina, y la potencia disipada que siempre se pierde en calor, rozamientos, etc.

1.16.

RENDIMIENTO

Cuando se transforma la energía eléctrica en otra clase de energía, siempre se pierde una parte del trabajo, o lo que es igual, una parte de la potencia de la máquina se pierde en la transformación. Un motor eléctrico de 1 kW, proporciona una potencia de 800 W aproximadamente. Se pierden pues 200 W debido a rozamientos, calentamientos, etc. A la relación que existe en una máquina entre la potencia proporcionada y la recibida, se la llama rendimiento. Se representa por la letra griega r¡ (eta) y se expresa en tantos por ciento.

r¡

potencia recibida proporcionada

= potencia

Ejemplo: La potencia proporcionada por un motor de 2,5 kW si su rendimiento es del 80 % es: 80 25,, 100

= 2 kW 33


1.17.

LEY DE JOULE

Cuando una carga eléctrica Q pasa de un punto A a otro B (Fig. 1.20), sufre una disminución de energía potencial (como ya se vio al hablar de caída de tensión). El trabajo eléctrico desarrollado por esta carga es:

y representa una energía liberada en forma de calor disipado por la resistencia .

..

----Fig. 1.20.

Teniendo en cuenta que Q

= /.

t podemos poner la expresión anterior de esta otra forma:

que nos indica, como ya se vio anteriormente, que el producto de la intensidad de corriente por la diferencia de potencial entre dos puntos del circuito, representa la potencia de la corriente utilizable entre esos puntos. El trabajo desarrollado entre los puntos A y B, representa una energía que puede ser transformada de diversas maneras, que dependen de la constitución del circuito entre los puntos A y B. Si éstos se unen mediante una resistencia, como en el caso de la figura, la experiencia demuestra que el paso de la corriente libera calor, mientras que si entre los puntos hay un motor eléctrico, la energía puesta en juego por la corriente se transforma en trabajo mecánico, y si hay una cuba electrolítica, se produce un incremento de la energía química del conjunto de los cuerpos descompuestos por el paso de la corriente eléctrica, como ya se verá. . En un conductor puramente óhmico, como la resistencia de la figura, toda la energía disponible se transforma en calor por efecto Joule. Es fácil suponer los electrones chocando unos con otros en su movimiento, debido a la dificultad que presenta la resistencia óhmica a su paso. Cada colisión supone un desprendimiento de calor y, como son muchas las colisiones, el resultado de ellas es la obtención de una determinada cantidad de calor. Teniendo en cuenta la ley de Ohm y aplicándola a la expresión del trabajo eléctrico, tenemos: T

= Q . U = / . t . U = / . t . R . / = R . /2 . t;

T

= R/ 2 t

Esta expresión matemática define la ley de Joule, que dice: «La cantidad de calor desprendida en un conductor por unidad de tiempo, es proporcional a su resistencia y al cuadrado de la intensidad de corriente que lo recorre.» La energía calorífica disipada por una resistencia es, por tanto:

34

APLICACIONES DEL EFECTO JOULE

Esta energía viene expresada en julios cuando las otras unidades son: ohmios, amperios y segundos respectivamente, siendo Ec la energía calorífica. Teniendo en cuenta que un julio equivale a 0,24 calorías, puede ponerse también Ec

= 0,24RI 2 t calorías

Cuando la energía calorífica se transforma en trabajo mecánico, o a la inversa, lo hace siempre a razón de 427 kgm por cada 1.000 calorías, es decir, una kilocaloría. 1 kcal = 427 kgm

y

1 1 kgm = 427 kcal = 0,00234 kcal

La cantidad 427 kgm se llama equivalente mecánico del calor. Establecida esta equivalencia, se puede buscar la que existe entre un julio y una caloría, que es: ..

1 JulIo

1

= - - kgm = 9,81

1

9,81

0,00234 kcal

= 0,00024 kcal = 0,24 cal

1 kcal = 427· 9,81 julios = 4.189 julios

Se comprende que la energía calorífica es la misma, cualquiera que sea el sentido de paso de la corriente.

Ejemplo: Calcular la cantidad de calor desprendido en una resistencia a la que se aplican 12 V, obteniéndose una corriente de 40 A, si dicha corriente se mantiene durante 10 minutos.

Ee=" O24RI 2 t

12

= 024 . R . 40 2 . 10 . 60 = 024 . -40 . 40 2 . 10 . 60 = 69 . 120 cal = 69 , 12 kcal ,

Siempre que no se busca el desprendimiento de calor en un receptor, el efecto Joule es perjudicial. Las pérdidas de energía eléctrica por efecto Joule disminuyen el rendimiento de los receptores y ocasionan un calentamiento de los mismos, al igual que ocurre en cualquier conductor. Si este calentamiento fuese excesivo, podrían llegar a quemarse. La necesidad en que nos encontramos de tener en los conductores un calentamiento limitado, impone no sobrepasar en ellos una cierta densidad de corriente, llamándose así al cociente de la intensidad de corriente por la sección del hilo conductor. 1

densidad de corriente = -

s

En los conductores no debe sobrepasarse una densidad de corriente de 5 A/mm2. 1.18.

APLICACIONES DEL EFECTO JOULE

Numerosas experiencias permiten demostrar que el paso de la corriente eléctrica por un conductor supone un desprendimiento de calor en éste. Un hilo de nicrom tendido entre dos puntos A y B (Fig. 1.21), se caldea cuando se hace pasar la corriente por él, produciéndose una dilatación del mismo, tomando la posición marcada de trazos en la figura. La curva que adquiere crece con la intensidad de la corriente. Cuando se corta la corriente, el hilo vuelve a su posición inicial. El calor desprendido por efecto Joule tiene múltiples aplicaciones, de las que pasamos a enumerar algunas.

35


a) Calentadores eléctricos: Están formados por resistencias, generalmente de ferro níquel o nicrom, arrollando el hilo en forma de hélice y ésta a su vez alrededor de un cilindro de material aislante y refractario al calor. Como la resistencia del hilo es grande, se consigue que el producto R/ 2 sea alto y, con ello, obtenemos una cantidad de calor importante. b) Soldadores eléctricos: Están basados en el mismo principio anterior pero ahora la resistencia se arrolla (debidamente aislada) alrededor de una barra de cobre, a la que se transmite el calor de la resistencia y, con la cual, se procede a la operación de soldar con estaño. c) Encendedor de cigarrillos: Basado en el mismo principio, el paso de la corriente pone incandescente una resistencia que se aprovecha para encender los cigarrillos.

d)

Lámparas de incandescencia: El paso de la corriente eléctrica por un hilo de tungsteno, eleva la temperatura de éste hasta unos 2.800 oC, que corresponden al rojo blanco y el filamento despide luz.

e) Fusibles: Cuando la intensidad de corriente que pasa por un hilo conductor es grande, la temperatura obtenida también lo es y, si el hilo es de plomo o aleación de éste, puede sobrepasarse su temperatura de fusión, en cuyo caso se dice que el hilo se ha fundido. Esta propiedad se utiliza para interrumpir la corriente de manera automática en los circuitos, para lo cual, se colocan en ellos los llamados fusibles, que se fabrican con hilo de plomo o similares y cortan el circuito eléctrico cuando la corriente que pasa por ellos rebasa un valor determinado. A~~____________~~B~ .... ..... -. - - - ~ ......

-- --

--

Fig. 1.21.

El efecto Joule es perjudicial en otros casos. Cuando dos puntos que se encuentran a potenciales diferentes se unen por un conductor cuya resistencia es despreciable, como en el caso del cortocircuito que se vio en la Fig. 1.5, la corriente que se origina es muy intensa. El desprendimiento de calor, que como sabemos, es proporcional al cuadrado de la intensidad, es por ello muy grande y el conductor se pone incandescente, con peligro de inflamar los materiales combustibles que tenga a su lado. De esta manera es como se producen los incendios debidos a los cortocircuitos. Cuando existe un mal contacto entre dos puntos que deban estar conectados en un circuito eléctrico, la resistencia entre esos puntos, llamada resistencia de contacto, se hace grande, con lo que el calentamiento debido al efecto Joule, que es proporcional a la resistencia, se hace excesivo y deteriora poco a poco el receptor. Tal es el caso de los interruptores que no hacen buen contacto eléctrico en sus bornes. El cortocircuito en un generador provoca una descarga muy intensa y, por tanto, un enorme desprendimiento de calor por efecto Joule, que estropea rápidamente dicho generador. Para evitar estos inconvenientes, todos los circuitos deben ir protegidos por fusibles, para que en caso de cortocircuitos o resistencias de contacto, sea él quien se queme y salte interrumpiendo el circuito. Por eso los fusibles son de aleación de plomo y estaño, materiales éstos que tienen un punto de fusión muy bajo. 36

2 Batería de acumuladores. Estructura y características 2.1. BATERIA DE ACUMULADORES En el automóvil, la batería tiene la misión de recoger y almacenar la energía eléctrica que produce el generador, para suministrarla a los diferentes órganos que la necesiten en un momento determinado. Como quiera que el generador no produce energía eléctrica mientras el motor del vehículo no esté funcionando, cuando está parado dicho motor y se le quiere poner en funcionamiento, resulta necesaria una fuente de alimentación que sea capaz de suministrar energía eléctrica para impulsar al motor de arranque, quien transmite su giro al motor del vehículo hasta que comienza a funcionar por sus propios medios. Esta fuente de alimentación la constituye la batería de acumuladores, la cual es capaz de almacenar energía eléctrica en su interior, como más adelante detallaremos. En los automóviles se utilizan fundamentalmente los acumuladores de plomo, capaces de transformar la energía eléctrica en química mediante una reacción, para dejarla almacenada mientras no sea necesaria su utilización, pudiendo igualmente deshacer la reacción para obtener nuevamente energía eléctrica. La Fig. 2.1 muestra un circuito de agua como ejemplo claro del funcionamiento de un acumulador. Aquí, una bomba impulsa el agua por el conducto A hacia los consumidores conectados en el conducto B. Cuando la cantidad de agua enviada por la bomba es superior a la consumida, el agua se va almacenando en el depósito C, del cual puede salir hacia los consumidores por el conducto B cuando las necesidades sean mayores que el suministro por parte de la bomba. De esta manera, mediante el empleo de este depósito acumulador se consigue una mayor regularidad en el consumo, sin golpes ni oscilaciones del agua que circula por el conducto de paso.

---- -- -=C_=A

~-_~_.:c"""'_-B Fig. 2.1.

En el campo de la producción de energía eléctrica por medios químicos, podemos distinguir dos sistemas fundamentales: las pilas primarias y las pilas secundarias.

BATERIA DE ACUMULADORES. ESTRUCTURA Y CARACTERISTICAS

En las pilas primarias, la transformación de la energía química en eléctrica produce el agotamiento de la pila con el tiempo, sin que sea posible recuperar el estado de carga (pila seca), como ocurre en las pilas de uso corriente para linternas, relojes, aparatos de radio, etc. En las pilas secundarias (acumuladores) las transformaciones de energía son reversibles y, por tanto, la pila puede ser cargada por una corriente eléctrica que pase por ella en sentido contrario al de la corriente de descarga. Durante este proceso, la energía eléctrica es transformada. en energía química que se almacena en la pila. Los acumuladores pueden ser clasificados por su constitución y por la función que realizan. Por la constitución de las sustancias de naturaleza electroquímica que intervienen en su reacción, se dividen en: Acumuladores de plomo (de electrólito ácido). Acumuladores de níquel (de electrólito alcalino): cadmio-níquel y ferro-níquel. Acumuladores de plata (de electrólito alcalino): cinz-plata y cadmio-plata. Por la función a que van a destinarse, los acumuladores se clasifican en: Acumuladores Acumuladores Acumuladores Acumuladores

para arranque. estacionarios. para tracción. portátiles.

De todos ellos, los utilizados en automoción son los de arranque, capaces de suministrar la energía necesaria para el funcionamiento del motor de arranque y diversos receptores. Estos acumuladores son constantemente recargados por el generador durante la marcha del vehículo. Por su cometido, han de poseer una serie de características como son: suministrar gran intensidad de corriente en corto tiempo, soportar sin romperse golpes y vibraciones, ser de pequeño volumen y estar prácticamente exentos de mantenimiento.

2.2. DISOLUCIONES Y ELECTROLITOS Una disolución es aquélla que está constituida por una mezcla de dos o más clases de moléculas, las de un disolvente y las de un soluto. Cuando el azúcar se disuelve en agua, la disolución resultante es un conjunto de moléculas de azúcar y de agua. Sin embargo, cuando se disuelve el cloruro sódico (sal común) en agua, se produce el fenómeno de la ionización. Cierto número de moléculas de cloruro sódico ClNa, se disocian, separándose los iones cloro Cl- cargados negativamente, de los iones sodio Na + cargados positivamente, subsistiendo en la disolución las moléculas de cloruro sódico, los iones cloro Cl- y los iones sodio Na +. Las propiedades de los iones, son muy distintas de las de los átomos de donde proceden. Ni qué decir tiene, que la adquisición de una carga positiva o negativa por parte de un átomo, modifica profundamente su estructura. Por eso, en una disolución de ClNa, el ión Na + no reacciona con el agua y el ión Cl- no tiene olor a cloro. Las moléculas de cloruro sódico, son eléctricamente neutras, porque hay en ellas el mismo número de cargas positivas que negativas. Lo mismo ocurre con las sales y los ácidos, que al disolverlos en agua, se separan en dos partes algunas de las moléculas del cuerpo. Una de ellas la compone siempre el metal o el hidrógeno y la otra el resto de la molécula y las dos quedan en el líquido sin que aparentemente se acuse la separación. El número de moléculas disociadas depende de la naturaleza del disolvente, de la concentración del líquido, de la temperatura, etc.; pero siempre hay en una determinada disolución, el mismo número de moléculas disociadas y si en alguna zona del líquido se produce la unión

38

LA ELECTRO LISIS

de las dos partes de una molécula, inmediatamente en otra zona se produce la disociación de otra molécula, para que el número de ellas disociadas no varíe. En la disociación, las partículas de hidrógeno o metal quedan cargadas positivamente y el resto de la molécula negativamente. Cuando se disuelve el ácido sulfúrico S04H2 en agua, se produce la ionización de algunas moléculas, que se disocian, separándose por un lado los iones de hidrógeno (H; +) cargados positivamente y por otro el resto de la molécula SO i - con su carga negativa. El líquido en el cual se ha producido la ionización de las moléculas, se llama «electrólito». Los iones positivos se llaman cationes y los negativos aniones. En todo electrólito hay el mismo número de aniones que de cationes, siendo sus cargas eléctricas iguales pero de signos contrarios, con 10 que el líquido resulta eléctricamente neutro. Los estudios sobre electrólitos han demostrado que algunos de ellos están presentes en disolución casi totalmente como iones, pero el grado de ionización de otras sustancias es más limitado. El ácido sulfúrico, el hidróxido sódico y el cloruro sódico, están casi completamente ionizados y se conocen como electrólitos fuertes. En contraste, el ácido acético y el amoníaco están sólo parcialmente ionizados y se conocen como electrólitos débiles. Los electrólitos permiten el paso de la corriente eléctrica a su través. Cuando se sumergen en un electrólito dos conductores metálicos (electrodos), unidos a los bornes de un generador, se comprueba que la intensidad de corriente que se establece, varía considerablemente con la naturaleza de los líquidos y la temperatura, atendiendo principalmente al tipo de unión de los cristales que forman sus moléculas y a la «concentración» de la disolución, la cual se puede definir como la relación entre la masa del electrólito disuelto y el volumen de la disolución.

2.3. LA ELECTROLISIS Si en un recipiente que contenga agua destilada, sumergimos dos electrodos de metal (por ejemplo platino) y se conectan a la red de alumbrado (un enchufe de la casa), intercalando entre ellos una lámpara, veremos que ésta no luce, indicando que no hay corriente eléctrica. En estas condiciones, si se vierte en el líquido un poco de sal común, veremos que poco a poco va encendiéndose la lámpara, indicando que hay paso de corriente eléctrica. De esta experiencia deducimos que el agua destilada no es conductora, pero mezclada con sal sí lo es. Haciendo pasar la corriente eléctrica durante unos minutos, vemos que el agua va tomando un color verdoso, que indica la aparición de un nuevo fenómeno, debido a una reacción química producida por el paso de la corriente eléctrica. A este fenómeno se le llama electrólisis y al líquido, como ya sabemos, electrólito. Un electrólito es un cuerpo que en solución acuosa se deja atravesar por la corriente eléctrica, produciéndose en su seno reacciones químicas. Los productos de estas reacciones aparecen en la proximidad inmediata de los electrodos. Si en el agua destilada se disuelve una cierta cantidad de ácido sulfúrico, se produce inmediatamente la ionización, como es sabido. Al aplicar una d.d.p. entre los electrodos (Fig. 2.2), en el positivo (ánodo) hay una falta de electrones y en el negativo (cátodo) un exceso, debidos a la d.d.p. aplicada. En estas condiciones, los iones H; + cargados positivamente, tienen falta de electrones y se dirigen al cátodo para tomarlos de él, quedando de esta forma sin carga eléctrica de ningún signo, es decir, eléctricamente neutros, convirtiéndose así de iones en átomos de hidrógeno, que son visibles en forma de burbujas gaseosas adheridas al electrodo, o que se desprenden hacia la superficie del líquido.

39


Fig.2.2.

Los aniones SO i - cargados negativamente, tienen exceso de electrones y se dirigen hacia el ánodo para descargar allí los sobrantes. Una vez sin carga eléctrica pasan de ser iones a átomos reaccionando con las moléculas de agua H 20 que hay en las inmediaciones, robándoles el hidrógeno H 2, para formar otra vez la molécula de ácido S04H2' El oxígeno que sobra de la molécula de agua, como no es un ión sino un átomo, se desprende en el ánodo en forma de burbujas gaseosas. Así pues, como consecuencia de todo el proceso resulta: a)

El ánodo ha ganado electrones y el cátodo los ha perdido, por lo que ha habido entre

ellos un movimiento de electrones, es decir, una corriente eléctrica. b)

Por cada molécula de S04H2 que se haya formado, han desaparecido del electrólito un anión SO i - y un catión H; +, por lo que enseguida hay otra molécula en el líquido que se ioniza, quedando en el electrólito el mismo número de iones; por lo tanto, el electrólito ha quedado con la misma cantidad de ácido sulfúrico que antes.

c) Como ha habido un desprendimiento de oxígeno en el ánodo y de doble volumen de hidrógeno en el cátodo, aparentemente es como si se hubiera descompuesto el agua en sus dos elementos: hidrógeno y oxígeno. Si continúa el paso de corriente, sigue produciéndose el desprendimiento de hidrógeno y oxígeno, diciéndose que el agua se descompone por electrólisis.

2.4. ACUMULADORES DE PLOMO Se llama «acumulador» a todo dispositivo capaz de transformar la energía eléctrica en energía química, conservándola almacenada en esta forma, pudiendo igualmente transformarla nuevamente en energía eléctrica cuando sea necesario. Un acumulador no produce energía eléctrica, sino que solamente nos devuelve la que le hayamos proporcionado anteriormente. Por esta razón se les llama pilas secundarias. La diferencia de estas pilas con respecto a las primarias es que en éstas se consumen los productos químicos de los electrodos, quedando la pila inútil sin que pueda regenerarse, mientras que en las pilas secundarias, se pueden formar nuevamente las sustancias primitivas haciendo pasar una corriente eléctrica de sentido contrario al de la descarga. Los tipos fundamentales de acumuladores son los de plomo y los de níquel. Si tomamos dos placas de plomo, que al contacto con el oxígeno del aire se encuentren oxidadas (PbO) y las sumergimos en ácido sulfúrico disuelto en agua destilada (Fig. 2.3), veremos que entre ellas no existe d.d.p. alguna, debido a que las dos placas, por ser idénticas en su constitución, tienen la misma tensión de disolución.

40

ACUMULADORES DE PLOMO

Fig.2.3.

En el electrólito se ha producido, como sabemos, la ionización del ácido sulfúrico, separándose los iones SO ¡ - de los iones H; + . En estas condiciones, al aplicar entre las placas la tensión de un generador, se produce el paso de la corriente por el electrólito, que provoca la electrólisis del agua. Efectivamente, al conectar el generador, la placa negativa queda con exceso de electrones y la positiva con defecto. Los iones H; + se dirigen hacia la placa negativa para tomar allí los electrones que les faltan y transformarse en átomos, que roban el oxígeno del PbO para formar agua (H 20), con lo cual, en esta placa va quedando poco a poco solamente plomo Pb, llamado plomo esponjoso. Los iones SO¡ - se dirigen hacia la placa positiva para dejar allí los electrones que les sobran, quedando convertidos en átomos y combinándose seguidamente con el H 2 del agua (H 20) que hay en las proximidades de la placa, formando así nuevamente S04H2' El oxígeno que sobra de la molécula de agua, se combina con el PbO de la placa formando Pb0 2, que va recubriendo poco a poco esta placa. Inmediatamente de formarse la molécula de S04H2 se ioniza otra de estas moléculas en algún punto del líquido. Si continúa aplicada la tensión del generador, llega un momento en que en la placa negativa hay solamente plomo esponjoso Pb y en la positiva peróxido de plomo Pb0 2. A partir de este instante, aunque continúe pasando la corriente eléctrica, los gases hidrógeno y oxígeno que siguen desprendiéndose en las placas, suben hacia la superficie del líquido, por no poder combinarse en las placas, pues, en la negativa, ya no queda más oxígeno del PbO con el que combinarse el hidrógeno y, en la positiva, ya no hay más PbO con el que combinarse el oxígeno, con lo cual, a partir de aquí, solamente sigue produciéndose la electrólisis del agua, sin que la composición de las placas siga modificándose. Después de este proceso, en el electrólito hay sumergidas dos placas, cuyas sustancias son diferentes: plomo Pb y peróxido de plomo Pb0 2, cuyas tensiones de disolución son distintas, habiéndose conseguido así una pila, cuya f.e.m. es de 2,2 V, que ha sido lograda gracias a la diferencia de las tensiones de disolución entre el plomo Pb y el peróxido de plomo Pb0 2, siendo la placa de mayor potencial la de peróxido de plomo, que por ello se la llama positiva. El acumulador está así <1ormado» llamándose, por tanto, a este proceso, formación del acumulador. Supongamos un acumulador cargado, tal como se representa en la Fig. 2.4. Si conectamos una lámpara entre los electrodos, se produce una corriente eléctrica, que circula a través de la lámpara y, así mismo, por el interior del electrólito. En la figura se ha representado el sentido de movimiento de los electrones (corriente electrónica), que se mueven empujados por el potencial del electrodo negativo, pasando al electrólito desde la placa positiva, tal como indican las flechas y de aquí a la negativa y circuito exterior. La corriente eléctrica es, pues, de sentido contrario a éste. 41


Los iones H; +, se dirigen hacia la placa positiva (la de peróxido de plomo), para tomar allí los electrones que salen de elIa y transformarse en átomos, reaccionando a continuación con el oxígeno del Pb0 2 y formando agua. A medida que sigue pasando la corriente, va desapareciendo más peróxido de plomo de esta placa, quedando solamente plomo. Los iones SO.;:- -, se dirigen hacia la placa de plomo esponjoso, para dejar allí los electrones que les sobran y que son solicitados por el propio sentido de su movimiento. Una vez transformados en átomos, se mueven libremente por el líquido para reaccionar, combinándose con el plomo de ambas placas, formando en ellas sulfato de plomo S04Pb. Si continúa la descarga del acumulador, lIega un momento en que la sustancia de las dos placas es la misma (sulfato de plomo) y por elIo, la d.d.p. se hace nula (tensiones de disolución iguales), cesando la corriente de descarga, diciéndose entonces que el acumulador está descargado. Durante la descarga del acumulador van desapareciendo moléculas de ácido del electrólito y apareciendo de agua, con lo cual, la densidad del electrólito va disminuyendo. Es como si el ácido se metiera en las placas. Si una vez descargado el acumulador, conectamos un generador, tal como indica la Fig. 2.5 (véase la polaridad), se produce la corriente de carga. Los electrones, empujados desde el borne negativo del generador, pasan al electrólito desde la placa negativa, llegando a través de él hasta la positiva y circuito exterior.

+

Fig.2.4.

Fig.2.5.

Los iones H; + , se dirigen hacia la placa negativa, tomando allí los electrones que les faltan para transformarse en átomos, quedando así en libertad de moverse por el electrólito para reaccionar seguidamente, combinándose con el sulfato de ambas placas (SO 4)' formando ácido sulfúrico S04H2' De las placas va desapareciendo el sulfato, quedando solamente plomo Pb. Los iones SO.;:- - se dirigen hacia la placa positiva, para dejar allí los electrones que les sobran, quedando transformados en átomos que reaccionan seguidamente con las moléculas de agua de las inmediaciones, tomando el hidrógeno de éstas para formar ácido sulfúrico S04H2' El oxígeno sobrante de la molécula de agua pasa a la placa positiva para combinarse aIlí con el plomo de elIa, formando el peróxido de plomo Pb0 2 . De esta manera, la composición de las placas va siendo distinta mientras dura el paso de la corriente y debido a la diferente tensión de disolución de las sustancias formadas, aparece entre las placas una d.d.p. nuevamente, diciéndose que el acumulador se ha cargado. Durante el proceso de carga, va apareciendo nuevamente más cantidad de ácido sulfúrico en el electrólito, por lo que la concentración de éste aumenta. Por el contrario, ahora desaparecen más moléculas de agua, como si se hubiera descompuesto por electrólisis en sus dos elementos: oxígeno e hidrógeno y desprendido cada uno en una placa. Durante la carga parece como si el ácido hubiese salido de las placas. 42

COMPONENTES DE UN ACUMULADOR DE PLOMO

2.5. COMPONENTES DE UN ACUMULADOR DE PLOMO En la Fig. 2.6 se ha representado una batería de acumuladores seccionada, con los distintos elementos que la componen. Podemos distinguir una caja llamada monobloque, dividida en varios compartimentos o celdas. Como en su interior ha de llevar ácido sulfúrico, se fabrica generalmente de ebonita, a la cual el ácido no ataca, aunque actualmente se emplea también el polipropileno por su menor peso y mejores características mecánicas y dieléctricas.

Fig.2.6.

En la Fig. 2.7 puede verse que cada una de las celdas, llamadas también vasos o acumuladores (de ahí el nombre de batería de acumuladores), llevan unos salientes en su parte inferior para que las placas que han de ir metidas en ellas no estén en contacto con el fondo y quede un espacio, donde se irán depositando los sedimentos desprendidos de la materia activa de las placas, que de otra forma producirían cortocircuitos.

Tabique separación de celdas

Apoyo de elementos

Espacio para sedimentos

Fig.2.7.

Fig.2.8

En el interior de cada una de las celdas hay una serie de placas, constituidas por un armazón de aleación de plomo y antimonio en forma de rejilla (Fig. 2.8), en cuyos huecos va 43


alojada la materia activa. La rejilla desempeña también la misión de distribuir la corriente uniformemente en toda la placa. De las placas que hay en un acumulador, unas son positivas y otras negativas, diferenciándose entre sí por su color. La materia activa que rellena las rejillas de las placas positivas es peróxido de plomo (Pb0 2 ), que es un material cristalino de color marrón oscuro, constituido por partículas muy pequeñas y de alta porosidad para que el electrólito penetre libremente en el interior de las placas. La materia activa de las placas negativas es plomo esponjoso (Pb), de color gris pizarra, en el que penetra libremente el electrólito, haciendo esponjarse las placas, con lo que crece el área eficaz de las mismas aumentando el rendimiento. En estas placas, se emplean en pequeñas cantidades sustancias difusoras o expansoras para impedir la contracción y solidificación del plomo esponjoso, con lo que perdería capacidad y vida el acumulador. Todas las placas positivas se unen entre sÍ, en sus patillas, por mediación de un puente o conectador (Fig. 2.9) y lo mismo se hace con las negativas, intercalándose las unas entre las otras tal como muestra la figura. En todos los acumuladores y por razones de eficacia hay siempre una placa más negativa que positiva, con el fin de asegurar que ninguna zona de la placa positiva quede sin aprovechamiento. Conectador. Aportado o fabricado al soldar las patillas de las placas

Patilla de placas

Placas negativas

Fig.2.9.

Entre una placa positiva y las negativas contiguas, se interpone un aislante o separador para evitar el contacto eléctrico entre ellas, impidiendo así la conducción metálica entre las placas de distinta polaridad y permitiendo gracias a su porosidad la conducción electrolítica libre, es decir, que el electrólito pueda atravesar su estructura para reaccionar químicamente con las placas. Aparte de estas consideraciones, los separadores deben ser resistentes a la acción corrosiva del ácido. Se fabrican de diversos materiales como el caucho microporoso, el plástico perforado, el papel microporoso especial, la lana de vidrio, etc. La lana de vidrio se coloca generalmente en contacto con las placas positivas, protegiendo al separador de la oxidación y retardando la pérdida de materia activa. Los nervios de los separadores (ver Fig. 2.9) se colocan del lado de la placa positiva, reduciéndose así al mínimo el contacto con el material oxidante de dicha placa. Modernamente se fabrican separadores muy porosos, como la celulosa con polietileno y el cloruro de polivinilo con aglutinantes especiales, que al mismo

44

COMPONENTES DE UN ACUMULADOR DE PLOMO

tiempo conservan unas excelentes cualidades aislantes y permiten una libre circulación del electrólito. Algunos, incluso, ayudan a evitar que se desprenda materia activa de las placas, manteniéndola oprimida contra ellas. El conjunto formado por todas las placas positivas y negativas, con sus separadores, va metido en el elemento o celda y cubierto por una tapa, del mismo material del mono bloque (Fig. 2.10), que lleva un agujero en cada extremo, por los que salen al exterior los dos bornes del elemento. El agujero del centro corresponde al tapón de llenado, que puede entrar en él a presión o roscado. Dicho tapón tiene un orificio que permite la salida al exterior de los gases que se producen en el interior de los elementos como consecuencia de las reacciones de carga y descarga. El diseño de este orificio impide el rebose de electrólito. En la Fig. 2.11 se ha representado seccionado uno de los modelos empleados, donde puede verse la dificultad que se opone a la salida del electrólito, aunque no a los gases.

Fig.2.10.

Fig. 2.11.

La tapa que cubre cada una de las celdas, va sujeta al monobloque por una masilla de cierre, que sella el acumulador. Esta pasta, es un compuesto bituminoso resistente al agrietamiento a bajas temperaturas y al reblandecimiento a temperaturas altas. Encima de las tapas, van los puentes de conexiones entre los elementos, los cuales están colocados de manera que dichos elementos queden conectados en serie, es decir, positivo de un elemento con negativo del siguiente, etc. Estos puentes de conexiones deben ser 10 bastante resistentes para poder soportar sin sobrecalentarse el paso de las altas corrientes requeridas en el arranque. La Fig. 2.12 muestra tres tipos diferentes de puentes de conexión entre dos elementos contiguos. En el detalle A, el puente se implanta por encima de la tapa, mientras que en los casos B y e se sitúa por debajo, como es tendencia moderna, con 10 cual, la parte superior de la batería se cierra con una tapa única en lugar de una para cada elemento, dando mayor rigidez al conjunto.

a

b

e

Fig. 2.12.

45


La Fig. 2.13 muestra en esquema el sistema de conexionado en serie de tres elementos, donde el polo negativo del primero se conecta al positivo del siguiente y así sucesivamente hasta el final de la serie, resultando de esta manera sumada la tensión de todos los elementos. En el caso representado en la figura, dado que cada elemento tiene la propiedad de almacenar energía eléctrica a una tensión de 2 V, la batería así formada es de una tensión de 6 V. Sin embargo, con esta combinación, la capacidad de la batería es igual a la de uno de sus elementos.

+

-

-

-

+

+

+

+

1

1

1

L T "T + Elementos conectados en serie

Elementos conectados en paralelo

Fig.2.13.

Fig.2.14.

La Fig. 2.14 muestra una conexión en paralelo de los elementos de una batería, donde se unen eléctricamente, por un lado, todos los polos positivos y por otro, los negativos, resultando así que la capacidad total es la suma de las individuales de cada elemento, mientras que el voltaje total es el de uno de los elementos. Suponiendo que cada elemento tiene una capacidad de 20 A, la capacidad total de la batería será de 60 A, mientras que la tensión total es de 2 V. Combinando adecuadamente los elementos de una batería se consiguen las tensiones y capacidades totales más adecuadas al uso a que se destine. En los automóviles se utilizan fundamentalmente baterías de seis elementos conectados en serie. La barra de unión de las placas positivas del primer elemento se une al borne positivo de la batería, mientras que la barra de unión de las placas negativas del último elemento está unida al borne negativo de la batería. Cada uno de estos bornes sobresale de la tapa de cierre superior y son de un diseño especial, cónicos y de dimensiones estandarizadas, siendo el borne positivo ligeramente más ancho que el negativo, para evitar la posibilidad de conectar la batería con los bornes cambiados. Para que las placas de un acumulador puedan generar energía, es necesario que se encuentren bañadas en ácido sulfúrico, dado que éste suministra el sulfato que, al combinarse con la materia activa de las placas, produce la reacción química necesaria para obtener dicha energía. El electrólito es el conductor de la corriente entre las placas y por ello su nivel debe sobrepasar a éstas en un centímetro al menos.

46

CARGA Y DESCARGA DE UNA BATERIA

El electrólito del acumulador completamente cargado es una solución concentrada de ácido sulfúrico (de densidad 1,835) en agua (densidad 1,00). Su peso específico es aproximadamente de 1,280 a 20 oC, 10 que significa que la solución contiene aproximadamente un 36 % de ácido sulfúrico y un 64 % de agua. Cuando el acumulador está descargado, el electrólito está compuesto aproximadamente por un 12 % de ácido sulfúrico y un 88 % de agua. El voltaje de un elemento es función, como hemos dicho, de la diferencia química de los materiales empleados; pero depende también de la concentración del electrólito.

2.6.

CARGA Y DESCARGA DE UNA BATERIA

Cuando una batería está cargada, la materia activa de las placas positivas es peróxido de plomo y la de las negativas plomo esponjoso, tal como puede verse en la Fig. 2.15. El electrólito es ácido sulfúrico disuelto en agua destilada cuya densidad es de 1,280.

, f

,

~ Pb ) '--~

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+

(~\ , I

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--

,

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--\'SO4 \1 \,

"-'

f

Fig.2.15.

Cuando conectamos una lámpara entre los bornes de la batería, se obtiene una corriente eléctrica que circula desde el borne positivo al negativo a través de la lámpara, cerrándose el circuito por el interior de la batería a través del electrólito. El paso de corriente por éste, produce la disociación del ácido sulfúrico (S04H2) que pasa a combinarse en las placas. En la positiva se combina con el peróxido de plomo, que se transforma en sulfato de plomo (S04Pb), el cual queda en esta placa, liberándose el oxígeno (O). En la placa negativa, el plomo se combina con el ácido sulfúrico, formándose sulfato de plomo (S04Pb) y liberándose hidrógeno (H). El oxígeno y el hidrógeno liberados, se combinan para formar agua, con 10 cual, durante este proceso va quedando menos ácido y más agua en el electrólito, disminuyendo su densidad, y más sulfato de plomo en las placas. Cuando el acumulador está descargado, la materia activa de las placas es en gran parte sulfato de plomo y el electrólito está constituido por una disolución de ácido sulfúrico, cuya densidad ha disminuido aproximadamente a 1,150. Si ahora conectamos un generador entre los bornes de la batería, tal como indica la Fig. 2.16, se establece una corriente de carga que va desde el generador hasta el borne positivo y de aquí al negativo a través del electrólito, cerrando circuito con el borne negativo del generador. El paso de esta corriente, ahora de sentido contrario al anterior, hace que en las placas se produzca la siguiente transformación: En la positiva, el sulfato de plomo se transforma en peróxido de plomo y, en la negativa, en plomo esponjoso. Ambas placas ceden ácido sulfúrico al electrólito, con 10 que la densidad de éste aumenta. Al final del proceso de carga, se produce una electrólisis del agua y se desprenden burbujas de oxígeno (02) en la positiva y de hidrógeno (H 2) en la negativa.

BATERIA DE ACUMULADORES. ESTRUCTURA Y CARACTERISTlCAS

o

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I

I

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Fig.2.16.

Esta pérdida de agua en el electrólito no se recupera más que por adiciones periódicas, Finalizado el proceso de carga, la batería queda nuevamente como al principio se describió. De lo tratado hasta aquí sacamos las siguientes consecuencias:

a) La concentración o densidad del electrólito varía con arreglo al estado de carga de la batería. Al descargarse se rebaja y al cargarse se recupera. b) Cuando la descarga se prolonga en exceso, es muy posible que no habiendo suficiente plomo esponjoso en las placas negativas, se forme sulfato a costa del armazón o enrejillado de las placas, diciéndose entonces que la batería está sulfatada. c) Si es el proceso de carga el que se prolonga en exceso, la electrólisis del agua que se produce al final de la carga sería importante, saliendo las burbujas de agua en forma de vapor por los respiraderos de los tapones, con peligro de explosión. Al mismo tiempo, el oxígeno liberado, no encontrando ya bastante plomo en la placa positiva con el que combinarse, lo hará con el de su armazón, oxidándolo, con lo que estas placas se deforman y deshacen. 2.7.

CARACTERISTICAS ELECTRICAS DE LAS BATERIAS

Fundamentalmente, un acumulador se define por su tensión nominal y por la cantidad de electricidad capaz de suministrar. Estas dos características están relacionadas directamente con la construcción del acumulador en cuanto se refiere al tipo de materiales empleados y la cantidad de sustancia activa utilizada. Tensión nominal

La tensión nominal de una batería es el producto de la tensión nominal de un elemento por el número de ellos conectados en serie que ella comporta. La tensión nominal de un elemento es un valor fijo, que en los acumuladores de plomo puede alcanzar los 2,2 V en la plena carga, manteniéndose sensiblemente constante a circuito abierto, es decir, sin que exista corriente de carga o de descarga. El valor de tensión de un elemento a circuito abierto depende de la densidad del electrólito y puede calcularse con la siguiente expresión: Tensión = Densidad + 0,92

o lo que es igual,

1,28 + 0,92 = 2,2 V

Ello significa que para una batería de seis elementos, la tensión en bornes es de 2,2 x 6 = 13,2 V. 48

CARACTERISTICAS ELECTRICAS DE LAS BATERIAS

Cuando la batería es sometida a una corriente de descarga, su tensión en bornes disminuye debido a la caída de tensión que se produce como consecuencia de su resistencia interna R¡, es decir, la resistencia eléctrica del electrólito y de las placas.

v=E

- R¡ xl

La tensión por elemento queda en un valor de 2 V para corrientes de descarga normales, como las que se producen en el funcionamiento de los diferentes circuitos eléctricos del automóvil, salvo el circuito de arranque, que requiere grandes intensidades de corriente .• Esta tensión se mantiene constante durante un cierto tiempo, dado que la resistencia interna de la batería es muy pequeña cuando su estado de carga es elevado; pero si se mantiene el régimen de descarga, con las reacciones que se producen en el seno del elemento, la concentración de ácido en el electrólito va disminuyendo y, con ello, aumenta la resistencia interna, 10 que conlleva un aumento de la caída de tensión, que hace disminuir la tensión en bornes. Por el contrario, cuando una batería es sometida a una corriente de carga, las reacciones en el seno del electrólito hacen aumentar la concentración de ácido, con 10 que disminuye la resistencia interna. La tensión por elemento crece rápidamente hasta 2,2 V, aumentando después lentamente a medida que la resistencia interna va disminuyendo, hasta alcanzar los 2,6 V por elemento al final de la carga. Posteriormente, la tensión baja a 2,2 V cuando cesa la corriente de carga y se alcanza la estabilización de reposo.

Capacidad de la batería Puede definirse la capacidad de una batería como la cantidad de energía capaz de almacenar, o dicho de otra forma, la cantidad de energía capaz de suministrar cuando está completamente cargada. La capacidad de las baterías se mide en amperios-hora. Cuando se indica la capacidad, es necesario precisar para qué régimen de descarga o tiempo en horas es válido este dato. En general, la capacidad nominal de una batería de arranque es dada para una descarga en 20 horas, estando el electrólito a una temperatura de 25 oc. Dividiendo la capacidad nominal por 20 se obtiene entonces la «corriente nominal» correspondiente. Una batería completamente cargada puede descargarse durante 20 horas a la intensidad de corriente nominal, sin que su tensión descienda de un valor inferior al prescrito como valor final de tensión en descarga, fijado por norma en 1,75 V por elemento. La capacidad nominal figura en las etiquetas adosadas a las baterías (por ejemplo, 12 V 84 Ah 280 A). De una batería no puede obtenerse toda la capacidad teórica por varias razones: • El electrólito no se difunde en las placas con la suficiente rapidez cuando los poros de ellas están obstruidos parcialmente por sulfat~ de plomo. • La resistencia de la materia activa y del electrólito aumenta al progresar la descarga. • No es práctico descargar la batería hasta el voltaje cero. La capacidad de un acumulador depende de varios factores de entre los que podemos destacar: las dimensiones de las placas, el número de ellas por elemento, cantidad de materia activa que contienen, volumen del electrólito y densidad del mismo estando el acumulador completamente cargado, temperatura del electrólito, etc. Hay otros factores que también afectan a la capacidad de las baterías que dan los fabricantes, como son el régimen de descarga y la tensión considerada como acumulador descargado. Los fabricantes suelen dar la capacidad de sus baterías para un régimen de descarga en 20 horas. Así, cuando nos dicen que la capacidad de un acumuador es de 100 A-h, significa 49


que dicho acumulador es capaz de dar una intensidad de 5 A durante 20 horas, fijando la tensión final de descarga en 1,75 V por elemento. Estos valores están referidos a una temperatura de 25 oc. Para una temperatura mayor, aumenta la capacidad y, en el caso contrario, disminuye, por cuya causa, conviene tener cargadas a tope las baterías en invierno. Así pues, cuando se quiere medir la capacidad de un acumulador, se procede a calcular el régimen de intensidad de descarga dividiendo la capacidad nominal entre 20 horas. Seguidamente se conectan entre los bornes del generador los aparatos consumidores necesarios para obtener la intensidad de corriente de descarga precisa y se deja el acumulador en descarga, hasta que la tensión por elemento llegue a ser de 1,75 V. Durante la descarga se han de controlar periódicamente la intensidad de corriente, la temperatura del electrólito y la tensión por elementos, aumentando la frecuencia de las lecturas cuando la tensión por elementos baja de 1,8 V. En la Fig. 2.17 se ha representado la curva de tensión de un elemento en [unción del tiempo, en descarga de 20 horas.

V

2,1

2r-----_

1,9 1,8

------------------------------

1,75 V por elemento tensión final

1,7 2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Horas

Curva de tensión de un elemento en descarga en 20 horas

Fig.2.17.

Actualmente suele medirse también la capacidad de los acumuladores en reglmen de descarga rápida, 10 cual supone medir el poder de arranque en ese acumulador. Generalmente se emplean intensidades de corriente de descarga de 3 a 5 veces superiores a las de descarga en 20 horas y las medidas suelen hacerse a temperaturas de O oc. De este modo, se somete a la batería a la descarga, midiendo el tiempo que tarda en descender la tensión por elemento hasta un voltio. La capacidad del acumulador que equipa a un vehículo, está determinada fundamentalmente por el problema de arrancar el motor en tiempo frío. Resulta así que acumuladores con capacidades en 20 horas iguales o similares, pueden cambiar sensiblemente en descargas fuertes debido a su construcción interna, siendo mayor esta diferencia según vamos haciendo más dura esta prueba. Una batería, después de haber sido sometida a un régimen de descarga continuada hasta que la tensión descienda a 1,5 V por elemento, puede proporcionar una nueva descarga si se la CÚ!ja reposar durante un tiempo. La primera descarga se llama inicial y la suma de las sucesivas descargas residual. Algunas veces se da la capacidad de las baterías como la suma de la capacidad inicial más la residual. En los automóviles interesa que las baterías tengan una capacidad inicial grande. Si una batería durante la carga es capaz de admitir 100 A-h, cuando llegue el momento de suministrar corriente, no da los 100 A-h sino algo menos (por ejemplo 80 A-h). Se dice entonces que el rendimiento de esta batería es del 80 % y éste es, generalmente, el valor del 50

MANTENIMIENTO DE ACUMULADORES

rendimiento de las baterías. De la misma forma, una batería de 80 A-h requiere 100 A-h para cargarla totalmente.

2.8.

MANTENIMIENTO DE ACUMULADORES

La vida o duración de una batería dependerá, además de su diseño y construcción, del uso y cuidados que reciba durante su servicio. Se considera que una batería de arranque, sin ningún fallo del constructor, teniendo un uso y comportamiento idóneo dentro del equipo eléctrico del automóvil y a la que se le haya aplicado un correcto mantenimiento, tendrá una vida útil de al menos cuatro o cinco años. Para conservar las baterías en perfecto estado de funcionamiento, el usuario debe tener presentes algunas normas que pasamos a enumerar: • Cuando el nivel del electrólito se encuentre bajo, se corregirá añadiendo agua destilada hasta que el nivel sea de uno a dos centímetros por encima de las placas. En muchos casos, el orificio donde se aloja el tapón dispone de un asiento plano interior de plástico que determina el nivel óptimo del electrólito, como muestra la Fig. 2.18. Si el descenso de nivel no se compensa, quedan al descubierto parte de las placas, que se oxidan al contacto con el aire.

Nivel del electrólito Separador

Placa

Fig. 2.18.

• Nunca debe rellenarse con ácido, pues éste no se evapora y una mayor proporción de la debida sería perjudicial, pues una concentración alta del electrólito puede carbonizar y desintegrar los separadores, en cuyo caso, se produce el cortocircuito. • No debe emplearse para rellenar baterías más que agua destilada, pues las impurezas que lleva el agua natural pueden corroer las placas, acelerar la formación de sulfato de plomo o depositarse en los poros de las placas, acortando el tiempo útil de vida de la batería. • Tan perjudicial es no mantener el nivel del electrólito como añadir agua en exceso, pues en este caso, a causa de los movimientos de la batería con el vehículo y la salida de gases, parte del electrólito saldría al exterior, dañando soportes y elementos contiguos y sulfatando bornes y terminales. Asimismo, se pueden originar falsos contactos en bornes, dificultando o impidiendo el arranque del vehículo o su funcionamiento eléctrico correcto. 51


• Deberán mantenerse limpios los respiraderos de los tapones de llenado, para permitir la libre evacuación de los gases que se producen como consecuencia de las reacciones de carga y descarga. • Los bornes deben limpiarse periódicamente y engrasarlos con vaselina, cuidando, además, que los terminales estén en perfectas condiciones. Así se evita la formación de sales trepadoras que se producen al contacto del oxígeno del aire con el borne positivo, que está algo impregnado de ácido sulfúrico. • Es importante mantener la batería bien sujeta en su alojamiento en el vehículo, evitando que se golpee con las vibraciones producidas por la marcha del vehículo, pues se producen desprendimientos de materia activa que provocan cortocircuitos, además del consiguiente peligro de rotura. La Fig. 2.19 muestra el sistema de fijación de una batería por su talón a la caja del vehículo (zona marcada con flechas). • Nunca deben dejarse encima de la batería útiles ni herramientas por el peligro de cortocircuitos que se ocasiona. • Deberá mantenerse limpia la parte superior del acumulador, 10 cual se consigue frotándola con un cepillo de cerdas, cuidando de no introducir residuos de suciedad en los elementos. Posteriormente se limpia con un trapo humedecido en agua con bicarbonato. La suciedad y humedad en esta zona produce fugas de corriente, que tiene como consecuencia la corrosión de los bornes y la autodescarga de la batería.

Fig. 2.19.

Cuando se desea almacenar un acumulador por algún tiempo, deberá tenerse presente que, con anterioridad, es necesario comprobar el nivel del electrólito, que debe estar comprendido entre uno y dos centímetros por encima de las placas. Los acumuladores han de almacenarse completamente cargados, es decir, a una tensión mínima de 2,15 V por elemento; la densidad debe estar comprendida entre 1,270 y 1,290 a 25 oc. El acumulador debe estar protegido de los rayos solares y almacenado en lugar seco, con temperatura 10 más uniforme posible y que no exceda de 30 oc. Existen factores en el acumulador, fácilmente apreciables por el usuario y que son síntomas inconfundibles de anomalías. Un consumo excesivo de agua (superior a 100 c.c. cada 10.000 km) nos da esta indicación. Si este consumo se produce en un solo vaso, la avería más probable es la de cortocircuito. 52

CARGADORES DE BATERIAS

2.9.

CARGADORES DE BATERIAS

Algunos vehículos, debido al uso que de ellos se hace, tienen un consumo muy grande de energía, como ocurre en los destinados a repartos en ciudad, taxis, etc. En ellos, se producen frecuentemente detenciones debidas al tráfico, recorridos cortos y paradas frecuentes, que implican el funcionamiento del motor de arranque. Del mismo modo y en circulación nocturna, están funcionando largo tiempo los sistemas de alumbrado, calefacción, limpiaparabrisas, etcétera. Dadas estas condiciones tan adversas, no es de extrañar que en algunas ocasiones el generador sea incapaz de cargar la batería durante la marcha para compensar la descarga que de ella se ha hecho estando el vehículo parado o al ralentí y así, poco a poco la batería va perdiendo carga, debiendo recurrir a un medio externo al vehículo para recargarla. Por esta razón, entre otras, se utilizan los cargadores de baterías. La carga de los acumuladores se consigue haciéndoles pasar por su interior una corriente continua, convirtiéndose la energía eléctrica suministrada, en energía química que queda almacenada. De los diversos tipos de cargadores que existen, el más empleado en la actualidad es el rectificador de corriente. Básicamente está constituido (Fig. 2.20) por un transformador, cuyo primario de extremos A y B se une a la red de alumbrado (125 ó 220 V) mediante un enchufe. A este arrollamiento, por tanto, queda aplicada una f.e.m. alterna, lo cual supone que la corriente en él cambia periódicamente de sentido, es decir, unas veces va de A a B y otras al contrario. Las variaciones del flujo que se producen en este arrollamiento como consecuencia de los cambios periódicos del sentido de la corriente, afectan a cada uno de los secundarios e, D y E, cuyas tensiones inducidas están en función del número de espiras de cada uno de ellos. Así, en el cargador representado en la figura, estas tensiones inducidas son respectivamente 6, 12 y 24 V. Naturalmente se inducen f.e.m. alternas y, en consecuencia, las corrientes inducidas cambian periódicamente de sentido.

e A

6v.

l~Y B

o

12v,

24v.

+

H

E

Fig.2.20.

Este tipo de corriente no sirve para cargar las baterías, pues como es sabido, para hacerlo, la corriente ha de ser continua. Por esta causa, se disponen los diodos He 1, que sólo permiten el paso de corriente en un sentido, aprovechándose por ello solamente una de las alternancias de la corriente inducida. En otros tipos de rectificadores se dispone un sistema de diodos tal, que se aprovecha a rectificar las dos alternancias, lo que se conoce con el nombre de rectificador de onda completa. Con el selector F, puede seleccionarse la tensión adecuada (6, 12 ó 24 V), quedando fuera de servicio los secundarios no seleccionados.

53


Para conseguir que la intensidad de la corriente de carga para las baterías conectadas entre los bornes del cargador, sea la más adecuada, se dispone el reóstato G, que provoca la caída de tensión necesaria para hacer disminuir la corriente, según el estado de carga de la batería. El amperímetro A indica el valor de la corriente de carga. Basados en el sistema de rectificación empleado en el cargador de baterías descrito, existen en el mercado diferentes modelos. En la Fig. 2.21 se ha representado uno de los más empleados, en cuya parte frontal puede verse el amperímetro, cuyo fondo de escala marca 12 A, lo que da idea de que este cargador se utiliza fundamentalmente para cargar baterías a intensidad constante, como más adelante veremos. También puede verse un mando de regulación, que no es otra cosa que el reóstato indicado en el esquema de la Fig. 2.20. Más en el centro está situado el selector, formado por un conjunto de teclas marcadas con 6, 12, 18 Y 24 V, que seleccionan la tensión aplicada a las baterías a cargar. A la derecha del selector hay dos fusibles, uno de ellos para proteger el primario y el otro para el circuito de secundarios, evitando el deterioro del cargador debido a posibles cortocircuitos.

Fig. 2.21.

En la Fig. 2.22 se ha representado otro de los modelos de cargador de baterías más utilizados, cuya diferencia fundamental con el anterior estriba en la intensidad de corriente que puede proporcionar, muy superior a la del otro modelo, por cuya causa se utiliza preferentemente para cargas rápidas. La escala del amperímetro llega hasta los 80 A, lo que da idea de las corrientes de carga que puede suministrar. Cualquiera que sea el tipo de cargador, la conexión de baterías al mismo se realiza por medio de cables provistos de pinzas, cuyas fundas son de color rojo para el positivo, y negro para el negativo, que deben conectarse a los correspondientes bornes de la batería. 54

CARGA DE BATERIAS EN EL CARGADOR

Fig. 2.22.

2.10.


Antes de iniciar la carga de una batería en el cargador, es preciso efectuar las siguientes operaciones: a)

Lavar exteriormente la batería con agua, cuidando que no entre dentro de los vasos, para 10 cual, se taparán los respiraderos de los tapones con cinta plástica adhesiva.

b)

Limpiar los bornes cuidando de no introducir residuos de corrosión en el interior de los vasos.

e)

Comprobar el nivel del electrólito y rellenar con agua destilada en caso necesario, hasta la altura preconizada por el fabricante (generalmente hasta uno o dos centímetros por encima de las placas). Durante la carga se dejarán quitados los tapones de los vasos.

d)

Conexionar correctamente los bornes del cargador a los de la batería, es decir, positivos y negativos entre sí. Téngase en cuenta que la inversión de las conexiones puede destruir la batería. Si se duda la polaridad del acumulador, recuérdese que el borne positivo es más grueso que el negativo y de color más oscuro.

Una vez efectuadas estas operaciones previas, puede procederse a la carga de las baterías. Al cargador pueden conectarse varias a la vez y cargarse por dos procedimientos distintos: en régimen de intensidad constante o en régimen de intensidad variable. El primero consiste en hacer que durante todo el tiempo que dura la carga, esté pasando por la batería la misma intensidad de corriente, que debe ser la que corresponde al 10 % de su capacidad nominal. El segundo procedimiento consiste en hacer pasar por la batería en una primera fase, una corriente de carga dos veces superior a la que correspondería aplicar en régimen de intensidad constante. Finalizada esta fase, se reduce la intensidad de la corriente de carga a la mitad de la que correspondería con régimen constante, continuando así hasta finalizar la carga.

55


El número de baterías conectadas al cargador y la forma de hacerlo (en serie o en paralelo) depende del tipo del cargador y del sistema de carga elegido. No obstante, cuando las baterías no están igualmente descargadas (sensiblemente a apreciación), se recomienda conectarlas en serie. Veamos algunos ejemplos:

1.0 Supongamos que el cargador de que disponemos es el de la Fig. 2.21, que, como sabemos, puede proporcionar una corriente máxima de 12 A. Ello implica que para no forzar el cargador haciéndolo trabajar al máximo, deberemos permitir como máximo 10 A de corriente de carga, 10 cual supone que las baterías a cargar en régimen de intensidad constante, no deben ser de capacidad nominal superior a 100 A-h y, en régimen variable, superior a 50 A-h. Si deseamos cargar varias baterías a la vez, deberemos conectarlas en serie, pues de esta forma la corriente pasa primero por una y a continuación por la otra. En el caso que nos ocupa, podríamos cargar dos baterías de 12 V y 50 A-h cada una. Para ello las conectaríamos en serie, es decir, positivo del cargador a positivo de la primera batería, negativo de ésta a positivo de la siguiente y negativo de la última a negativo del cargador. La tensión seleccionada debe ser 24 V, pues hemos dicho que las baterías a cargar son de 12 V cada una. Para cargarlas a régimen constante, daríamos una intensidud de 5 A durante toda la carga y, en régimen variable, 10 A durante la primera fase y 2,5 en la segunda. Si en este último caso conectamos las baterías en paralelo, la tensión seleccionada debe ser 12 V y la corriente de carga 10 A (5 A para cada una), pues al estar conectadas las baterías en paralelo, esta corriente se bifurca para las dos, con lo cual, solamente podemos cargarlas en régimen de intensidad constante, pues para hacerlo con intensidad variable, necesitamos una corriente de carga de 20 A durante la primera fase y el cargador no lo admite. Es importante destacar que para conectar dos baterías en paralelo, es necesario que ambas estén sensiblemente igual de descargadas, pues sus resistencias internas varían grandemente con la carga y, en consecuencia, puede ocurrir que el reparto de la corriente que proporciona el cargador sea muy desigual para las baterías. Del mismo modo, cuando se conectan dos baterías en serie al cargador, es preciso que sus capacidades sean sensiblemente iguales. No debemos poner juntas a cargar dos baterías de 40 y 80 A-h respectivamente, pues una de ellas necesita 4 A y la otra 8 A para cargarlas con régimen de intensidad constante. En estos casos se dará la intensidad de la corriente de carga que corresponde a la menor. 2.° Cuando el cargador de que disponemos es del tipo representado en la Fig. 2.22, cuyo selector de tensión sólo admite 12 V de máxima y sin embargo pueden obtenerse intensidades de hasta 80 A, podremos cargar varias baterías conectándolas en paralelo, o utilizar el sistema de carga en intensidad variable. ASÍ, podemos cargar en régimen de intensidad constante ocho baterías de 100 A-h conectándolas en paralelo. Del mismo modo podríamos cargar cuatro baterías de 100 A-h en régimen variable. Con independencia del método de carga elegido, es necesario comprobar periódicamente la temperatura del electrólito. La óptima es de 25 a 30 oC. La carga debe ser interrumpida cuando esta temperatura alcance los 50 oC y reemprendida cuando se haya enfriado hasta la ideal. Cuando se pone un acumulador en carga, se advierte una aguda elevación de su voltaje en los primeros momentos. Esto es debido al súbito aumento de la concentración del electrólito al liberarse el ácido sulfúrico de las placas positivas y negativas. Una vez que se inicia la difusión del electrólito, la subida de tensión es mucho más lenta. 56


Un acumulador se considera completamente cargado, cuando con la intensidad de corriente de carga prescrita, los valores de la tensión entre los bornes y la densidad del electrólito, no varían de forma apreciable durante dos horas consecutivas al final de la carga. La tensión de un acumulador completamente cargado medida durante el proceso de carga, es de 2,7 Y por elemento. Cuando se interrumpe la carga, esta tensión va disminuyendo poco a poco hasta alcanzar un valor de 2,2 Y por elemento al cabo de 10 minutos aproximadamente. El tiempo normal de recarga de un acumulador en buen estado, almacenado durante un mes aproximadamente, suele ser de 4 a 6 horas, cargándolo en régimen de intensidad constante. La diferencia de tensión en uno de los elementos del acumulador con respecto a los otros de más de 0,1 Y, estando cargado, indica un defecto tal, como el de rotura de separadores, cortocircuito interno, etc. Por el contrario, una diferencia apreciable entre distintos elementos de un acumulador estando total o parcialmente descargado, no indica con seguridad que el acumulador es defectuoso, pues es necesario cargarle para diagnosticar su estado. La densidad de un acumulador completamente cargado es de 1,270 a 1,290 a 25 oC. Es de hacer notar que durante las dos primeras horas de carga en un acumulador completamente descargado, la elevación de densidad es muy pequeña, debido a que el ácido concentrado liberado de las placas, cae al fondo de las celdas y a continuación sube con mayor rapidez debido al gas producido por la celda, que remueve al electrólito. Hacia el final de la carga, la elevación de la densidad disminuye como consecuencia de haber menos sulfato de plomo para convertirse en ácido sulfúrico. Una vez agotado el sulfato de plomo, la densidad se estabiliza. Este hecho de que la densidad no se eleve con rapidez durante las primeras horas de carga, hay que tenerlo en cuenta para no pensar erróneamente que el acumulador está defectuoso por no tomar carga. Otro de los síntomas de que el acumulador está cargado es un vivo desprendimiento de gases al final de la carga, formándose unas gotitas alrededor de los orificios de llenado de los vasos. En las Figs. 2.23 y 2.24 se han representado respectivamente las gráficas de subida de tensión y densidad en función del tiempo de carga.

2.8

1/1-

2,6

Z

o

2,4

U5

z

~ 2,2

V

~

~ f.--

~~

/

~~

2

1,8

o

2

3

4

5

6

7

HORAS DE CARGA

Fig.2.23.

8

9

10

11

12

BATERIA DE ACUMULADORES. ESTRUCTURA Y CARACTERISTICAS 1,300

...--

1,280 1,260

~ In

1,240

<1:

1,220

N

o <1: o ¡¡;

zw

O

/'

",

V

/'

1,200

/

1,180

--

1,160 1,140 1,120 1,100

1,080

O

2

3

/'

.....

V

5

4

6

7

8

9

10

11

12

HORAS DE CARGA

Fig.2.24.

Durante el tiempo que dura la carga de baterías, debe comprobarse periódicamente la lectura del amperímetro del cargador, pues la resistencia interna de un acumulador varía en función de la carga y lo mismo ocurre con la tensión, con lo cual, como la tensión aplicada a la batería es fija mientras no se varía la posición del reóstato, ello implica que la intensidad de corriente ha de ir variando. ASÍ, ocurre que cuando comienza la carga, la resistencia interna de la batería es grande (acumulador descargado) y, por ello, la intensidad obtenida es pequeña y hay que regular el reóstato para obtener mayor intensidad; pero a medida que el acumulador va tomando carga, su resistencia interna disminuye muy rápidamente, por cuya causa, la intensidad de corriente aumenta y hay necesidad de proceder a la regulación con el reóstato. Por el contrario, cuando la batería está casi cargada, su tensión es alta y, en consecuencia, al haber menor d.d.p. entre los bornes del cargador y los de la batería, se obtiene una corriente de carga menor, lo que significa que es necesario actuar de nuevo en el reóstato para regular la corriente de carga y mantenerla dentro de los valores establecidos. 2.11.

CARGAS RAPIDAS y DE FORMACION

Algunos cargadores, como el representado en la Fig. 2.22, son capaces de proporcionar una intensidad de hasta 80 A. Con ellos se procede algunas veces a cargar de forma rápida las baterías. Dichos cargadores están dotados a este efecto de un dispositivo de relojería, que permite aplicar a las baterías una carga de gran intensidad durante cierto tiempo, transcurrido el cual, automáticamente desciende la intensidad de la corriente de carga. Generalmente se gradúa el mecanismo de relojería para un tiempo de una hora, durante la cual, el cargador proporciona una intensidad de corriente de carga comprendida entre 30 y 60 A, regulable a voluntad por medio del reóstato. Transcurrido este tiempo, salta el dispositivo de relojería y de forma inmediata el cargador proporciona una intensidad de corriente diez veces menor. El empleo de estos cargadores exige una vigilancia mayor que la necesaria en la carga lenta y sólo deben emplearse en casos de gran necesidad y si el acumulador está en perfecto estado de funcionamiento. Son requisitos indispensables para una carga rápida:

58

a)

Acumulador descargado pero perfectamente eficiente.

b)

Quitar los tapones durante la carga.

RECOMENDACIONES PARA LA CARGA DE ACUMULADORES

e)

Intensidad de la corriente de carga no superior a la capacidad nominal del acumulador. Si éste es de 50 A-h, la intensidad de la corriente de carga, no debe sobrepasar los 50 A.

d)

Temperatura máxima en el acumulador de 50 oc.

e)

Disminuir el régimen de carga al valor correspondiente al reglmen en intensidad constante, una vez cargado como máximo el acumulador al 80 % de su capacidad nominal.

En cualquiera de los supuestos en que no se cumpla alguno de estos requisitos, deberá suspenderse este proceso de carga. Algunas veces, la batería ha sufrido unas descargas de tal intensidad que las placas se han agrietado y abombado estando, además, completamente sulfatadas. En estos casos se requiere una carga de formación. Para realizar esta carga, se vacía todo el electrólito que contiene la batería y se lavan bien los vasos con agua destilada. Después se prepara el electrólito, mezclando el agua destilada con el ácido sulfúrico en la proporción debida, cuidando verter siempre el ácido sobre el agua y no al revés, debido a la elevada temperatura que alcanza la mezcla y que podría ocasionar salto de gotas de ácido en el caso de verter éste sobre el agua. Con este electrólito se rellenan los vasos de la batería hasta un centímetro por encima de las placas y se deja reposar durante una hora aproximadamente para que las placas se empapen de electrólito. A continuación se la somete a una carga lenta, algo menor que la correspondiente al régimen de intensidad constante, hasta que la tensión sea de 2 V por elemento. La densidad del electrólito debe ser de 1,300; si pasara de este valor, se extrae un poco y se rellena con agua destilada. Una vez tomada la carga, se la deja reposar hasta que la tensión baje a 1,5 V por elemento aproximadamente y seguidamente se conecta a la batería una lámpara de poco consumo para que vaya descargándose lentamente. Transcurrido un tiempo prudencial, en que se la dejará reposar de nuevo, se vuelve a cargar con un régimen de carga lenta, hasta que la tensión sea de 2,2 V por elemento (medido en reposo). En estas condiciones puede funcionar ya perfectamente. Si después de someterla a esta carga de formación, se la extrae el electrólito y se tapan los respiraderos de los tapones, queda cargada en seco y mantiene la carga durante mucho tiempo, cosa que no ocurre con una batería conservada en estado normal, pues pierde la carga poco a poco como ya se sabe. Para poner en servicio estas baterías cargadas en seco, basta llenarlas de electrólito, calentándolo previamente hasta una temperatura de 20 oC y dejarlas reposar hasta que se enfríe el electrólito. Es importante resaltar que el ácido sulfúrico debe manejarse con sumo cuidado, pues levanta ampollas en la piel y deteriora los vestidos. Algunos fabricantes venden el electrólito ya preparado a la densidad adecuada. 2.12. RECOMENDACIONES PARA LA CARGA DE ACUMULADORES a)

Cuando se cargan varios acumuladores de distinta capacidad, conectándolos en serie, debe hacerse al régimen de intensidad que corresponda al menor.

b)

Por lo menos una de las paredes de la sala donde se efectúa la carga, debe permitir la ventilación natural mediante aberturas apropiadas. En general, la ventilación forzada no es apropiada y solamente debe emplearse en casos de extrema necesidad.

c)

Debe evitarse el empleo de recipientes metálicos para contener el agua destilada y ácido sulfúrico, destinados al llenado de los elementos, dado que son susceptibles de provocar cortocircuitos con los terminales de la batería o chispas que pueden ser causantes de explosión de los acumuladores. De otra parte, el ácido puede reaccionar

59


con las partes metálicas del recipiente, formando un nuevo compuesto que posteriormente será introducido en la batería. d)

La sala de carga debe mantenerse en un ambiente lo más fresco posible.

e)

Los aparatos de carga deben estar, a ser posible, fuera de la sala donde se cargan los acumuladores, para evitar que las emanaciones de ácido puedan dañarlos.

j)

Nunca debe acercarse una llama a los orificios de respiración de los tapones del acumulador, dado que los gases desprendidos durante la carga son una mezcla de hidrógeno y oxígeno procedentes de la descomposición del agua y explotan violentamente en presencia de llama. El desprendimiento de hidrógeno se efectúa aún con el acumulador en reposo, por lo que el peligro de explosión está siempre presente.

g)

Al término de la carga, el borne negativo es siempre el último que debe desembornarse, cuidando además de desconectar previamente el cargador.

h)

Es conveniente advertir que la batería debe cargarse tan pronto como quede fuera de servicio, pues si se tiene mucho tiempo descargada, sobreviene la sulfatación de las placas.

i)

La temperatura de la batería durante la carga no debe sobrepasar en ningún caso los 50 oC, pues se producen desprendimientos de sustancias químicas de las que están compuestos los separadores, que destruyen las placas.

2.13.

DESCARGA ESPONTANEA y SOBRECARGA DE UN ACUMULADOR

Debido a la inactividad, una batería va perdiendo carga poco a poco. El contenido de antimonio en las rejillas de las placas positivas, es de un 5 a un 6 %. Durante el proceso de carga, pequeñas cantidades de antimonio se disuelven y depositan en el plomo esponjoso de las placas negativas, actuando electroquímicamente sobre él, con lo cual, estando el acumulador inactivo se descarga lentamente debido a esta acción electroquímica. También influyen considerablemente en la autodescarga las impurezas del electrólito. Por esta razón, todos los acumuladores deben cargarse antes de su instalación en el vehículo. Cuando la tensión de un acumulador almacenado descienda de 2 V por elemento o la densidad sea inferior a 1,230, ha de volverse a cargar. Los acumuladores montados en vehículos no utilizados deben tratarse como los almacenados. El acumulador sometido a una carga insuficiente y almacenado durante un largo período de tiempo, se sulfata, es decir, las placas se recubren de un sulfato duro y con cristales gruesos, el cual no puede convertirse otra vez en material activo normal. Este sulfato es menos duro que el material activo, lo que provoca unas tensiones mecánicas internas en las placas, que producen deformaciones y alabeos, especialmente cuando el acumulador se somete a cargas o descargas repentinas y prolongadas. En estos casos, la única forma de recuperar el acumulador es sometiéndolo a una carga de formación. Cuando un acumulador está completamente cargado, si continúa recibiendo una corriente de intensidad elevada, se produce la descomposición rápida del agua del electrólito, lo que hace descender el nivel de éste, quedando parte de las placas sin cubrir de electrólito, con el consiguiente riesgo de cortocircuito al resecarse y desprenderse la materia activa. El descenso de nivel va aumentando rápidamente a medida que disminuye el volumen de electrólito. La sobrecarga daña al acumulador por los siguientes motivos: a)

60

Hay fuerte corrosión en las rejillas positivas con el consiguiente debilitamiento mecánico y pérdida de conducción eléctrica.

MEDIDA DE LA DENSIDAD DEL ELECTRO LITO

b)

Al descomponerse el agua en sus dos componentes, hidrógeno y oxígeno, las burbujas de gas lavan las placas arrastrando la materia activa.

e)

Una fuerte concentración del electrólito deteriora los componentes de los elementos, particularmente a altas temperaturas y durante un período prolongado de tiempo.

d)

Se producen deformaciones en las placas positivas, en especial cuando el acumulador ha permanecido descargado.

2.14.

MEDIDA DE LA DENSIDAD DEL ELECTRO LITO

Se dice que el electrólito de un acumulador tiene 1,280 de densidad, cuando es 1,280 veces más pesado que un volumen igual de agua pura, estando los dos líquidos a la misma temperatura. Dado que cuando un acumulador se descarga, el ácido sulfúrico se combina con las placas, se puede comprender fácilmente que midiendo la densidad específica del resto del electrólito, se puede calcular la cantidad de energía eléctrica que nos queda en el acumulador. La concentración del electrólito se mide con el densímetro, también llamado hidrómetro. Está compuesto este comprobador por una probeta de cristal (Fig. 2.25), que recibe por su parte superior una pera de goma y por la inferior un rácord de goma también. En el interior de la probeta se encuentra un flotador de vidrio, con una escala graduada, como puede verse en el detalle de la figura. Este flotador se sumergirá en el electrólito introducido en la probeta si la densidad es baja, mientras que si es alta, la mayor parte del flotador queda fuera del electrólito. Para hacer uso de este comprobador, se introduce el rácord en uno de los elementos de la batería, succionando el electrólito mediante la pera de goma hasta llenar la probeta. Seguidamente se colocará en posición vertical, de manera que el flotador no roce en las paredes de la probeta. La densidad del electrólito viene indicada por la situación de su nivel en la escala graduada del flotador. Al efectuar la lectura, el densímetro debe situarse a la altura de los ojos, de manera que pueda efectuarse la lectura en horizontal. La medida puede considerarse correcta si

I

descarga

Fig.2.25.

61


el nivel del electrólito en el vaso es normal sin necesidad de rellenarlo y el ácido está mezclado completamente con el agua. Después de una aportación de agua, es necesario dejar transcurrir un tíempo no inferior a 30 minutos para efectuar una medición. Este tiempo es suficiente para que se produzca la mezcla completa del agua añadida al electrólito. Una densidad comprendida entre 1,270 y 1,290 indica que el acumulador está completamente cargado. Un valor comprendido entre 1,200 y 1,240 indica media carga del acumulador. Cuando la densidad obtenida es inferior a 1,150 se considera que el acumulador está descargado. Estos valores están referidos a una temperatura del electrólito comprendida entre 20 y 25 oc. Es ya conocida la variación de la densidad con la temperatura, y por esta causa el electrólito debe succionarse varias veces con el densímetro antes de realizar la medición, con objeto de igualar las temperaturas de ambos. Siempre que se efectúe la medida a temperaturas diferentes a las dadas, hay que realizar la corrección de las mismas mediante el empleo de tablas de equivalencia apropiadas. La temperatura del electrólito puede medirse con un termómetro de mercurio. Algunos densímetros ya lo llevan incorporado. Aproximadamente cada 5 grados de variación de la temperatura del electrólito sobre 25 oC, supone una corrección de la densidad relativa en 0,0035 unidades.

Cuando no se tiene en cuenta esta corrección, puede suponerse un acumulador en un estado de carga que no corresponde a la realidad. Por ejemplo, si efectuamos la lectura a -10 oC y obtenemos una densidad de 1,277, sin aplicar la corrección pertinente, se da al acumulador como cargado. Sin embargo, aplicando la corrección, se ve que la verdadera densidad referida a los 25 oC prescritos es: 25 oC - (-10 oC) = 35 oC que es la diferencia de temperaturas 35 oC -5-

= 7 oC que es el número de correcciones de unidad

7 . 0,0035 = 0,0245 que es la corrección a aplicar

por tanto, la densidad a 25 oC es:

1,277 - 0,0245

= 1,252

que indica algo más de media carga del acumulador. La medición de la densidad no debe realizarse después de una fuerte descarga del acumulador, pues la concentración del ácido en el interior y próximo a las placas se debilita. Algunos densímetros, como el representado en la Fig. 2.26, llevan incorporado un termómetro, cuya doble escala, indica directamente la cantidad a añadir o restar de la densidad obtenida en la lectura, para transformar los valores y referirlos a la temperatura de 25 oc. 62

MEDIDA DE LA TENSION DE UNA BATERIA

AI'iIADIR

RESTAR

Fig.2.26.

La densidad del electrólito tiene gran influencia en las características del acumulador y, es por ello, que jamás debe añadirse o quitar ácido supliéndolo por agua, pues una concentración de ácido menor que la estipulada, disminuye la capacidad del acumulador al no poder reaccionar toda la materia activa por falta de ácido, mientras que una concentración excesiva por falta de agua, adición de ácido, u otras causas, puede destruir los separadores y dañar las placas. La cantidad de electrólito tomada de un acumulador para medir su densidad, debe ser devuelta una vez efectuada la medida. Existen densímetros cuya escala está graduada en grados BEAUME. En esta escala, la división 19° corresponde a la densidad de 1,151 y la división 33° a la densidad 1,296, entre las cuales debe estar comprendida siempre la densidad del electrólito. En la escala Beaumé, el grado cero corresponde a la densidad del agua (1,000) y los 15°, a la densidad de una solución de 15 partes de cloruro sódico (sal cómún) y 85 partes de agua. El espacio comprendido entre estas dos marcas o referencias, se divide en 15 partes y se prolonga la escala. Generalmente los densímetros marcados en escala Beaumé llevan sólo las divisiones 20° y 40° Y la misma escala está dividida en tres bandas de colores diferentes, que indican cuándo la batería está descargada, a media carga o cargada. Otros densímetros empleados, son los llamados de bolas, en los cuales, se sustituye el flotador tradicional por tres bolas apropiadas. Al hacer la prueba, si flotan las tres bolas es indicio de que el elemento está completamente cargado. Si una de las bolas se sumerge, es que el elemento está a media carga y si se sumergen todas, es que el elemento está totalmente descargado.

2.15.

MEDIDA DE LA TENSION DE UNA BATERIA

La tensión de una batería puede medirse para diversas condiciones de ella, es decir, estando sometida a una carga, en reposo, o cuando se está descargando. Según las condiciones en que se efectúa la medida, las tensiones que obtenemos en el voltímetro son diferentes. Cuando se mide la tensión de una batería estando en carga, se obtienen 2,7 V por elemento si está totalmente cargada; 2,2 V cuando está a media carga; y 1,7 V si está descargada. 63


Si la batería está en reposo, es decir, ha transcurrido un tiempo superior a 15 minutos después de la última carga o descarga, las tensiones por elemento son: 2,2 V estando totalmente cargada; 2 V si está a media carga; y 1,5 V cuando está descargada. También suele medirse la tensión sometiendo al mismo tiempo a las baterías a una descarga intensa (alrededor de 150 A). En estas condiciones se obtienen 1,7 V por elemento si está totalmente cargada; 1,5 V cuando está a media carga y 1,2 V si está decargada. Las dos primeras formas de medir las baterías, se realizan sin dificultad alguna, empleando un voltímetro convencional; pero para medir la tensión en descarga, es preciso un voltímetro comprobador de baterías. En la Fig. 2.27 puede verse uno de estos voltímetros, cuyas puntas se conectan a los bornes de un elemento. La descarga se produce a través de la resistencia conectada entre las dos puntas al efecto y, en estas condiciones, el voltímetro indica la tensión existente entre los bornes del elemento medido. Este es el método más preciso de conocer el estado de las baterías, pues si hay algún elemento defectuoso (que midiendo en reposo da una tensión correcta), al someterlo a una descarga intensa, se verá que no responde a ella, bajando en exceso la tensión. Para hacer la verificación de los elementos con este voltímetro, debe mantenerse conectado solamente el tiempo que se tarda en efectuar la lectura (aproximadamente seis segundos), debido a la descarga tan intensa a que se somete al elemento. Hay también comprobadores de baterías como el de la Fig. 2.28, con el cual puede realizarse la verificación midiendo la tensión en reposo o bien en descarga, para lo cual lleva el comprobador un interruptor al efecto. Con este comprobador se verifican todos los elementos a la vez, pues se conecta a los dos bornes de la batería.

Fig.2.27.

Fig.2.28.

2.16. INSTALACION DE ACUMULADORES NUEVOS Debido a las características técnicas de un acumulador, es lógico pensar que hay un envejecimiento progresivo. Como consecuencia de las reacciones de carga y descarga del mismo, la materia activa de las placas se deteriora y parte de ella se desprende, con lo cual, 64

INSTALACION DE ACUMULADORES NUEVOS

disminuye la capacidad del acumulador. La adición de agua natural en vez de destilada, aporta impurezas que perjudican al acumulador y aceleran su envejecimiento. Estas y otras razones hacen que al cabo de unos pocos años, sea necesario cambiar el acumulador. Si el mantenimiento del mismo ha sido correcto por parte del usuario, puede llegar a durar 5 y hasta más años. Cuando haya de cambiarse el acumulador, se cuidará de poner en su lugar otro cuya capacidad sea igualo mayor que la del que se quita, ya que el vehículo tiene una cantidad de aparatos eléctricos determinada que supone un consumo ya previsto y, si el acumulador que ponemos nuevo es de menor capacidad, puede descargarse rápidamente. De otra parte, como al automóvil suelen añadirle los usuarios algunos aparatos eléctricos extra, como bocinas, aparato de radio, alarmas, etc., es aconsejable la colocación de un acumulador de mayor capacidad cuando se realiza el cambio, contando siempre con que sea posible montarlo en el alojamiento previsto en el vehículo. Cuando se desmonta el acumulador viejo del vehículo, es conveniente revisar los alrededores del alojamiento del mismo por si hubiera corrosiones debidas a pérdidas de electrólito. Las partes dañadas pueden lavarse con bicarbonato o amoníaco disuelto en agua y volverlas a pintar con pintura antiácida. El revestimiento de plomo de los terminales de toma de corriente de los bornes, no debe rasparse al limpiarlos. Esta operación se hará de la misma forma que la de las partes dañadas de los alrededores del acumulador. Una vez conectados los terminales ya limpios a los bornes, deben cubrirse con una capa de vaselina que impide la formación de sales, consecuencia del contacto del borne (impregnado de ácido) con el oxígeno del aire. Los terminales de toma de corriente no deben golpearse al introducirlos en los bornes, pues se deterioran las tapas de los elementos o los bornes de conexión. Para sacarlos, no deben apalancarse con herramientas (pues ocurrirá lo mismo), sino hacerlo girar en uno y otro sentido hasta que despeguen. En la operación de montaje y conexionado, primero se sujeta el acumulador en su alojamiento y después se conecta, siendo el borne negativo el último en conectar y antes de hacerlo se comprobará (tocando con el terminal en el borne), que no saltan chispas, lo que sería síntoma de algún cortocircuito ocasional o fuga de corriente en algún punto de la instalación eléctrica. Es· necesario respetar la polaridad del acumulador al conectarlo en el vehículo. Generalmente el borne negativo va unido a masa, aunque en algunos casos, el que va unido a masa es el positivo. Una inversión de las conexiones puede deteriorar algunos aparatos del sistema eléctrico y por supuesto la batería cuando se ponga en marcha el motor, pues la corriente de carga va a ser de sentido contrario. Las baterías cargadas en seco, no requieren una primera carga prolongada, porque sus placas han recibido un tratamiento especial previo y están preparadas para su rápida utilización. Para su puesta en servicio se procederá como se indica a continuación: a)

Despegar la cinta adherida a los tapones y quitar éstos.

b)

Llenar los elementos de electrólito ya preparado de densidad 1,280 a 1,300 hasta cubrir las placas en un centímetro, vertiendo el electrólito lentamente para dar tiempo a que penetre a través de los separadores llegando hasta el fondo.

e)

Dejar la batería en reposo durante 20 minutos al menos. Transcurrido este tiempo, se comprobará la tensión y si es la adecuada, puede ya montarse en vehículo. En caso contrario, se la dejará reposar durante otros 15 minutos, al cabo de los cuales, puede sometérse1a a una carga lenta hasta que la tensión sea la adecuada.

65


2.17.

EVOLUCION DE LAS BATERIAS DE ARRANQUE

Al igual que ocurre con otros componentes del automóvil, las baterías de arranque han evolucionado de una manera importante en los últimos años, gracias al desarrollo tecnológico y aplicación de nuevas técnicas de fabricación. Las antiguas baterías con caja de ebonita y cierre superior con material de relleno eran de gran peso por su constitución. Las cajas eran de espesor considerable, así como las placas, aunque la superficie de éstas era menor que en las actuales. Esto daba lugar a baterías de larga duración pero con arranques dificiles en frío, máxime teniendo en cuenta que las uniones entre placas eran de mayor longitud y, en consecuencia, de mayor resistencia óhmica. Este tipo de baterías fue sustituido por las denominadas «monobloc», más ligeras que las anteriores, dado que tanto la caja como la tapa se fabricaban en polipropileno. Con las baterías monobloc comenzó a utilizarse un tipo de placas más finas y de mayor superficie, al tiempo que se acortaban los puentes de unión entre placas y elementos, mejorándose con ello el arranque en frío. Actualmente se fabrican baterías de las llamadas de bajo mantenimiento, en las cuales se ha evolucionado tecnológicamente de una manera importante, llegando a ser innecesaria la adición periódica de agua, debido a lo cual, en los casos más sofisticados llegan a suprimirse los tapones de llenado, que son sustituidos por una cubierta que cierra totalmente la batería, dejando un único orificio como respiradero, cuyo recorrido es sinuoso, evitándose las proyecciones de electrólito al exterior. La batería pierde agua a causa de la formación de vapores que se producen sobre todo al final de la carga. En las de bajo mantenimiento, la pérdida de agua se reduce a un punto tal, que apenas es preciso realizar aportaciones periódicas. Ello se consigue reduciendo el porcentaje de antimonio en la fabricación de las placas, con lo que se logra una gran mejora en la autodescarga y un menor consumo de agua. El contenido de 4 a 7 % de antimonio en las rejillas de las baterías tradicionales produce una migración de este material de las placas positivas a las negativas, donde crea pares electroquímicos locales que favorecen la autodescarga. En las baterías de bajo mantenimiento, el porcentaje de antimonio se reduce hasta valores del 1 %, consiguiéndose en este tipo de baterías las siguientes ventajas: a)

Reducción de la autodescarga.

b)

Reducción de la formación de vapores y de la corriente al final de la carga.

e)

Mejora de la conservación de la carga.

d)

Disminución de la resistencia interna, con lo que aumenta la capacidad de descarga en frío.

La nueva aleación en las rejillas de las placas, permite una corriente al final de la carga mucho más pequeña que en las baterías tradicionales, con lo que se disminuye en gran manera a formación de vapores y con ello las pérdidas de agua. También se reduce notablemente la corrosión en bornes, terminales y elementos metálicos cercanos a la batería, pues al estar totalmente cerrada se impide la salida de gases al exterior. El único orificio de puesta en atmósfera existente, tiene un dispositivo antideflagrante, que se opone a la entrada en la batería (en su interior) de toda llama o chispa, suprimiéndose así los riesgos de explosión por estas causas. En la actualidad, son comercializadas las baterías sin mantenimiento, que constituyen la generación más avanzada en cuanto a tecnología, aportando las siguientes ventajas: • No requieren adición alguna de agua a lo largo de toda su vida útil. • Producen una corrosión mínima de los bornes de conexión. • Tienen una vida de almacenaje más larga (18 meses aproximadamente), siendo capaces de arrancar el vehículo al instalarla sin necesidad de carga. 66

VERIFICACION y CONTROL DE LAS BATERIAS

• Eliminan la autodescarga al máximo. • Suministran mayor potencia. Estas ventajas han sido posibles gracias a la evolución tecnológica en la fabricación de placas y separadores, fundamentalmente, acompañadas por otras modificaciones de menor importancia. Las baterías sin mantenimiento disponen una caja de polipropileno compacto de pequeño espesor, que permite una gran capacidad de los elementos para alojar mayor cantidad de placas y de electrólito, lo que aumenta la potencia para un mismo volumen. En su interior se instalan las placas, cuyas rejillas están fabricadas de una aleación de plomo y calcio en lugar del típico antimonio, con lo cual se eliminan los efectos de auto descarga ya conocidos, al tiempo que se reduce la formación de vapores al final de la carga de una manera importante, disminuyendo también la resistencia interna para aumentar la capacidad de arranque en frío. Los elementos son cerrados por una tapa única provista de un sistema especial de ventilación, que retiene al máximo los vapores producidos en las reacciones de carga y descarga, sin dejar salir al exterior proyecciones de ácido que serían causa de corrosiones en bornes, conexiones y partes metálicas adyacentes. Un dispositivo antideflagrante impide la propagación de toda llama o chispa al interior de la batería. La pérdida de agua de una batería se produce como consecuencia de la formación de gases, sobre todo al final de la carga. Esta formación de vapores es tanto mayor cuanto más alta sea la corriente de carga y, como en el funcionamiento de vehículo, la batería está continuamente recibiendo carga por medio del generador, se comprende que haya un desprendimiento de vapores constante. En las baterías sin mantenimiento, los nuevos componentes empleados en la fabricación de placas y conexiones internas reducen al maximo las tasas de corriente de sobrecarga aceptadas por la batería, hasta 15 veces menos que en las baterías convencionales, de lo que resulta una importante disminución de la formación de vapores, llegando casi a la supresión de los mismos y, en consecuencia, del consumo de agua. De otra parte, ello permite reducir el espacio entre la tapa y el nivel del electrólito, que por esta causa puede ser aumentado con el fin de conseguir un mayor volumen de electrólito para mejorar las reacciones químicas y disminuir la resistencia eléctrica entre placas. La construcción de rejillas de plomo-calcio elimina el problema de autodescarga que se da en las baterías con rejillas de plomo-antimonio, dado que con esta nueva aleación no se producen migraciones que formen pares electroquímicos. Con ello, una batería sin mantenimiento asegura en la práctica el arranque del vehículo después de un año de estocaje, sin necesidad de recarga. 2.18.


Los síntomas que presenta una batería envejecida suelen manifestarse en el momento del arranque del motor, durante el cual, su giro se hace lento y, por tanto, insuficiente para lograr su puesta en marcha. Cuando se observen estos síntomas, se probará a encender las luces de carretera y en estas condiciones accionar el arranque. Si las luces decaen notablemente en su brillo, la batería es defectuosa y necesita ser recargada o sustituida. No obstante, es conveniente verificar las conexiones de sus bornes, donde la suciedad o formación de sales de color blanquecino o verdoso indican un mal contacto de los mismos, que implican el desmontaje y limpieza utilizando un paño humedecido en agua con bicarbonato. Cuando se haya descargado la batería por olvido de apagar las luces o cualquier otro circuito eléctrico, puede procederse al arranque del motor con otra batería, cuyos bornes se conectarán a la del vehículo, como muestra la Fig. 2.29. Lograda la puesta en marcha, se retira la batería auxiliar y se efectúa un recorrido 10 más largo posible con el vehículo, con el fin de conseguir que el generador recargue la batería. 67 ' 1";"


Fig.2.29.

En los casos en que no se consigue la recarga total de la batería en el vehículo, o cuando se produce la descarga espontánea de la misma a vehículo parado, deberá procederse a la comprobación de su estado por medio del voltímetro y el densímetro y en caso necesario a la verificación del circuito eléctrico. Para ello se desconecta la batería y se acopla un amperímetro entre uno de los bornes y el terminal correspondiente. En estas condiciones, teniendo desconectados todos los circuitos eléctricos, se conectará nuevamente la batería, observando si se produce desviación de la aguja del amperímetro, en cuyo caso es síntoma de que algún circuito eléctrico es defectuoso y es quien produce la descarga de la batería. En las verificaciones de la batería, se utilizará un densímetro para comprobar la densidad en cada uno de los elementos, que debe ser la estipulada. Es de hacer notar, que una prueba aislada con el densímetro, no da una indicación precisa del estado de la batería, porque sus lecturas pudieran venir falseadas en el caso de un usuario poco cuidadoso que pudiese haber añadido arbitrariamente ácido a esa batería. Un acumulador limpio y seco exteriormente, con los tapones en perfectas condiciones y los terminales cuidados y engrasados, es señal de que el usuario es cuidadoso y vigila este órgano del vehículo, en cuyo caso, hay que conceder a las indicaciones del densímetro un coeficiente de garantía mucho mayor que en el caso de un usuario descuidado. Una densidad superior a 1,295 indica que a la batería, en algún momento se le ha añadido ácido sulfúrico y, en este caso, debe quitarse parte del electrólito con el mismo densímetro y rellenar con agua destilada. Téngase en cuenta que siempre que sea necesario realizar esta operación, solamente puede medirse la densidad después de someter a la batería a una carga y una descarga lentas para conseguir una buena homogeneización del electrólito. Los valores obtenidos se corregirán para referirlos a la temperatura de 25 oC si la batería no estaba a esa temperatura. Si la densidad obtenida en todos los elementos es inferior a 1,250, la batería no está descargada totalmente y deberá procederse a su carga en el cargador, durante la cual, se pondrá especial atención al posible calentamiento que se produzca, 10 que sería síntoma de envejecimiento. Partiendo de la densidad mencionada, la batería debe estar totalmente cargada al cabo de 4 ó 5 horas en régimen de intensidad constante. Si la densidad del electrólito no sube de 1,150 y la batería se calienta en exceso durante la carga, ello es indicio de una gran sulfatación. En este caso hay que dar a la batería una carga de formación y si aún así no se consigue regenerarla deberá sustituirse, pues está agotada totalmente.

68


Si la densidad de un elemento es notablemente más baja que la de los demás, es síntoma de que está comenzando a producirse un cortocircuito en él, en cuyo caso, la batería queda inutilizable. Para tratar de subsanar este defecto, se someterá a la batería a una carga lenta vigilando el calentamiento que pudiera producirse en el elemento defectuoso, que en caso de ser excesivo indicaría que el cortocircuito es irreversible, en cuyo caso, la batería es irrecuperable. La causa de este cortocircuito puede ser debida a separadores rotos, acumulación de sedimentos en el fondo del vaso, o a que haya caído algún cuerpo metálico en el interior formando un puente entre las placas. Las impurezas minerales que hayan podido introducirse en el agua, pueden dar lugar a una acción local entre las placas, impidiendo que el elemento tome toda la carga. En algunas ocasiones, al efectuar la medida de la densidad, se observa en el densímetro un color pardusco del electrólito, lo cual indica que ha habido un gran desprendimiento de materia activa de las placas, en cuyo caso, la batería no puede regenerarse. Otras veces se ve por los orificios de llenado que el nivel del electrólito está bajo y la parte alta de las placas reseca, lo cual indica que se ha mantenido bajo el nivel durante bastante tiempo, durante el cual, la superficie de las placas no cubierta por electrólito se ha resecado con el consiguiente desprendimiento de materia activa, que implica una pérdida de capacidad del acumulador. En cualquiera de los casos, es conveniente corroborar el diagnóstico efectuando la medida de la tensión con un voltímetro comprobador de baterías, midiendo en descarga, es decir, sometiendo a la batería a una descarga intensa. Esta descarga puede lograrse igualmente haciendo funcionar el motor de arranque durante la comprobación y efectuando ésta con un voltímetro corriente. .' Si la lectura es superior a 1,5 V en todos los elementos y se mantiene durante unos seis segundos, la batería está en buen estado, mientras que si la tensión es inferior a 1,1 V, se considera descargada y hay que proceder a su carga. Las medidas efectuadas con anterioridad con el densímetro confirmarán el diagnóstico. Cuando la tensión obtenida por elemento es inferior a 0,5 V, la batería está completamente descargada y probablemente sulfatada. Si los valores obtenidos son correctos en todos los elementos menos en uno, posiblemente éste se encuentre en cortocircuito, en cuyo caso hay que cambiar la batería. Del mismo modo, si la lectura baja apreciablemente en algún elemento durante los seis segundos de prueba, es que dicho elemento está probablemente en cortocircuito. Si al cargar la batería no se alcanzan los 1,5 V por elemento (midiendo como siempre en descarga) a pesar de haberla tenido en carga durante bastante tiempo, es síntoma de envejecimiento, que sobreviene a causa de las muchas reacciones de carga y descarga efectuadas y desprendimiento de materia activa de las placas. Una batería suele durar de 3 a 5 años. En todo caso, el envejecimiento depende mucho del cuidado que se haya tenido con ella, no sometiéndola a descargas intensas ni cargas excesivas, por estar mal el circuito de carga del automóvil en que va montada. Las impurezas que contiene el agua natural (si se rellena con ésta) aceleran como sabemos el envejecimiento. Cuando se realiza la comprobación del estado de carga, es conveniente hacerlo con el densímetro y solamente se usará el voltímetro en los casos en que ofrezca duda la comprobación; pues, como ya sabemos, la descarga que proporciona este comprobador es grande. En algunas ocasiones, cuando se encuentra un elemento defectuoso, para asegurarse de ello, se procede a puentear por medio de un cable grueso (como los utilizados en el circuito de arranque) los bornes de la batería, provocando una corriente muy intensa a su través. En el elemento defectuoso se observa que hierve el electrólito, 10 que indica su mal estado. Otras veces la corroboración del defecto encontrado con el densímetro y voltímetro comprobador, se realiza con el electrodo auxiliar de cadmio, el cual consiste en un pequeño estilete de cadmio unido a una de las puntas de un voltímetro, que se introduce en el elemento por el orificio del tapón de llenado. La otra punta del voltímetro se une sucesivamente a cada uno de los

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bornes del elemento a comprobar, tomándose la lectura entre cada uno de estos bornes y el estilete de cadmio sumergido en el electrólito sin que toque en las placas, para lo cual, se recubre de un tubito de caucho. La comprobación se hace con la batería completamente cargada y pasando la corriente de carga por el elemento. En estas condiciones se une la punta del voltímetro al terminal positivo del elemento y se introduce el estilete de cadmio en el electrólito, manteniéndolo en esa posición hasta que la lectura del voltímetro sea estable. Si las placas positivas están en buen estado, la lectura deberá ser de 2,3 a 2,5 V. En caso de obtener una lectura inferior a 2,3 V, la avería está en las placas positivas (sulfatadas). Tomando entonces la lectura entre el electrólito y el borne negativo, conectando la punta del voltímetro al borne negativo y manteniendo el estilete de cadmio en la misma posición anterior, se obtendrá una lectura negativa de 0,1 a 0,2 V. Si esta lectura fuese cero o positiva, indica que las placas negativas están sulfatadas. Si la lectura es cero o próxima a cero, tanto para las placas positivas como para las negativas, es que el elemento está en cortocircuito.

2.19. AVERlAS EN LOS ACUMULADORES Podemos establecer tres tipos de averías en los acumuladores: las exteriores a ellos, las mecánicas y las interiores. Las averías exteriores son, naturalmente, las del sistema déctrico, que se traducen en un trabajo excesivo e inadecuado de la batería, que acorta su vida de manera apreciable, como en particular ocurre con la sobrecarga que se produce cuando el circuito de carga no funciona correctamente, permitiendo corrientes de carga excesivas en el funcionamiento del vehículo. Una batería continuamente sobrecargada quedará destruida en poco tiempo a causa de la corrosión y desprendimiento de materia activa de las placas, o por alabeo o cortocircuito de las mismas a consecuencia de la excesiva sedimentación. Los síntomas de sobrecarga son: la necesidad de añadir agua frecuentemente a los elementos, la elevación de la densidad del electrólito y el calentamiento de los puentes de conexión después de un largo recorrido con el vehículo. También es síntoma de sobrecarga observar alrededor de los tapones de llenado pequeñas gotas de vapor. El remedio a aplicar en estos casos es la reparación del circuito de carga. Igualmente es una avería exterior la carga deficiente, que se produce cuando la batería no recibe la corriente suficiente para su carga normal, en cuyo caso se observa que el electrólito no alcanza una densidad suficiente y el motor de arranque no trabaja en perfectas condiciones, siendo dificil el arranque. Si se encienden las luces del vehículo estando el motor de arranque funcionando, su intensidad luminosa decae notablemente. Como causas de esta avería podemos citar: conexiones del circuito de carga sucias o defectuosas, bornes de batería en mal estado, etc. Cuando una batería recibe una carga normal y después de dos o tres días de inactividad, es incapaz de mover el motor de arranque, cabe suponer que pierde su carga, lo que puede tener su origen dentro de la batería o en su exterior, es decir, en la instalación eléctrica del vehículo, lo cual puede ser comprobado como ya se ha detallado. Si esta pérdida de carga es propia de la batería, deberá procederse a recargarla y posteriormente dejarla en reposo al menos 48 horas, después de lo cual se verificará nuevamente su estado para constatar si se produce pérdida de carga, en cuyo caso deberá ser sustituida la batería. Como averías mecánicas más frecuentes podemos citar las de roturas debidas a golpes o manipulación incorrecta, pérdida de tapones que permiten la salida del electrólito y posterior corrosión de piezas metálicas, desprendimiento de materia activa de las placas, puentes de conexión desoldados, etc. Este tipo de averías se detecta con una simple revisión ocular. Las averías interiores más frecuentes son: separadores defectuosos que permiten el cortocircuito, sedimentos depositados en el fondo, impurezas, sulfatación de las placas, etc. Estas averías se detectan al efectuar las verificaciones detalladas anteriormente.

70

3 Circuito de arranque. Motor de arranque

3.1.

CIRCUITO DE ARRANQUE

Hace algunos años, los motores de los automóviles eran puestos en marcha por medio de una manivela que manejaba el conductor. Actualmente se dispone de un motor eléctrico que es puesto en marcha desde el interior del vehículo por medio de un pulsador o llave de contacto. Este motor eléctrico realiza el trabajo de mover el motor del vehículo, hasta que éste se pone en marcha por sus propios medios, sustituyendo así al antiguo sistema de manivela. La misión del circuito de arranque es, pues, hacer que el motor del automóvil dé los primeros giros hasta conseguir que funcione por sí mismo. Para conseguirlo dispone este circuito de los siguientes elementos: batería de acumuladores, motor de arranque y mecanismo de accionamiento o interruptor.

La Fig. 3.1 muestra el conexionado de los componentes de un circuito de arranque, en el cual, la batería aporta la energía eléctrica necesaria y el motor de arranque la transforma en energía mecánica de rotación, que impulsa al motor del vehículo haciéndole girar hasta que funcione por sí mismo. El interruptor da paso a la energía desde la batería hasta el motor de arranque a voluntad del conductor.

SERVICIOS-----,

Fig. 3.1.

71


3.2.

FUNCION DEL MOTOR DE ARRANQUE

Como ya se ha dicho, los motores de combustión interna son incapaces de ponerse en marcha por sí solos; necesitan un sistema capaz de impulsarlos hasta conseguir su autonomía de marcha. El circuito de arranque, y en particular el motor de arranque cumple esta misión. Para realizar la puesta en marcha de un motor de combustión interna, han de vencerse las resistencias debidas a la compresión de los cilindros, viscosidad del aceite, rozamiento de los órganos móviles (pistones, cigüeñal, etc.). Estas resistencias varían con el tipo de vehículo, calidad de los lubricantes empleados y temperatura ambiente a que se realiza el arranque; pero en cualquier caso, es necesaria una velocidad mínima de rotación en el motor de combustión para conseguir el arranque, por debajo de la cual, sería prácticamente imposible su puesta en marcha. El esfuerzo que realiza el motor de arranque para poner en marcha al motor de combustión, es particularmente elevado al iniciarse el movimiento, ya que al encontrarse frío, su resistencia es considerable. Por esta causa, el par a desarrollar por el motor de arranque ha de ser suficiente y dependerá del tipo de motor de combustión que haya de mover, lo cual determina la potencia del motor de arranque empleado y la capacidad del acumulador que ha de suministrar la energía necesaria. El arranque empieza a un número de revoluciones relativamente bajo. Durante el giro inicial del motor de combustión va disminuyendo la resistencia que opone a ser movido y se producen las primeras explosiones, débiles e irregulares; pero el calentamiento que éstas producen, reduce aún más la resistencia debida al rozamiento de los órganos móviles. El motor sigue siendo arrastrado cada vez a mayor velocidad y las explosiones van siendo más fuertes y se producen con mayor regularidad, hata que el motor se pone definitivamente en marcha. Serían deseables un alto par del motor de arranque y un elevado número de revoluciones en el arranque, pero ello requeriría un motor de arranque demasiado caro y pesado. Los fabricantes buscan el equilibrio peso/potencia para conseguir motores de arranque que desarrollen un par suficiente, sin que por su tamaño resulten excesivamente caros, cuidando al mismo tiempo que el consumo de corriente sea bajo para no necesitar una batería de gran capacidad.

3.3. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE ARRANQUE El motor de arranque basa su funcionamiento en principios electromagnéticos que hacen referencia a magnitudes de campos magnéticos. Se denomina campo magnético a la región del espacio alrededor de un imán donde se manifiesta la acción magnética de éste. Dentro de esta región, cualquier partícula de hierro es atraída por el imán y fuera de ella no sufre atracción alguna. El campo magnético de un imán se representa por líneas de fuerza que van del polo norte al sur del mismo por el exterior del imán, cerrando el circuito magnético por el interior desde el polo sur al norte. La Fig. 3.2 muestra la forma. del campo magnético de dos imanes, de barra y herradura respectivamente, donde puede verse que el campo magnético se concentra en la proximidad de los polos. 72

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE ARRANQUE

Los imanes tienen la propiedad de atraer y ser atraídos y cuando se coloca un imán dentro del campo magnético de otro, se ve sometido a fuerzas de atracción o repulsión, de manera que se cumple que polos del mismo nombre se repelen y polos de nombre contrario se atraen.

Fig.3.2.

En la Fig. 3.3 se ha representado el imán N' -S' dentro del campo magnético uniforme del imán N-S. En esta situación, las fuerzas de atracción F y F' que se generan forman un par que hace girar al imán N' -S' alrededor de su punto de giro 0, en el sentido de las agujas del reloj hasta que queda en posición horizontal, en cuyo instante el par es nulo y las fuerzas F y F' iguales y de sentido opuesto, por lo que el imán se encuentra en equilibrio.

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F

N

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/ Fig. 3.3.

No todos los cuerpos se comportan de la misma forma al introducirlos dentro de un campo magnético. Algunos de ellos, como el hierro, producen una deformación del campo en el que se introducen, concentrando las líneas de fuerza que pasan a su través. A estos cuerpos, se les llama permeables. Sin embargo, la mayoría de los cuerpos son paramagnéticos, es decir, indiferentes al magnetismo, como la madera, el plástico, el cobre, etc. Estos cuerpos no producen alteración alguna del campo magnético en el que se introducen. 73


Los campos magnéticos pueden ser creados por imanes naturales o artificiales o también por electroimanes, es decir, imanes formados por la corriente eléctrica. La experiencia de Oersted pone de manifiesto que una corriente eléctrica crea en el espacio que la envuelve un campo magnético. Consiste esta experiencia en colocar una aguja imantada paralela a un conductor recorrido por la corriente eléctrica. En estas condiciones, la aguja se desvía hasta colocarse perpendicular al conductor y si se invierte la corriente en el mismo, la aguja se desvía en sentido contrario al anterior. Cuando se interrumpe la corriente, la aguja vuelve a su posición de reposo. Los movimientos de la aguja imantada indican la existencia de un campo magnético creado por la corriente eléctrica. La intensidad de este campo magnético resulta proporcional al valor de la corriente. Un conductor recorrido por la corriente eléctrica y sumergido en un campo magnético (Fig. 3.4), está sometido a una fuerza que tiende a expulsarlo de él. Si el conductor puede moverse, será desplazado como consecuencia de esa fuerza. La energía eléctrica de la corriente se transforma de esta manera en energía mecánica de movimiento. - Se puede conocer el sentido de esta fuerza por la regla de la mano izquierda. Colocando los dedos pulgar, índice y medio de esta mano de manera que formen entre sí ángulos de noventa grados, el dedo índice, da la dirección del campo magnético, el medio, la de la corriente y, el pulgar, el sentido de la fuerza. El motivo por el cual todo conductor que está dentro de un campo magnético tiende a salir de él cuando es recorrido por la corriente eléctrica, es sencillo: El paso de corriente por un conductor, crea alrededor de él un campo magnético. En el caso de la Fig. 3.4, como la corriente va hacia adentro, las líneas de fuerza de este campo magnético circulan en el sentido de las agujas del reloj, alrededor del conductor. Este campo magnético creado se suma al de los polos del imán por la parte superior del conductor, ya

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Fig.3.4.

que las líneas de fuerza de los dos campos llevan la misma dirección; pero en la parte inferior se restan, pues las líneas de fuerza del conductor se oponen a las del campo magnético creado por los polos N-S.

74


Como consecuencia, el campo magnético creado por los imanes N-S se deforma, tendiendo en todo momento a volver a su posición primitiva. Esto que podíamos llamar elasticidad de las líneas de fuerza, es lo que empuja al conductor y tiende a sacarlo del campo magnético. Si cesa la corriente en el conductor, desaparece el campo magnético a su alrededor, creado por esa corriente, por lo que ya no hay deformación del campo N-S y el conductor no sufre empuje alguno. Si el conductor de la Fig. 3.4, sometido a la acción del campo magnético creado por los imanes N-S, es atravesado por una corriente eléctrica en el sentido que marca la flecha, es decir, de fuera a adentro, sufrirá un empuje que tiende a sacarlo del campo magnético en el sentido marcado (regla de la mano izquierda). Este empuje será mayor cuanto más lo sea el campo magnético creado por los imanes N-S, más largo el conductor y mayor la intensidad de la corriente que lo atraviesa. Para que se produzca desplazamiento, es necesario que el conductor esté situado perpendicularmente a las líneas de fuerza del campo magnético N-S. Si se coloca dentro del campo magnético, de manera que la corriente que lo recorre lleve el mismo sentido que las líneas de fuerza de este campo, no hay desplazamiento. Si en lugar de un conductor recto se coloca uno en forma de espira (como muestra la Fig. 3.5), dentro del campo magnético N-S y se hace pasar por esta espira una corriente eléctrica del sentido que se indica en la figura, el lado A de la espira será empujado hacia abajo (regla de la mano izquierda) y el lado B hacia arriba. Las fuerzas que empujan a estos dos lados de la espira están, pues, dirigidas en opuestos sentidos y forman un par de fuerzas que hacen girar a la espira a izquierdas. Cuando la espira ha girado y se encuentra perpendicular a la posición anterior, las fuerzas que tienden a sacarla del campo magnético están en oposición y, por tanto, se contrarrestan, quedando la espira en posición de equilibrio. El hilo que une los conductores A y B por su parte posterior, queda fuera del campo magnético N-S y, por ello, no sufre empuje alguno.

N

Fig.3.5.

En la Fig. 3.6 puede verse que los extremos de la espira, se unen a dos semi-anillos, sobre los cuales rozan sendas escobillas, que se mantienen fijas en la posición representada y a través de las cuales pasa la corriente por la espira, como se indica en la figura, ya que los semianillos están aislados entre sí. El paso de corriente por la espira produce el giro de ésta hasta que ocupa una posición horizontal, donde se detiene.

75


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Escobillas

Imán

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Fig.3.6.

Escobillas

Imán

Fig.3.7.

En la Fig. 3.7 se han representado tres espiras dispuestas simétricamente, cuyos extremos van unidos a los trozos de anillo que forman el conmutador. En la posición representada en la figura, la corriente pasa por la espira que ocupa la posición vertical, que, por este motivo, comienza a girar, y con ella lo hacen el conmutador y las demás espiras. Cuando la primera de ellas se ha alejado de la posición vertical, la escobilla abandona el semi-anillo al que va unida esta espira para pisar en el siguiente, haciendo pasar la corriente a la siguiente espira, que ahora ocupa una posición próxima a la vertical y es ella, en este momento, la que sufre el empuje. De esta forma se consigue un giro continuado, tanto más, cuando mayor sea el número de espiras que se disponga. No obstante, en la realidad no se conectan las espiras tal como se han representado en esta figura, sino en serie entre sí, como más adelante se verá. El principio de funcionamiento del motor de arranque puede también comprenderse fácilmente con la siguiente explicación: Si formamos una serie de espiras arrollando un conductor en forma de hélice, obtenemos una bobina llamada solenoide, como la representada en la Fig. 3.8. El paso de corriente por ella implica la formación de un campo magnético en los alrededores de la bobina, con la particularidad de que en su interior, las líneas de fuerza circulan paralelas, enlazándose el flujo de cada espira con el de la siguiente, dando como resultado que las líneas de fuerza entran por un extremo de la bobina y salen por el otro para volver al punto de partida formando líneas cerradas, como en un imán de barra. La bobina en tales condiciones se comporta como un imán, apareciendo en sus extremos los correspondientes polos. La polaridad de la bobina puede establecerse mediante la regla de la mano derecha, para lo cual se toma la bobina con esta mano, como muestra la Fig. 3.9, de tal forma que parezca que la corriente eléctrica en las espiras sale de la punta de los dedos. En estas condiciones, el pulgar extendido indica el polo norte del imán. Si en el interior del solenoide así formado se introduce una barra de hierro dulce, se ha formado un electroimán, en el cual, las líneas de fuerza encuentran ahora un camino más fácil a través del hierro dulce, llamado núcleo, que al estar sometido a la acción del campo magnético de la bobina se imanta reforzando el campo magnético de ésta. En consecuencia, la fuerza magnética de los electroimanes es muy superior a la de los solenoides. 76


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N

Fig.3.8.

Fig. 3.9.

En la Fig. 3.10 se representa un campo magnético formado por los imanes N-S, dentro del cual se coloca una bobina arrollada a un núcleo. Si hacemos pasar corriente por la bobina en el sentido marcado por las flechas, se crea un campo magnético alrededor de ella, cuyas líneas de fuerza hacen aparecer la inducción en el núcleo. El campo magnético queda reforzado, resultando polo norte el espacio comprendido desde la bobina hacia abajo de la figura y polo sur el resto del núcleo.

N

Fig.3.10.

En estas condiciones, el polo norte del campo magnético atrae al sur del electroimán y al mismo tiempo repele al norte. El polo sur del campo magnético atrae al norte del electroimán y al mismo tiempo repele al sur. Como los polos que forman el campo magnético inductor están fijos, el electroimán girará en el sentido de las flechas, es decir, a izquierdas, hasta que queden enfrentados los polos de distinto nombre del campo magnético inductor y del electroimán, lo que ocurre a los noventa grados de giro. Si se colocara otra bobina perpendicular a la anterior y, cuando el electroimán ha girado noventa grados, se hiciera pasar la corriente eléctrica por ella, los polos del electroimán aparecerían en la misma posición que antes, con lo cual, el núcleo volvería a girar. Por este procedimiento se comprende que, cuantas más bobinas se pusieran, más continuo y rápido sería el movimiento del núcleo. En los motores de arranque empleados en los

automóviles actuales, se dispone el núcleo giratorio (llamado «inducido» o «rotor») de manera que las bobinas queden perfectamente espaciadas y alojadas en su periferia, haciendo pasar ~~;:::::

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por ellas una corriente eléctrica de gran intensidad, con 10 que se consigue un giro rápido del rotor y un par de rotación importante.

3.4.

COMPONENTES DEL MOTOR DE ARRANQUE

Una de las principales exigencias en la fabricación de los motores de arranque es su tamaño. Deberá ser 10 más pequeño y compacto posible para su mejor acoplamiento al motor de combustión y, al mismo tiempo, resultar robusto y de poco peso. Dadas estas condiciones, resulta particularmente adecuado el motor eléctrico acoplado al volante de inercia del motor de combustión, al cual transmite su giro por medio de un piñón, que engrana en el momento del arranque con una corona dentada, que va montada sobre el volante de inercia. Una vez en marcha el motor de combustión, se produce el desengrane entre el piñón y la corona, pues en caso de permanecer ambos engranados, al alcanzar el motor de combustión su régimen normal de marcha, arrastraría al piñón del motor de arranque haciéndole girar a un número de revoluciones tal, que produciría un efecto destructor, pues la relación de desmultiplicación existente entre piñón y corona va, en los motores de arranque, desde 1:8 hasta 1:20. Esta relación es indispensable al objeto de conseguir mover al motor de combustión a una velocidad de rotación apropiada, empleando motores de arranque de pequeña potencia, con 10 que se obtiene un gran par debido al efecto de reducción de giro conseguido en el engrane piñóncorona. La intensidad de la corriente necesaria para hacer girar a estos motores resulta también menor, en beneficio del acumulador, que puede ser de menor capacidad. Así pues, de acuerdo con las exigencias expuestas, un motor de arranque deberá estar compuesto básicamente por un motor eléctrico de corriente continua y un dispositivo de engrane y desengrane. Las Figs. 3.11 y 3.12 muestran en sección y despiece, respectivamente, la estructura de un motor de arranque convencional de los utilizados actualmente. El motor eléctrico propiamente dicho 10 constituye un rotor o inducido 19 que gira en el interior del estator 10 apoyado en ambos extremos del eje. En su extremo delantero está provisto de un piñón de engrane 21, que en el funcionamiento acopla con la corona del volante motor para arrastrarla en su giro. El accionamiento eléctrico del motor de arranque se consigue en este caso por medio del relé 5, que simultáneamente desplaza hacia adelante al piñón de engrane para acoplarlo a la corona del volante motor.

Fig. 3.11.

78


Cada uno de los componentes del motor de arranque realiza una determinada función y presenta unas características peculiares, que pasamos a describir a continuación.

Fig.3.12.

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Carcasa

Es la envoltura metálica que rodea y protege a los demás componentes. En el despiece de la Fig. 3.13, puede verse que la carcasa tiene forma cilíndrica y en su interior van alojadas las bobinas 15, sujetas a ella por las masas polares 17, que tienen la forma más adecuada para adaptarse a la carcasa, manteniendo las bobinas aplicadas contra ella. Por su interior adquieren la curvatura necesaria para que todos los puntos de su superficie queden a igual distancia del tambor del rotor 7, que irá alojado en su interior. El giro de éste resultará bien centrado, sin que se produzcan roces entre ambos. El conjunto de bobinas y masas polares recibe el nombre de inductoras o estator y el espacio que queda entre la masa polar y el tambor del rotor se llama entrehierro. En los motores de arranque actuales suele ser inferior a un milímetro. Tanto la carcasa como las masas polares se fabrican de hierro dulce, por ser éste un material muy magnético, que permite un fácil paso a las líneas de fuerza que han de circular por ellas. En algunos casos, las masas polares son imanes permanentes, quedando suprimidas las bobinas 15 por esta causa. Las bobinas inductoras son arrollamientos planos de hilo de cobre de sección recUmgular. Debido a la gran intensidad de corriente que ha de pasar por ellas, el hilo es de gran sección y, por la misma causa, se aislan unas de otras por medio de un cartón especial y se rodean con cinta aislante, como puede verse en la figura, para evitar el contacto eléctrico con la carcasa (masa). Una vez encintadas se impregnan de un barniz especial que refuerza el aislamiento con respecto a la carcasa. Cada inductora forma uno de los polos del imán, lo cual se consigue arrollándolas una en sentido contrario de la otra. Según el número de polos, se dice que un motor es bipolar (dos polos), tetrapolar (cuatro) y hexapolar (seis). 79


29

Fig. 3.13.

80


Las bobinas inductoras se conectan eléctricamente en serie o en paralelo dos a dos. Uno de los extremos del conjunto forma el borne de entrada al motor y el otro se une a la escobilla positiva. El paso de la corriente eléctrica por las bobinas del estator, crea el campo magnético necesario para producir el giro del rotor. Este campo magnético se ve reforzado por el núcleo de las

bobinas que suponen las masas polares. La inducción en éstas aumenta el flujo. En la Fig. 3.14 pueden verse los campos magnéticos creados por el estator de los motores bipolares, tetrapolares y hexapolares. En ella se muestra que las líneas de fuerza van desde los polos norte a los sur por el exterior, efectuándose el regreso a través de la carcasa, por cuya causa, al objeto de mejorar el campo magnético creado por las bobinas, tanto la carcasa como las masas polares, deben ser de materiales magnéticos, como ya se dijo.

Fig.3.14.

b)

Rotor

Como puede verse en la Fig. 3.13, está formado por un eje de acero, sobre el que se encuentra montado un paquete de láminas, llamado tambor, en el que están alojados los arrollamientos inducidos, y un colector al que van conectados dichos arrollamientos. En uno de los extremos del eje van talladas unas estrías por las que puede deslizarse el piñón 6, que es accionado por la horquilla 5. Los extremos del eje apoyan en sendos cojinetes de bronce 81


3 Y 29, alojados en las tapas delantera y trasera, quedando de esta forma el tambor o núcleo del rotor perfectamente centrado entre las expansiones o zapatas polares, facilitando el camino a las líneas de fuerza que pasan a través del tambor en vez de hacerlo por el aire. En la Fig. 3.15, puede verse en esquema el campo magnético formado por las inductoras y el inducido de un motor tetra polar. Inducido

Entrehierro

Espiras

Zapata polar

\

O

I

Fig. 3.15.

El tambor va montado sobre el eje del inducido haciendo contacto eléctrico con él. Está laminado en sentido perpendicular al eje (Fig. 3.16) Y sus láminas van prensadas unas contra otras. En los canales que forman estas líneas van alojadas las bobinas del inducido. El barniz con que se impregnan las láminas, actúa como aislante para las corrientes parásitas que se inducen en el tambor del rotor, que por la disposición del bobinado del inducido tienen un sentido paralelo al eje.

Fig.3.16.

Es sabido, que todo cúnductor sometido a una variación de flujo induce f.e.m. El tambor de un inducido se fabrica de acero, que es material conductor de la corriente eléctrica y, al

82


estar sometido a las variaciones del flujo del campo inductor, se inducen en él fuerzas electromotrices, como consecuencia de las cuales, aparecen las corrientes parásitas o de Foucault. Aunque las fuerzas electromotrices son pequeñas, como la resistencia eléctrica del núcleo lo es aún más, la intensidad de las corrientes parásitas alcanza unos valores importantes que provocan un calentamiento excesivo del núcleo por efecto Joule. Para reducir el efecto de las corrientes parásitas, es por lo que se trocea el núcleo perpendicularmente al sentido de paso de la corriente y se impregnan las chapas de barniz, lo cual no dificulta el paso de las líneas de fuerza (véase el sentido de éstas en la Fig. 3.15). El colector (Fig. 3.13), es un anillo de cobre troceado en sentido longitudinal formando delgas, que están aisladas unas de otras por mica. El colector va metido a presión en el eje,

aislado también de él por mica. A las delgas del colector se unen las bobinas del inducido (que pasan por las ranuras del tambor) en la forma indicada en la Fig. 3.17, es decir, en serie, uniendo el final de una bobina con el principio de la anterior en la misma delga, resultando así que en cada delga hay dos conexiones: el principio de una bobina y el final de otra. Cada una de estas bobinas está formada por un conductor de ida y otro de vuelta, llamados conductores activos.

Fig.3.17.

c)

Carcasa-soporte delantera

Es una pieza obtenida por fundición (Fig. 3.13) en donde va montado el cojinete de bronce 3, que sirve de alojamiento a un extremo del eje del rotor. Dispone de una zona exterior mecanizada para su acoplamiento y sujección al motor de combustión mediante tornillos. En una de sus caras, lleva una abertura o ventana que deja sitio para que el piñón 6 pueda engranar con la corona del volante de inercia. A esta carcasa se une la horquilla 5, que acciona al piñón, obligándole a desplazarse hacia adelante o atrás en el sentido del eje del rotor, para engranar o no con los dientes de la corona del volante de inercia del motor de combustión. Al girar el piñón arrastrado por el rotor, da movimiento a la corona del volante de inercia y con ella al motor de combustión. El extremo superior de la horquilla de mando, se une mediante un cable de acero a un tirador situado en el tablero de mandos del vehículo y que maneja el conductor. El desplazamiento de esta horquilla acciona al mismo tiempo el interruptor de puesta en marcha. d)

Piñón de engrane

Un motor de arranque debe estar provisto de algún medio de reducción de velocidad para transmitir su potencia al motor de combustión. Dentro de sus dimensiones corrientes, no 83


podría arrastrar a éste, si el inducido estuviera, por ejemplo, acoplado directamente al cigüeñal del motor, debido a que su potencia de giro no sería suficiente, 10 cual obligaría a construir en este caso un motor eléctrico de mayores dimensiones. El sistema de reducción de velocidad universalmente adoptado está constituido por un piñón 6 (Fig. 3.13) montado sobre el eje del inducido, que en el funcionamiento engrana con la corona del volante motor. El tamaño de este piñón es de 10 a 16 veces menor que la corona del volante motor, por cuya causa, para que el motor de combustión gire una vuelta, es necesario que el motor de arranque de 10 como mínimo. Ello supone que en el funcionamiento, para un régimen de giro de 2.000 a 3.000 r.p.m. del motor de arranque, el motor de combustión sea arrastrado a 200 r.p.m. aproximadamente, suficientes para el arranque. Una vez que el motor de combustión se ha puesto en marcha, puede alcanzar velocidades superiores a 4.000 r.p.m. Si el piñón del motor de arranque no se desengrana en estos momentos, el inducido sería arrastrado a enorme velocidad (más de 40.000 r.p.m.), lo que conllevaría la destrucción del mismo, ya que la fuerza centrífuga desarrollada despediría los conductores de su alojamiento en el inducido y arrancaría las delgas del colector. Para evitarlo, es necesario disponer un mecanismo capaz de desengranar el piñón de arrastre en cuanto se haya producido el arranque del motor. Así, pues, el piñón de engrane tiene por misión transmitir el movimiento del rotor a la corona del volante de inercia e impedir que en el momento del arranque, la corona arrastre al rotor, para 10 cual dispone de un sistema de rueda libre. En la Fig. 3.18 puede verse en media sección uno de los modelos empleados. El piñón A propiamente dicho, forma una sola pieza con la parte exterior de la rueda libre B, cuya parte interior e es un manguito que dispone de unas acanaladuras interiores para deslizarse por el eje del rotor. Al anillo E, montado sobre el manguito, se acopla la horquilla de mando, que desplaza adelante o atrás el conjunto piñón y rueda libre. Un muelle D mantiene al anillo E en posición.

E

Fig. 3.18.

e)

Tapa de escobillas

Como se ve en la Fig. 3.13, en ella va alojado el cojinete 29, donde apoya el extremo del eje del rotor. Lleva, además, los alojamientos llamados portaescobillas, donde se montan las escobillas 34, que son oprimidas contra el colector por medio de los muelles espiral 35. Generalmente se disponen dos o cuatro portaescobillas, la mitad de los cuales son positivos y están aislados de masa y los otros negativos y van unidos eléctricamente a masa. Las escobillas son de cobre, debido a su buena conductibilidad, ya que deben ofrecer una mínima resistencia al paso de la corriente eléctrica y efectuar un buen contacto eléctrico con 84

FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE ARRANQUE

el colector, debido a que la intensidad de corriente que ha de pasar por ambos es muy grande (del orden de 200 A) y si existe resistencia de contacto, se produce una caída de tensión que traería como consecuencia el que no se aplique al motor toda la tensión de la batería y, con ello, el funcionamiento del mismo no sería correcto (giraría más lento). Las dos tapas, se unen por medio de espárragos y tuercas. Estos espárragos están convenientemente aislados para evitar el contacto eléctrico con los hilos de unión de las bobinas del estator. t)

Interruptor

Es otra de las piezas que forman parte del circuito de arranque. Generalmente se monta en el mismo motor. En el caso de la Fig. 3.13, es de accionamiento manual, pero puede ser mandado automáticamente por medio de un relé, como se vio en las Figs. 3.11 y 3.12. Exteriormente tiene un borne, que puede verse en la figura, al que se conecta el cable de llegada de corriente desde el borne positivo de la batería. Dicho borne se pone en contacto con la placa curva que se une a las bobinas del estator, cuando se acciona la misma horquilla que desplaza el piñón de engrane.

3.5. FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE ARRANQUE Dentro de la gran variedad de motores de arranque existentes, podemos decir que el funcionamiento de todos ellos es similar. En la Fig. 3.19 se ha representado esquemáticamente un motor de arranque bipolar, en el cual, la corriente llega hasta el borne de entrada B, desde el borne positivo de la batería, a través de un interruptor no representado en la figura, que forma parte del circuito de arranque.

Fig. 3.19.

Desde este borne, la corriente recorre las bobinas del estator (arrolladas una en sentido contrario de la otra), creando un campo magnético que se ve reforzado por la inducción aparecida en las masas polares. La polaridad de este campo magnético, puede conocerse aplicando la regla de la mano derecha y, así, resulta que en la masa polar de la parte superior de la figura, el polo norte se forma en la zona marcada y el sur en la cara de unión a la 85


carcasa C. Del mismo modo, en la masa polar de la parte inferior de la figura, el polo norte se forma en la cara de unión a la carcasa y el sur en la opuesta. El campo magnético resultante hace circular las líneas de fuerza desde la masa polar superior (llamada polo norte) a la inferior (llamada polo sur) a través del tambor del inducido, regresando nuevamente al polo norte por la carcasa, como se representó en la Fig. 3.14. Después de que la corriente ha pasado por las bobinas del estator, llega hasta la escobilla positiva, pasando por ella a la delga que está pisando y de aquí, a través de las espiras y delgas siguientes, llega hasta la escobilla negativa siguiendo dos caminos paralelos, a izquierda y derecha de la figura. Desde la escobilla negativa, la corriente pasa a masa, cerrando circuito con el borne negativo de batería, que como sabemos va conectado a masa también. El paso de corriente por las espiras de la derecha de la figura comprendidas entre las dos escobillas, crea un campo magnético en ellas, de tal forma, que en la periferia del tambor en esa zona se crea un polo norte. De igual forma, en la zona izquierda del tambor se crea un polo sur.

En estas condiciones, el polo norte del estator atrae al sur del rotor, que al mismo tiempo es repelido por el sur del estator, el cual, a su vez, atrae al norte del rotor, que al mismo tiempo es repelido por el norte del estator. Como consecuencia de estas fuerzas de atracción y repulsión que actúan sobre el rotor, éste comienza a girar. Una vez iniciado el giro, las escobillas (que se mantienen fijas en la posición representada) pisan en otras delgas y la corriente pasa por las espiras que ocupan ahora la posición anterior, con 10 cual, la situación en que se forman los polos en el rotor, es siempre la misma y, en consecuencia, las fuerzas actuantes sobre él siguen subsistiendo, con 10 que el giro de éste continúa y así seguirá

haciéndolo mientras esté pasando la corriente. En la actualidad, los motores de arranque más empleados son del tipo tetrapolar, en los cuales, las bobinas del estator pueden ir conectadas en serie, como en el caso de los motores bipolares, o bien en serie y paralelo dos a dos, tal como se ha representado en la Fig. 3.20. En este caso, desde el borne de entrada B, la corriente se bifurca, pasando una parte de ella por las bobinas e y D (conectadas en serie) y la otra parte por las bobinas E y F, juntándose en el punto A, desde donde llega la totalidad de la corriente hasta la escobilla positiva. El sentido en que van arrolladas las bobinas es tal, que los polos se forman de la manera representada en la figura, es decir, los de mismo signo uno frente al otro.

e

o

E

F Fig.3.20.

86

FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE ARRANQUE

Desde la escobilla positiva, la corriente pasa hasta la nagativa a través de las bobinas del rotor siguiendo dos caminos diferentes, a izquierda y derecha de la figura. Desde la escobilla negativa, la corriente va a masa, cerrando el circuito con la masa de la batería. El campo magnético creado en el tambor del rotor como consecuencia del paso de la corriente por las bobinas del mismo es tal, que en la zona de la derecha de la figura comprendida entre las dos escobillas se forma un polo norte, mientras en el resto se forma un polo sur.

De esta manera, teniendo en cuenta que el polo sur del rotor ocupa las tres cuartas partes de la superficie del tambor, las fuerzas actuantes son: a)

El polo norte e repele al norte del rotor y atrae al sur, con lo que el movimiento resultante se produce en el sentido de las agujas del reloj.

b)

El polo sur E atrae al norte del rotor y repele al sur. El movimiento resultante es del mismo sentido que el anterior.

c)

El polo norte F repele al sur del rotor y atrae al norte, aunque éste se encuentra lejos. El sentido de movimiento es el de las agujas del reloj.

d)

El polo sur D repele al sur del rotor y atrae al norte, aunque éste se encuentra igualmente lejos, pero ahora, el sentido de movimiento es contrario al de las agujas del reloj.

Como consecuencia de todo ello, las dos fuerzas actuantes de los apartados c) y d) se anulan, quedando aplicadas solamente las de a) y b), con lo cual, el rotor gira en el sentido de las agujas del reloj. En los motores tetrapolares pueden disponerse solamente dos escobillas, tal como se han representado en la figura, que van situadas a noventa grados para que el campo magnético creado en el rotor sea el adecuado. En otros casos, se disponen cuatro escobillas separadas noventa grados entre sí, de manera que dos de ellas son positivas (una frente a la otra) y las otras dos negativas. La Fig. 3.21 muestra el conexionado en serie de las bobinas del estator en un motor tetrapolar, para el caso de disponer dos o cuatro escobillas. En este último caso, las dos escobillas positivas están unidas por un puente eléctrico y desde la última bobina del estátor, la corriente llega hasta ellas, bifurcándose para entrar por dos caminos hasta el colector. De cada una de las escobillas positivas, la corriente pasa hasta las negativas a través de las bobinas del rotor, lo que supone que en éste se formen cuatro zonas, de las cuales dos son polos norte y otras dos polos sur, quedando estos polos del rotor intercalados entre los correspondientes del estátor.

Fig. 3.21.

Otro tipo de conexionado de las bobinas del estátor utilizado por algunos motores de arranque, es el representado en la Fig. 3.22, donde tres de las bobinas están conectadas en serie y seguidamente a las dos escobillas positivas, mientras que la cuarta bobina (de hilo más

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fino) está conectada en paralelo con las anteriores y su extremo final es puesto a masa directamente en una de las escobillas negativas. En este tipo de conexionado, dado que la bobina 3 es de hilo fino y muchas vueltas, el campo magnético producido por ella no se ve tan afectado por las caídas de tensión que se originan en el inicio del arranque, creando un campo magnético potente en estos instantes, que facilita el inicio de giro del motor de arranque. Las bobinas 5, de hilo grueso, forman el campo magnético principal, que se ve reforzado en cuanto se ha iniciado el arrastre del motor de combustión y gira más rápido el de arranque, en cuyo instante, la caída de tensión provocada en el circuito es menor y la tensión aplicada al motor de arranque se estabiliza.

Fig.3.22.

3.6 FUERZA CONTRAELECTROMOTRIZ (f.e.e.m.) EN LOS MOTORES DE ARRANQUE

Cuando gira el rotor de un motor de arranque, sus conductores activos cortan las líneas de fuerza del campo magnético creado por las bobinas del estator, induciéndose en ellos una fe.m. como será explicado posteriormente en otro capítulo. El sentido de ella es tal, que se opone a que pase la corriente por las espiras del rotor. La f.c.e.m. es tanto mayor cuanto más rápido sea el giro del rotor. Supongamos que la resistencia eléctrica de las bobinas del estator y las espiras del rotor es 0,06 n y se aplica al motor de arranque una tensión de 12 V. La corriente obtenida es de V 12 1=- = - = 200 A R 0,06

Si el motor gira a 1.000 r.p.m., la fuerza contraelectromotriz inducida en los conductores activos del rotor es, por ejemplo, 4 V. En este caso, la tensión aplicada al motor es de 12 V - 4 V = 8 V y, por tanto, la corriente en el motor de arranque es

V

1= R

88

=-

8

0,06

= 133 A

FUERZA CONTRAELECTROMOTRIZ (f.c.e.m.) EN LOS MOTORES DE ARRANQUE

Vemos pues que al comenzar el giro del motor, la corriente que pasa por él es de 200 A Y cuando ya está girando es de 133 A, menor, por tanto. Por ser muy grande la intensidad de la corriente en el circuito de arranque, cuando éste funciona se provoca una caída de tensión importante en la batería; por ejemplo, en el caso anterior, si la resistencia interna de la batería es de 0,01 n, la caída de tensión en ella al accionar el motor de arranque es

v=

R¡· 1 = 0,01 ·200 = 2 V

y hace que al circuito no se apliquen los 12 V, sino solamente 10 V. Por consiguiente, vemos que en el momento del arranque hay una caída de tensión en la batería y, por tanto, disminuye la tensión aplicada al circuito, con lo que, para la misma resistencia eléctrica del motor de arranque, la corriente que pasa por él es menor, en este caso

V

10

R

0,06

1= - = -

= 166 A

pero cuando se alcanzan las 1.000 r.p.m., en que la f.c. e.m. es de 4 V, la corriente que atraviesa el motor es todavía menor, puesto que para la misma resistencia hemos reducido la tensión aplicada, ya que la f.c.e.m. es de sentido contrario a esta tensión, por cuya causa tendremos 10 - 4 = 6 V, que es la tensión aplicada en realidad. La intensidad de la corriente sería, pues, V

6

R

0,06

1 = - = - = 100 A

Con el fin de reducir todo lo posible la caída de tensión en la batería cuando se acciona el motor de arranque, es necesario que aquélla tenga una resistencia interna muy pequeña, es decir, que esté debidamente cargada.

El cable de conexión entre la batería y el motor de arranque debe ser de gran sección para que presente un mínimo de resistencia. Las conexiones deberán estar bien hechas para que no existan resistencias de contacto, es decir, que no haya suciedad u otro impedimento que dificulte el contacto eléctrico entre bornes y terminales. La potencia eléctrica consumida por un motor de arranque, es directamente proporcional a la tensión aplicada y a la intensidad de la corriente obtenida. Ejemplo: Un motor por el que pasa una corriente eléctrica de 200 A al aplicarle 12 V, tiene una potencia eléctrica de

w=

V· 1 = 12· 200 = 2.400 W

Si el rendimiento del motor es del 80%; desarrolla una potencia de: W =

2.400·80 100

= 1.920 W

1.920 --=26CV 736

'

89


Como se ve claramente, no toda la energía eléctrica proporcionda al motor de arranque se transforma en cinética, y esto es debido al rozamiento, que transforma parte de esa energía eléctrica en calor. Hay que procurar, pues, que este rozamiento sea el menor posible; por eso, los cojinetes de apoyo del eje del rotor deben estar bien engrasados.

3.7. SISTEMAS DE MANDO DEL MOTOR DE ARRANQUE Para poner en marcha un motor de arranque, es necesario realizar dos funciones: 1." Hacer engranar el piñón montado en el rotor con la corona del volante de inercia del motor de combustión, y 2.", obtener el giro del rotor transmitiéndolo al volante de inercia. Estas funciones se realizan en los motores de arranque empleando varios sistemas de mando, de entre los cuales destacaremos:

a)

Engrane por inercia

La corriente se hace pasar al motor por medio de un interruptor, directamente desde la batería. Actualmente se emplea un relé para realizar esta función, tal como se ha representado en la Fig. 3.23. Cuando se cierra el interruptor, la corriente pasa por la bobina del relé, cuyo núcleo se desplaza, cerrando los contactos superiores, a través de los cuales llega la corriente al motor de arranque.

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I

I I

1

I

I

I I

I

I i

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r-----¡ I

I

I

I !

I I I

.1

I ,

l_-..i:-_.-J

Fig. 3.23.

El relé va situado cerca del motor de arranque y el interruptor forma parte generalmente de la llave de contacto del vehículo, de la cual, una de las posiciones de marcha corresponde al arranque. En la Fig. 3.24 se ha representado seccionado un motor de arranque de engrane por inercia. Puede verse que el piñón de engrane va montado en un estriado helicoidal en forma de rosca de gran paso que lleva labrado el eje del inducido.

90

SISTEMAS DE MANDO DEL MOTOR DE ARRANQUE Cables de conexión

Inducido

Imán

Muelle helicoidal Portaescobillas

Escobilla

Colector

Fig.3.24.

El sentido de la hélice es tal, que al comenzar a girar el rotor (Fig. 3.25), el pmon es impulsado hacia adelante a causa de su inercia, hasta engranar con la corona del volante de inercia del motor de combustión. Al realizarse el engrane, el piñón, que estaba girando en vacío, es frenado bruscamente por la resistencia que le opone el motor térmico y avanza hasta el tope fijo venciendo la acción del muelle helicoidal situado en ese extremo. El motor de arranque queda unido en arrastre con el motor de combustión y le hace girar.

Fig.3.25.

Una vez puesto en marcha el motor térmico, el pmon de engrane es arrastrado por la corona del volante del motor, que ahora gira más rápida que él. Al girar el piñón más rápido que el eje del rotor, se produce el desengrane, desplazándose el piñón hacia atrás por efecto de la hélice, desengranando de la corona para ocupar nuevamente su posición de reposo. El motor de arranque mostrado en la Fig. 3.24 incluye la particularidad de que las masas polares son imanes permanentes, es decir, no hay bobinas inductoras. En este caso, sólo es necesario hacer pasar la corriente por las bobinas del rotor para obtener el giro. Este tipo de motores desarrollan poca potencia y son empleados en vehículos cuyos motores de combustión . son de pequeña cilindrada. 91


b)

Acoplamiento libre

En este sistema se acciona una palanca B (Fig. 3.26) desde un tirador situado en el tablero de mandos, unido a ella mediante un cable de acero; en estas condiciones, la palanca se desplaza en el sentido marcado, basculando sobre el punto A. Con este movimiento se consiguen dos fines: uno, que el piñón e se desplace a la izquierda por las ranuras del eje del rotor, engranando con la corona del volante del motor y, otro, que la pieza D toque en los contactos E y F, con lo cual, pasa corriente desde la batería G por el contacto E al F y de allí al interior del motor de arranque, comenzando a arrastrar al motor de combustión por medio del piñón de engrane y la corona del volante de inercia.

e

Fig.3.26.

En el momento en que ha arrancado el motor de combustión, soltando el tirador del tablero, la palanca B vuelve a su posición primitiva por la acción del muelle H, separándose la pieza D de los contactos E y F, con lo cual, deja de pasar corriente al motor de arranque y éste se detiene en su giro. Al mismo tiempo, al volver la palanca a su posición primitiva, bascula en el punto A, haciendo retroceder al piñón e hacia la derecha, desengranándolo, por tanto, de la corona del volante de inercia, que al estar girando con el motor de combustión, tendería a arrastrar al piñón de engrane y con él al rotor del motor de arranque. Este sistema es el empleado en el motor de arranque de la Fig. 3.13 y en la actualidad es poco utilizado. c)

Accionamiento por relé y horquilla

La horquilla que desplaza al piñón de engrane en el sistema anterior, puede ser mandada por un relé, en vez de hacerlo de forma manual mediante el correspondiente tirador, siendo éste el sistema utilizado casi en exclusiva actualmente. Un relé está formado por una bobina con núcleo móvil, que se desplaza hacia el interior de la bobina por efectos magnéticos cuando es alimentada de corriente. La Fig. 3.27 muestra el principio de funcionamiento del relé. Estando el núcleo A de acero dulce fuera del devanado de la bobina, cuando se hace pasar corriente por ella en el sentido marcado, se forma un campo magnético cuyas líneas de fuerza afectan también al núcleo A, el cual se imanta por inducción, formándose los correspondientes polos N'-S'. En el centro e 92

SISTEMAS DE MANDO DEL MOTOR DE ARRANQUE

de la bobina y mirando desde A vemos un polo sur, que atrae al polo N' del núcleo con una fuerza F que lo impulsa hacia el interior de la bobina. En esta nueva posición del núcleo, se produce un equilibrio de fuerzas que mantiene al núcleo centrado en el interior de la bobina.

Fig.3.27.

Es de hacer notar que si se invierte el sentido de paso de la corriente en la bobina, cambia la dirección del flujo magnético creado y la posición de los polos; pero también cambia la polaridad del núcleo y se generan igualmente las fuerzas que tienden a desplazarlo hacia el interior de la bobina. Los relés se utilizan como interruptores a distancia para gobernar circuitos de intensidades de corriente elevadas, con el manejo de corrientes menores, como es el caso de aplicación a motores de arranque. La Fig. 3.28 muestra la estructura de un relé, donde el núcleo magnético está unido a la carcasa y entre ambos se monta el devanado o bobina de accionamiento, en el interior de la cual puede desplazarse la armadura móvil unida al eje de maniobra, que por su extremo superior termina en el contacto móvil. La distancia entre el núcleo magnético y el núcleo deslizante corresponde a la carrera de la armadura, necesaria para que el contacto móvil toque en los pernos de conexión. Resorte de presión del contacto

Contactos

Perno de conexión

Contacto móvil

Devanado

Núcleo magnético

Eje de maniobra

Armadura

Fig.3.28.

93


En la Fig. 3.29 se ha representado un sistema de accionamiento por relé. Al accionar el pulsador A, la corriente procedente de la batería B pasa a la bobina del relé E, formando el campo magnético que produce el desplazamiento del núcleo hacia la derecha, cerrando los contactos D y e, con lo que la corriente puede pasar desde la batería al motor de arranque a través de los contactos, produciéndose el giro del rotor. Al mismo tiempo que el núcleo del relé en su movimiento hacia la derecha cierra los contactos, tira de la palanca F, que basculando en G hace que el piñón 1 se desplace hacia la izquierda, engranando con la corona del volante de inercia y transmitiéndole el giro del rotor.

F G

Fig.3.29.

Cuando se suelta el pulsador, se interrumpe la corriente en la bobina del relé, con lo cual, la palanca F vuelve a su posición primitiva, tirando hacia la derecha del piñón 1, que desengrana de la corona del volante de inercia, al mismo tiempo que se separan los contactos e y D, quedando interrumpido el paso de corriente desde la batería al motor de arranque.

d)

Rueda libre

En los sistemas de mando descritos anteriormente en los apartados b) y c), el piñón de engrane va montado sobre un mecanismo de rueda libre, pues si el montaje sobre el eje del rotor se hiciera directamente sobre el estriado, cuando el motor de combustión se ponga en marcha, se producirá el arrastre del piñón de engrane y del rotor, durante el tiempo que el conductor tarda en soltar el tirador o el pulsador de arranque (llave de contacto) una vez puesto en marcha el motor de combustión. En la Fig. 3.30 se ha representado un mecanismo de rueda libre que corresponde al piñón de engrane de la Fig. 3.18, consistente en una corona exterior de la que forma parte el anillo de marcha libre, ambos unidos por medio de un manguito estriado (no representado en la figura) al eje del rotor. En la parte interior del anillo de marcha libre, va montada otra corona, llamada vástago del piñón, del cual forma parte éste. Entre el vástago del piñón y el anillo de marcha libre, se interponen unos rodillos debidamente repartidos por toda la periferia y alojados en rampas de deslizamiento, labradas en el anillo de marcha libre. Unos muelles helicoidales, mantienen los rodillos aplicados contra la parte más estrecha de la rampa de deslizamiento, enclavando el anillo de marcha libre con el vástago del piñón. De esta forma,

94

MOTOR DE ARRANQUE CON ACCIONAMIENTO POR RELE

cuando el eje del rotor gira impulsando a la corona del volante de inercia, el piñón es arrastrado; pero al girar éste más deprisa que el eje del rotor (cuando el motor de combustión se pone en marcha), se interrumpe la unión entre el vástago del piñón y el anillo de marcha libre, pues los rodillos son impulsados por el vástago del piñón hacia la parte más ancha de la rampa de deslizamiento, con lo cual, el piñón de engrane puede ser arrastrado por la corona del volante de inercia, sin que por ello el rotor también lo sea. Dicho de otra forma, mientras el eje del rotor gire más deprisa que el piñón de arrastre (es el caso de que el motor de combustión todavía no ha arrancado), éste es arrastrado por el rotor, comunicando el movimiento al volante de inercia; pero cuando el piñón de engrane se adelante en el giro al rotor (caso del motor de combustión ya en marcha), se produce el desacoplo en el mecanismo de rueda libre.

Sentido de acoplamiento

Rampa de deslizamiento

""'?1:1~__

Rod i 110

Anillo de marcha libre

Fig.3.30.

En algunos motores de arranque se dispone un mecanismo de frenado del conjunto piñón y rotor, que consiste en emplazar un disco detrás del piñón sobre el que apoya éste en su posición de reposo. En el motor de arranque representado en las Figs. 3.11 y 3.12 puede verse el emplazamiento de este disco de freno, contra el que apoya el conjunto de piñón de engrane en su posición de reposo, de manera que cuando retrocede en la maniobra de desengrane, se produce un frotamiento contra el disco, que frena su giro y el consiguiente del rotor. La Fig. 3.31 muestra en detalle este dispositivo, representado en las posiciones de engrane del piñón (izquierda) y reposo del mismo (derecha). El objeto de este dispositivo es hacer que el rotor se pare rápidamente cuando se desconecta el motor, para que en caso necesario pueda realizarse inmediatamente un nuevo intento de puesta en marcha.

3.8.

MOTOR DE ARRANQUE CON ACCIONAMIENTO POR RE LE

De entre los modelos de motores de arranque existentes, el más empleado en la actualidad es el de accionamiento por relé incorporado al mismo motor. 95


Disco de freno

Palanca de engrane

Arbol del inducido

Resorte de engrane

Palanca de engrane en posición de desconectado: frenado

Piñón Acoplamiento libre de rodillos

Fig. 3.31.

En la Fig. 3.32 se ha representado la sección de uno de estos motores, que sustituye el mecanismo de accionamiento manual de la Fig. 3.13 por un sistema de accionamiento por relé. En este caso, la palanca de accionamiento A del piñón de engrane B; va mandada por el núcleo e, que por su extremo opuesto termina en la placa D, montada en un casquillo aislante que impide su contacto eléctrico con el núcleo. Esta placa puede establecer el circuito entre los bornes E y F, de los cuales, el E se une al borne positivo de la batería mediante un cable conductor de gran sección, y al F se conecta el extremo de toma de corriente de las bobinas del estator. Todo el conjunto se mantiene en la posición representada en la figura, gracias a la acción del muelle G.

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o Fig.3.32.

El paso de una corriente eléctrica por la bobina H del relé, produce el desplazamiento del núcleo e hacia la derecha, venciendo la acción del muelle antagonista G, con 10 que la placa

96

MOTOR DE ARRANQUE CON ACCIONAMIENTO POR RELE

D establece el contacto entre los bornes E y F. Como este contacto se efectúa un poco antes

de que el núcleo acabe su recorrido, el resto del mismo es absorbido por el muelle J, evitándose así los posibles falsos contactos de la placa con los bornes. Sobre un estriado helicoidal del eje del rotor, se monta la parte interior M de la rueda libre K, que se une a la exterior por el sistema de rampas y rodillos conocido. El piñón de engrane B, forma cuerpo con la parte exterior de la rueda libre K. El muelle N, va sujeto por la izquierda a la parte interior M de la rueda libre, y por la derecha, al anillo 0, al que a su vez, abraza la palanca A por su extremo inferior, que termina en forma de horquilla para este fin. De esta manera, el desplazamiento del núcleo hace que la palanca A empuje al anillo O hacia la izquierda, que, a su vez y por mediación del muelle N, produce el deslizamiento del piñón de engrane hacia ese mismo lado. Si en este movimiento los dientes del piñón coinciden con los huecos entre los dientes de la corona del volante de inercia, se produce el engrane entre ambos; pero si, por el contrario, los dientes del piñón tropiezan con los de la corona, se produce la compresión del muelle N, pues el movimiento del núcleo a la derecha hace que el anillo O sea empujado por la palanca A hacia la izquierda, que a través del muelle N empuja al piñón B. Como éste no puede moverse por hacer tope con los dientes de la corona, el muelle se comprime, permitiendo que el núcleo e pueda seguir desplazándose hasta que la placa D efectúe el contacto entre los bornes E y F, momento en el cual, la corriente que llega al borne E desde la batería, puede pasar al interior del motor de arranque, cuyo rotor se pone a girar y con él se produce el giro del piñón B, cuyos dientes encuentran ahora los huecos de la corona del volante de inercia. Con esto, el muelle N se distiende, haciendo engranar al piñón totalmente. Al ponerse en marcha el motor de combustión, el piñón permanece engranado mientras el relé esté accionado; pero la rueda libre impide que el piñón de engrane transmita al rotor el elevado giro que le comunica el motor de combustión. Cuando se desconecta el interruptor de arranque, regresa el piñón de engrane a la posición de reposo, empujado por el muelle N, manteniéndose en esa posición a pesar de las vibraciones del motor ya en marcha. En la Fig. 3.33 se ha representado el esquema eléctrico correspondiente a este motor, en el que puede verse que el relé lo forman dos bobinas: la de retención A, conectada entre la entrada de corriente y masa, y la de accionamiento B, conectada entre la entrada de corriente y el borne F, que se une a la conexión para las bobinas del estator. Cuando se acciona el interruptor de arranque 1, pasa corriente por ambos arrollamientos sumándose sus fuerzas de atracción. Cuando se cierran los contactos E y F, el arrollamiento de accionamiento queda en cortocircuito y el núcleo móvil queda sujeto por la fuerza de atracción desarrollada por el arrollamiento de retención.

Fig.3.33.


El funcionamiento del sistema es el siguiente: Cuando se acciona el pulsador 1, la corriente pasa desde la batería hasta las bobinas A y B, yendo desde la A a masa, cerrando circuito con el negativo de la batería, y desde la B al borne F y de aquí a las bobinas del estator, escobilla positiva, bobinas del rotor, escobilla negativa y masa, cerrando el circuito con la masa de la batería. La mayor cantidad de corriente pasa por este circuito último, puesto que su resistencia eléctrica es menor, debido a que la bobina B es de hilo grueso y pocas vueltas, mientras que la A, es de hilo fino y muchas vueltas. El paso de esa corriente por las bobinas A y B, crea un campo magnético que hace desplazarse al núcleo e hacia la derecha y, en consecuencia, el piñón entra a engranar con la corona del volante de inercia y la placa D establece el contacto entre los bornes E y F. La corriente que llega al motor de arranque por la bobina B, no es suficiente para que el motor se ponga a girar, ya que su intensidad es pequeña (debido a la resistencia de la bobina B) y el campo magnético creado en las bobinas del estator y las del rotor, es insuficiente para producir el giro de este último; pero con esta disposición se favorece la formación más rápida del campo magnético inductor, con lo que el inicio del giro del motor resulta más regular y rápido. Cuando la placa D cierra los contactos E y F, la corriente procedente de la batería pasa a través de ellos hasta el interior del motor de arranque. Como este circuito ofrece muy poca resistencia, la corriente es elevada y suficiente para que el campo magnético creado haga girar al rotor. En estas condiciones, la bobina B del relé queda en cortocircuito y por ella deja de pasar corriente; sin embargo, por la bobina A sigue pasando una corriente, que es suficiente para que el campo magnético creado mantenga al núcleo e desplazado. Si se suelta el pulsador 1, deja de pasar corriente por la bobina A y, en estas condiciones, desaparece el campo magnético creado por ella, con lo cual, el núcleo e vuelve a su posición de reposo, obligado por el correspondiente muelle. De esta manera, la placa D separa los contactos E y F, con lo que deja de pasar corriente al interior del motor y, por tanto, el rotor deja de girar. Con este mismo movimiento del núcleo, el piñón de engrane se retira de la corona del volante de inercia. Al volver el núcleo a su posición de reposo, tira de la palanca correspondiente haciendo retroceder al piñón de engrane, que se retira de los dientes de la corona del volante de inercia. 3.9.

SISTEMA REDUCTOR

El esfuerzo que necesita realizar un motor de arranque para poner en marcha el motor del vehículo, es indudablemente elevado, ya que ha de vencer la resistencia que oponen todos los órganos móviles del motor de combustión, particularmente estando fríos. El motor de arranque deberá proporcionar el par necesario para vencer estas resistencias y hacer girar al motor de combustión a una velocidad suficiente para que pueda realizarse el arranque sin ninguna dificultad. Estas características determinan la potencia del motor de arranque, así como la capacidad de la batería que ha de proporcionarle la corriente eléctrica necesaria para su funcionamiento. Se comprende, por tanto, que cuanto mayor sea el motor del vehículo y más grande su potencia, habrá de disponerse un motor de arranque que dé un mayor par de arrastre, lo que supone, generalmente, hacerlo de mayor tamaño. Para aumentar el par proporcionado por un motor de arranque, sin que su tamaño se haga excesivo, en algunos casos se emplea un sistema reductor, cuya característica principal reside en que el rotor no arrastra directamente al piñón de engrane, sino a través de un dispositivo reductor que permite aumentar las revoluciones del rotor, obteniendo un mayor par en el piñón, que gracias a la reducción efectuada gira a menos velocidad que el rotor. En la Fig. 3.34 se ha representado este sistema, en el que puede verse que el eje del rotor 21 termina en el piñón 12, que engrana exteriormente con los piñones planetarios 13, que, a

98

CARACTERISTICAS DE LOS MOTORES DE ARRANQUE

su vez, lo hacen con la corona 11, la cual va fija a la carcasa del motor de arranque por medio de los tetones 9. Los piñones 13, van montados locos en un eje alojado en los huecos del anillo 14, que forma cuerpo con el eje 18, en el que va labrado el estriado 15, donde se monta el piñón de engrane.

11

Fig. 3.34.

Constituido así el sistema, el giro del rotor 21 es transmitido por el piñón 12 a los piñones 13, haciéndoles rodar sobre la corona 11 (que se mantiene anclada) y, por tanto, el eje 18 es arrastrado con la correspondiente reducción de giro. Por consiguiente, se produce un aumento del esfuerzo de rotación, con el que puede vencerse una mayor resistencia del motor de combustión.

3.10. CARACTERISTICAS DE LOS MOTORES DE ARRANQUE

En la gama de motores de arranque convencionales, como el representado en las Figs. 3.11 y 3.12, existe una gran variedad de modelos que utilizan básicamente la misma estructura y similares componentes, aunque cada uno de ellos presente sus peculiares características, en base a la potencia que se quiere conseguir y la implantación en un determinado motor de combustión. La Fig. 3.35 muestra el despiece y posición de ensamble de los componentes de un motor de arranque convencional con accionamiento por relé. Se trata, en este caso, de un motor de arranque tetrapolar, cuyas bobinas del estátor están devanadas en serie, tomando corriente del correspondiente borne del relé a través del conector 1, mientras que el otro extremo del devanado se une en 2 a la escobilla positiva 3, aislada eléctricamente de masa, en tanto que la negativa 4 toma masa en el propio portaescobillas 5. Ambas escobillas resultan accesibles desde el exterior, retirando el zuncho 6.

Fig.3.35.

99


El rotor apoya en su montaje en cojinetes de bronce emplazados en ambos extremos. Su juego axial está impuesto por las arandelas de reglaje 7 en el lado del colector y por las 10 en el lado de accionamiento. El piñón de engrane 8 tiene limitado su desplazamiento hacia adelante por el casquillo de tope 9 y es movido por la palanca de accionamiento 13, fijada a la carcasa delantera 11 por medio del pasador 12. Por su extremo superior, la palanca de accionamiento 13 acopla en el núcleo móvil 14 del relé 15, que a su vez se fija a la carcasa delantera. La Fig. 3.36 muestra otro modelo de motor de arranque que presenta una disposición de componentes similar al anterior; pero su peculiaridad más importante es la inclusión del sistema reductor 1, emplazado en el extremo delantero del rotor 2, cuyo piñón engrana directamente con los satélites del reductor, en tanto que la corona queda fijada en la carcasa delantera por un anclaje de tetones. Por detrás del sistema reductor se monta una placa retén 3 que impide el paso de la grasa de que va impregnado el conjunto hacia la zona del rotor y las bobinas del estátor.

Fig.3.36.

En algunos casos, el sistema reductor está formado simplemente por una pareja de piñones, como en el caso del motor representado en la Fig. 3.37, donde puede verse que el rotor queda apoyado por su extremo delantero en la semicarcasa 1, de manera que el piñón 2 quede excéntrico con respecto a ella, para engranar con otro piñón más grande dispuesto en el conjunto 3 del piñón de engrane, que a su vez queda alojado en la carcasa 1 por su extremo posterior y en la carcasa delantera 4 por el anterior.

Fig. 3.37.

100

MOTOR DE ARRANQUE COAXIAL

En la Fig. 3.38 se muestra otro modelo de motor de arranque, donde puede verse el especial diseño del devanado del estátor para disposición de cuatro polos. Las bobinas no se arrollan sobre cada una de las masas polares, como es tradicional, sino que las espiras pasan entre los polos, como muestra la figura. El rotor tiene también una configuración especial en cuanto a la implantación del colector sobre él se refiere. En este caso, el colector ocupa una posición axial en vez de radial y sobre él apoyan las escobillas, que a su vez están alojadas axialmente en la carcasa trasera. El portaescobillas está totalmente aislado de masa y dos de las escobillas forman el borne de entrada, pasando la corriente de ellas directamente al rotor, del que sale la corriente a las otras dos escobillas, conectadas a la entrada del devanado del estátor, cuyo extremo opuesto se une a masa en la carcasa. En el conexionado descrito, el borne de salida del relé 7 se conecta mediante el cable 6 al borne de entrada 1 del motor, al que se unen dos escobillas 5, mientras las otras dos están conectadas a las bobinas del estator 12.

1. Tuercas y arandelas del terminal. 2. Plato de extremo del colector. 3. Alojamiento de escobillas. 4. M uelles de escobillas. 5. Esco billas. 6. Enlace por conector de solenoide a arrancador. 7. Unidad de solenoide. 8. Muelle de retorno. 9. Palanca de acoplamiento. 10. Tornillo polar. 11. Pieza polar.

12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21.

Bobinas de campo. Conexión de campo a tierra. Retén de goma. Compresa de goma para polvo. Tapa guardapolvo de goma. Pasador de pivote. Fiador de sujeción. Tornillos de sujeción de alojamiento (2). Casquillo de cojinete. Alojamiento del extremo de transmisión.

22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. 31. 32.

Fiador en «C». Collarín de empuje. Conjunto de transmisión. Alojamiento principal (carcasal· Inducido. Arandela de empuje. Tornillos de sujeción del plato de extremo del colector (2). Casquillo de cojinete. Plato de empuje. Fiador de estrella. Tapa guardapolvo.

Fig.3.38.

3.11.


En los grandes motores térmicos, la resistencia a vencer en el momento del arranque es importante y por ello precisan de la utilización de un motor de arranque de gran potencia, capaz de hacerlos girar al régimen adecuado para obtener su puesta en funcionamiento. De otra parte, el esfuerzo a que están sometidos los dientes del piñón de engrane o los de la misma corona del volante de inercia, podrían dañar a cualquiera de ellos si el engrane no se realiza con suavidad. 101


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Fig.3.39.

102


Las especiales características que deben reunir los motores de arranque empleados en estos motores térmicos, las cumplen los llamados coaxiales, en los cuales, el giro se hace lento al principio del arranque, cuando mayor es la resistencia a vencer y, posteriormente, aumenta cuando ya el motor térmico ha alcanzado un determinado número de revoluciones y el esfuerzo necesario para moverlo se hace menor. En la Fig. 3.39 se ha representado uno de estos motores de arranque, donde puede apreciarse que el relé ha sido incorporado en su interior coaxialmente respecto al rotor, de cuyo hecho proviene su nombre de motores coaxiales. Este relé está provisto de dos juegos de contactos y una resistencia, además de los mecanismos encargados de la entrada en funcionamiento del segundo de los juegos de contactos y del enclavamiento del piñón de engrane. Cuando se acciona el pulsador de arranque, pasa corriente a la bobina del relé 6, cuyo campo magnético desplaza al núcleo 43 hacia adelante, hasta hacer tope con el soporte 5. Este movimiento hace que el piñón 46 engrane parcialmente con los dientes de la corona y, a la vez, produce el cierre del primer juego de contactos 7, que permite el paso de corriente al motor a través de la resistencia 40, lo que produce el giro del rotor, que es lento porque la corriente de alimentación del motor le llega a través de una resistencia, que provoca una caída de tensión. El giro del rotor obliga al piñón a desplazarse sobre su hélice, puesto que al estar engranado parcialmente con la corona no puede girar. En este recorrido, la cazoleta 10 tropieza con el trinquete 41, que cierra el segundo juego de contactos 42, en cuyo momento queda en cortocircuito la resistencia y, por ello, la corriente de alimentación del motor pasa a él directamente y el giro del rotor se hace rápido. Al desplazarse el piñón hacia adelante, arrastra consigo al muelle 9 junto con el casquillo 38 y bolas 8, que llegadas a los alojamientos del eje del rotor, se enclavan en ellos quedando allí bloqueadas por el casquillo de cierre 38, impidiendo el retroceso del piñón. Si se deja de accionar el pulsador de arranque, cesa la corriente del relé y su núcleo se vuelve a la posición inicial, debido a la acción del muelle interior, con lo cual, se abren los dos juegos de contactos y se empuja al casquillo de cierre 38 hacia atrás, con lo que las bolas quedan libres, desenclavando el piñón del eje del rotor. De este modo, debido al muelle 2 y al giro de la corona del volante del motor, el piñón es lanzado hacia atrás produciéndose el desengrane. Si en el momento del engrane los dientes del piñón tropiezan con los de la corona, el piñón permanece estacionario contra ella, con lo cual el rotor se desplaza hacia atrás venciendo la acción del muelle 34 por intentar girar el rotor. Cuando se suelte el pulsador de arranque, el muelle 34 empuja al rotor a su posición normal, pero ahora el piñón de engrane ha girado lo suficiente para que en un nuevo intento se produzca el engrane. En la Fig. 3.40 se ha representado el esquema correspondiente a este motor, en el que puede verse que al accionar el pulsador de arranque, se produce el cierre de los contactos del primer piso, debido a la acción del relé. La corriente de alimentación pasa en este caso al interior del motor a través de la resistencia y, por ello, el giro del rotor es lento. Cuando es accionado el trinquete que retiene los contactos del segundo piso, éstos se cierran, poniendo en cortocircuito la resistencia y estableciendo un paso directo para la corriente de alimentación, con lo cual, el rotor gira -más rápido que en la ocasión anterior. De esta manera se consigue que el arrastre del motor del vehículo por parte del motor de arranque se efectúe en dos tiempos: primero, lentamente venciendo la inercia que ofrece, y luego rápidamente hasta conseguir su puesta en marcha. Los esfuerzos sufridos por el motor de arranque quedan así suavizados, con el consiguiente beneficio para su buen funcionamiento. 103


Contactos segundo piso

r=::;=====!::::===;~ Contactos primer piso

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Dr------t Fig.3.40.

3.12. MOTORES DE ARRANQUE CON INDUCIDO DESLIZANTE Al igual que los motores de arranque coaxiales, este tipo de motores se emplea en vehículos dotados de motores térmicos de mediana y gran potencia (como el caso de los Diesel), donde los esfuerzos a vencer son importantes y es necesario conseguir un engrane suave del piñón con la corona. El movimiento axial del piñón para engranar con la corona, lo ocasiona aquí directamente el inducido (de ahí el nombre de motor de arranque con inducido deslizante), sobre cuyo eje va montado fijo el piñón de engrane, tal como se representa en la Fig. 3.41. Para permitir el deslizamiento axial del inducido al mismo tiempo que su giro, el colector es más largo de lo habitual. Este motor de arranque va provisto de tres devanados en el estator, debidamente escalonados, que son responsables del deslizamiento axial del inducido. En la Fig. 3.42 se muestra el esquema de este mismo motor con los elementos en posición de reposo. Puede verse la situación de los devanados, llamados respectivamente, auxiliar, de retención y serie. Los devanados auxiliar y de retención funcionan en la etapa de engrane del piñón, mientras el devanado de serie lo hace en la segunda etapa. Para la transmisión del movimiento del rotor al piñón, se utiliza en estos motores un embrague de discos, que al mismo tiempo hace la función de rueda libre. En el esquema de la Fig. 3.42 no se ha representado el embrague para mayor claridad del dibujo. En la posición de reposo, el inducido se encuentra desplazado a la derecha por la acción del muelle recuperador representado en la Fig. 3.41, que va alojado en el interior del tambor, el cual se encuentra algo desplazado rspecto al campo magnético del estator, con lo que el piñón no está engranado con la corona del volante de inercia. 104

Tornillo del orificio de engrase

Embrague de discos

Zapata polar

Inducido

Borne

Tapa protectora

Relé de mando

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Gatillo del bloqueo

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Carcasa polar

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Resorte de escobilla

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Relé de mando Devanado de retención

Inducido

Puente basculante

Interruptor de arranque

Devanado

Zapata polar

Disco de Gatillo de e disparo bloqueo

Muelle recuperador

Fig. 3.42.

Cuando se acciona el interruptor de arranque, la corriente entra a la bobina del relé por el borne 50 (Fig. 3.42), produciendo el desplazamiento de su núcleo, el cual cierra el contacto entre el puente basculante y el borne 30, sin que todavía dicho puente toque en el contacto inferior. La corriente de la batería pasa entonces desde el contacto 30 al puente basculante y de aquí a los devanados auxiliar y de retención. Del último de ellos la corriente sigue a masa cerrando circuito con el negativo de batería, y del primero llega a la escobilla positiva y bobinas del rotor, saliendo por la negativa a masa para cerrar el circuito (Fig. 3.43, fase A).

Fig. 3.43.

Los campos magnéticos creados en estator y rotor, producen el desplazamiento de este último hacia la izquierda, como si se tratase del núcleo de un relé, al mismo tiempo que comienza a girar a poca velocidad. El desplazamiento del inducido, a su vez, produce el engrane parcial del piñón en la corona, con lo que ésta es arrastrada aunque a poca velocidad. Cuando el piñón ha engranado con la corona dentada y avanzado hasta encontrarse casi en su posición total de engrane, el inducido se ha desplazado hacia la izquierda en tal medida, que el disco de disparo dispuesto en el extremo del colector, eleva el gatillo de bloqueo, con lo que el puente basculante bloqueado en la primera etapa de conexión, puede apoyarse ahora en el contacto inferior. De este modo, el devanado auxiliar queda ahora en cortocircuito y la corriente pasa desde el contacto inferior del puente basculante al devanado serie y, a través de la escobilla positiva, al rotor (Fig. 3.43, fase B). 106

TENSION NOMINAL Y POTENCIA DE LOS MOTORES DE ARRANQUE

Por ser este devanado de menor resistencia eléctrica, la corriente que lo atraviesa es de mayor intensidad y el campo magnético creado es más potente, con lo cual, el inducido gira más rápidamente. El devanado de retención, por el cual sigue pasando corriente, ayuda al de serie a mantener el desplazamiento del inducido a pesar de la oposición del muelle de retención. Cuando el conductor del vehículo suelta el interruptor de arranque, después de haberse puesto en marcha el motor de combustión, deja de pasar corriente al relé, con lo cual, su núcleo retrocede, separándose el puente basculante del contacto inferior y del borne 30, por lo que tanto el estator como el rotor no reciben corriente y el muelle recuperador desplaza al inducido hasta su posición de reposo, dejando al mismo tiempo de girar. Al tener lugar el desengrane, el gatillo de bloqueo, sometido a la acción de un muelle, es empujado nuevamente a la posición de bloqueo primitiva, con lo que el siguiente proceso de arranque podrá realizarse nuevamente en dos etapas. Cuando se realiza el arranque, desde que el motor de combustión se pone en marcha hasta que el conductor suelta el interruptor de arranque, transcurre un tiempo, durante el cual, el rotor tiende a ser arrastrado por la corona del volante que ahora gira más deprisa que él. Esto lo impide el sistema de embrague de que va provisto el inducido actuando de rueda libre. Otra de las misiones de este embrague es la de limitar a un cierto valor máximo el par transmitido por el inducido al piñón, a fin de evitar golpes con los dientes de la corona en la primera fase del arranque. Para realizar esta función, los discos de fricción que forman el embrague (Fig. 3.41) van unidos unos a la carcasa exterior del mismo, que forma parte del inducido, mientras los otros lo hacen a la carcasa interior del mecanismo, que forma parte del eje al cual se une de manera rígida el piñón. Así pues, el piñón de engrane con su eje y el inducido, son independientes y están unidos cinemáticamente por los discos de fricción del embrague, que se intercalan unos entre otros, manteniéndose aprisionados entre sí por la acción de un mecanismo de tuerca de gran paso (no representada en la figura) cuando es el inducido el que arrastra al piñón de engrane; mientras que los deja en libertad, permitiendo la independencia del giro, cuando es el piñón de engrane el que gira más deprisa. La adherencia de los discos de fricción limita el par máximo que puede transmitir el inducido al piñón de engrane y, por tanto, a la corona del volante de inercia.

3.13. TENSION NOMINAL y POTENCIA DE LOS MOTORES DE ARRANQUE Generalmente, los motores de arranque actuales están proyectados para funcionar a 12 V, aunque también son frecuentes, sobre todo en vehículos de gran potencia, los de 24 V. Es importante que la tensión disponible en los bornes del motor de arranque sea suficientemente grande, es decir, que entre la batería y el motor de arranque no se produzca ninguna caída de tensión inadmisiblemente elevada, pues si ocurre esto, el motor de arranque no puede rendir la potencia que se le solicita. Los conductores eléctricos, por oponer una resistencia al paso de la corriente, provocan una caída de tensión. Como la resistencia de un conductor depende de su longitud y de su sección y la primera de ellas no se puede reducir en la instalación eléctrica de un automóvil, debe ponerse un conductor de la mayor sección posible para evitar una caída de tensión excesiva, que unida a la fc.e.m. propia del motor de arranque, haría que la tensión aplicada en el momento del arranque, fuera insuficiente para provocar el giro a velocidad conveniente para que el arrastre del motor de combustión fuese el adecuado. Se comprende que por esta causa, el cable de alimentación del motor de arranque debe ser de gran sección para evitar caídas de tensión, pues por él ha de pasar una gran intensidad de corriente en el momento del arranque. Se admite generalmente una caída de tensión del 2,5 % en el cable. 107


Además de conductores de sección demasiado pequeña, la causa de una caída de tensión excesiva puede constituirla también un contacto eléctrico defectuoso entre las diversas partes que componen la instalación (bornes, terminales, etc.), pues como es sabido, en estos casos aparece una «resistencia de contacto» adicional. La potencia eléctrica desarrollada por un motor de arranque se calcula multiplicando la tensión nominal aplicada por la intensidd de corriente que pasa por él. Esta potencia la deter-

minan la clase de motor de combustión interna (de gasolina o Diesel), la cilindrada, el número de revoluciones necesario para el arranque del motor de combustión, temperatura límite ambiente, etc. Con estos parámetros, el constructor establece la potencia necesaria del motor de arranque para cumplir su función. En la instalación eléctrica de un vehículo, entre el motor de arranque y la batería, existe una relación esencial (así como entre la batería y el generador). El motor de arranque solamente puede rendir la potencia prevista, si se dispone de una batería de capacidad y curva característica de tensión en descarga adecuadas y, por supuesto, en buen estado de carga. La tensión en los bornes de la batería decrece notablemente al suministrar las elevadas corrientes que solicita el motor de arranque. La capacidad de la batería es, pues, de gran importancia para la potencia del motor de arranque y, por esta causa, a cada potencia corresponde una determinada capacidad mínima de la batería a emplear.

Además de los factores antes citados, la potencia rendida realmente por un motor de arranque, depende también en gran medida de la temperatura ambiente. Al bajar ésta, aumenta la potencia necesaria para -el arranque del motor. Simultáneamente decrece empero la potencia del motor de arranque, por aumentar la resistencia interior de la batería. 3.14. INSTALACION, UTILIZACION y MANTENIMIENTO DE LOS MOTORES DE ARRANQUE

El motor de arranque está emplazado en el bloque motor (Fig. 3.44), adosado a la envolvente del embrague, de manera que su piñón de engrane entre en el dentado de la corona del volante motor, a la que transmite movimiento en el momento de la maniobra de arranque. La fijación se realiza normalmente con tres tornillos, como muestra la figura, aunque en algunos casos se dispone también un sistema de fijación trasera, como se muestra en la Fig. 3.45 que sujeta la parte trasera de la carcasa del motor de arranque al propio bloque motor, impidiendo todo movimiento lateral en las maniobras de arranque, cuando el par a transmitir es elevado.

Fig.3.44.

108

INSTALACION, UTILIZACION y MANTENIMIENTO DE LOS MOTORES DE ARRANQUE

Fig. 3.45.

Cuando se realiza el montaje del motor de arranque sobre el motor del vehículo, deberán efectuarse las siguientes comprobaciones: a)

El frente de la brida de fijación del motor de arranque debe hacer un perfecto asiento sobre la envolvente de la corona del volante de inercia, de forma que exista un correcto paralelismo entre los ejes del piñón de engrane y la corona. De esta forma, el engrane entre ambos se realizará sin golpes ni sacudidas.

b)

Los dientes de la corona deben estar en perfecto estado de conservación, sin deformaciones ni rugosidades o desgaste excesivo, que impidan el suave deslizamiento axial del piñón de engrane.

e)

El piñón de engrane, en su posición de reposo, debe quedar a cierta distancia de la corona del volante de inercia, que es variable de unos motores a otros. En ningún caso quedará lo suficientemente próxima para que haya contacto entre ambos, pues se producirían ruidos y desgastes debidos al rozamiento.

d)

Deberá efectuarse una revisión de todas las conexiones del circuito de arranque, incluidos los bornes de la batería, asegurándose que no existen falsos contactos que producirían caídas de tensión excesivas.

En cuanto a utilización se refiere, durante la operación de puesta en marcha del motor de combustión, no debe mantenerse conectado ininterrumpidamente el motor de arranque durante más de diez segundos. Antes de ponerle a funcionar de nuevo, deberá hacerse una pausa de al menos treinta segundos, a fin de que la batería pueda recuperarse. Si el motor de combustión no arranca al cabo de algunos intentos, es indicio de que existe alguna avería en él y toda otra tentativa de arranque será en vano y ocasionará el agotamiento de la batería. En estos casos, procede realizar una comprobación adecuada. En general, es aconsejable desembragar el motor de combustión cuando se intenta el arranque con temperaturas ambiente bajas. En ningún caso se intentará el arranque estando

109


puesta una velocidad, ni cuando el motor de combustión esté en marcha. Actualmente los vehículos están dotados de un interruptor de arranque (llave de contacto), que impide accionar el motor de arranque estando el motor de combustión en marcha. Con ello se evita el deterioro de los dientes del piñón de engrane o de la corona. En cuanto a mantenimiento periódico se refiere, no es necesario prestar una vigilancia especial al motor de arranque durante su servicio, aunque es aconsejable realizar inspecciones periódicas del mismo. La frecuencia de las mismas depende de las condiciones de servicio exigidas. Como el motor de arranque se encuentra colocado en un espacio poco accesible, pocas atenciones de mantenimiento podrán ser realizadas sin desmontarle del vehículo, por cuya causa deben aprovecharse las ocasiones en las que, debido a cualquier motivo ajeno al motor de arranque (reparación del motor de combustión, etc.), sea fácilmente accesible para su observación. Previamente a cualquier operación de mantenimiento, deberá desconectarse el acumulador para evitar posibles cortocircuitos fortuitos durante la manipulación, al tocar con las herramientas en los bornes con corriente directa. En los casos que se tenga acceso a las escobillas sin gran dificultad, debe examinarse si las mismas se encuentran en perfecto estado. Después de quitar la tapa protectora, 10 más conveniente es levantar con un gancho al efecto, el muelle que empuja a la escobilla contra el colector; luego se comprobará si el desgaste es excesivo, si se mueven con facilidad dentro del portaescobillas y si el muelle tiene suficiente fuerza. El conjunto de escobilla y portaescobilla debe estar limpio y sin restos de grasa. La operación de limpieza, si fuese necesaria, puede realizarse soplando con aire comprimido. El colector debe presentar una superficie uniformemente lisa y exenta de polvo y grasa. En caso necesario debe realizarse una limpieza del mismo. Se comprobará igualmente que las tuercas de fijación de los terminales están bien prietas y éstos perfectamente limpios. Los cojinetes de apoyo del eje del rotor suelen ser autoengrasadores, por 10 que no necesitan ser engrasados; sin embargo, en algunos casos, existen orificios apropiados para el engrase, fácilmente 10ca1izables. Dicho engrase se realizará con aceites apropiados. Si no se dispone de los mismos, puede emplearse el mismo aceite del motor.

3.15.

VERIFICACION DEL CIRCUITO DE ARRANQUE

En la maniobra de puesta en marcha del motor de combustión, cuando al accionar el sistema de arranque no se consigue el funcionamiento del motor de arranque, o éste no arrastra al de combustión a la velocidad adecuada, el defecto suele radicar en el motor de arranque, aunque no siempre es ésta la causa de la anomalía. Una batería en mal estado, por ejemplo, puede dar lugar igualmente a este incidente. En general, ante una situación de funcionamiento irregular del sistema de arranque, deberá procederse a la verificación del correspondiente circuito, para tratar de localizar cuál es el componente defectuoso (batería, interruptor, motor de arranque, cableado, etc.) para proceder seguidamente a su desmontaje y reparación. Si al accionar la llave de contacto no se pone en marcha el motor de arranque, la avería suele estar localizada en el circuito de arranque, el relé o el propio interruptor, que deberán verificarse antes de proceder a 110


su desmontaje y reparación. Por lo contrario, cuando el motor de arranque gira sin arrastrar al de combustión, la avería suele radicar en el sistema de engrane, y si el arrastre se produce pero a una velocidad muy lenta, el defecto suele estar en el motor de arranque o en la batería. ASÍ, pues, en la verificación del sistema de arranque, se procederá en función del típo de incidente detectado, debiendo comenzar con una prueba del estado de la batería. Teniendo encendidas las luces de carretera, se acciona el interruptor de arranque y el motor debe funcionar arrastrando al de combustión. En estas condiciones, si las luces oscurecen su brillo hasta casi apagarse, es indicio de que el defecto está en la batería que se encuentra descargada o flojas sus conexiones de bornes. Si las luces continúan con su brillo normal y el motor no gira, es muy probable que exista una interrupción en el circuito o en el propio motor de arranque. Si al tocar con la mano en bornes o conexiones se observa calentamiento de los mismos estando el motor de arranque en marcha, es síntoma de que existen caídas de tensión debidas a contactos defectuosos en estos bornes o terminales, que habrán de ser verificadas. Conectando un voltímetro entre los bornes de la batería como indica la Fig. 3.46, al accionar el motor de arranque debe producirse su funcionamiento normal y la lectura del voltímetro debe ser superior a 10 V, pues de lo contrario es síntoma de que la batería no está totalmente cargada o existe un cortocircuito en el motor de arranque.

+

Fig. 3.46.

Si el resultado de esta primera prueba es satisfactorio, conectaremos el voltímetro como indica la Fig. 3.47, es decir, entre el borne positivo de batería y la entrada de corriente al motor de arranque. Al accionar éste, la lectura del voltímetro deberá ser inferior a 0,5 V, pues en caso contrario indica que existen caídas de tensión excesivas en el circuito, debidas a contactos defectuosos en el mismo, que deberán ser subsanadas. Seguidamente se conectará el voltímetro como indica la Fig. 3.48, entre los bornes del contactor del relé. La lectura del voltímetro al accionar el arranque debe ser cero o muy próxima a dicho valor, pues de lo contrario indica que la conexión del contactor del relé no es buena y deberá procederse a la sustitución del mismo. Las caídas de tensión en el circuito de arranque pueden producirse en otros puntos del mismo, como son todos aquéllos de conexión entre bornes y terminales, que en caso de funcionamiento irregular del circuito deben ser comprobados. La Fig. 3.49 muestra en esquema los puntos a verificar en el circuito de arranque.

111


Fig. 3.47.

Fig. 3.48.

Conectando las puntas de prueba del voltímetro en 1, entre el borne positivo de batería y masa, al accionar el motor de arranque la lectura debe ser superior a 10 V, lo que indica el buen estado de la batería. A continuación conectaremos una punta del voltímetro al borne positivo de batería y la otra al terminal conectado a este borne, como se ve en 2 de la misma figura. La lectura debe ser cero, cualquiera que sea la tensión de la batería. Si la aguja del voltímetro sufre alguna desviación, indica un mal contacto entre el borne y el terminal. La misma prueba se realiza en el borne negativo, como se ve en 3. Los resultados deben ser los mismos. Si el voltímetro se conecta entre el terminal de masa y la parte metálica donde se sujeta, como se ve en 4, la lectura debe ser la misma que en los casos anteriores. En la posición 5, la aguja del voltímetro debe marcar menos de 0,1 V cuando se accione el motor de arranque. En caso contrario, indicaría un mal contacto entre los bornes del relé. El voltímetro conectado en la posición 6, deberá marcar la misma tensión que en la posición 1 cuando se accione el motor de arranque; en caso de que marque cero, indica que no llega corriente al relé y, por tanto, no puede funcionar el motor de arranque. Esto puede ocurrir porque el cable esté cortado o el interruptor en mal estado. En cualquiera de los casos, probaremos con el voltímetro o una lámpara, conectándola en las posiciones 7 y 8. Si la lámpara luce en la posición 7, es que hasta allí llega corriente; si no luce, es que el cable hasta la batería está cortado. 112


4

7

2

3

Fig. 3.49.

En la posición 8, si luce al accionar el interruptor, indica que éste se encuentra en buen estado y, por tanto, el cable desde el interruptor hasta el relé está cortado. Si no luce, indica que el interruptor está en mal estado. Si las pruebas 7 y 8 se hacen con un voltímetro, las lecturas deben ser las mismas que en la posición 1. Cuando todas estas pruebas dan un resultado positivo, la instalación está bien y la avería se encuentra en el motor de arranque, que hay que desmontar del vehículo para su comprobación. Una vez desmontado, antes de proceder al despiece, se prueba con una batería, poniendo el terminal negativo de la misma a la carcasa del motor y el positivo a la entrada de corriente de los contactos A (Fig. 3.50). Al hacer un puente desde A a B, se acciona el relé y el motor debe funcionar.

Fig.3.50.

Si no funciona al hacer esta prueba, se coloca el positivo de la batería a la salida de los contactos C, manteniendo el negativo a masa. Si funcionase de esta manera el motor de arranque, es que la avería está en el relé; pero si tampoco funciona aSÍ, hay que proceder a su despiece para comprobar todos sus órganos aisladamente. Las averías que pueden encontrarse son de tipo mecánico o eléctrico. Para localizar las mecánicas, es muy importante observar detenidamente los componentes al mismo tiempo que se desmontan, aun antes de proceder a su limpieza y durante ella misma. En muchos casos, la avería se detecta de esta forma. 113


En las intervenciones que se realicen sobre los motores de arranque o cualquier otro componente del equipo eléctrico del automóvil, es conveniente tener presente las normas dadas por el fabricante referidas a procesos de montaje y desmontaje, así como los datos y valores de las verificaciones y controles a realizar. En caso de no disponer de los correspondientes manuales de servicio, pueden seguirse con carácter general las normas y datos que indicaremos. Una vez despiezado el motor de arranque, se procederá a la inspección, limpieza y verifide cada componente.

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3.16.

VERIFICACION y CONTROL DEL INDUCIDO

En la verificación de este componente, se comienza por realizar una limpieza del mismo, empleando un paño humedecido en gasolina, secando después con aire a presión. Durante la operación de limpieza se efectúa una inspección de las partes metálicas, a fin de detectar deformaciones, desgastes, roturas, o cualquier otra anomalía de tipo mecánico, para realizar posteriormente las verificaciones oportunas que detecten las averías de tipo eléctrico. En cuanto a la parte mecánica se refiere, se pondrá especial cuidado en controlar los extremos del eje que apoyan en sendos cojinetes, no debiendo presentar huellas de desgastes excesivos, que serían causa de un giro descentrado del inducido, produciéndose el roce del tambor contra las expansiones polares, con el consiguiente calentamiento de ambas partes, que produce el cortocircuito en sus bobinas, pues llega a deshacerse el barniz aislante del hilo conductor, estableciéndose el contacto eléctrico y, por tanto, el cortocircuito entre las espiras. Otra causa de giro descentrado del inducido y roce de su tambor con las expansiones polares, es que se encuentre torcido el eje. Para comprobarlo, se sujeta el inducido entre puntas por los dos extremos del eje y se hace girar (Fig. 3.51). Mediante un comparador aplicado a la periferia del tambor, puede detectarse si efectivamente el eje está torcido.

Fig. 3.51.

Debe también inspeccionarse el estriado donde acopla el piñón de engrane, que no debe presentar huellas de golpes ni desgastes excesivos, motivos éstos que implican el cambio del inducido por otro nuevo. En cuanto al colector se refiere, la superficie exterior del mismo debe estar limpia, sin rayaduras, grietas, ni otros defectos. Cuando se encuentra un desgaste excesivo o rayaduras profundas, puede procederse a una mecanización del mismo mediante una operación de torneado, teniendo presente que el diámetro del colector al final de la operación, no debe ser inferior a 3 mm, del diámetro nominal. Una vez finalizada la operación de torneado, debe procederse a un rebaje de los aislantes de mica entre las delgas (Fig. 3.52), de manera que no haya posibilidad de roce de ellas contra las escobillas, pues el desgaste de éstas se acentuaría en exceso debido a la dureza del material. Generalmente se rebajan hasta una profundidad de un milíme114

VERIFICACION y CONTROL DEL INDUCIDO

Fig.3.52.

tra. Es imperativo realizar una limpieza escrupulosa después de efectuadas estas operaciones. Por último, deben inspeccionarse las soldaduras de los conductores activos al colector, que deben encontrarse en perfecto estado, sin que ninguno de ellos se encuentre levantado. Por 10 que se refiere a comprobaciones de tipo eléctrico, deberán verificarse: la continuidad de las bobinas, el cortocircuito y las derivaciones a masa. La continuidad de las bobinas se controla utilizando un aparato llamado «zumbador» o «roncador», que no es más que un gran electroimán (Fig. 3.53), sobre el que se coloca el inducido apoyado en el tambor. El paso de corriente por el comprobador produce un campo magnético, cuyas líneas de fuerza atraviesan el tambor. Conectando un amperímetro entre dos delgas consecutivas, tal como indica la Fig. 3.54, se va girando el inducido hasta obtener la lectura máxima en su escala, cuyo valor debe ser igual para todas las medidas realizadas con todas las delgas consecutivas. Una lectura más baja que las demás, indica que no existe continuidad en la bobina conectada a las delgas en prueba. La interrupción suele estar localizada casi siempre en la soldadura de las bobinas al colector.

Fig.3.53.

115


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---~ Fig.3.54.

El cortocircuito se comprueba también en el zumbador, para lo cual, se coloca una lámina o cuchilla metálica sobre la superficie del tambor, siguiendo su eje de giro y de forma que ocupe la posición más alta (Fig. 3.55). Manteniendo la cuchilla en esa posición, se va girando lentamente el inducido. Si en algún momento se produce una vibración de la cuchilla, es que existe un cortocircuito en el bobinado, o en las mismas delgas del colector.

Fig.3.55.

Las derivaciones a masa se detectan con un comprobador de aislamiento, llamado también «lámpara serie», que no es más que una lámpara conectada en serie a la red de alumbrado. La verificación se realiza (Fig. 3.56) conectando una punta de prueba al colector (cualquier delga) y la otra a masa (eje o tambor). La lámpara no debe encenderse, 10 cual indica un perfecto aislamiento de las bobinas y el mismo colector con respecto a masa. Esta verificación puede realizarse también con un óhmetro, conectado de manera similar a la reseñada. Un valor cero de lectura indica que existe derivación y un valor infinito es síntoma de buen aislamiento. 116

VERIFICACION y CONTROL DEL ESTATOR

...... 300Y

Fig.3.56.

3.17. VERIFICACION y CONTROL DEL ESTATOR Al igual que en el inducido, se comienza por realizar una limpieza del conjunto de bobinas y expansiones polares, inspeccionando al mismo tiempo estos componentes por si existen defectos puramente mecánicos, poniendo especial cuidado en comprobar que no estén partidos los hilos de conexión entre bobinas y que el encintado aislante de las mismas se encuentre en buen estado. Igualmente se comprobará el blocaje a fondo de los tornillos de fijación de las expansiones polares y que gira libremente el inducido en el interior de éstas. Al montar las expansiones polares, es importante asegurarse de la limpieza y ausencia de irregularidades en la cara de asiento de la carcasa, pues un mal posicionamiento provocará el roce con el tambor del inducido, con los inconvenientes que esto conlleva. En lo que respecta a verificaciones eléctricas, se comprobará la continuidad, derivaciones a masa y cortocircuitos. Conectando una lámpara en serie con una batería (Fig. 3.57), cuyas puntas de prueba se aplican a los dos extremos de las bobinas, la lámpara debe encenderse. Si no ocurre así es que no hay continuidad, es decir, está interrumpido el circuito en algún punto.

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I Fig.3.57.

Fig. 3.58.

117


Las derivaciones a masa se comprueban con la serie, tal como muestra la Fig. 3.58. Conectando una punta de pruebas a masa y la otra al borne de entrada o salida de corriente, la lámpara debe permanecer apagada. Si se enciende, indica que hay derivación a masa del circuito en algún punto. Es de hacer notar que en algunos motores de arranque, el devanado del estator va conectado a masa directamente en uno de sus extremos, como ya se ha dicho. En estos casos, la verificación de continuidad se realiza como indica la Fig. 3.59, es decir, conectando uno de los bornes de batería a masa y el otro, a través de lámpara, a uno de los terminales de escobilla. En estas condiciones, el encendido de la lámpara indica continuidad. En este mismo caso, para verificar las posibles derivaciones a masa, es preciso soltar esta conexión de la carcasa.

Fig. 3.59.

3.18.

PRUEBA DEL CONJUNTO TAPA DE ESCOBILLAS

Se comprobará que no existen roturas, deformaciones ni cualquier otro defecto que impida el giro centrado del inducido. Asimismo, deberán inspeccionar se los portaescobillas, que no deben estar deformados y permitirán el suave deslizamiento de las escobillas en su interior. Los portaescobillas positivos deberán estar aislados de masa, 10 cual se comprobará con la serie, poniendo una punta de pruebas en contacto con el portaescobillas y la otra a masa (Fig. 3.60). La lámpara no debe lucir. En caso de hacerlo, indica que existe una derivación a masa en el portaescobillas. Las escobillas no deben presentar roturas parciales de ningún tipo ni desprendimientos de material y el asiento sobre el colector debe ser correcto. Su longitud mínima admisible debe ser tal que no se oculten en el interior del portaescobillas. Téngase en cuenta que a medida que se desgastan, el muelle que las aplica contra el colector queda más destensado y, por tanto, ejerce menor fuerza sobre ellas. En caso de defectos en alguna de ellas, es conveniente cambiarlas todas. Los muelles deben encontrarse en perfecto estado y la presión ejercida sobre las escobillas debe ser la especificada por el fabricante. En caso de no disponer de datos, esta presión oscila entre 2 y 3 kg. Este valor se mide con un dinamómetro tal como indica la Fig. 3.61. Si los valores obtenidos no son correctos, deberá procederse a la sustitución de los muelles por otros nuevos.

118

VERIFICACION DE LA CARCASA-SOPORTE DELANTERA Y SUS COMPONENTES

-300V

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) -- -------Fig.3.60.

/ Fig. 3.61.

3.19. VERIFICACION DE LA CARCASA-SOPORTE DELANTERA Y SUS COMPONENTES

Se comprobará que no existen fisuras ni deformaciones en la carcasa, lo que sería motivo de sustitución de la misma. Igualmente, en los casos de motores de arranque con sistema de reducción, deberá inspeccionarse el mismo, comprobando el buen aspecto de la corona y piñones planetarios, que no deben presentar desgastes ni roturas. Se pondrá especial atención en la superficie de trabajo de los dientes, que debe estar lisa, sin presentar síntomas de gripado, rebabas, desgastes, etc. En caso de anomalías debe cambiarse el conjunto. En cuanto al piñón de engrane, sus dientes no deben presentar deformaciones ni desgastes o desconchados en su superficie de trabajo. Las acanaladuras del interior del mismo, que sirven para su deslizamiento en el eje del inducido, no deben presentar deformaciones, desgastes o cualquier otra anomalía que dificulte su buen deslizamiento. Igualmente se comprobará el funcionamiento de la rueda libre, que debe permitir el giro del piñón de engrane en un sentido, pero no en el contrario. Sujetando con una mano la rueda libre y con la otra el piñón, como muestra la Fig. 3.62 se imprime a éste un movimiento de rotación en los dos sentidos. En uno de ellos debe producirse arrastre, mientras en el otro se dará un giro en vacío. En caso de anomalías en el conjunto rueda libre-piñón de engrane, deberá cambiarse el conjunto. Si la avería encontrada consiste en desgaste o rotura de los dientes del piñón de engrane, es conveniente revisar la corona del volante del motor, pues es muy posible que se encuentre también deteriorada. También debe comprobarse el estado de la horquilla de mando del piñón de engrane, que no debe presentar roturas ni deformaciones. En especial se comprobará que los brazos A (Fig. 3.63) acoplan perfectamente sobre el plato de empuje B del piñón. 119


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Fig.3.63

Fig.3.62.

Ya con el motor de arranque montado, se comprobará en la prueba de funcionamiento, antes de proceder a su montaje en vehículo, que el desplazamiento del piñón es correcto (hasta su tope) y la holgura axial del eje del inducido es inferior a 2 mm.

3.20.

VERIFICACION Y CONTROL DEL RELE DE ARRANQUE

Deberá inspeccionarse el aspecto mecánico del relé, que no debe presentar golpes ni deformaciones, al igual que debe ocurrir con la horquilla de accionamiento unida a él. En cuanto al núcleo se refiere, debe deslizarse sin dificultad ni agarrotamientos parciales. En la posición de reposo, el muelle de recuperación debe mantener el núcleo contra su tope de final de recorrido. Las verificaciones a realizar en sus bobinas son similares a las descritas para el inductor o el rotor, es decir, se comprobarán la continuidad, derivaciones a masa y cortocircuitos en cada una de las bobinas. Comenzaremos las pruebas eléctricas conectando el borne positivo de una batería (tensión igual a la nominal del motor de arranque) al borne de accionamiento A del relé, a través de un amperímetro (Fig. 3.64). El borne B del relé (donde van conectados el final de la bobina de

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Fig.3.64.

120

PRUEBA DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE ARRANQUE

accionamiento y la toma de corriente para las inductoras), se unirá a masa mediante un puente. El borne negativo de la batería se une también a masa. En estas condiciones, debe producirse el desplazamiento del núcleo y la corriente medida por el amperímetro no debe ser superior a 35 A (a título informativo). Si la intensidad de corriente supera este valor, indica que alguna de las bobinas se encuentra en cortocircuito y, en este caso, se procederá a comprobarlas por separado, conectando la batería y el amperímetro entre los extremos de cada una de las bobinas, tal como muestra la Fig. 3.65. Los consumos obtenidos así deben ser inferiores a 25 A para la bobina de accionamiento y 10 A para la de retención. Valores superiores a éstos indican cortocircuitos.

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Fig.3.65.

Si no se observa desviación de la aguja del amperímetro al realizar estas pruebas, es indicio de que no hay continuidad en la bobina verificada, 10 cual puede también comprobarse con la serie. Para comprobar las derivaciones a masa, se utiliza la serie, siendo imperativo desconectar de masa el final de la bobina de retención. Una vez efectuada esta operación se conecta una punta de pruebas en el borne de entrada y la otra a masa, no debiendo encenderse la lámpara. Estando accionado el relé como se detalló en la primera prueba, al conectar una lámpara entre el borne e y masa (Fig. 3.64), debe encenderse, indicando que hay buen contacto entre la placa de cierre y los bornes de accionamiento del relé. En esta prueba debe soltarse la conexión a masa del borne B cuando está accionado el relé.

3.21. PRUEBA DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE ARRANQUE Después de la limpieza, verificación de componentes y reparación si procede de los mismos, se realiza la operación de montaje y armado, durante la cual deben tenerse en cuenta las instrucciones dadas al efecto por el constructor, teniendo especial cuidado en efectuar los ensambles de los componentes sin golpearlos o forzarlos en absoluto y, al mismo tiempo, impregnando las piezas móviles en grasa o aceite en los lugares sometidos a roces o giros. Finalizado el armado del motor, deberá comprobarse su correcto funcionamiento antes de montarlo en el vehículo. Ello se realiza conectando una batería y amperímetro como indica la Fig. 3.66. En estas condiciones, debe producirse el desplazamiento del relé y subsiguiente giro del motor, indicando el amperímetro un consumo adecuado, que en los motores de arranque actuales para aplicación a turismos debe ser inferior a 50 amperios (giro en vaCÍo del motor). Seguidamente se conectará el positivo de batería al terminal 50 del relé y el negativo al terminal e del mismo y a masa, como muestra la Fig. 3.67. En estas condiciones debe producirse el desplazamiento del relé, arrastrando al piñón de engrane hasta el tope de su 121


recorrido, 10 cual debe ser comprobado visualmente. Al soltar la conexión del terminal e, manteniendo la del negativo de batería a masa, debe mantenerse el desplazamiento del relé y al soltar esta última conexión el núcleo del relé debe regresar a su posición de reposo. Terminal 50

Fig. 3.67.

Fig.3.66.

En algunos motores de arranque, este desplazamiento del piñón está limitado a un cierto valor específico A (Fig. 3.68), que debe ser comprobado, comparándolo con la especificación. Si el valor no es correcto, puede ser regulado por medio del tornillo 2 emplazado en el eje móvil del relé 1, al cual se accede retirando la tapa correspondiente de este lado.

Fig.3.68.

122

PRUEBA DEL MOTOR DE ARRANQUE SOBRE BANCO

3.22.


Una vez armado el motor, antes de montarlo en el vehículo, es conveniente efectuar una prueba de funcionamiento del mismo, tal como ya se describió; pero si se dispone de banco de pruebas, es recomendable realizar las pruebas en él. En la Fig. 3.69 puede verse uno de los modelos de bancos de pruebas empleados. En un soporte apropiado, se coloca el motor de arranque 5 bien sujeto por las cadenas que lleva el banco al efecto, posicionándolo de tal forma que el piñón de engrane no roce con la corona del volante del banco estando en posición de reposo y en la correspondiente a marcha, engrane con ella de una forma similar a como 10 hace en el vehículo.

Fig.3.69.

Debe tenerse presente que los módulos del piñón de engrane y la corona del banco, deben corresponderse. A tal efecto, existen en el banco coronas de distintos módulos para montar la apropiada al motor de arranque que se prueba. Una vez fijado el motor de arranque, se realizan las conexiones de forma similar a como se efectúan en vehículo (cables 2 y 3 para alimentación del motor y el relé respectivamente). En la Fig. 3.70 puede verse el esquema de conexiones, siendo el pulsador P el correspondiente al 4 de la Fig. 3.69, que da corriente al cable 3 conectado a las bobinas del relé. En estas condiciones, se efectúa una primera prueba, haciendo girar al motor de arranque en vacío accionando el pulsador 4. El engrane del piñón debe realizarse de una manera correcta y el giro debe ser regular y sin ruidos anormales. Estando el motor en marcha, se tomarán lecturas de la intensidad de corriente en el amperímetro (Fig. 3.70) situado en el panel principal del banco (que no recoge la Fig. 3.69) Y del régimen de giro marcado por el tacómetro 123


del banco, situado también en el panel principal. Los valores obtenidos deben corresponderse con los dados por el fabricante. En caso de no disponer de datos, pueden tomarse a título orientativo los siguientes: de 5.000 a 7.000 r.p.m. y de 30 a 50 A para una tensión aplicada de 12 V, todo ello en motores de arranque de mediana potencia.

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Fig. 3.70.

La segunda prueba consiste en blocar la corona del banco, a fin de comprobar cuáles son el par y consumo máximos que da el motor de arranque. Así, pues, se procede a blocar la corona y accionar el motor de arranque durante unos segundos (los necesarios para efectuar la lectura). La intensidad de corriente no debe ser superior a 400 A Yel par dado será superior al 90% de lo especificado (generalmente entre 0,65 y 1,25 mkg). Puede realizarse una tercera prueba simulando las condiciones de funcionamiento en vehículo. Para ello se acciona el motor de arranque y se va frenando poco a poco la corona del banco hasta que el régimen de giro sea el correspondiente al de arranque en vehículo (entre 150 y 250 r.p.m.). La intensidad acusada por el amperímetro debe ser inferior a los 2/3 de la corriente obtenida a par blocado y el par obtenido ahora será superior a la mitad del obtenido en la prueba anterior. Una vez finalizadas estas pruebas, si los resultados obtenidos son correctos, puede procederse al montaje del motor de arranque en vehículo, con la garantía de que funcionará correctamente.

124


Cuadro sinóptico de averias (Circuito de ,arranque) SINTOMAS

PRUEBAS A REALIZAR

REMEDIOS

Batería descargada.

Verificar con el comprobador de baterías.

Cargar la batería,

Bornes de batería flojos u oxidados o conexiones deficientes.

Comprobar caídas de tensión en el circuito,

Limpiar los bornes o conexiones defectuosos.

La batería no toma carga con la debida rapidez.

Placas sulfatadas por descarga muy intensa.

Medir la densidad del electrólito.

Dar a la batería una carga de formación o sus tituirla.

La batería pierde carga con el tiempo.

Cortocircuito en la in stalación eléctrica o algún componente.

Intercalar un amperímetro a la salida de corriente de batería (borne positivo) asegurándose que todos los mandos e interruptores están en posición de reposo.

Localización y reparación del cortocircuito.

Capacidad insuficiente por desprendimiento de materia activa.

Efectuar una prueba de capacidad.

Sustitución de la batería.

Circuito de mando del relé interrumpido.

Prueba de este circuito con voltímetro o lámpara.

Reparación del circuito.

Cortocircuito o derivaciones a masa en el relé.

Prueba del relé con la «serie» y con la batería.

Sustitución del relé.

Bornes de batería sue1tos, flojos o en mal estado.

Comprobar caídas de tensión.

Limpiar los bornes o conexiones defectuosos.

Batería totalmente descargada.

Verificación de la batería.

Cargar batería.

Interruptor de arranque (llave de contacto) en mal estado.

Comprobar con lámpara de pruebas si llega y sale corriente de los bornes correspondientes.

Reparar defecto de conexiones o sustituir el interruptor.

Bobinas del inducido o del estador cortadas.

Verificación con la «serie» y el zumbador.

Reparación o cambio del componente defectuoso.

Escobillas desgastadas en exceso o muelles defectuosos.

Inspección de ambos.

Suciedad o deformación en portaesco billas que impiden el contacto de las escobillas con el colector.

Inspección.

Limpieza del conjunto.

Derivaciones a masa en el inducido, inductor, portaesco billas, etc.

Verificación de los componentes con la «serie».

Sustitución del componente defectuoso.

Las luces pierden brillo cuando se acciona el motor de arranque,

El motor de arranque no funciona ni se oye el desplazamiento del relé.

El motor de arranque no gira pero se oye el desplazamiento del relé.

CAUSAS POSIBLES

Sustitución.

125


SINTOMAS

CAUSAS POSIBLES

PRUEBAS A REALIZAR

El motor de arranque gira pero lo hace con mucha dificultad.

Batería parcialmente descargada.

Verificar con comprobador en descarga.

Cargar batería.

Mal contacto entre bornes y terminales. Formación de sales.

Comprobar caídas de tensión en bornes.

Limpiar bornes y terminales.

Contacto deficiente en bornes del relé.

Comprobar caídas de tensión en bornes del relé.

Limpiar o sustItUIr los bornes del relé.

Agarrotamiento parcial del inducido por suciedad, desgaste de cojinetes, etc.

Verificar que la tensión de alimentación es correcta.

Desmontar, limpiar y verificar el conjunto.

Cortocircuito o derivación a masa del inducido o del estador.

Verificación individual de los componentes.

Reparación o sustitución del componente defectuoso.

Escobillas desgastadas o poca presión de los muelles.

Verificación de muelles y escobillas.

Sustitución de la pieza defectuosa.

Piñón de engrane o corona con dientes rotos.

Desmontaje y comprobación

Sustitución del componente defectuoso.

Horquilla de mando del piñón de engrane rota o deformada.

Desmontaje y comprobación.

Sustitución.

Rueda libre en mal estado.

Desmontaje y comprobación.

Sustitución.

Piñón de engrane no desplaza lo suficiente.

Desmontar y comprobar.

Efectuar reglaje.

Interruptor de arranque no desconecta.

Verificar que al soltarle vuelve a su posición de reposo cortando la corriente.

Sustitución del interruptor.

N úc1eo del relé agarrotado parcialmente o mueHe de recuperación roto.

Desmontar relé y comprobar.

Sustituir el relé.

Muelle recuperador roto.

Desmontar y verificar.

Sustituir

Suciedad entre el piñón de engrane y el estriado del eje.


Limpieza de componentes.

Desgaste excesivo en dientes del piñón de en" grane o la corona del volante.


Sustitución de las piezas defectuosas.

Holgura del eje del inducido en sus cojinetes o falta de engrase de los mismos.


Sustitución o limpieza y engrase del componente defectuoso.

El motor gira en vacío.

El motor de arranque continúa funcionando después de soltar el interruptor.

El piñón de engrane no retrocede con rapidez.

Rumorosidad excesiva del motor de arranque.

126

REMEDIOS

4 Circuito de carga. Dinamo

4.1.

CIRCUITO DE CARGA

La energía eléctrica necesaria para abastecer a los componentes del equipo eléctrico de un automóvil, puede ser suministrada por la batería de acumuladores; pero si no se dispone de otra fuente de energía, la batería llegará a agotarse con el uso que de ella se hace. Para mantenerla en perfecto estado de funcionamiento se emplea el circuito de carga, que tiene la misión de proporcionar energía eléctrica a la batería y a todos los órganos del vehículo que la necesiten. Para ello cuenta con los siguientes elementos: Un generador, capaz de producir energía eléctrica; un regulador, encargado de regular la corriente eléctrica que se produce como consecuencia de la energía aplicada; un amperímetro o una lámpara testigo, para conocer en todo momento si el generador produce energía; y, por último, la batería, que es la misma empleada en los demás circuitos. En la Fig. 4.1 se representa el circuito eléctrico de carga; G, es el generador; R, el regulador; A, el amperímetro; B, la batería; y, L, la lámpara testigo de carga. R

Al arranque

L

Fig.4.1.

La energía eléctrica producida por el generador, está controlada por el regulador, pasando de aquí, a través del amperímetro, una parte a la batería, donde queda almacenada, y otra a los circuitos eléctricos que estén en funcionamiento en ese momento. De esta manera se mantiene siempre la batería cargada. El circuito de carga de un automóvil es, pues, la central eléctrica encargada de proporcionar la energía necesaria a todos los componentes eléctricos del vehículo para su funcionamiento. En este circuito, el generador empleado puede ser una dinamo o bien un alternador. Cualquiera de ellos recibe movimiento del propio motor del vehículo transformando en energía eléctrica la cinética recibida. 127


En la Fig. 4.2 puede verse cómo la dinamo recibe movimiento del motor de combustión por un sistema de poleas y correa trapezoidal, que le proporciona un giro de 1 a 1,5 veces el del motor. Asimismo, puede verse el sistema de fijación al bloque motor, señalado con las flechas, el cual permite el tensado de la correa.

Fig.4.2.

Como puede observarse en esta figura, la correa de seCClOn trapezoidal se aloja en las gargantas de las poleas, a las que se ajusta perfectamente sin que exista resbalamiento entre ellas. La misma correa da movimiento en este caso a la bomba de agua, situada en la parte superior de la figura. El regulador va sujeto a la carrocería del vehículo en un lugar cercano al generador, puesto que ambos deberán ir conexionados por medio de la instalación eléctrica. Los generadores utilizados en los automóviles (dinamo o alternador), deben ser de peso y tamaño reducidos. En su fabricación se pone especial cuidado para que sus elementos giratorios resistan adecuadamente los efectos de la fuerza centrífuga y del calor que en ellos se produce, siendo este último disipado por una corriente de aire forzada por un ventilador que llevan incorporado.

4.2.

INDUCCION ELECTROMAGNETICA

El fenómeno de la inducción electromagnética fue descubierto por Faraday en 1830, llegando a demostrar que, cuando un conductor se mueve dentro de un campo magnético cortando líneas de fuerza, se engendra en él una fe.m., que es directamente proporcional al flujo cortado, e inversamente proporcional al tiempo empleado en hacerlo.

Numerosas experiencias demuestran este fenómeno. Supongamos un imán de barra N-S colocado frente a una bobina formada por una sola espira, cuyo circuito está cerrado por el galvanómetro G, tal como se indica en la Fig. 4.3. Si se va acercando el polo N a la bobina, a medida que disminuye la distancia entre ambos, se comprueba que el galvanómetro acusa un paso de corriente a su través. Esta corriente se llama inducida y tiene el sentido marcado en la figura. Si se aleja el imán de la bobina, se obtiene una corriente inducida de sentido contrario. Los mismos efectos se observan si en lugar de aproximar o alejar el imán a la bobina, es ésta la que se mueve acercándose o alejándose del imán. Cambiando la polaridad del imán, el sentido de la corriente en la bobina es contrario al obtenido en el caso anterior. 128

INDUCCION ELECTROMAGNETICA Galvanómetro

Is

t

-

I«I,'·M--

Imán permanente en herradura

Fig.4.4.

Fig.4.3.

Moviendo un conductor rectilíneo (Fig. 4.4) de arriba a abajo y de abajo a arriba, en el seno de un campo magnético, cortando perpendicularmente las líneas de fuerza, observamos desviaciones de la aguja del galvanómetro en uno y otro sentido, lo que prueba la existencia de una d.d.p. entre los extremos del conductor, cuyo signo depende del sentido de movimiento de éste y, gracias a la cual, se obtiene la corriente inducida. Si dejamos fijo el conductor dentro del campo magnético o lo desplazamos paralelamente a las líneas de fuerza, la aguja del galvanómetro permanece inmóvil, lo cual indica que no aparece d.d.p. entre los extremos del conductor. Siempre que el conductor no corte líneas de fuerza, no se obtiene fe.m. inducida. La f.e.m. inducida en un conductor rectilíneo que se desplaza sumergido en un campo magnético, perpendicularmente a él es: F.e.m.

H·l·v

= 1()"8 voltios

siendo H la intensidad del campo magnético en gauss; 1, la longitud del conductor que está dentro del campo, expresada en centímetros; y v, la velocidad con que se mueve expresada en mis. En la Fig. 4.5 se ha representado un conductor colocado perpendicularmente al campo magnético y que se mueve paralelamente a sí mismo siguiendo una trayectoria circular de radio r y con una velocidad tangencial V.

Fig.4.5.

129


El conductor corta las líneas de fuerza con una velocidad vn' componente perpendicular al campo de la velocidad tangencial v, pues la componente vy es del mismo sentido que el campo y en este movimiento el conductor no corta líneas de tuerza. Así pues, sólo se produce corte de líneas de fuerza por la componente vn cuyo valor es: Vn

= v sen

e

Cuando el conductor (que se está moviendo) ocupa la posición B, la f.e.m. inducida es:

F.e.m. =

Hlv sen 108

e

Si la velocidad angular del conductor es w , teniendo en cuenta que

v = w·r tendremos:

F.e.m.

=

Hlwr sen 10 8

e

Atendiendo al valor del ángulo e, tendremos que, en el punto A, e = 0°, con 10 cual, sen e = O, de donde resulta que la f.e.m. inducida es nula. Efectivamente, en el entorno del punto A, la componente vn es nula y el conductor no corta líneas de fuerza, pues v y vp se confunden en este punto y el conductor se mueve paralelamente a las líneas de fuerza. En el punto e, e = 90° Y sen e = 1, de 10 que resulta que la f.e.m. inducida es máxima. En el entorno de este punto, vn se confunde con v y el conductor no tiene componente vp y el corte de líneas de fuerza es máximo. Mientras el conductor recorre la media circunferencia de la izquierda de la figura, la f.e.m. inducida va en aumento desde A hasta e y luego en disminución hasta D. Desde aquí hasta E aumenta nuevamente y luego disminuye hasta A. Como el seno de e es negativo a partir de D, pues el ángulo e es mayor de 180°, la f.e.m. inducida a partir de aquí es de signo negativo, es decir, tiene sentido contrario al que tenía hasta que el conductor llega al punto D.

4.3.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LA DINAMO

Como ya se ha visto, todo conductor que gira en un campo magnético, induce fe.m. La energía eléctrica producida por las dinamos se obtiene por la aplicación de este principio. En las Figs. 4.6 y 4.7 se representa un conductor dentro del campo magnético uniforme formado por los imanes N-S. Cuando ocupa la posición A, no corta ninguna línea de fuerza, pues está fuera del campo magnético; pero si 10 hacemos girar siguiendo la circunferencia de trazos marcada en la figura, a medida que avanza desde la posición A a la B, la cantidad cortada es cada vez mayor. 130


N

Fig.4.6.

N

Fig.4.7.

Por existir una variación en la cantidad de líneas de fuerza cortadas por el conductor desde la posición A hasta la B, se induce una fe.m. en él, cuya dirección se determina por la regla de Flemming o regla de la mano derecha, según la cual, poniendo los dedos índice, pulgar y medio de manera que formen entre sí ángulos de noventa grados, el índice indica el sentido del campo magnético, el pulgar el del movimiento del conductor y el medio el de la f.e.m. inducida. Por lo tanto, en la Fig. 4.6, la f.e.m. inducida viene hacia nosotros. En la posición A, el conductor no ha cortado líneas de fuerza, por lo que la f.e.m. inducida es cero, que representamos en el gráfico de la Fig. 4.8. Cuanto más se desplaza el conductor acercándose a la posición B, más líneas de fuerza corta, con lo cual, la f.e.m. inducida va siendo mayor, hasta que el conductor ocupa la posición B, donde el corte de líneas de fuerza es máximo y, por tanto, la f.e.m. inducida es máxima también, lo que representamos igualmente en el gráfico de la Fig. 4.8. Si continúa girando el conductor, desde la posición B hasta la C cortará cada vez menos líneas de fuerza y, en la posición C, no corta ninguna. Ha habido, pues, una variación en la cantidad de líneas de fuerza cortadas y, como consecuencia, hay f.e.m. inducida. Esta f.e.m. se va reduciendo conforme el conductor se acerca a la posición C, pues la cantidad de líneas de fuerza cortadas es menor en esta posición. En el gráfico puede observarse que la f.e.m. va en disminución. El sentido de esta f.e.m. cuando el conductor pasa de la posición B a la Ces, según la regla de la mano derecha, el mismo que antes. Si el conductor sigue girando para ir de la posición C a la D, pasará de no cortar ninguna línea de fuerza a cortar muchas; por lo tanto, también hay f.e.m. inducida; ésta va aumentando a medida que el conductor se acerca a la posición D, pero según la regla de la mano derecha, el sentido de esta f.e.m. es contrario. Ahora va hacia adentro de la figura. La f.e.m. ha cambiado de dirección. En el gráfico se representa este cambio de sentido. 131


Fem.

B

Cero

~~---------'-----------+A-----rpm

Fig.4.8.

Desde la posición D, donde el conductor corta muchas líneas de fuerza, pasa a la A, donde no corta ninguna, por lo que la f.e.m. inducida va en disminución y el sentido de ésta (según la regla de la mano derecha) es el mismo que en el caso anterior (véanse las Figs. 4.6 y 4.7). En consecuencia, por girar el conductor dentro de un campo magnético, ha inducido una fe.m., que ha ido en aumento durante el primer cuarto de vuelta, después en disminución hasta completar media vuelta y, a partir de aquí, cambia de sentido en el tercer cuarto de vuelta hasta llegar a un valor máximo y, en el cuarto de vuelta último va disminuyendo otra vez. Si se conecta un galvanómetro entre los extremos del conductor, se verá que su aguja sufre una desviación cada vez mayor a medida que el conductor se va acercando a la posición B. En el segundo cuarto de vuelta, la aguja del galvanómetro se desvía cada vez menos, hasta quedar en cero cuando el conductor ocupa la posición C. Desde aquí la aguja se desvía en sentido contrario, indicando que la f.e.m. cambia de sentido, hasta marcar el máximo cuando el conductor ocupa la posición D. Desde esta posición, la aguja va marcando cada vez menos hasta llegar a cero cuando el conductor ocupa la posición A. La fe.m. inducida en este conductor es, por tanto, alterna, pues cambia de sentido periódicamente.

Es imprescindible que el conductor no deje de moverse, pues si se para, cualquiera que sea su posición, no hay variación en la cantidad de líneas de fuerza cortadas (puesto que estando parado corta siempre las mismas) y, por tanto, no hay f.e.m. inducida. Consideremos ahora una espira que gira dentro de un campo magnético (Fig. 4.9). El lado A-B (si la espira gira a derechas) cortará cada vez más líneas de fuerza durante el primer cuarto

de vuelta, por lo que inducirá una f.e.m. que (según la regla de la mano derecha) tendrá el sentido B-A. El lado C-D también cortará cada vez más líneas de fuerza durante el primer cuarto de vuelta y la f.e.m. inducida tendrá el sentido de CaD. Por tanto, estas dos fe.m. se sumarán y, si colocamos un galvanómetro entre los puntos A y C, la corriente circulará por él en el sentido C-D-B-A y a través del galvanómetro hasta C. Esta corriente, pues, resulta mayor que en el caso de un solo conductor.

Cuando esta espira haya girado media vuelta, la corriente inducida en el lado A-B (si dicha espira sigue girando), tendrá un sentido contrario e irá de A a B. La inducida en el lado C-D tendrá una dirección de D a C y se sumará a la anterior. Por tanto, circulará una corriente en el sentido A-B-D-C, galvanómetro y A, cerrando el circuito. Para que se sumen las f.e.m. inducidas en los dos conductores de la espira, es necesario que mientras un conductor se desplaza por delante de un polo norte, el otro lo haga por delante de un polo sur. 132


N

Fig.4.9.

Si los dos conductores se desplazan por delante de un mismo polo, se anulan las dos f.e.m., puesto que serían del mismo sentido. La r.e.m. inducida en esta espira, es alterna y, por tanto, la corriente circula unas veces en un sentido y otras en el contrario. Esta corriente no puede utilizarse para cargar la batería. Para obtener corriente continua de una espira, se dispone un colector formado por dos medios anillos a los que se unen los extremos de la espira, tal como se representa en la Fig. 4.10. Cuando comience a girar esta espira, 10 harán con ella los medios anillos, pero no las escobillas, que permanecen quietas siempre en la misma posición.

N

Fig.4.10.

133


El lado A-B induce una f.e.m., así como el C-D; estas dos f.e.m. se suman. Cuando la espira haya girado media vuelta, habrá pasado la f.e.m. inducida de cero a un valor máximo y otra vez a cero y el sentido de la corriente será D-C-B-A, hasta el medio anillo 1, escobilla 4, galvanómetro G, escobilla 3, medio anillo 2 y D. La escobilla 4, por donde sale la corriente al exterior, se llama positiva y la 3, por donde entra a la espira, negativa. Cuando la espira haya girado media vuelta, el lado A-B ocupará la posición del C-D y éste la del anterior, por lo que al seguir girando, el lado A-B inducirá una f.e.m. de sentido contrario a la precedente, es decir, con sentido A-B y el lado C-D inducirá una f.e.m. con sentido de C a D; por consiguiente, la corriente inducida en esta segunda media vuelta circulará en el sentido A-B-C-D, delga 2 (que ha girado media vuelta con la espira y, por tanto, ocupa la posición que antes tenía la delga 1), escobilla 4, galvanómetro G, escobilla 3 y delga 1 (que ahora ocupa la posición de la 2) para cerrar el circuito en A. Mediante este sistema, aunque la corriente ha cambiado de sentido en los conductores que forman la espira, no ha sido así en el exterior, pues en todo momento circula en el sentido de las flechas, porque cuando un conductor cualquiera de la espira pasa por delante del polo sur, según el sentido de giro marcado en la figura, induce f.e.m. dirigida hacia la escobilla positiva, que no se mueve, y es por donde sale la corriente, mientras que el otro conductor se desplaza por delante del polo norte induciendo f.e.m. que se aleja de la escobilla negativa, que tampoco se mueve y, por tanto, se suma a la anterior. De esta manera, en el exterior hay una corriente continua, pero no continua pura, pues unas veces aumenta y otras disminuye de valor. El gráfico de esta corriente se da en la Fig. 4.11, donde se ve que la curva representativa no pasa por debajo de la horizontal, lo cual indica que la corriente no cambia de sentido. Fem

o rpm

Fig. 4.11.

Colocando otra espira a noventa grados de la anterior, como muestra la Fig. 4.12, el gráfico obtenido es el de la Fig. 4.13, que indica una corriente más continuada, pues solamente se toman los valores máximos de las dos curvas. Como puede apreciarse en la Fig. 4.12, la escobilla positiva solamente recogerá la corriente máxima de cada espira, pues pisa en la delga correspondiente cuando la espira ocupa una posición cercana al punto máximo de corte de líneas de fuerza, para pisar en la delga siguiente un momento después, cuando ocupa esta posición la otra espira y, por tanto, la f.e.m. inducida recogida es máxima. De esta explicación se deduce que cuantas más espiras se coloquen, más continua es la corriente inducida. Si en vez de espiras colocamos bobinas formadas por varias espiras, cada uno de los conductores (llamados conductores activos) inducirá una f.e.m., y la suma de todas ellas será la f.e.m. total inducida en la bobina. 134


.L..---ti"ir- - ,

1,--,',1 ~

N

Fig.4.12.

Fig. 4.13.

El inducido de la dinamo está formado por muchas bobinas y por eso es grande la f.e.m. inducida; pero estas bobinas no se conectan como hemos visto hasta ahora, porque en este caso solamente se aprovecha la f.e.m. inducida por una bobina cuando sus conductores activos pasan por delante de las masas polares. La f.e.m. inducida en las demás bobinas, aunque no sea máxima en ese momento, no se está aprovechando, y para evitarlo, se conectan todas las bobinas como indica la Fig. 4.14. De esta manera, se aprovecha la f.e.m. inducida en todas las bobinas en cualquier momento. En esta figura hemos representado las bobinas formadas por un conductor de ida y otro de vuelta. El inducido gira a derechas y, por tanto, en un momento determinado, los conductores 1, 2, 3 y 4, que se desplazan por delante del polo sur, inducen f.e.m. dirigida hacia adelante de la figura, lo que representamos por un punto; por el contrario, los conductores 5, 6, 7 y 8 se desplazan por delante del polo norte y la f.e.m. inducida en ellos está dirigida hacia atrás en la figura, lo que representamos por una cruz. La corriente inducida sale por la delga 3 hasta el galvanómetro, delga 1, conductor 6, conductor 1, delga 2, conductor 8, conductor 3 y delga 3, cerrando el circuito. De otra parte, la corriente que sale de la escobilla 3 y pasa por el galvanómetro hasta la delga 1, puede cerrar circuito por el conductor 7, conductor 4, delga 4, conductor 5, conductor 2 y delga 3. 135


s

N

5

4

Fig. 4.14.

Las f.e.m. inducidas en los conductores 7, 4, 5 Y 2 también se suman y la diferencia de potencial total, es la que existe entre las delgas 1 y 3. Por tanto, son dos las f.e.m. aplicadas en paralelo, por lo que la f.e.m. total de una dinamo es la de la mitad de sus conductores activos, es decir, la de una de sus vías. Una dinamo tiene tantas vías como caminos se pueden seguir desde la escobilla positiva hasta la negativa. La intensidad de corriente en cada una de las vías no es más que la mitad de la proporcionada por la dinamo a los circuitos exteriores.

Como vemos, en este caso se aprovecha la f.e.m. inducida en todos los conductores activos, en cualquier momento. En otra posición cualquiera del inducido, ocurre lo mismo, pues siempre hay conductores que se desplazan por delante del polo norte. mientras otros lo hacen por delante del polo sur.

4.4.

COMPONENTES DE LA DINAMO

La dinamo, en cuanto a estructura se refiere, es muy parecida al motor de arranque, aunque existe una diferencia esencial entre ambos; mientras el motor de arranque transforma la energía eléctrica que se le aplica en energía cinética, en la dinamo ocurre justamente lo contrario.

En la Fig. 4.15 puede verse una dinamo ensamblada, cuyo inducido apoya por sus dos extremos en cojinetes de bolas alojados en las tapas delantera y trasera. Al eje del inducido se acopla por un extremo la polea de arrastre que le da movimiento. Las bobinas inductoras van sujetas a la carcasa de manera similar a como ocurre en los motores de arranque. En el exterior de la carcasa hay dos bornes, uno de los cuales es el positivo (generalmente marcado D ó DIN) y el otro es el de alimentación (marcado F ó EXC). Así, pues, la dinamo está formada por los siguientes elementos: 136


Fig.4.15.

a)

Carcasa

Es la envoltura o cubierta exterior de la máquina; tiene forma cilíndrica y en su interior van sujetas mediante tornillos unas piezas (31) (Fig. 4.16) llamadas masas polares, que a su vez oprimen las bobinas planas (21) contra la carcasa. La carcasa es de hierro dulce, por ser este material muy magnético y lo mismo ocurre con las masas polares, que tienen la forma adecuada para recibir y sujetar a las bobinas, como puede verse en la figura. La carcasa tiene la doble misión de canalizar el flujo magnético y servir de soporte a las piezas polares, además de proteger a la máquina contra golpes, polvo, etc.

b)

Bobinas inductoras

Las bobinas (21) son arrollamientos de hilo de cobre alrededor de la masa polar. El conjunto de bobina y masa polar recibe el nombre de inductora, siendo éstas las que producen el campo magnético necesario para el funcionamiento de la dinamo, al ser atravesadas por parte de la corriente que ella misma produce. Las bobinas van arrolladas con cinta aislante para que no haya contacto eléctrico entre ellas y la parte metálica de la carcasa (masa). Cada inductora forma uno de los polos del imán, lo cual se consigue arrollando el hilo de la bobina en sentido contrario al de la otra inductora y conectándolas en serie. Según el número de polos, se dice que una dinamo es bipolar (dos polos), tetrapolar (tres polos) o hexapolar (seis polos). Las más usadas en los automóviles son las bipolares.

Al pasar una corriente eléctrica por las bobinas inductoras, éstas crean un campo magnético que queda reforzado por el núcleo (en este caso la masa polar). c)

Inducido

En él pueden distinguirse tres partes: eje, colector y tambor. El eje atraviesa todo el inducido y por sus extremos se apoya en sendos cojinetes, uno de bronce y otro de bolas, alojados en la tapa de escobillas y en la tapa trasera (38) (Fig. 4.16) respectivamente. 137


24

21

38

Fig.4.16.

El tambor va montado en el inducido haciendo contacto eléctrico con él. Está laminado en sentido perpendicular al eje y sus láminas, de chapa de acero al silicio, van prensadas unas contra otras. No se hace de una sola pieza porque el efecto de las corrientes parásitas o de Foucault lo calentaría. En las canales que forman estas láminas se alojan los conductores activos que forman las bobinas del inducido. Generalmente son de hilo de cobre con un revestimiento de esmalte para evitar el contacto eléctrico con el tambor, que, no obstante, se aisla también en sus ranuras por medio de un papel especial. El barniz con que se impregnan las láminas actúa como aislante para las corrientes parásitas, que por la disposición del bobinado del inducido tienen un sentido paralelo al eje. 138


El colector es un anillo de cobre troceado, formando delgas, aisladas entre sí por aislantes de mica. Va asimismo montado a presión en el eje, aislado también de él por mica. A las delgas del colector se unen las bobinas del inducido (que pasan por las ranuras del tambor), en la forma que se indica en la Fig. 4.17, o sea, en serie, uniendo el final de una bobina con el principio de la anterior. De esta forma, en cada delga hay dos conexiones: el principio de una bobina y el final de otra. Cada una de estas bobinas está formada por varios conductores de ida y varios de vuelta, llamados conductores activos.

Fig.4.17.

d)

Polea de arrastre

Una polea (34) da movimiento al inducido por mediación de una correa, que lo recibe de la polea delantera del cigüeñal. El inducido se apoya en dos cojinetes (24) y (37), que suelen ser de bolas el más próximo a la polea y de bronce poroso el más lejano. e)

Escobillas

Las escobillas 5, están fabricadas de carbón de retorta o antracita prensado y calentado a una temperatura de 1.200 oc. Se apoyan rozando contra el colector gracias a la acción de los muelles espiral 6, que se incluyen para hacer que la escobilla esté rozando continuamente contra el colector. El material con que están fabricadas las escobillas produce un roce suave equivalente a una lubricación (debida al grafito). f)

Tapas

La dinamo tiene dos tapas: delantera y trasera. Esta última lleva las escobillas y se llama también tapa portaescobillas; tiene además unos alojamientos donde se colocan las escobillas, que pueden ser dos o cuatro, según el tipo de dinamo. Si lleva cuatro, dos de ellos son positivos y están aislados de masa y otros dos son negativos y están en contacto con masa, es decir, van unidos a la parte metálica de la tapa portaescobillas. g)

Turbina

Además de la polea, hay una turbina (33) que sirve para refrigerar la dinamo. El aire pasa por unos orificios de la tapa delantera y recorre el inducido refrigerándolo. De esta manera 139


se evitan las temperaturas altas en exceso, tanto en el inducido como en las inductoras, que podrían destruir el aislamiento de los hilos conductores (esmaltado), con el consiguiente riesgo de cortocircuito. 4.5.

CLASES DE DINAMOS SEGUN SU EXCITACION

Según su excitación, las dinamos pueden ser: serie, derivación o shunt y compuesta. a)

Dinamo serie

En ésta, las inductoras son de hilo grueso y pocas vueltas. Como tienen una resistencia escasa, provocan poca caída de tensión. Se llaman serie porque las inductoras van conectadas en serie con el inducido. Su esquema eléctrico es el que se representa en la Fig. 4.18.

Fig. 4.18.

b)

Dinamo derivación

Recibe también el nombre de dinamo shunt. Las bobinas inductoras son de hilo fino y muchas vueltas; así, la corriente encuentra más facilidad para irse al circuito de utilización que para pasar a las inductoras, que van conectadas en derivación con el inducido. Es éste el tipo de dinamo que más se emplea en los automóviles. Su esquema es el de la Fig. 4.19.

Fig.4.19.

c)

Dinamo de excitación compuesta

También llamada mixta, es una combinación de la serie y la shunt. Hay dos clases de excitación compuesta: la corta y la larga. En las Figs. 4.20 y 4.21 se representan los dos tipos. Cuando en la excitación compuesta los arrollamientos van en sentido contrario, se llama diferencial y las fuerzas magnéticas se restan. 140


Fig.4.20.

Fig.4.21.

Todas estas dinamos son diferentes en cuanto a conexión eléctrica se refiere; pero en lo esencial funcionan de la misma manera. Cualquiera de ellas se abastece de corriente a sí misma; esta corriente es la que forma el campo magnético inductor y se toma de la que sale por la escobilla positiva como consecuencia de la f.e.m. inducida en los conductores activos del inducido. Atendiendo a la forma en que las inductoras reciben corriente, las dinamos derivación pueden dividirse en dos tipos: 1) Excitación a corriente y 2) excitación a masa. 1) Dinamo de excitación a corriente

El esquema correspondiente a este tipo de dinamo es el que se representa en la Fig. 4.22, donde puede verse que las inductoras toman corriente de la escobilla positiva y cierran el circuito a masa en el regulador, por medio de un sistema de conexión automática que éste establece (representado a trazos). La escobilla positiva se conecta al borne D y desde aquí, a través del regulador, por medio de conexión automática también, a los circuitos consumidores y a la batería.

ra---- ... I

I

I

I

D

Fig.4.22.

En las expansiones polares existe un cierto magnetismo remanente, pues están fabricadas de acero dulce, que conserva parte del magnetismo que adquieren cuando circula corriente por las bobinas. Así pues, cuando el inducido comienza a girar impulsado por el motor del vehículo, sus conductores activos van cortando las líneas de fuerza del campo magnético remanente, induciéndose en ellos una f.e.m., como consecuencia de la cual, aparece una d.d.p. entre las dos escobillas, que queda aplicada tanto a las inductoras, como a los circuitos exteriores y a la batería. 141


De esta manera, desde la escobilla positiva parte una corriente que circula por las bobinas inductoras y sale de la dinamo por el borne F, llegando hasta el regulador (borne F), de donde va a masa, cerrando el circuito con la masa de la escobilla negativa. Otra parte de corriente intenta salir del borne D de la dinamo, para ir a través del regulador a los circuitos consumidores conectados a su borne B; pero como la f.e.m. inducida en estos momentos es pequeña, por ser insuficiente el campo magnético inductor (remanente), el regulador impide el paso a esta corriente por mediación de un sistema automático. El flujo creado ahora en las inductoras por la corriente de excitación, es mayor que anteriormente (remanente) y, por ello, los conductores activos del inducido cortan mayor número de líneas de fuerza y la f.e.m. inducida es mayor, con lo que la corriente que alimenta a las inductoras (de excitación) aumenta. Este proceso se repite constantemente en los primeros momentos del funcionamiento, hasta que la tensión producida por la dinamo es suficiente para abastecer de corriente a los circuitos exteriores, en cuyo momento, el regulador permite el paso de corriente procedente del borne D de la dinamo, hasta los circuitos exteriores conectados a B. Una parte de la corriente continúa pasando a las inductoras para mantener un campo magnético suficiente. 2) Dinamo de excitación a masa El esquema es el que se representa en la Fig. 4.23. Las inductoras toman la corriente del regulador por el borne F (a través de un puente automático), de la misma corriente que sale de la dinamo por el borne D, y cierran circuito a masa en la carcasa de la dinamo.

Fig.4.23.

Al girar el inducido, sus conductores activos van cortando las líneas de fuerza del campo magnético remanente y nace en ellos una f.e.m. inducida, como consecuencia de la cual, se establece una corriente eléctrica que sale de la escobilla positiva y, por el borne D, va hacia el regulador. Como la f.e.m. que produce la dinamo en ese momento es pequeña, la corriente no pasa a los circuitos consumidores, sino que desde el regulador regresa a la dinamo, entrando por el borne F a las inductoras, reforzando el campo magnético, con lo cual, los conductores activos del inducido cortan más líneas de fuerza y, por tanto, inducen mayor f.e.m. Cuando ésta alcanza el valor establecido, la corriente puede pasar a través del regulador a los circuitos consumidores. No obstante, una parte de la corriente que llega al regulador sigue desviándose desde allí para las inductoras, entrando en la dinamo por el borne F y cerrando circuito a masa de la carcasa, con la masa de la escobilla negativa. 142

PAR RESISTENTE

4.6.

FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA EN LAS DINAMOS

En la Fig. 4.14 se representó una dinamo bipolar, en la cual, cuando gira el inducido, sus conductores activos van cortando las líneas de fuerza del campo magnético inductor, induciéndose en ellos una f.e.m. Cada uno de estos conductores activos corta el flujo <1> existente en el campo magnético N-S dos veces, una al paso por delante del polo norte y otra al pasar por delante del polo sur, luego, en una vuelta completa, cada conductor activo corta 2<1> líneas de fuerza. En la unidad de tiempo ha cortado 2<1>· N/60 líneas de fuerza, siendo N el número de vueltas o revoluciones por minuto a que gira el inducido. En cada instante, la f.e.m. de una dinamo es la de una de sus vías, que a su vez es la suma de las f.e.m. de los conductores activos de una vía (en este caso la mitad del total). Si llamamos n al número de conductores activos total, la f.e.m. producida por la dinamo es: N n <1>·N·n .- = voltios 60 2 60

U = 2<1>· -

siendo <1> el flujo expresado en weber, N el número de revoluciones por minuto a que gira el inducido y n el número total de conductores activos. Cuando se da el flujo en maxwell, teniendo en cuenta que 1 Wb = 10 8 Mx queda:

<1>·N·n U = 60. 10 8 voltios

En una dinamo tetrapolar, cada conductor activo corta 4<1> líneas de fuerza en una vuelta. Generalmente, en la construcción del devanado de estas dinamos, resultan cuatro vías (tantas como polos) y de aquí que la f.e.m. que se obtiene en ellas es:

N n

U = 4<1> . 60 . 4 =

<1>·N·n 60 voltios, si <1> se expresa en Wb

y

U

=

<1>·N·n 60. 108 voltios, cuando <1> se expresa en Mx

En estas expresiones dividimos el número de conductores entre

4(¡)

por ser éste el número

de vías. Recuérdese que la f.e.m. de la dinamo es la de una de sus vías. Vemos, pues, que la expresión obtenida es idéntica a la del caso de dinamo bipolar.

4.7.

PAR RESISTENTE

Cuando una dinamo funciona en vacío, es decir, sin que salga corriente a los circuitos exteriores (dinamo desconectada), no existe fuerza alguna que se oponga al movimiento del inducido, excepto las propias del rozamiento, que en este caso vamos a despreciar. Se dirá entonces que el par resistente es nulo. Sin embargo, cuando la dinamo está conectada, la f.e.m. inducida en sus conductores activos establece una corriente eléctrica en ellos y en todo el circuito, que produce un campo

magnético capaz de engendrar una fuerza que se opone al movimiento dd inducido. El par resistente así establecido puede calcularse y, para ello, se establece la condición de que la potencia déctrica que produce la máquina, E· 1 vatios, ha de ser igual a la potencia 143


mecánica aplicada para mover el inducido. Esta potencia mecánica es igual al producto del par

e (expresado en julios) por la velocidad angular

O)

(expresada en radianes/segundo).

Así, pues, debe cumplirse: E·[=

e·O)

como n··N E = 60. 108 voltios

y

N

O)

= 2n 60 rad/s

sustituyendo tenemos:

y, por tanto, el par resisten ce

n . • N . [

2nN

-6-0-.-10-'8'--

= e· -6-0

e es: n··[

n··[

e = 2n. 108 julio = 2n. 108.981 , m· kg Vemos, pues, que el par resistente es independiente de la velocidad con que gire el inducido, si bien, es directamente proporcional al flujo creado en las inductoras y a la intensidad de corriente que sale de la máquina. 4.8.

LINEA NEUTRA Y LINEA DE POLOS

Cuando gira el inducido de una dinamo, se induce f.e.m. en sus conductores activos, que cambia periódicamente de sentido. En la Fig. 4.7 se vio que este cambio de sentido se produce al pasar los conductores activos por las posiciones A y C. Estos dos puntos, unidos por una línea imaginaria forman lo que llamamos línea neutra. La perpendicular trazada a esta línea por su punto medio es la llamada línea de polos o línea de escobillas y sobre ella se posicionan las escobillas sobre el colector. 4.9.

REACCION DEL INDUCIDO

En el funcionamiento de la dinamo, la corriente que de ella sale, nace en los conductores activos, a través de los cuales, también circula. Este paso de corriente por ellos crea un campo magnético, del sentido representado en la Fig. 4.24, que se ve reforzado por el núcleo que representa el tambor del inducido y las propias masas polares. Las líneas de fuerza de este flujo transversal están dirigidas en el sentido del eje N'S', es. decir, perpendicular al eje del campo magnético inductor, que se establece entre los imanes N-S, cuyas líneas de fuerza son paralelas a la línea de polos. Durante el funcionamiento de la dinamo actúan al mismo tiempo los dos campos magnéticos y, por ello, de la combinación de los dos se obtiene un campo magnético resultante cuya dirección XX' está desplazada con respecto al eje NS (Fig. 4.25). La distorsión que se ha producido en el campo magnético inductor, es consecuencia de la reacción del inducido y supone que la inversión del sentido de la f.e.m. inducida se verifique en un cierto ángulo r:J. con respecto al eje perpendicular, o sea, cuando los conductores activos pasan por la nueva línea neutra N'S' que se ha desplazado un cierto ángulo. Como consecuencia de la desviación de la línea neutra, deberá desviarse el mismo ángulo la línea de escobillas, para que éstas realicen la conmutación de las espiras en el momento de invertirse la f.e.m. en los conductores. 144

REACCION DEL INDUCIDO

'N I

I Fig.4.24.

Si la corriente suministrada por la dinamo aumenta, lo hace también el flujo creado por sus conductores activos y, con ello, la distorsión del campo magnético inductor es mayor, con

Fig.4.25.

lo que sería necesario desviar más las escobillas. Lo contrario ocurre cuando disminuye la corriente suministrada por la dinamo. Se deduce de aquÍ que el ángulo de desviación de las escobillas no puede ser fijo; sin embargo, al construir la dinamo se busca el ángulo más adecuado, en función de los valores de la corriente de carga que proporcionará dicha dinamo. Como consecuencia del desvío de las escobillas, se pueden considerar los conductores activos del inducido divididos en dos grupos (Fig. 4.26), dos de ellos frente a las masas polares, 145


que dan lugar al flujo transversal (que no representamos en esta figura) y los otros dos, entre las líneas AA' y BB' que forman el doble ángulo de desvío de la línea neutra. Los conductores comprendidos en los segundos grupos, crean el flujo representado en la figura, llamado flujo antagonista, que se opone al campo inductor haciéndole disminuir. Como consecuencia de ello, disminuye también la f.e.m. de la máquina. Así, pues, la reacción del inducido tiende a disminuir la fe.m. producida por la dinamo.

20( I

s

N

Fig.4.26.

4.10. DESGASTE DEL COLECTOR Además del desgate del colector debido al rozamiento de las escobillas, hay otro ocasionado por un salto de chispas entre ambos. Este fenómeno se explica a continuación y recibe el nombre de conmutación. Cuando la escobilla positiva está pisando en la delga 1 (Fig. 4.27), la corriente inducida llega a ella por las dos partes del devanado, en el sentido que marcan las flechas. Al seguir girando el inducido, hay un momento en que la escobilla se encuentra haciendo contacto con dos delgas (Fig. 4.28) Y la bobina A conectada entre ellas, está en cortocircuito. Un momento después, la escobilla pisa en la delga 2 y vuelve a suceder lo mismo explicado en la Fig. 4.27. Hay un instante, pues, en que la bobina A está conectada por sus dos extremos a la escobilla positiva, que la pone en cortocircuito. En ese instante, como los conductores activos de esta bobina pasan por la línea neutra, no inducen f.e.m. Un momento después sí, pero al haber pasado al otro lado de la escobilla, el sentido es contrario. Este cambio de sentido de la f.e.m. inducida en los conductores activos de la bobina, supone una variación del flujo magnético que en ella misma se produce como consecuencia de la corriente que se establece y, por ello, nace en dicha bobina unafe.m. de autoinducción, la cual, en el momento en que la escobilla abandona la delga 1 y pisa totalmente en la 2, al existir d.d.p. entre las dos delgas debida a la f.e.m. de autoinducción, hace que salte una chispa entre ellas. Este fenómeno, como podemos suponer, ocurre en todas las bobinas cada vez que se produce la conmutación y, como consecuencia, el colector se va desgastando poco a poco. 146

BOBINADO DEL INDUCIDO

Fig.4.27.

Fig.4.28.

No existe procedimiento alguno para suprimir totalmente las chispas, pero puede atenuarse mucho el efecto producido por ellas avanzando las escobillas en el sentido de rotación del inducido, pues en este caso, la conmutación se realiza cuando las bobinas A están más allá de la línea neutra, en cuyo momento, sus conductores activos cortan líneas de fuerza, induciéndose en ellos f.e.m. que está dirigida en sentido contrario a la f.e.m. de autoinducción, con 10 que ésta resulta contrarrestada. El remedio no es absoluto puesto que la línea neutra sufre desplazamientos durante el funcionamiento de la dinamo, según que la corriente proporcionada por ésta sea mayor o menor. 4.11.


La manera en que se disponen las bobinas del inducido alojadas en el tambor del mismo y su conexionado a las delgas del colector, forman 10 que llamamos devanado o bobinado del inducido. Hay dos clases de bobinado: imbricado y ondulado. En la Fig. 4.29 se ha representado un esquema en desarrollo panorámico del devanado imbricado de un inducido de 24 lados de bobina, para 12 delgas. Para mayor claridad en el dibujo, se supone que una bobina está formada por un conductor de ida y otro de vuelta, es decir, una espira solamente. Los polos se representan como si estuvieran fijos, en este caso, cuatro. Los lados de bobina se dibujan con trazo continuo los de ida y discontinuo los de vuelta. Se comienza el esquema dibujando los 24 lados. Las piezas polares se sitúan de forma igualmente espaciada entre los lados de bobina, marcando por medio de una recta inclinada hacia la derecha los polos norte y hacia la izquierda los polos sur. Para determinar el paso posterior o paso de bobina se establece que cuando uno de los dos conductores de una bobina pase por delante del polo norte, el otro deberá hacerlo por delante del polo sur. Se halla este paso dividiendo el número de conductores por el de polos. En este ejemplo será: 24: 4 = 6. Hecho esto, partimos de cualquier conductor, por ejemplo del número 9, que se unirá posteriormente para formar una bobina, con el número 15, pues es el que le corresponde según el paso; pero como también es de ida, se unirá con el siguiente, que es de vuelta, es decir, con el número 16. 147


El centro de esta bobina se encuentra entre las delgas 6 y 7, luego, unimos el principio de la bobina a la delga 6 y el final a la 7. De esta delga parte el principio de la bobina siguiente (conductor número 11), que se une al 18, terminando en la delga 8. De esta manera quedan las dos bobinas conectadas en serie y las f.e.m. inducidas en ellas se suman. Desde la delga 8 seguimos por el conductor número 13; de aquÍ al número 20, delga 9 y así hasta terminar el bobinado, recorriendo todas las bobinas.

...

Fig.4.29.

Las f.e.m. inducidas en los conductores (véase el sentido de movimiento de los mismos), según la regla de la mano derecha, son las marcadas en la figura y, por tanto, las corrientes provocadas saldrán hacia el colector en los polos norte y se alejarán de él en los sur. Las escobillas positivas, en este caso, se colocarán frente a los polos norte y, las negativas, frente a los sur, según se indica en la figura. El devanado conseguido de esta manera es sencillo, pues hay el mismo número de delgas que de ranuras en el tambor. Los devanados dobles son los que tienen doble número de delgas que de ranuras. Lo mismo en un caso que en otro, a cada delga es imprescindible que vaya conectado un principio y un final de bobina. También es condición imprescindible que un devanado tenga tantas bobinas como delgas, ya que si a cada delga le corresponde un principio y un final de bobina, podemos decir que a cada una de ellas le corresponde una bobina. En un devanado sencillo, a cada ranura le corresponden dos lados de bobina, ya que tienen igual número de delgas que de ranuras y, como por cada delga hay una bobina, ésta a su vez corresponde a una ranura y, si la bobina tiene dos lados, por cada ranura tienen que pasar dos lados de bobina. 148


En el devanado doble, como hay doble número de delgas que de ranuras y a cada delga le corresponde, según hemos dicho, una bobina, a cada ranura tienen que ir forzosamente dos bobinas o su equivalente (cuatro lados). En las dinamos de automóviles se usan los devanados dobles. En la Fig. 4.30 se representa uno de estos devanados, correspondiente a un inducido de 16 delgas y 16 bobinas, con tambor de 8 ranuras.

Fig.4.30.

Como puede verse, por cada ranura del inducido pasan dos conductores de ida pertenecientes a dos bobinas y dos de vuelta que corresponden a otras dos. El devanado ondulado, casi no es empleado en los automóviles. Las conexiones de las bobinas no se hacen como en el imbricado, sino que el principio de una bobina se une a una delga y el final se une a la opuesta, cuidando que quede bien centrada entre las dos. En la Fig. 4.31 se da el esquema de un devanado ondulado, para una dinamo de 12 delgas, 12 bobinas y cuatro polos. Comenzamos el devanado (al azar) por el conductor número 9, que unimos con el 16. Para que esta bobina quede bien centrada entre las dos delgas a las que tiene que conectarse, uniremos el principio a la delga número 3 y el final a la número 10. De esta delga parte la segunda bobina, que va por el conductor númro 23 hasta el número 6 y delga número 5. De ésta al conductor número 13, hasta el número 20 y delga número 12 y así, siguiendo este proceso, hasta terminar todo el devanado, para lo cual, habrá que dar varias vueltas al inducido. La posición de las escobillas se determina por la cofluencia de las corrientes en una misma delga. En el caso presente, las escobillas positivas estarán colocadas en las delgas 5 y 11 y las negativas en las 2 y 8. En este tipo de devanado suelen usarse unas escobillas que ocupan dos delgas y el paso de bobina o paso posterior es en casi todos los casos igual al paso entre delgas o paso anterior. Muchas veces no se puede efectuar este devanado; por ejemplo, si en la primera bobina se une el conductor número 9 a la delga 4 y el número 16 a la delga 10 para que la bobina quede perfectamente centrada. Para poderlo realizar se recurre al artificio de saltar una delga, como se ha hecho en este ejemplo. 149


Fig. 4.31.

Cualquiera que sea el tipo del devanado utilizado en la dinamo, se disponen sus bobinas de manera que las f.e.m. inducidas en ellas se sumen en cualquier momento del giro del inducido, lo cual se consigue, como sabemos, conectando las bobinas en serie.

4.12. VERIFICACION y CONTROL DE LA DINAMO Cuando el amperímetro o la lámpara testigo del circuito de carga indican que éste no funciona correctamente, deberá procederse a su comprobación para averiguar cuál es el componente defectuoso, detectar la avería y proceder a su reparación. En primer lugar se comprobará si la dinamo produce f.e.m., sin desmontarla todavía del vehículo. Para ello se sueltan las conexiones que la unen al regulador, o sea, los bornes D y F. Seguidamente se procede a la verificación. Si la dinamo es del tipo de excitación a corriente (Fig. 4.22), se conecta el borne F a masa mediante un cable. Hecho esto, se pone en funcionamiento el motor del vehículo manteniéndolo un poco acelerado y, al aplicar un cable desde el borne D a masa, deberán saltar chispas. Si esto no ocurre, es indicio de que la avería está en la dinamo. En este caso deberá desmontarse para realizar una verificación individual de sus componentes, como más adelante se detalla. En los casos de dinamo de excitación a masa (Fig. 4.23), para esta comprobación se hace un puente entre los bornes D y F, uniéndolos mediante un cable. Después de esto se pone el motor del vehículo en marcha y, conectando uno de los bornes con masa, deberán saltar chispas. De lo contrario, la dinamo está mal. Cuando no se conoce el tipo de dinamo, se hacen las dos pruebas. Si en ninguna de ellas obtenemos resultados positivos, la avería es de la dinamo. 150

VERIFICACION y CONTROL DE LA DINAMO

Si saltan chispas al hacer alguna de las pruebas anteriores, la dinamo probablemente está bien y la avería se encuentra en el circuito de carga, que debe comprobarse, como más adelante detallaremos. No obstante, es conveniente seguir efectuando las demás pruebas que a continuación se detallan y precisamente en este orden. Conectaremos un voltímetro y un amperímetro tal como muestra la Fig. 4.32, es decir, el primero conectado entre el borne positivo y masa, mientras el segundo se conecta entre el borne B del regulador y el positivo de batería. En estas condiciones, teniendo el motor acelerado, el voltímetro debe indicar 14 voltios al menos y el amperímetro 20 A. Si estas lecturas fuesen más bajas, se accionarán los circuitos consumidores necesarios para conseguir estas indicaciones. En algún caso no se conseguirá llegar a los 20 A por no existir en el vehículo consumidores suficientes, o porque la dinamo sea de una potencia muy baja.

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\ Fig.4.32.

Si los resultados de estas pruebas fueran negativos, se desmonta la correa que da movimiento a la polea de la dinamo, se conecta el borne positivo de una batería al borne D de la dinamo (si ésta es de excitación a corriente, se unirá el borne F a masa en la carcasa) y el negativo a masa. En estas condiciones, la dinamo debe girar en el sentido que lo hace cuando el motor del vehículo la arrastra. En caso contrario es indicio de que existe una avería en el interior de la misma. Si la dinamo es del tipo de excitación a masa, se hace un puente entre los bornes D y F, conectando ahí el positivo de batería. El negativo, como en el caso anterior, se pone a masa y, la dinamo, 10 mismo que antes, debe girar en el sentido adecuado. Si no ocurre así, hay que desmontarla del vehículo para su comprobación. Una vez desarmada, se hará una revisión de sus componentes para descubrir las posibles averías mecánicas, que, en general, se detectan por los ruidos que se producen durante el funcionamiento. Al mismo tiempo se procederá a una esmerada limpieza. 151


4.13. VERIFICACION y CONTROL DEL INDUCIDO Para la limpieza del inducido, no debe emplearse ningún disolvente, ya que podría deteriorarse el aislante de sus bobinas. Una vez efectuada la limpieza, se comprobará que el eje no presenta huellas de un uso excesivo, rayas, gripaduras, golpes ni señales de oxidación. Colocado sobre dos calces en V apoyándose en ambos extremos del eje, se aplicará la punta de un comparador a la superficie exterior del tambor. La lectura en el reloj del comparador, al girar el inducido, no debe ser superior a 0,15 mm. La superficie del colector debe estar limpia y no presentar rayas, grietas o manchas. Si se aprecia cualquiera de estos defectos, o un desgate excesivo, deberá procederse a la operación de torneado y posterior rebaje de los aislantes de mica entre las delgas, de igual manera que se realiza en los motores de arranque. Se observará si existen soldaduras deficientes entre las delgas y los conductores activos. En caso de defecto es preferible cambiar el inducido. Un síntoma de pérdida de soldadura es la aparición de estaño centrifugado en el interior de la carcasa. Verificado el inducido en cuanto a defectos mecánicos se refiere, se procederá a detectar las posibles averías eléctricas, para lo cual, se comprobarán la continuidad, cortocircuitos y derivaciones a masa, de la misma forma que se hizo en los motores de arranque. Para las pruebas de continuidad y cortocircuito, se utilizará el «zumbador» y para la de derivaciones de masa, la «serie». Estas pruebas también pueden realizarse con la batería, un amperímetro y un voltímetro, como a continuación detallamos. Se coloca la tapa de escobillas en el inducido, de manera que las escobillas hagan buen contacto con el colector y, en este caso, se conecta una punta de un elemento de batería (2 V), a través de un amperímetro, a la escobilla positiva. La negativa se conecta al otro borne del elemento de batería. En estas condiciones, se va haciendo girar el inducido poco a poco; la lectura del amperímetro debe ser siempre la misma y aproximadamente de 5 a 10 A, según el tipo de inducido. Para determinar si hay cortocircuito o alguna bobina cortada, se usa un voltímetro, que se va conectando entre cada dos delgas consecutivas, estando conectada la batería como en el caso anterior. La lectura debe ser de 0,1 V aproximadamente. Si en alguna medida sube en exceso la lectura, es que hay alguna bobina cortada. La lectura del voltímetro será cero cuando alguna bobina esté en cortocircuito. 4.14.

VERIFICACION y CONTROL DE LAS INDUCTORAS

Después de efectuada la limpieza del conjunto formado por carcasa, masas polares y bobinas inductoras, se procederá a la inspección de las mismas, no debiendo existir fisuras, deformaciones ni huellas de golpes. En caso de encontrar alguna de estas anomalías deberá procederse a la sustitución del componente defectuoso. Durante el funcionamiento de la dinamo, las partículas de carbón y cobre (procedentes del desgaste de las escobillas y el colector) son centrifugadas, adhiriéndose a la parte interior de la carcasa, quedando incrustadas entre las bobinas inductoras y las masas polares, con el consiguiente peligro de propiciar derivaciones a masa del circuito inductor. Por esta causa, es importante limpiar bien estas zonas y soplarlas posteriormente con aire a presión. Si aún así no quedasen bien limpias, puede procederse al desmontaje del conjunto bobina-expansión para una mejor limpieza, teniendo la precaución de marcar la posición de las expansiones en su acoplamiento a la carcasa, para evitar posteriores roces de ellas con el tambor del inducido, que se producirían en caso de cambiarlas de lugar. En cuanto a pruebas eléctricas se refiere, la continuidad y las derivaciones a masa se comprueban de la misma manera que en el motor de arranque. Si la dinamo es del tipo de 152

PRUEBA DEL CONJUNTO TAPA DE ESCOBILLAS Y TAPA TRASERA

excitación a corriente, se suelta la conexión de la escobilla positiva y si es de excitación a masa, se hace lo propio con su conexión a masa en la carcasa. El cortocircuito se comprueba conectando una batería y un amperímetro en serie con las inductoras. La corriente obtenida debe ser inferior a 4 A, siempre que la tensión aplicada sea igual a la nominal de la dinamo (generalmente 12 V). Si la intensidad resultase mayor del valor dado, es indicio de cortocircuito. También pueden comprobarse la continuidad y el cortocircuito a la vez empleando un ohmetro, que se conecta entre ambos extremos del inductor, tal como muestra la Fig. 4.33, para el caso de dinamo de excitación a masa. La resistencia medida debe estar comprendida entre 6 y 8 ohmios. Si la lectura fuese infinito, indica que el circuito está interrumpido. Si se obtienen menos de 30, es que existe cortocircuito.

Fig. 4.33.

4.15. PRUEBA DEL CONJUNTO TAPA DE ESCOBILLAS Y TAPA TRASERA Se comprobará en ambas tapas que no existen roturas, deformaciones ni cualquier otro defecto que impida el giro centrado del inducido, poniendo especial cuidado en verificar el desgaste de los cojinetes de apoyo del eje del inducido, especialmente el del lado de accionamiento, cuyas bolas no deben estar picadas y debe girar suavemente. En caso de anomalía deberán sustituirse. Asimismo, se inspeccionarán los portaescobillas, que no deben estar deformados y permitirán el suave deslizamiento de las escobillas en su interior. El portaescobillas positivo deberá estar aislado de masa, lo cual se comprueba con la serie, como ya se vio en las verificaciones del motor de arranque. Las escobillas no presentarán roturas parciales de ningún tipo ni desprendimientos de material y su asiento sobre el colector debe ser perfecto. Su longitud mínima admisible debe ser tal que no se oculten en el interior del portaescobillas. Los muelles deben encontrarse en perfecto estado y la presión ejercida sobre las escobillas debe ser la especificada por el fabricante (generalmente oscila entre 450 y 800 g). Este valor se mide con un dinamómetro de igual manera que en el motor de arranque. Se comprobarán también: la polea de arrastre, que no debe presentar deformaciones ni roturas, y la turbina, cuyos álabes deben estar perfectamente orientados para proporcionar un

153


correcto caudal de aire que refrigere la dinamo. En caso de encontrarse defectuosas debe procederse a su sustitución.

4.16.

PRUEBA DE LA DINAMO EN EL BANCO

Una vez reparada la dinamo, se probará haciéndola girar como motor. Deberá hacerlo en el sentido debido. Si no fuera así, es que se ha invertido alguna conexión y habrá que revisarlas todas, en particular las de las inductoras, que como sabemos deben ir conectadas una en sentido contrario de la otra. Pudiera ocurrir que al conectarlas después de reparar, se haya puesto como salida de corriente lo que era entrada y, en ese caso, la dinamo gira al revés. También debe mirarse si la tapa de escobillas ocupa su posición debida, pues podría estar aquí la causa de este giro cambiado. Comprobado esto se coloca la dinamo en un banco de pruebas, fijándola a él de manera que reciba movimiento del motor eléctrico del banco. En las Figs. 4.34 y 4.35 se representan esquemáticamente las conexiones a realizar en los casos de dinamos de excitación a corriente y excitación a masa respectivamente. Antes de efectuar los controles, debe hacerse girar la dinamo (con su polea y ventilador incorporados) durante una hora, a una velocidad comprendida entre 3.000 y 4.000 r.p.m., actuando sobre la resistencia de carga variable de manera que la corriente suministrada (acusada por el amperímetro) sea aproximadamente de 15 A. De esta manera se alcanza la temperatura ideal de funcionamiento de la dinamo, a la cual deben efectuarse los controles. Se realizarán pruebas de: a) Inicio de carga, b) plena potencia, e) curva característica a tensión constante.

Fig.4.34.

Fig. 4.35.

a)

Inicio de carga

Con el interruptor 1 abierto (Fig. 4.34) Y la dinamo girando en el sentido apropiado, se va aumentando gradualmente la velocidad hasta lograr una lectura en el voltímetro de 12 V. 154

MANTENIMIENTO PERIODICO DE LA DINAMO

Manteniendo constante dicha tensión, se observará en el tacómetro del banco la velocidad de giro de la dinamo, que deberá ser la especificada por el fabricante (generalmente comprendida entre 1.200 y 1.700 r.p.m.). Este punto constituye la velocidad de inicio de carga. b)

Plena potencia

Con el interruptor 1 cerrado y girando la dinamo en el sentido apropiado, al máximo régimen que le corresponda, se va regulando la resistencia de carga hasta conseguir 12 V en el voltímetro. La intensidad de corriente acusada por el amperímetro debe ser superior a 20 A. c)

Curva característica a tensión constante

Haciendo girar la dinamo sucesivamente a velocidades constantes y a valores oportunamente escalonados, se va regulando la resistencia de carga hasta obtener para cada régimen la tensión constante de 12 V. El amperímetro indicará el valor de la corriente para cada régimen elegido. Por cada observación se tendrá un punto de la curva representada en la Fig. 4.36. A 24

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Fig.4.36.

Si la dinamo responde positivamente a estos controles, puede procederse a montarla en el vehículo, con la seguridad de que su funcionamiento será correcto, poniendo especial cuidado en la operación de montaje para que la polea de arrastre quede bien alineada y la correa trapezoidal bien tensada.

4.17. MANTENIMIENTO PERIODICO DE LA DINAMO No es necesario prestar una vigilancia especial a la dinamo durante su servicio, aunque es aconsejable realizar inspecciones periódicas de ella. La frecuencia de las mismas dependerá de la utilización que se dé al vehículo, debiendo ser más frecuentes en los casos en que se usa preferentemente en recorridos nocturnos, circulación en ciudad, etc. Como norma general, se revisará cada 15.000 km el estado de las conexiones y bornes, tensado de la correa de arrastre y deterioro de la misma, procediendo además a la limpieza exterior de la dinamo y asegurándose que los orificios de ventilación están despejados y que la turbina del ventilador no tiene ningún álabe deformado o roto. Si es posible, se comprobará el estado de las escobillas y el colector. 155


Cada 50.000 km es necesario proceder al desmontaje completo para realizar una limpieza e inspección de todos los componentes y posterior engrase de los cojinetes de apoyo. Algunas veces, como consecuencia de las comprobaciones realizadas en una dinamo, se ha metido corriente a las inductoras en sentido contrario al que circula normalmente, resultando polo norte lo que anteriormente era sur. El cambio de esta polaridad durante las comprobaciones produce un efecto de desimantación en las masas polares, desapareciendo de ellas el magnetismo remanente, con lo cual, después de reparada la dinamo y montada en el vehículo, no se logra su funcionamiento normal, pues no comienza a producir f.e.m. por falta de magnetismo remanente. Lo que ha de hacerse entonces es repolarizarla, es decir, volver a formar cada polo en el sitio que le corresponde; para ello basta con hacer pasar corriente por las inductoras durante unos momentos, en el sentido que circula normalmente cuando la dinamo está funcionando, lográndose así formar nuevamente una cantidad suficiente de magnetismo remanente.

156

5 Circuito de carga. Disyuntor-regulador

5.1.

NECESIDAD DE LA REGULACION EN LAS DINAMOS

En un automóvil, la velocidad de giro del motor de combustión está variando continuamente, en función de las necesidades del tráfico o las imposiciones del propio conductor. La dinamo, al estar acoplada al motor, del que recibe movimiento, se ve sometida a los mismos cambios de su régimen de giro. Como la f.e.m. producida por este generador es función de su velocidad de rotación, estará variando continuamente en consonancia con el giro del motor. En estas condiciones no puede utilizarse la dinamo, ya que unidos a ella se encuentran la batería y demás componentes del equipo eléctrico, los cuales, necesitan trabajar dentro de unos valores de tensión determinados, pues, en caso contrario, su funcionamiento es deficiente o se produce la destrucción de los mismos. Por este motivo, es necesario disponer de un sistema capaz de controlar a la dinamo, para que suministre una tensión que se mantenga dentro de unos valores determinados y una intensidad de corriente inferior a cierto valor previamente establecido. Esta función la realiza el regulador. De otra parte, como la dinamo y el acumulador están unidos eléctricamente entre sí, cuando el motor de combustión está parado o gira tan despacio que la f.e.m. producida no alcanza un valor suficientemente alto como para provocar la carga de la batería, ésta se descargará sobre la dinamo, por lo cual, es necesario prever un medio para que la conexión dinamo-batería se efectúe, en el momento en que la primera dé una tensión ligeramente superior a la segunda y que se realice la desconexión, cuando la tensión de la dinamo sea inferior a la del acumulador. Esta misión la cumple el disyuntor.

Para conseguir la regulación en las dinamos, se actúa generalmente sobre el campo magnético inductor. El regulador se encuentra intercalado en el circuito de excitación del generador, entre los bornes D y F, como ya vimos. Consta de un circuito de control, en el que existe un dispositivo capaz de hacer que la corriente de excitación disminuya si la fe.m. producida por la dinamo se eleva por encima de un valor determinado. En consecuencia, el campo magnético creado en las inductoras disminuye y, con ello, decrece la tensión en bornes del generador. Al descender ésta por debajo de cierto valor, el circuito de control hace que vuelva a aumentar la corriente de excitación y, con ello, el campo magnético inductor, por cuyo motivo vuelve a elevarse la tensión en el generador. Trabajando en esta forma se consigue mantener la f.e.m. producida por la dinamo dentro de unos límites previamente establecidos. 157


5.2.

DISYUNTOR

Es el dispositivo colocado en el circuito dinamo-batería, que tiene por objeto impedir que esta última pueda descargarse sobre la primera cuando se para el motor del vehículo y la dinamo no produce f.e.m. o, también, cuando la velocidad de giro es pequeña y la f.e.m. producida es menor que la del acumulador. El disyuntor está constituido por un electroimán A (Fig.5.1), cuyo núcleo va unido al soporte metálico B, que a su vez constituye el borne DIN, al cual se conecta el D de la dinamo. Al soporte se une la placa móvil e por medio de un muelle de lámina E, que mantiene los contactos F separados.

e

..

-- - F

E

1 B

A

-

-

,. BAT

1--1 HI'

.. DIN

Fig. 5.1.

El electroimán lo forman dos bobinas: una de gran número de espiras de hilo fino conectada en paralelo con el circuito de carga y la otra de pocas espiras de hilo grueso conectada en serie con este mismo circuito, es decir, entre el contacto fijo F y el borne BAT conectado al positivo de la batería. Cuando el motor del vehículo gira a «ralentí», la tensión suministrada por la dinamo es muy pequeña. Esta tensión está aplicada al borne DIN y hace pasar una corriente por el arrollamiento de hilo fino del disyuntor, creándose un campo magnético en el electroimán A, cuya atracción magnética sobre la placa móvil e tiende a cerrar los contactos F, a lo cual se opone el muelle de lámina E. Como la tensión aplicada a la bobina de hilo fino es pequeña, la fuerza magnética del electroimán también lo es y el muelle de lámina E mantiene los contactos separados, impidiendo que la batería (con mayor tensión ahora que la dinamo) se descargue sobre el generador. Si aumenta el régimen de giro del motor de combustión, crece igualmente la f.e.m. producida por la dinamo, con lo que la tensión aplicada al arrollamiento de hilo fino aumenta y con ello lo hace también su fuerza magnética. Cuando la tensión en bornes de la dinamo alcanza un cierto valor (generalmente 0,5 V más que la tensión de la batería), la fuerza magnética de la bobina de hilo fino del electroimán es superior a la oposición que ejerce el muelle de lámina y, por ello, es atraída la placa móvil e, cerrándose los contactos F. En estas condiciones, queda establecido el circuito dinamo-batería, pasando la corriente de carga desde el borne DIN por el soporte metálico B y contactos F hasta la bobina de hilo grueso, a través de la cual, llega al borne BAT, de donde va a la batería.

158

REGULADORES DE TENSION

El paso de esta corriente por la bobina de hilo grueso refuerza el campo magnético producido por la de hilo fino, con 10 que es atraída más fuertemente la placa móvil C. La tensión necesaria para producir el cierre de los contactos se llama «tensión de cierre» y constituye uno de los factores a controlar en el disyuntor.

Se comprende fácilmente que, dada la resistencia de estas dos bobinas, cuando los contactos están cerrados, la corriente principal es la que recorre la bobina de hilo grueso y llega hasta la batería, siendo mínima la que se deriva por la bobina de hilo fino debido a su gran resistencia, 10 que de otra parte no impide que la fuerza creada en este arrollamiento sea importante, debido al gran número de sus espiras. Si disminuye el régimen de giro del motor del vehículo, decrece la tensión en bornes de la dinamo, llegando a ser menor que la del acumulador, en cuyo instante, es la batería la que se descarga sobre la dinamo, produciéndose una corriente de sentido contrario a la anterior. Como esta corriente recorre a la bobina de hilo grueso en sentido opuesto, el flujo magnético creado ahora en ella se opone al de la bobina de hilo fino, donde no se invierte la corriente. En consecuencia, hay una disminución de la fuerza de atracción y el muelle de lámina separa los contactos F, interrumpiendo el circuito y evitando que la batería se descargue sobre la dinamo. Vemos, pues, que el cierre de los contactos se produce como consecuencia del aumento de tensión en la dinamo, mientras que la apertura es provocada por una corriente de retorno.

5.3. REGULADORES DE TENSION Dada la necesidad de limitar la tensión aplicada a los componentes del equipo eléctrico de un automóvil, se dispone en el circuito de carga el regulador de tensión, cuya misión (como ya se dijo) consiste en mantener la tensión en bornes de la dinamo por debajo de un cierto valor preestablecido. A este fin, se emplean los más variados tipos de reguladores, que difieren entre sí solamente en su construcción y alguna característica especial, pues en 10 esencial, el funcionamiento es en todos ellos similar.

-

r-----:--------. EXC

-

r---.......- -... O

p

DIN

A l' t-==-==-~B

oe

BAl Fig.5.2.

159


En la Fig. 5.2 se ha representado esquemáticamente uno de los modelos empleados, cuya principal característica es que el electroimán formado por las bobinas A y B realiza al mismo tiempo las funciones de disyuntor y regulador.

La bobina A es de pocas espiras de hilo grueso (de intensidad) y est~ conectada en serie con el circuito de carga, mientras que la B, es de muchas espiras de hilo fino (de tensión) y se encuentra conectada en paralelo con este mismo circuito. El campo magnético creado por estas bobinas, es capaz de atraer la placa móvil P, que girando en 0, acciona por su extremo M los contactos e y D, de los cuales, el último es fijo, mientras el primero lo forma una lámina de acero, cuya flexibilidad se opone al movimiento de la placa P, manteniéndola en reposo en la posición representada en la figura. Los contactos E, F Y G son los del regulador de tensión y están situados en el circuito de excitación. Los dos primeros son fijos, mientras el último (móvil) forma parte de una

lámina flexible L que, fijada por su extremo inferior, mantiene juntos los contactos F y G mientras no sea empujada por la placa M, en cuyo caso, el contacto G puede llegar a juntarse con el E. Estas acciones permiten la puesta en circuito o fuera de él de la resistencia R. Cuando el motor gira a ralentÍ, la tensión en bornes de la dinamo es pequeña; por consiguiente, es muy débil el campo magnético creado por los arrollamientos A y B, como consecuencia del paso de corriente por ellos procedente del borne D de la dinamo, que recorre desde el borne DIN el arrollamiento A y a continuación el B, siguiendo el camino marcado por las flechas. La fuerza ejercida por el muelle de lámina e, es suficiente para mantener la placa MOP en la posición representada en la figura y, con ello, los contactos e y D permanecen abiertos. Cuando aumenta el giro de la dinamo (al hacerlo el del motor), crece la tensión en bornes y el campo magnético creado en los arrollamientos A y B, llegando a un límite, en el cual, su fuerza es mayor que la del muelle de lámina e, atrayendo a la placa P, que basculando en 0, empuja por su extremo M al muelle de lámina y contacto e, que se junta con el D. En estas condiciones, la corriente de la dinamo pasa desde el borne DIN a través del arrollamiento de intensidad A y contactos e y D, para salir desde D hasta la batería y demás servicios que se encuentren conectados. Una parte de corriente se desvía por la bobina de tensión B, que ayuda a la de intensidad A a mantener los contactos cerrados. Si disminuye el giro de la dinamo, decrece la tensión en bornes y se produce (por debajo de cierto valor límite) la corriente de descarga, que hace separarse los contactos, como ya se explicó. ASÍ, pues, hasta aquÍ hemos visto solamente el funcionamiento del disyuntor. De otra parte, la corriente que toman las inductoras de esta dinamo de la escobilla positiva, sale (después de recorrerlas creando el campo magnético inductor) por el borne F y llega hasta el EXC del regulador, a través del cual, siguiendo el camino marcado por las flechas, pasa por la lámina L y contacto G al F (que está unido a masa), cerrando circuito con la escobilla negativa (también unida a masa). En la Fig. 5.3 se ha representado esquemáticamente la posición que ocupan los componentes de este regulador en condiciones de carga normales. Puede verse que los contactos e y D están cerrados, al igual que ocurre con los F y G, lo que permite el paso de una corriente de excitación de suficiente intensidad para crear en las inductoras un flujo magnético elevado, con lo cual, las bobinas del inducido cortan gran número de líneas de fuerza y, en consecuencia, la tensión en bornes de la dinamo es suficientemente alta. Cuando el motor gira a gran velocidad, la tensión en bornes de la dinamo aumenta rápidamente, llegando a unos valores que podrían resultar perjudiciales. En este caso, como 160

REGULADORES DE TENSION

EXC

t-----;e

'---_ _ BA ....T_----.

~_~ ~

Fig.5.3.

la tensión aplicada ahora a los arrollamientos A y B es alta, la fuerza magnética desarrollada en ellos aumenta notablemente, atrayendo hacia sí a la placa P con más fuerza, con 10 que el extremo M de la misma, venciendo la fuerza que le opone el muelle de lámina e, es capaz de empujar a la lámina L por medio del tetón T, separando los contactos F y G (Fig. 5.4). Cuando esto ocurre, la corriente de inductoras que sale del borne F de la dinamo, no puede seguir el camino señalado anteriormente y ha de desviarse a masa a través de la resistencia R, la cual queda intercalada ahora en serie con el circuito de inductoras. Al aumentar la resistencia de este circuito, disminuye la intensidad de corriente en el mismo y, con ello, decrece notablemente el campo magnético inductor, por cuya causa, aunque el inducido siga girando a gran velocidad, disminuye el corte de líneas de fuerza y, por consiguiente, decrece la f.e.m. inducida y la tensión en bornes de la dinamo. De inmediato (al decrecer la tensión en bornes de la dinamo), disminuye el campo magnético en las bobinas A y B, con 10 que se retira parcialmente la placa P, empujada de su extremo M por el muelle C. De esta forma, vuelven a juntarse los contactos F y G, restableciendo el circuito primitivo y dejando la resistencia R fuera de servicio. Así, pues, vuelve a crecer el flujo magnético inductor y seguidamente la tensión en bornes de la dinamo, que llega a alcanzar nuevamente el valor límite, produciéndose nuevamente toda la secuencia de operaciones explicadas. Las posiciones que ocupa la lámina L se suceden de una manera continua con gran frecuencia. La disposición de este regulador es tal, que los contactos e y D permanecen unidos mientras los F y G se separan y aproximan. Los movimientos de la lámina L constituyen una vibración de un ritmo tan extremadamente rápido, que la tensión en bornes de la dinamo permanece prácticamente constante. Si el giro del motor sube rápidamente y de una manera importante, crece con él la tensión en bornes, de tal forma, que la fuerza magnética de las bobinas A y B no sólo es capaz de separar los contactos F y G, sino que hace juntarse al G con el E. En estas condiciones, no circula corriente alguna por las inductoras, pues a ambos extremos de las mismas hay aplicada 161


la misma tensión. Véase que un extremo está unido directamente a la escobilla posltlva y, el otro, a través del borne EXC, lámina L, contacto G, contacto E y borne DIN, también lo está.

EXC

p

OIN ; -_ _

~A

l·

t----lB

....--_ _ _ _B .... A_T_ _......

I__ ~ ~1'

Fig. 5.4.

Cuando esto ocurre, la regulación de la tensión en bornes de la dinamo es mucho más enérgica, evitándose con este dispositivo subidas bruscas de tensión que podrían dañar los componentes del circuito eléctrico. Visto el funcionamiento de este regulador de tensión, podemos afirmar que la intensidad de corriente en las inductoras disminuye cuando la velocidad de giro del inducido aumenta, lo cual permite mantener la tensión en bornes sensiblemente constante cualquiera que sea la velocidad del motor. Es de hacer notar que a grandes frecuencias de vibraciones de la lámina L, la inercia de ésta ejerce una influencia, cuyo efecto es alargar el tiempo de apertura de los contactos con respecto al de cierre. A un crecimiento de la velocidad de rotación de la dinamo, corresponde una disminución de intensidad de la corriente de excitación, relativamente más rápida. Esto es debido al efecto de la autoinducción que se produce en las inductoras, que, como puede verse en la Fig. 5.2, permanecen constantemente unidas a masa a través de la resistencia R. En el instante en que el contacto G se separa del F y la resistencia R entra en servicio, la intensidad disminuye en el circuito de inductoras, con lo cual, se induce una f.e.m. (de autoinducción), en este caso de igual sentido que la corriente. Si se pone la resistencia fuera de circuito, la f.e.m. de autoinducción es opuesta a la corriente de excitación. De esta manera, las fluctuaciones en las inductoras son disminuidas por corrientes de autoinducción. Bajo la acción combinada de ellas, del valor de la resistencia R y del número de vibraciones de la lámina L, se obtiene una intensidad media de excitación, que asegura una tensión constante a pesar de las variaciones del régimen de giro de la dinamo. El arrollamiento de hilo grueso A, que hemos venido llamando de intensidad, ayuda en su trabajo al de tensión cuando aumenta de manera importante la corriente de carga (como 162

REGULADOR DE TENSION E INTENSIDAD

ocurre cuando el número de aparatos receptores conectados es grande), evitando de esta manera que puedan quemarse las bobinas del inducido por una salida excesiva de corriente de la dinamo. Por la acción combinada de los dos arrollamientos, el regulador de tensión entra antes en acción que si dependiese únicamente de la bobina de tensión. Esta acción es sumamente importante y, en otros reguladores, veremos que la intensidad de la corriente de carga está limitada por la acción de un regulador especial de intensidad.

5.4. REGULADOR DE TENSION E INTENSIDAD Cuando crece la velocidad de rotación de la dinamo, aumenta la f.e.m. producida por ella; pero ocurre, además, que para la misma fe. m., la corriente que sale del borne D, depende de la resistencia del circuito exterior.

Supongamos que una dinamo girando a 3.000 r.p.m. produce una f.e.m. de 14 V. Si cerramos el interruptor P (Fig. 5.5), una parte de la corriente va a cargar la batería y otra al circuito de encendido. Si la resistencia de este circuito es de 60, la corriente que circula por él será de: 1=

E

14 6

- = - = 233 A R

'

Despreciando la corriente que pasa a la batería, la dinamo en ese momento está proporcionando 2,33 A.

8

p

-"-J~..,I·

T Fig.5.5.

Si ahora cerramos el interruptor 1, la corriente de la dinamo pasará también a las lámparas. Suponiendo que la resistencia eléctrica de cada una de ellas es de 20, la resistencia total del circuito es: 111114 R 2 2 2 2 2'

- = - + - + - + - = -'

R

2 4'

= - = 050

Como este circuito está conectado en paralelo con el de encendido, la resistencia total de los dos es: 1

1 0,5

1 6

6,05 R 3'

- = - + - = -' R

3 = 0490 6,05'

=-

Y, por tanto, la corriente que proporciona ahora la dinamo será: E

1= -

R

=-

14

0,49

= 285 '

A

163


Como puede apreciarse, con la misma tensión en bornes de la dinamo, la corriente es ahora mayor y depende de los receptores que haya conectados. Como todos ellos, en los automóviles, lo están siempre en paralelo, cuanto mayor número de ellos se encuentren funcionando, menor es la resistencia total y la dinamo tiende a dar más intensidad, pudiendo llegar a quemarse el inducido. Para evitarlo se añade al regulador de tensión otro más que actúa sobre la intensidad de la corriente que proporciona la dinamo. Manteniendo los interruptores P e 1 Fig. 5.5) abiertos, la corriente proporcionada por la dinamo pasaría en su totalidad a la batería. La intensidad de esta corriente, depende del estado de carga en que se encuentre el acumulador, pues su resistencia interna varía notablemente con este estado. Así, cuando la batería se

encuentra totalmente cargada su resistencia interna es grande. Si a esto unimos que su tensión es elevada (por ejemplo 13 V), obtendremos una corriente de carga baja. Suponiendo una resistencia interna de 0,20 para estas condiciones, la corriente de carga es: Eo = El - E 2 = 14 - 13 = 1 V Eo

1

I=-=-=5A R¡ 0,2

siendo El Y Ez las tensiones de la dinamo y la batería respectivamente y R¡ la resistencia interna. Cuando el acumulador está a media carga, obtenemos corrientes mayores. Efectivamente, supongamos que en estas condiciones la tensión de la batería es de 12 V y su resistencia interna de 0,10. La corriente proporcionada por la dinamo en estas condiciones es: Eo = El - Ez = 14 - 12 = 2 V Eo

2

1= - = - = 20 A R¡ 0,1

mayor, como vemos, que la obtenida anteriormente. Deducimos, pues, que la intensidasd de corriente proporcionada por la dinamo, depende también del estado de carga de la batería y, por ello, es necesario disponer de un regulador que evite una corriente de carga excesiva, actuando en los momentos en que la corriente de carga sobrepase cierto valor establecido.

Los reguladores que cumplen esta función se denominan de tensión e intensidad, uno de los cuales se ha representado esquemáticamente en la Fig. 5.6, donde puede verse que está formado por tres elementos: Regulador de tensión (RT), limitador de corriente (Le) y disyuntor (D).

El regulador de tensión lo forma una bobina de tensión (hilo fino) conectada en paralelo con el circuito de carga. Encima del núcleo al que va arrollada, se encuentran unos contactos e, que se abren por la acción del electroimán. El limitador de corriente lo constituye una bobina de hilo grueso (de intensidad), conectada en serie con el circuito de carga y que gobierna los contactos B (cerrados en posición de reposo). Los contactos E son los del disyuntor y se encuentran abiertos en posición de reposo. La bobina de hilo grueso de este elemento, está conectada en serie con el circuito de carga, mientras que la fina lo está en paralelo. En la parte inferior, y por encima de los bornes DIN, Exe y BAT, se encuentran las resistencias de regulación (R r), de compensación térmica (RJ y de amortiguación o derivación (R d ). Esta última se monta en algunos modelos en los que la corriente de excitación cortada por los contactos e o B, pueda producir un arco elevado, controlando esta resistencia la salida a masa de la extracorriente de ruptura y evitando así el deterioro de los contactos. 164


La corriente de excitación, en este caso, se toma del borne DIN, llegando a través de los contactos C y B al borne EXC, para ir al circuito de inductoras de la dinamo a través de su borne F, cerrando el circuito a masa en la escobilla negativa.

l.e.

R. T.

D.

,-""----.,,..---~ ~

_c

-

B

J

-

f

Servicios

+

Fig.5.6.

Este regulador es, por tanto, para dinamo de excitación a masa. Cuando la dinamo es arrastrada por el motor de combustión, la tensión en bornes de la misma provoca una corriente que sale por su borne D y llega hasta el DIN del regulador. Desde allí, la mayor parte va por el circuito de carga, a través de la bobina dellimitador de corriente, bobina de hilo grueso del disyuntor, contactos E (cerrados ya) y borne BAT, de donde llega hasta la batería y servicios que se encuentren en funcionamiento. Otra parte de corriente se deriva desde el borne DIN hasta los contactos C y B, llegando al borne EXC, de donde va a las inductoras de la dinamo a través de su borne F. La apertura y cierre de los contactos C del regulador de tensión, está determinada por la acción que sobre la placa móvil ejerce la bobina de hilo fino, que está sometida a la tensión existente en los bornes de la dinamo y que es recorrida por una corriente proporcional a esa tensión. Por ello, a medida que aumenta o disminuye la tensión en bornes de la dinamo, 10 hace igualmente la intensidad de la corriente en la bobina y, por consiguiente, la fuerza de atracción sobre la placa móvil. En serie con esta bobina, hay colocada una resistencia Re' que tiene como misión conseguir la compensación térmica deseada, al ser menor la variación de la resistencia del conjunto con la temperatura. Cuando la tensión en bornes de la dinamo sobrepasa un cierto valor preestablecido, la 165


fuerza de atracción de la bobina es capaz de abrir los contactos e, en cuyo caso, la corriente de inductoras ha de ir desde el borne DIN al EXC a través de la resistencia R y , que ahora queda conectada en serie con este circuito, por cuya causa, disminuye la corriente en él, lo que hace decrecer la tensión en bornes de la dinamo, por haber disminuido el campo inductor. Inmediatamente, la bobina del regulador de tensión no tiene fuerza suficiente para retener la placa móvil (al ser menor la tensión aplicada) y los contactos e vuelven a cerrarse. Este fenómeno se repite de continuo, logrando que la intensidad media que recorren las inductoras de la dinamo, sea la adecuada para obtener en los bornes de la misma la tensión deseada, cualquiera que sea la velocidad de rotación del motor de combustión. El funcionamiento del limitador de corriente, es similar al del regulador de tensión. El reglaje se obtiene también mediante el control de la corriente de excitación, intercalando la resistencia Ry en serie con este circuito. Efectivamente, cuando se conectan gran cantidad de aparatos eléctricos, crece la corriente proporcionada por la dinamo y, cuando ésta llega a un valor preestablecido, la fuerza de atracción de la bobina de hilo grueso de este limitador, es suficiente para abrir los contactos B, en cuyo instante queda intercalada la resistencia Ry en el circuito de excitación, disminuyendo la corriente en él y, por consiguiente, el campo magnético inductor, con lo cual, disminuye la tensión en bornes de la dinamo y, por tanto, la corriente suministrada por ella. Inmediatamente vuelven a juntarse los contactos e y se sucede de nuevo la secuencia explicada, con lo cual, no se permite que la intensidad de la corriente proporcionada por la dinamo sobrepase unos valores previamente establecidos. El funcionamiento del disyuntor, es similar a los ya explicados. El cierre de los contactos lo provoca la bobina de hilo fino, sometida a la tensión en bornes de la dinamo y conectada en paralelo con el circuito de carga, a cuyo punto H está conectado el principio de la misma, mientras el final lo hace a masa a través de la resistencia Re' igual que la bobina del regulador de tensión y que realiza aquí la misma función. En algunos modelos, el contacto móvil E se encuentra unido a la armadura por medio de una lámina bimetal J, que adquiere una curvatura determinada en función de la temperatura, que en unos casos ayuda y en otros contrarresta la acción del muelle antagonista que tiende a mantener separados los contactos, consiguiéndose una compensación térmica que asegura la apertura y cierre de los mismos, en las mejores condiciones en función de la temperatura, ya que la tensión del acumulador varía en función de ésta, al variar la densidad del electrólito. Del mismo modo, en el regulador de tensión se coloca otra de estas láminas bimetal, para evitar que en unos casos se sobrecargue el acumulador y en otros no llegue a cargarse. En la Fig. 5.7 puede verse la colocación de la lámina bimetal en la placa móvil del disyuntor. Cuando el conjunto está frío, el bimetal se curva ligeramente, haciendo que el muelle de lámina tenga menos fuerza para mantener el contacto separado. De esta manera, el cierre de los mismos, se produce para una tensión menor, que está en concordancia con la tensión más baja que tiene el acumulador estando frío. Lo contrario, justamente, ocurre al cabo de unos minutos, cuando la dinamo y el acumulador alcanzan su temperatura ideal de funcionamiento. Lámina bimetal

n

Fig.5.7.

166


En el regulador de tensión, el bimetal se coloca de manera que, en frío, de más tensión al muelle de lámina, para que la regulación se produzca a una tensión un poco superior a la estipulada. El regulador hasta aquí tratado, es para dinamo de excitación a masa, aunque, como es natural, también los hay para dinamos con excitación a corriente, diferenciándose unos de los otros únicamente en el circuito de excitación. En la Fig. 5.8 se ha representado un modelo de regulador de tensión e intensidad para dinamo con excitación a corriente, donde puede verse que el circuito de carga es similar al del regulador anterior. En este caso, las inductoras toman corriente de la escobilla positiva y cierran el circuito a masa a través de los contactos N y M del regulador, que son gobernados por las bobinas de tensión (V) y de intensidad (l) respectivamente.

----------------,

I

fV-...,......--iJ'

I ~==\-II.I

I I

I I

I

---

-F

O

BAl

I

Fig.5.8.

Cuando alguno de los contactos N o M se abren, por crecer en exceso la tensión o la intensidad de corriente, respectivamente, queda intercalada en serie con el circuito de inductoras la resistencia A, que provoca una disminución de corriente en este circuito, con 10 que decrece la tensión en bornes de la dinamo, produciéndose la regulación. El funcionamiento de este regulador es, pues, similar al explicado anteriormente; pero estos reguladores no pueden intercambiarse colocando uno de excitación a corriente en una dinamo con excitación a masa, ni viceversa. Ocurre, sin embargo, que los dos reguladores parecen iguales a simple vista y antes de proceder al montaje de ellos, conviene asegurarse de que va a montarse el correcto. Para determinar el tipo de regulador, se conectan los polos de una pila entre los bornes EXC y BAT, intercalando una lámpara en serie. Si al cerrar a mano los contactos del disyuntor se enciende la lámpara, el regulador es del tipo de excitación a masa. En caso contrario, es de excitación a corriente. 167


5.5.

COMPROBACION y REGLAJE DEL REGULADOR

En algunas ocasiones, el funcionamiento del circuito de carga no es todo lo bueno que pudiéramos desear, pues aunque la lámpara testigo de carga se mantenga apagada, puede ocurrir que la tensión de regulación no sea correcta. En general, cuando hay que añadir frecuentemente agua a la batería, es indicio de que la tensión de regulación es excesivamente alta. Por el contrario, una tensión de regulación excesivamente baja se manifiesta en dificultades en el arranque, al no estar la batería suficientemente cargada.

F

D

B

o

Fig.5.9.

En cualquiera de los casos y siempre que se desconfíe del buen funcionamiento del circuito de carga, debe procederse a la verificación del tarado del regulador, lo cual puede realizarse sobre vehículo o en el banco de pruebas. En el primer caso, se conectarán un voltímetro y un amperímetro tal como muestra la Fig. 5.9. En el segundo caso, se realizarán las conexiones necesarias a cada verificación a realizar en el banco de pruebas. Una vez efectuadas las conexiones, se pondrá en marcha el motor del vehículo o el banco de pruebas (según el caso), haciéndolo girar a la velocidad de régimen normal de carga (3.000 r.p.m. de motor) durante treinta minutos aproximadamente. Con esto se consigue la temperatura ideal de funcionamiento, a la cual deben realizarse los reglajes. Seguidamente se efectuarán las siguientes pruebas:

a)

Prueba del regulador de tensión

Girando el motor a 3.000 r.p.m. aproximadamente, se conectan los aparatos consumidores necesarios para obtener una corriente de carga de 12 a 16 amperios. En estas condiciones, la lectura del voltímetro debe estar comprendida entre 14,3 y 14,7 V. Para realizar esta prueba en el banco, se conectan el voltímetro y el amperímetro tal como muestra la Fig. 5.10. Accionando la resistencia variable conectada en paralelo con las baterías del banco, se consigue la corriente de carga estipulada. La tensión debe estar en los valores ya dados. Tanto en un caso como en otro, si la tensión de regulación es superior a los valores dados, deberá quitarse fuerza al muelle doblando la patilla de apoyo del mismo en el sentido conveniente. Lo contrario debe hacerse si la tensión de regulación es baja. 168

COMPROBACION y REGLAJE DEL REGULADOR

1--1 H'· F

Fig. 5.10.

b)

Prueba del limitador de corriente

Manteniendo el régimen de giro del generador, se accionará el reóstato de carga del banco, o bien los aparatos consumidores del vehículo (según el caso), hasta obtener la corriente máxima, que no debe sobrepasar los valores dados por el fabricante (generalmente 25 A). Deberá tenerse presente al realizar esta prueba, que la tensión indicada por el voltímetro no debe llegar a la de regulación, es decir, será inferior a 14 V.

c)

Prueba del disyuntor

Se comprobará la tensión de cierre y de apertura de los contactos, así como la corriente de retorno. 1) Tensión de cierre: Si la comprobación se realiza en vehículo, se sustituirá la batería por una lámpara de 20 a 25 W conectada al borne BAT, tal como muestra la Fig. 5.11. En caso de hacer la verificación en banco, se actuará sobre la resistencia variable (Fig. 5.10) de manera que la corriente obtenida en el momento del cierre de los contactos sea de 2 a 5 A.

o

F

B ~

F

Fig. 5.11.

Fig.5.12.

Efectuadas las operaciones detalladas y partiendo de generador parado, se pone éste en marcha aumentando progresivamente su régimen de giro hasta obtener el encendido de la lámpara (caso de prueba sobre vehículo) o el inicio de movimiento de la aguja del amperímetro (caso de prueba en banco). La tensión indicada por el voltímetro deberá estar comprendida entre 12,5 y 13,2 V. 169


2) Tensión de apertura: Tanto en banco, como sobre vehículo, se realizarán las conexiones representadas en la Fig. 5.12 y, en estas condiciones, se pone en marcha la dinamo aumentando progresivamente el régimen hasta superar el punto en que se efectúa el cierre de los contactos y, una vez conseguido, se va disminuyendo la velocidad hasta que los contactos se abran, cosa que ocurre cuando la lectura del voltímetro cae bruscamente a cero. La tensión de apertura debe ser de 2 a 3 V inferior a la de cierre. 3) Corriente de retorno: En cualquiera de los casos en que se realice la prueba (banco o vehículo), se efectuarán las conexiones representadas en la Fig. 5.13, haciendo notar que el amperímetro utilizado debe ser de doble escala.

o

B

T Fig. 5.13.

Puesto el generador en marcha, se eleva su velocidad de rotación hasta conseguir el cierre de los contactos y una corriente de 2 a 5 A. Seguidamente se hace disminuir la velocidad de giro lentamente, comprobando que la lectura del amperímetro pasa al otro lado del cero de la escala (corriente de descarga) y alcanza un valor máximo antes de abrirse los contactos, en cuyo momento, la aguja del amperímetro vuelve a cero. El valor de la corriente de descarga debe ser superior alOA.

5.6. VERIFICACION y CONTROL DEL REGULADOR Cuando se producen anomalías en el funcionamiento del circuito de carga, deberá procederse a su verificación para localizar el componente defectuoso. En el caso de que éste sea el regulador, se desmontará del vehículo para realizar un control del mismo, siguiendo un orden determinado: 1.0 Después de quitada la tapa que cubre los elementos se comprobará que las resistencias, bobinas y conexiones, no se encuentran rotas o deformadas. El valor óhmico de las resistencias se comprobará con un óhmetro y, en caso de encontrar alguna de ellas en mal estado, se procederá a la sustitución. 2.° Deberán limpiarse los contactos de los reguladores de tensión e intensidad, así como los del disyuntor, empleando para ello un papel vegetal impregnado en tricloro. Si los contactos estuvieran fogueados o con grandes huellas de desgaste, deberá cambiarse el regulador, pues la sustitución de los contactos no es posible al no existir piezas de recambio. 3.° Una vez efectuada la revisión del regulador, se procederá a la comprobación de su funcionamiento, realizando las pruebas detalladas en el apartado 5.5 de comprobación y reglaje del mismo. No obstante, antes de proceder al tarado de cualquiera de los elementos (si procede), deben tenerse presentes las siguientes consideraciones: 170

VERIFICACION y CONTROL DEL CIRCUITO DE CARGA

a)

Comprobar que el entrehierro existente entre la parte superior del núcleo de la bobina y la cara inferior de la placa móvil de los reguladores de tensión e intensidad, se encuentra comprendido entre 0,85 a 1,11 mm (Fig. 5.14). Para efectuar esta medición, el muelle debe estar levantado y los contactos cerrados. Las correcciones a efectuar se realizan deformando el soporte portacontacto. Después de esta operación deberá controlarse el tarado en banco del regulador de tensión o intensidad (según el caso) y reglarle deformando la patilla de apoyo del muelle de lámina, hasta conseguir la regulación adecuada. En los casos de tarado bajo, se levantará la lengüeta para dar mayor fuerza al muelle. Lo contrario se realiza en los casos de tarado alto.

b)

Bajar con la mano el contacto superior del disyuntor hasta que toque con el inferior. En estas condiciones, el entrehierro existente debe ser de 0,2 mm. Si no es así, se deformará el portacontacto inferior hasta obtener el valor correcto de entrehierro.

e)

En posición de reposo de los contactos del disyuntor, la separación entre ambos debe ser 0,45 mm. Si es necesario ajustar esta separación, se actuará sobre el retén o tope de la placa móvil (Fig. 5.15) deformándolo en uno u otro sentido. Una vez finalizadas estas operaciones, debe controlarse el funcionamiento del disyuntor en el banco, modificando la tensión del muelle (deformando la patilla en que apoya) cuando la tensión de cierre no sea la adecuada. Si la tensión de apertura no está dentro de los valores correctos, se actuará sobre el soporte portacontacto. Elevando el mismo, la tensión de apertura aumenta. Entrehierro 0,85-0-1,11 mm Retén

n Soporte portacontacto

Apertura de contactos 0,45+ 0,06 mm

Fig. 5.14,

Fig. 5.15.


5.7.

El funcionamiento de un circuito de carga está controlado, como se sabe, por una lámpara testigo, un amperímetro o un voltímetro. De esta forma, se conoce de inmediato si el circuito funciona o no correctamente. Las anomalías más frecuentes pueden agruparse en tres grandes grupos: a)

No hay corriente de carga (lámpara testigo permanece encendida).

b)

Carga en exceso (voltímetro o amperímetro lo acusan y hay que rellenar de agua la batería con excesiva frecuencia).

e)

Carga anormalmente baja (voltímetro o amperímetro lo acusan y hay dificultad en el arranque).

Los dos últimos grupos incluyen una serie de averías, cuya localización se realiza efectuando las pruebas de tarado del regulador, que ya se han explicado. En cuanto al primer grupo se refiere, determina que han de realizarse una serie de verificaciones hasta detectar cuál es el elemento del circuito defectuoso. Para ello, y antes de desmontar del vehículo cualquier 171


componente, se procede a comprobar la dinamo como ya se explicó. En caso de que la prueba sea positiva, posiblemente sea el regulador el defectuoso. No obstante, antes de desmontarlo hemos de asegurarnos de que los cables que unen los elementos del circuito, están en perfectas condiciones. Utilizando un voltímetro, se comprobará que hay tensión en el borne BAT del regulador, pues en caso contrario, se encuentra cortado el cable que lo une a batería y serVICIOS. Estando el motor de combustión en marcha, si se sueltan los cables de los bornes DIN y EXC del regulador y se hace el puente correspondiente al tipo de dinamo, deben saltar chispas, pues en caso contrario, alguno de los cables está cortado. Si estas pruebas dan resultados positivos, la avería está en el regulador, que ha de desmontarse para su verificación. En algunas ocasiones, la lámpara testigo de carga no se apaga totalmente y, en otras, el funcionamiento del circuito presenta anormalidades. En tales casos, deberá procederse al control de las caídas de tensión en este circuito, lo cual se realiza estando éste en funcionamiento y empleando un voltímetro a la manera habitual. Conectado entre el borne DIN y el positivo de batería, la lectura debe ser inferior a 0,3 V. En caso contrario, es indicio de mal contacto en algún punto del circuito, que habrá de localizarse procediendo a la verificación punto por punto del mismo, tal como muestra la Fig. 5.16.

Fig.5.16.

Es de hacer notar que, como regla general, antes de proceder a la verificación del circuito de carga, debe controlarse la batería, por si fuese ésta la causante del incidente.

172


Cuadro sinóptico de averías (Circuito de carga) SINTOMAS

CAUSAS POSIBLES

PRUEBAS A REALIZAR

REMEDIOS

Luz testigo de carga permanece encendida constantemente.

La avería puede estar en la dinamo o el reguladoro

Control del circuito de carga con voltímetro y amperímetro.

'Localizado el componente defectuoso, con tinuar con las demás pruebas.

La dinamo no produce f.e.m. (luz testigo encendida).

Inducido o inductoras en cortocircuito

Desmontar la dinamo y comprobar con la «serie», «zumbador» y batería.

Sustituir el componente defectuoso.

Correa de arrastre destensada.

Verificar tensión de correa.

Tensado de correa:

Escobillas no hacen buen contacto en colector.

Comprobar estado de desgaste y tensión de los muelles.


Colector sucio o cubierto de grasa.

Verificar colector.

Limpieza del colector.

Cables de conexión entre dinamo y regulador cortados o sueltos de sus conexiones.

Comprobar si hay continuidad con voltímetro u óhmetro.

Sustituir o reparar

Bobina de tensión del disyuntor quemada o contactos del mismo en mal estado.

Verificar si existe campo magnético y estado de los contactos. Cerrando éstos a mano debe establecerse corriente en sentido batería-dinamo.

Limpieza de contacto res o sustitución del regulador.

Regulador de tensión tarado excesivamente bajo.

Comprobar que los contactos de este regulador se abren a más de 14 V.

Reglaje del regulador.

Hilos del circuito de carga en el regulador cortados.

Comprobar si llega tensión al disyuntor.

Sustituir regulador.

La dinamo produce f.e.m. pero la corriente de carga es pequeña descargándose la batería al cábo de poco tiempo.

Regulador de intensidad tarado bajo.

Comprobar que los contactos de este regulador se abren a más de 16 A.

Reglaje del regulador

Luz testigo de carga no se enciende al accionar el contacto con motor parado.

Lámpara del indicador fundida o portalámparas en mal estado.

Comprobar lámpara y portalámparas.


Circuito de señalización cortado.

Comprobar si hay tensión en la lámpara al accionar el contacto y si se enciende la misma al poner a masa el borne DIN del regualdor (motor parado).

Sustituir al componente defectuoso o reparar la mala conexión.

La dinamo produce f.e.m. pero no se establece la corriente (luz testigo encendida).

173


SINTOMAS

CAUSAS POSIBLES

PRUEBAS A REALIZAR

REMEDIOS

Luz testigo de carga se enciende y apaga regularmente

Bornes flojos o conexiones defectuosas.

Verificar caídas de tensión en el circuito de carga.

Reparar la conexión defectuosa o cambiar el componente averiado.

Batería defectuosa.

Comprobar batería en descarga con voltímetro y densímetro

Cambiar la batería

Bajo reglaje del regulador de tensión o !imitador de corriente.

Comprobar con volímetro y amperímetro el tarado del regulador.

Reglaje del regulador

Luz testigo de carga se enciende débilmente al acelerar el motor.

Mal contacto en bornes o terminales del circuito de carga.

Verificar caídas de tensión en el circuito de carga.

Limpieza y reparación de la conexión defectuosao

Corriente de carga excesiva sobrecargándose batería. Hay que rellener frecuentemente.

Regulador de tensión o !imitador de corriente tarados altos.

Comprobar tarado con voltímetro y amperímetro.


Se funden frecuentemente las luces de cruce o carretera.

Regulador de tensión tarado alto.

Verificar con voltímetro.


174

6 Circuito de carga. Alternador 6.1.

ALTERNADOR

El continuo incremento de aparatos eléctricos instalados en un automóvil con objeto de aumentar la seguridad y el confort, tales como: faros dobles y antiniebla, lunetas térmicas, motoventiladores, sistemas de aire acondicionado, etc., suponen un aumento importante del consumo de energía eléctrica. De otra parte, debido a la situación actual del tráfico urbano, el motor del vehículo se ve obligado a girar a bajo régimen, e incluso a ralentí, durante largos períodos de tiempo, siendo imprescindible satisfacer las necesidades de energía de los distintos consumidores, aún en estas condiciones adversas, en las cuales, es deseable que para cargar la batería suficientemente (particularmente en invierno), el generador ceda potencia ya cuando el motor gira a ralentí, cosa que no ocurre en las dinamos, las cuales comienzan a suministrar energía a un régimen de giro relativamente alto. Por estas causas, entre otras, comenzaron a utilizarse los alternadores, que por sus características, ya en ralentí son capaces de proporcionar corrientes del orden de los 15 A, lo cual representa una ventaja indudable sobre la dinamo. En las dinamos podría conseguirse iniciar la carga a un régimen más bajo, para lo cual bastaría con disminuir el diámetro de su polea de arrastre, con lo que, para el mismo giro del motor, se habría aumentado el de la dinamo. Esto equivale a una notable ampliación de la gama de velocidades dentro de la cual debe suministrar corriente, con lo que se llega a los límites de posibilidad de aplicación de las dinamos, pues cuanto mayor es su régimen de giro, tanto más dificil es dominar la conmutación, es decir, la conversión de la corriente alterna inducida, en corriente continua (en el colector), necesaria para cargar la batería. De otra parte, el régimen de giro de las dinamos está también limitado por su propia construcción. Sobrepasado un cierto valor, la fuerza centrífuga aplicada al inducido cuando gira, es suficiente para arrancar sus conductores activos de las soldaduras al colector y, asimismo, las delgas llegan a desprenderse. La solución del problema de obtener corriente continua sin colector la ofrecieron los diodos semiconductores, que, en sustitución del colector, efectúan la rectificación de la corriente alterna. Por su construcción, en la que el inducido se mantiene fijo y el colector queda suprimido, el alternador puede girar a un mayor número de revoluciones que la dinamo, consiguiéndose una mayor potencia para el mismo peso y volumen. Esta posibilidad, unida a que el alternador inicia su carga a un régimen de giro inferior al de la dinamo, permite en la mayoría de los casos alimentar los aparatos eléctricos que estén en funcionamiento y cargar el acumulador, girando el motor del vehículo a ralentí. De esta manera, el acumulador queda prácticamente reducido a un elemento necesario para la puesta en marcha del motor de combustión, encontrándose siempre cargado y dispuesto para realizar sus funciones. 175

CIRCUITO DE CARGA. ALTERNADOR

En la Fig. 6.1 se representa de modo comparativo el suministro de corriente de una dinamo y un alternador de aproximadamente igual potencia máxima. Puede verse que el alternador comienza a suministrar corriente a un número de revoluciones considerablemente menor, es decir, que la batería comienza ya a cargarse a un régimen más bajo.

A

Alternador \

30

Imax

--\-----~~

I

20

Dinamo

,12/31max

10

I I

I

1000

2000

rpm 3000

4000

5000

Fig. 6.1.

Exceptuando las peculiaridades de cada tipo, los alternadores están constituidos por un inducido o estator 3 (Fig. 6.2), formado por una serie de bobinas, que en el caso del alternador están fijas, mientras que el inductor o rotor 4 es el que se mueve (gira en el interior del estator). Las carcasas 1 y 5 cierran por ambos lados este conjunto y alojan, además el conjunto rectificador 2, formado por varios diodos rectificadores. La polea 7 y el ventilador 6 completan

el conjunto.

Fig.6.2.

Mecánicamente, la diferencia entre el alternador y la dinamo reside en el hecho de que en el alternador, el inductor gira (rotor) y el inducido (estator) está quieto, que es justo lo contrario de lo que ocurre en las dinamos. Esto supone la supresión del colector y de las chispas de las escobillas debidas a la conmutación; por consiguiente puede aumentarse fácilmente la sección de los conductores y también la intensidad de corriente en ellos, ya que la corriente de carga aquí no ha de pasar por un colector, como ocurre en las dinamos, sino que se tomará directamente del inducido, que en los alternadores es la parte fija. De esta forma, 176

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL ALTERNADOR

el alternador tiene la posibilidad de una gran velocidad de rotación, pues su rotor es mucho más resistente y compacto que el inducido de una dinamo.

6.2. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL ALTERNADOR El funcionamiento de un alternador está basado en el hecho de que cuando un conductor eléctrico corta líneas de fuerza de un campo magnético, se induce en él una fe.m., careciendo de importancia que el campo magnético esté fijo y el conductor se mueva o, por el contrario, sea el conductor el que esté fijo y el campo magnético el que se mueva. En la Fig. 6.3 se ha representado un imán N-S de barra, que puede girar alrededor de su punto medio en el sentido de la flecha. Cuando el polo norte se presenta a la bobina, ésta se ve afectada por el campo magnético del imán, engendrándose en ella una f.e.m. que es acusada por el galvanómetro. Si es el polo sur el que se presenta a la bobina (Fig. 6.4), la f.e.m. inducida en ella como consecuencia de la variación del flujo que la atraviesa, es de sentido contrario al anterior.

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'------/ Fig.6.4.

Como los polos del campo magnético cambian de posición a consecuencia del giro, en la bobina se induce una fe.m. alterna, cuya magnitud y sentido está variando continuamente.

Las desviaciones de la aguja del galvanómetro (Figs. 6.3 y 6.4) indican los valores máximos correspondientes después de cada media vuelta. Con el giro del imán N-S, la curva de la f.e.m. entre los valores máximos, es la representada en la Fig. 6.5, que, como vemos, tiene forma senoidal. Esta fe.m. es tanto mayor, cuanto más intenso es el campo magnético y más elevada la velocidad con que se cortan las líneas de fuerza.

La corriente eléctrica obtenida en un alternador como el descrito hasta aquí, es una corriente alterna monofásica; sin embargo, en los alternadores empleados en aplicaciones automovilísticas, se obtiene una corriente alterna trifásica, dado que el devanado estatórico dispone tres arrollamientos independientes entre sí (Fig. 6.6), en cada uno de los cuales se origina una tensión alterna. Estos arrollamientos o fases se encuentran desplazados 120° entre sí, como se muestra en la figura, de forma que con el giro del rotor, el campo magnético giratorio presenta su máxima intensidad sucesivamente a cada fase, induciendo en cada una de ellas la correspondiente tensión alterna cuyos valores máximos se obtienen con un desfase de 120°, dado el posicionamiento de las fases. La corriente así obtenida es, por tanto, una corriente alterna trifásica. 177


IVI

+ O~-------r------~k--------+------~

o

90

180

270

Fig.6.5.

En la Fig. 6.7 se ha representado esquemáticamente un alternador, en el que pueden verse tres grupos de bobinas, unidas respectivamente: 1-4, 2-5 Y 3-6.

A

x

Fig.6.6.

Fig.6.7.

Cuando el imán N-S, llamado rotor, ocupa la posición que se representa en la figura, las bobinas 1 y 4 están sometidas a la acción de su campo magnético y, debido a la variación de flujo a que han estado expuestas, se induce en ellas una f.e.m., la cual, por ir arrolladas las bobinas en sentido contrario una de la otra, está dirigida en el mismo sentido en las dos bobinas y se suman. En este caso, la f.e.m. tiene sentido B-A. Si hacemos girar un poco más el rotor o inductor, presentará el campo magnético a las bobinas 2 y 5, las cuales inducen f.e.m. que, como en el caso anterior se suman y tiene una dirección de D a C. Seguidamente el rotor presentará su campo magnético a las bobinas 3 y 6, que al igual que las anteriores, inducen f.e.m. de sentido F-E. 178

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL ALTERNADOR

Como puede apreciarse, la f.e.m. se va induciendo sucesivamente en cada grupo de bobinas; pero hasta ahora en el mismo sentido, es decir, que la corriente obtenida sería continua. Si continúa girando el rotor, llegará a presentar su campo magnético otra vez a las bobinas 1 y 4, pero ahora el polo norte del imán está frente a la bobina 4 y el sur frente a la 1 y, por esta causa, la f.e.m. inducida tiene un sentido contrario al de antes, es decir, de A a B. A continuación, el rotor presenta su campo magnético a las bobinas 2 y 5 y, por hacerlo en sentido contrario al de la vez anterior, la f.e.m. inducida es también ahora de sentido contrario, es decir, dirigida de e a D. Igualmente, cuando el rotor haya girado un poco más, se induce f.e.m. en las bobinas 3 y 6, cuyo sentido será de E a F. El giro continuado del rotor hace que las f.e.m. se vayan induciendo en sentido contrario al de la primera media vuelta; por tanto, la f.e.m. inducida es alterna. Cada uno de estos grupos de bobinas se llaman fases y, en consecuencia, el alternador será trifásico cuando tenga tres fases. En la práctica, el rotor del alternador está formado por una bobina arrollada al núcleo de un imán. La corriente se hace llegar a ella por mediación de un conjunto de anillos de cobre y escobillas. En los alternadores trifásicos, el devanado que constituyen las bobinas que forman cada fase se realiza sobre una carcasa metálica. El conjunto recibe el nombre de estator y las bobinas están dispuestas de manera que las fases se encuentren desplazadas en cada instante 120° entre sÍ. De esta forma, la fe.m. inducida en estos alternadores (trifásica) como consecuencia del giro del rotor, se encuentra desplazada en sus valores máximos en 120°, tal como se ha representado en la Fig. 6.8, donde pueden verse las curvas correspondientes a cada una de las fases u, v y w. [VI

+ ;:)

e 'o .¡¡¡ e

\ \ O ¡<---+--f--+--~r----~--+--4.-----.I

~

o

90

180

270

[0 J

Angulo de rotación del rotor wt

Fig.6.8.

Las tres fases están enlazadas entre sí mediante una conexión que puede ser en estrella o en triángulo. La Fig. 6.9 muestra los símbolos de las dos clases de conexión, que se diferencian por su corriente y tensión en bornes. Siendo U la tensión en bornes, 1 la corriente en bornes, U p la tensión de fase, e Ip la corriente de fase, se obtiene para la conexión de estrella I=I p;

U=UpyG

y para la conexión de triángulo U=U' p'

1=1pv13J

lo que supone que en todo instante, la tensión en bornes del alternador de estrella es un poco mayor de la inducida en una fase del alternador, siendo igual la corriente en bornes que la obtenida en una fase. Por el contrario, en el alternador de triángulo, debido a la disposición del 179


devanado, puede obtenerse una corriente de carga superior a la de una fase, mientras que la tensión en bornes es igual a la obtenida en cualquiera de las fases.

u=u

Conexionado en triángulo

Conexionado en estrella

Fig.6.9.

En los automóviles se utilizan preferentemente los alternadores de estrella, salvo casos aislados de vehículos en los que las necesidades de corriente de carga sean elevadas, por disponer receptores extra de gran consumo de corriente.

6.3.

GRUPO RECTIFICADOR

La corriente alterna trifásica generada en el devanado del estator de un alternador, ha de ser rectificada para su utilización por los diferentes aparatos consumidores. Esta función se realiza mediante diodos (de silicio generalmente) dispuestos de manera apropiada formando un puente o grupo rectificador. De este modo se obtiene una corriente continua en bornes del alternador, partiendo de la alterna que se induce en sus fases. Los diodos rectificadores están formados por semiconductores, los cuales son cuerpos que en estado químicamente puro resultan aislantes, pero mezclados con otros cuerpos también puros, aunque no llegan a ser buenos conductores, si son aceptables como tales. Según el cuerpo que se mezcle, se puede formar material del tipo P o del tipo N, es decir, aceptante o donante de electrones. Si unimos material del tipo P con otro del tipo N, se consigue un cuerpo que tiene la propiedad de que en un sentido resulta buen conductor y en el contrario aislante. Esta propiedad se aprovecha en los semiconductores para rectificar la corriente alterna, de manera que cuando va en un sentido, por ejemplo hacia el exterior del alternador, se la deja salir; pero cuando va en sentido contrario, se presenta la cara aislante del diodo y no se la deja pasar, con lo que la corriente alterna queda rectificada y transformada en corriente continua. El material empleado en la fabricación de diodos para automóviles es generalmente el silicio. El diodo tiene la forma que muestra la Fig. 6.10 en sus aplicaciones automovilísticas y su símbolo esquemático es el también representado en la figura. El cristal semiconductor propiamente dicho se aloja en el interior del cilindro que constituye el armazón del diodo, al cual se conecta uno de los extremos del cristal, mientras que el otro extremo se une al terminal para su conexión al circuito eléctrico. La parte cilíndrica que constituye el armazón se fija a presión en la carcasa metálica del aparato eléctrico en que va montado el diodo. El campo de acción de los diodos empleados en el automóvil, se encuentra dentro de ciertos límites (Fig. 6.11). Para conseguir que se vuelvan conductores, dejando pasar corriente en el sentido adecuado, solamente es necesario aplicar una tensión de 0,6 V, mientras que la tensión de bloqueo tiene un valor cercano a los 100 V, lo cual supone que para establecerse una corriente en sentido inverso, es necesario aplicar una tensión próxima a los 100 V en este sentido. 180

GRUPO RECTIFICADOR

t------i

1cm Fig.6.1O.

En función del extremo del diodo que está en contacto con la parte metálica que le sirve de soporte (la representada en 2 de la Fig. 6.2), los diodos se clasifican en: diodo de cátodo base o positivo y diodo de ánodo base o negativo (Fig. 6.12). Con esta denominación se define también el sentido en que el diodo deja pasar la corriente. +80,------.-------,------OTr----,

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2i

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Diodo de cátodo base

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u

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-200

IVI

-100

..

o

Tensión del bloqueo U

I

•

+1

IVI

+2

Tensión de paso U

Fig.6.11.

Diodo de ánodo base

i i _ ...- -

Conduce No conduce

Fig.6.12.

En la Fig. 6.12 puede verse que el diodo de cátodo base deja pasar la corriente desde el cable terminal al armazón, mientras que en el de ánodo base ocurre lo contrario. En la Fig. 6.13 se ha representado el modo de funcionar de un diodo al rectificar una fase de corriente alterna. Las semiondas negativas quedan suprimidas, resultando una corriente continua pulsatoria.

A

\

\

'-"

, Fig.6.13.

181


Para aprovechar tanto las semiondas positivas como las negativas de cada fase (rectificación de onda completa), se disponen dos diodos para cada fase, uno en el lado positivo y otro en el negativo, siendo necesarios en total seis diodos de potencia en un alternador trifásico. En la Fig. 6.14 se ha representado el esquema de conexiones de un puente rectificador de seis diodos para un alternador trifásico de estrella. (VI

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o

O

90

180

270

'0 ]

Angu{o de rotación de' rotor wt

Fig.6.14.

Fig.6.15.

El resultado de la rectificación (de onda completa) de la tensión alterna trifásica, se muestra en la Fig. 6.15, donde, el primer diagrama muestra la tensión trifásica alterna sin rectificar; el segundo, la generación de la tensión del alternador (U G ); y el tercero, la tensión rectificada del alternador (tensión en bornes) U G, cuyo promedio es UG JJ' De la tensión alterna trifásica resulta, aSÍ, una tensión continua U G levemente ondulada. e Como puede apreciarse en la figura, de las tensiones inducidas en las fases u, v y w (primer diagrama), solamente se toman los valores próximos a los máximos, tanto positivos como negativos, como muestra el segundo diagrama. En un instante cualquiera del giro del rotor, la tensión UG es la misma (segundo diagrama) y representa la diferencia entre las tensiones positiva y negativa en ese instante. Haciendo la tensión negativa igual a cero (tercer diagrama), la tensión UG resulta ondulada y de valor positivo en todo momento, siendo UGeJJ su valor medio. 182

FUNCIONAMIENTO DEL PUENTE RECTIFICADOR

En la Fig. 6.16 se muestra un puente rectificador para alternador monofásico, donde los diodos realizan una rectificación en doble onda, es decir, rectifican las dos alternancias de la corriente. En algunos tipos de alternadores trifásicos, se monta un puente rectificador de nueve diodos (Fig. 6.17), de los cuales, los tres suplementarios (marcados de trazos en la figura) se utilizan para el control de la luz indicadora de carga y para la alimentación de la excitación del alternador, como ya se verá.

+ EXC + .. I

- I..~-.

-

I

l·

-i.t- ..J

-..

-. Fig.6.16.

6.4.

+

- -::*"" ~-I ..

Fig.6.17.


En la Fig. 6.18 se ha representado un puente rectificador de seis diodos para alternador trifásico de estrella, conectado el conjunto a una batería y diversos aparatos consumidores. Debajo del esquema está representado el diagrama de tensiones inducidas en las fases. Si tomamos un momento cualquiera del funcionamiento del alternador, por ejemplo el punto correspondiente a los 120° (diagrama), vemos que en este instante, la fase u está induciendo una tensión positiva, la w negativa y, en v, la tensión inducida es nula; todo ello debido a la posición que ocupan los polos del rotor frente a las bobinas de las distintas fases. De esta manera, el recorrido de la corriente es el siguiente: Terminal de la fase u, diodo positivo de esta fase, borne + del alternador, batería y aparatos consumidores, masa, borne negativo del alternador, diodo negativo de la fase w y terminal de esta misma fase, cerrando el circuito en la unión de las dos (punto neutro). Por la fase v, en este caso, no circula corriente alguna, como puede verse en la figura. La corriente obtenida en el alternador en el instante representado en la figura, solamente puede circular en el sentido que se ha representado con las flechas, pues la situación de los diodos del puente rectificador impide cualquier otro sentido. De esta manera, la tensión en bornes del alternador en este instante es la suma de las inducidas en la fase u (positiva) y en la w (negativa), que equivale a la tensión en bornes en el instante dado. Si se toma como referencia el punto correspondiente a los 150°, la situación es la mostrada en la Fig. 6.19, en cuyo diagrama podemos apreciar que en ese instante, las fases u y v inducen tensiones positivas, mientras la inducida en w es negativa. La corriente circula en este caso en el sentido marcado por las flechas y fluye con la misma intensidad desde los terminales de las fases u y v hacia el diodo respectivo del lado positivo, regresando al punto neutro a través del diodo del lado negativo correspondiente a la fase w. En esta situación, circula corriente por las tres fases. 183


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~~------------~~~ + H..----..--...;;;...---1 ......

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i

T

I

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T

I I

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+

I

0

120

Fig. 6.18.

----

t-

+

----, I

l

I

I<~l ..... ~

,1

I I

T +

U

V

W

Fig. 6.19.

184

I I I

.1.-


Aquí se observa que la corriente parte de dos fases, retornando por la tercera de ellas. Las tensiones inducidas en las fases u y v (positivas) están aplicadas en paralelo. La media de las dos sumada a la tensión (negativa) inducida en la fase w, constituye la tensión en bornes del alternador en este instante. Siguiendo la secuencia a lo largo del eje horizontal, vemos la evolución de las tensiones en las distintas fases en el transcurso del tiempo. Las corrientes de las fases, van modificando su magnitud y polaridad en el transcurso del tiempo, mientras que la corriente en el exterior del alternador conserva su sentido.

En la Fig. 6.20 se ha representado esquemáticamente un alternador de triángulo con su puente rectificador. A un costado del mismo se sitúa el devanado del inductor o rotor.

3

EXC

E

F

e 5

6

Fig.6.20.

Si vamos tomando sucesivos momentos en el funcionamiento, en un instante determinado induce f.e.m. la fase B y la corriente se establece en el sentido: terminal E, diodo 1, borne positivo del alternador, batería y servicios, masa, diodo 6 y terminal D, cerrando circuito. En otro instante, la tensión inducida en esta misma fase tiene sentido contrario al anterior y la corriente se establece en el sentido: terminal D, diodo 3, borne positivo, batería y servicios, masa, diodo 4 y terminal E, cerrando el circuito. La misma secuencia puede aplicarse a las

185


restantes fases y, aunque la corriente en éstas cambia de dirección, el grupo rectificador formado por los diodos, hace que en todo momento la corriente exterior sea continua, pudiéndose así cargar la batería, la cual no se descargará sobre el alternador (está conectada directamente a él) cuando éste se detenga, porque los diodos se presentan contrarios al sentido de esta corriente de descarga, motivo por el cual, en este tipo de generador se suprime el disyuntor, que en el caso de las dinamos tiene esa misión. En la práctica, el devanado estatórico del alternador está dispuesto de tal forma, que aunque en un momento sea una fase la que induce el máximo de f.e.m., por presentársele los polos del rotor totalmente frente a ella, las demás fases también inducen f.e.m. en ese instante (como ya hemos visto), pues también son cortadas por líneas de fuerza del campo magnético del rotor. Para un determinado régimen de giro, la f.e.m. total inducida (suma de las inducidas en cada fase), es la misma en cualquier instante.

6.5.

CIRCUITO DE EXCITACION

La corriente necesaria para formar el campo magnético en el rotor del alternador, se toma generalmente de la batería o borne positivo del alternador (ambos van unidos en el vehículo) a través del regulador y llave de contacto respectivamente, consiguiéndose así una excitación rápida y que el alternador comience a producir inmediatamente después de efectuado el arranque del motor de combustión. En los alternadores con puente rectificador de nueve diodos, la corriente de excitación se deriva del devanado del estator y es rectificada por tres diodos especiales (A) de excitación y por los tres diodos de potencia (B) del lado negativo (Fig. 6.21). El camino seguido por esta corriente es el marcado por las flechas para el instante tomado, que corresponde a los 120° de la fase u. El alternador representado en esta figura, es del tipo autoexcitado, es decir, la corriente de excitación se toma del mismo alternador. En el comienzo del funcionamiento, al ser movido el alternador por el motor del vehículo, el magnetismo remanente en el rotor origina la formación de una pequeña f.e.m. en el estator, la cual ocasiona una pequeña corriente en el circuito cerrado del rotor, que hace aumentar el campo magnético en él, volviéndose a incrementar con ello la f.e.m. inducida en el estator y así sucesivamente, ajustándose finalmente la Le.m. deseada de acuerdo con el número de revoluciones del alternador. Como en el circuito de excitación del alternador se encuentran los diodos, la auto excitación no puede iniciarse hasta haber alcanzado el alternador una tensión de 2·0,6 = 1,2 V, como mínimo (Fig. 6.11). El campo magnético remanente existente en el rotor, no genera esta tensión hasta que el alternador no alcanza un número elevado de revoluciones y, por ello, es necesario preexcitar el alternador durante el arranque, lo cual se consigue con el circuito representado en la Fig. 6.22, en la cual, puede verse que al conectar el interruptor de encendido A, fluye

una corriente desde el borne positivo de la batería al negativo de la misma, pasando por la lámpara de control de carga, regulador y devanado de excitación (B) del rotor. Esta corriente es suficientemente grande para iniciar la autoexcitación del alternador. Una vez que está produciendo f.e.m., la lámpara de control permanece apagada, ya que la tensión aplicada a sus dos extremos es igual, pues en los bornes correspondientes a los diodos de potencia P y de excitación Q del alternador, también lo es. Ya en marcha el alternador, la excitación se produce normalmente desde los diodos de excitación Q, como se ha explicado. 186

ESTRUCTURA Y COMPONENTES DEL ALTERNADOR

- - - - - - - - - -............. A 8

~!

6.6.

I


En la Fig. 6.23 se ha representado esquemáticamente la estructura básica de un alternador trifásico. Cada una de las fases del estator se ha representado por una sola bobina, realizándose la conexión de ellas en estrella. Los finales de cada fase se unen al puente rectificador, que en este caso está formado por nueve diodos, de los cuales, tres son de excitación (conectados por su extremo positivo al borne B +) y los otros seis de potencia, tres de los cuales están conectados al borne de carga del alternador D + Y los otros tres a masa. En el interior del estator está alojado el rotor, cuya bobina interior crea el campo magnético inductor. La corriente entra y sale de esta bobina a través de los anillos rozan tes y escobillas, dispuestos en uno de los extremos del eje. Una de las escobillas se une al borne DF, por el cual llega la corriente, y la otra a masa. Constituido el alternador de la manera descrita, puede accionarse en los dos sentidos de rotación, obteniéndose corriente inducida en cualquier caso, pues en el alternador no se requiere ninguna conmutación, como ocurre en las dinamos. Por ello, el sentido de rotación depende únicamente del tipo de ventilador que se utilice, como se verá posteriormente. La figura 6.24 muestra el despiece de un alternador trifásico de estrella, cuyos componentes describimos a continuación. 187

CIRCUITO DE CARGA. ALTERNADOR Diodos de excitación

Diodos de potencia

Escobillas

Fig.6.23.

a)

Estator o inducido

Es un conjunto 33, constituido por un paquete de láminas de acero, ensambladas en forma de corona circular. En su diámetro interior tiene practicadas unas ranuras, donde se alojan las bobinas del inducido, debidamente aisladas. La disposición del devanado del inducido, depende del tipo de rotor empleado (número de polos y situación de los mismos). En la Fig. 6.25 puede verse que las bobinas de una fase se unen en serie todas ellas, arrollándose en sentido contrario alternativamente, para que las fe.m. inducidas se sumen. El paso de bobina es el adecuado para que cuando a uno de sus lados se presente un polo norte, al otro 10 haga un polo sur, condición ésta indispensable para obtener corriente en la bobina. En la disposición que nos ocupa y como el rotor tiene doce polos, en una vuelta completa se originan doce semiondas de tensión en cada fase, 10 que supone un total de 12·3 = 36 semiondas para las tres fases. En la Fig. 6.26 puede verse gráficamente la tensión inducida en una fase, durante una vuelta completa (curva a), en comparación con la correspondiente a un alternador con rotor bipolar (curva b), 10 que supone obtener una tensión más continuada a la salida del alternador. En algunos alternadores se dispone una conexión auxiliar de una de las fases, que termina en el llamado borne W sin pasar por los diodos de rectificación. Este borne proporciona corriente continua pulsatoria, es decir, corriente alterna con rectificación sencilla, que es válida para la medición indirecta de la velocidad de rotación del motor, 10 cual es aplicable a los vehículos Diesel, en los que la señal de régimen motor no puede tomarse del circuito de encendido, por carecer de él. b)

Rotor o inductor

Es un conjunto robusto y equilibrado dinámicamente. Está formado por un eje de acero 5 (Fig. 6.24), que apoya por sus dos extremos en las carcasas o soportes exteriores, por mediación de sendos cojinetes de bolas que se alojan en ellas. Montadas a presión en el eje van las dos mitades de la pieza que constituye los polos del rotor (Fig. 6.27), que tienen forma de garra y se intercalan unos entre otros, entrando recíprocamente los de una mitad dentro de los huecos existentes entre los de la otra mitad. 188


29 -~---i!',-(

12------1

e

•

33----(

"=11----

30

L

4

Fig.6.24.

En el interior de estas dos mitades se aloja una bobina, que constituye el devanado de excitación. Los extremos de la bobina se conectan a los anillos rozantes 7 (Fig. 6.24), montados a presión en un extremo del eje y aislados eléctricamente de él. El diámetro de estos anillos es pequeño al objeto de reducir la velocidad de superficie al mínimo, con lo cual se atenúa el desgaste de las escobillas. Contra los anillos rozan las escobillas, a través de las cuales entra y sale la corriente a la bobina. El paso de corriente por ella, forma 'un campo magnético que se ve reforzado por el 189


núcleo que suponen las dos mitades de las piezas polares. Según el sentido de paso de corriente por la bobina, en todas las garras de una mitad se forman los polos norte y en las otras los sur.

o

Fig.6.26.

Fig.6.25.

Mitad con polos en forma de garras

90

Devanado de excitación

Mitad con polos en forma de garras

Eje del rotor

Fig.6.27.

Cuando no circula corriente por la bobina, no hay campo magnético inductor y, por tanto, aunque el rotor gire, no se induce f.e.m.; por ello se dispone el circuito de excitación como ya hemos explicado. 190


El rotor recibe movimiento del motor de combustión por medio de la polea 3 (Fig. 6.24), que se monta en el chavetero 12 del eje, que también recibe al ventilador 4, encargado de provocar la corriente de aire necesaria para el enfriamiento de los componentes del alternador. c)

Puente rectificador

Es un conjunto exadiodo o nonadiodo 19 (Fig. 6.24), que va sujeto a la carcasa soporte del lado de los anillos rozan tes mediante tres tornillos aislados eléctricamente. A este conjunto se fijan las salidas de los arrollamientos inducidos del estator. Los diodos se montan en esta placa de manera que tres de ellos quedan conectados a masa por uno de sus lados y los otros tres al borne de salida de corriente del alternador, también por uno de sus lados. El lado libre de los seis queda conectado a los extremos de las fases. El calentamiento admisible de los diodos está limitado y, por ello, debe evacuarse el calor de las zonas donde se alojan, tanto los de potencia como los de excitación. Con este fin se montan sobre cuerpos de refrigeración, que por su gran superficie y buena conductibilidad térmica son capaces de evacuar rápidamente el calor a la corriente de aire refrigerante. En algunos casos, para mejorar esta función, estos cuerpos están provistos de aletas. La fijación de la placa portadiodos a la carcasa del alternador se realiza con interposición de casquillos aislantes, como muestra la Fig. 6.28 que, según los casos, deben posicionarse en los lugares específicos para lograr un correcto funcionamiento del puente rectificador, de manera que aislen convenientemente de masa un grupo de diodos, mientras que el otro grupo queda conectado a masa. Conector doble de salida corriente Casquillos aislantes Casquillo metálico

;--,~~_ Casquillos

aislantes

ee~

Co"d,"",do, Borne salida de corriente

~ ',,"to "ct;fi"dm I~ ®_ ~ 1.

Arandela plana

Fig.6.28.

d)

Carcasa lado anillos rozantes

Es una pieza de aluminio obtenida por fundición (marcada 30 en la Fig. 6.24), donde se monta el portaescobillas, fijado a ella por tornillos. De esta misma carcasa salen los bornes de conexión del alternador y en su interior se aloja el cojinete que sirve de apoyo al extremo del eje del rotor. En su cara frontal hay practicados unos orificios, que dan salida o entrada (según la disposición) a la corriente de aire provocada por el ventilador. 191


e)

Carcasa lado accionamiento

Al igual que la del lado anillos, es de aluminio fundido, y en su interior se aloja el otro cojinete de apoyo del eje del rotor. En su periferia lleva unas bridas para la sujección del alternador al motor del vehículo y el tensado de la correa de arrastre. En su cara frontal, lleva practicados también unos orificios para el paso de la corriente de aire provocada por el ventilador. Las dos carcasas aprisionan al estator y se unen por medio de tornillos, quedando en su interior alojados el estator y el rotor, así como el puente rectificador. 1)

Ventilador

El calor desarrollado en el alternador, así como el irradiado y transmitido por el motor y el sistema de escape, además de perjudicar los aislamientos y puntos de soldadura del alternador, pueden deteriorar los diodos montados sobre el mismo, que no soportan temperaturas superiores a los 80°. Para lograr una buena refrigeración del interior del alternador se dispone un ventilador por detrás de la polea de arrastre, capaz de provocar una corriente de aire (Fig. 6.29) que entra por la tapa de anillos rozantes y sale por la del lado de accionamiento a través de aberturas practicadas en las mismas. Las palas del ventilador se disponen de manera adecuada y asimétricamente en el perímetro del ventilador, de manera que se eviten silbidos desagradables que se producirían a determinados regímenes de rotación si la disposición fuera simétrica.

Fig.6.29.

Debido a que el ventilador es accionado junto con el rotor del alternador, por la correa de transmisión del motor, al aumentar la velocidad de rotación se incrementa también la proporción de aire fresco, garantizando la refrigeración necesaria para cada estado de carga.

6.7.

CURVAS CARACTERISTICAS DEL ALTERNADOR

La intensidad de corriente que puede proporcionar un alternador girando a los distintos regímenes de rotación a que es arrastrado por el motor de combustión, se representa generalmente por medio de curvas características, como la representada en la Fig. 6.30, en función del régimen de giro, las cuales están referidas siempre a una temperatura exactamente definida

192

CURVAS CARACTERISTICAS DEL ALTERNADOR

y una tensión constante. En estas curvas se destacan algunos puntos que son de particular importancia en cuanto a peculiaridades del alternador y que pasamos a reseñar.

kW

A nL

1-

7

70

I ma ,

o

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ca

~ca Q¡ 'O

50 40

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U

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2

o

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10 1/ 213

o

Ilmax

l/N

I

ono 4000 8000

12000 mln- 1

Velocidad de rotación del alternador n

Fig.6.30.

El punto no refiere la velocidad mínima de rotación, también llamada velocidad de rotación de cero amperios, para la cual el alternador alcanza la tensión nominal. Tan solo a mayores velocidades de rotación proporciona corriente el alternador. Generalmente, la velocidad mínima de rotación de los alternadores actuales es de 1.000 r.p.m. par~ el giro a ralentÍ del motor, oscilando en una banda nL que es consecuencia de las irregularidades de giro del motor, dentro de la cual, el alternador puede proporcionar una corriente I Lo que en el ejemplo de la figura está comprendida entre 20 y 35 A para el régimen de ralentÍ. A esta velocidad de rotación el alternador debe proporcionar como mínimo la corriente necesaria para abastecer a los consumidores considerados como esenciales, como el encendido, el alumbrado, limpiaparabrisas, etc. Por 10 regular, las dimensiones del alternador se calculan de forma que, según el tipo de vehículo y el servicio a prestar I L tenga un valor superior a 1,2 de la intensidad de corriente necesaria. El punto n 2 / 3 corresponde al régimen de rotación del alternador en el cual se consigue una intensidad de corriente igual a los 2/3 de la intensidad nominal IN' Esta velocidad de rotación viene indicada en la placa de características adosada en la carcasa del alternador mediante un Índice (por ejemplo, el índice 25 corresponde a 2.500 r.p.m.). Este punto de la curva característica de intensidad de corriente sirve como referencia para determinar la pendiente de la misma. El punto N N corresponde a la velocidad de rotación a la cual se consigue la intensidad nominal IN del alternador, que debe ser superior a la demanda total de todos los consumidores eléctricos. El punto Nmáx corresponde a la velocidad máxima del alternador, a la cual se consigue la máxima intensidad de corriente. Esta velocidad máxima se sitúa generalmente en los alterna193


dores actuales en valores comprendidos entre 10.000 y 15.000 r.p.m. y está limitada por el diseño de escobillas y rodamientos. Junto a la curva característica de intensidad de corriente del alternador, suele darse también la curva de la potencia de accionamiento P, la cual supone el esfuerzo que debe realizar la correa de arrastre para mover el rotor del alternador, que a su vez significa la potencia que debe emplear el motor de combustión para mover el alternador a una determinada velocidad de rotación. En la figura se muestra esta curva de potencia de accionamiento, que resulta relativamente plana en el margen medio de revoluciones y muy pendiente en los regímenes bajos y altos.

6.8.

BALANCE ENERGETICO DEL ALTERNADOR

Para determinar las características y dimensiones de un alternador, es preciso considerar los diferentes factores que influyen en su funcionamiento, de entre los cuales destacaremos: • La capacidad de la batería. • Los consumidores eléctricos del vehículo. • Las condiciones de circulación. Los fabricantes de vehículos determinan el tamaño del alternador atendiendo a los factores ennumerados, teniendo en cuenta que en cualquiera de las condiciones de utilización, el alternador debe ser capaz de suministrar la suficiente energía eléctrica para abastecer a los consumidores y mantener la batería en perfecto estado de carga, de manera que pueda ser utilizada en el arranque con plenas garantías. A este efecto, es preciso resaltar que la suma de los valores de consumo y las condiciones particulares de la circulación, son definitivas para determinar la curva característica del alternador necesario en cada caso. De ello se deduce que un alternador correctamente dimensionado es decisivo para obtener una alimentación suficiente de energía en el vehículo, mientras que uno de dimensiones insuficientes no es capaz de cargar completamente la batería, por 10 que ésta se irá descargando paulatinamente con el uso hasta quedar sin carga y, por tanto, incapaz de efectuar un arranque. Si la demanda de energía es elevada, por ejemplo, por haber incorporado en el vehículo diversos consumidores adicionales, puede resultar conveniente sustituir el alternador previsto de serie por otro de mayor potencia, sobre todo cuando el vehículo circula preferentemente en ciudad, con recorridos cortos y frecuentes paradas. En este caso, es conveniente verificar el consumo de todos los aparatos eléctricos instalados y sus tiempos medios de utilización, al tiempo que se valora el tipo de circulación del vehículo, en base a calcular la potencia del alternador, de forma que incluso bajo condiciones adversas pueda cargarse la batería, además de alimentar todos los consumidores eléctricos, pues sólo así estará el vehículo siempre dispuesto para el servicio. En general, el balance energético de un alternador se realiza sumando la potencia eléctrica de todos los consumidores para determinar posteriormente, con ayuda de unas tablas la intensidad nominal mínima necesaria. A título de ejemplo diremos que esta tabla establece de manera aproximada una intensidad nominal igual a la décima parte de la suma de potencia de los consumidores. Por ejemplo, si en una determinada aplicación se obtiene una suma de consumidores igual a 500 W, la intensidad nominal del alternador necesario debe ser de 50 A. También debe controlarse que la intensidad de corriente capaz de ser suministrada por el alternador para un giro en ralentí del motor, es superior a la requerida por los consumidores considerados permanentes, como el circuito de encendido, el de aumbrado, la bomba de combustible y el sistema de inyección, con el fin de que en estas condiciones de funcionamiento quede garantizada la carga de la batería. 194

EJECUCIONES DE ALTERNADORES: TIPOS

6.9. EJECUCIONES DE ALTERNADORES: TIPOS En la ejecución de un alternador se siguen criterios mecánicos y eléctricos, de entre los cuales destacaremos los siguientes: • Tipo de vehículo y condiciones de servicio al que se destina. • Margen de revoluciones del motor al que debe adaptarse. • Tamaño, estructura y condiciones de montaje. • Tensión nominal de la instalación eléctrica. • Intensidad de corriente nominal y máxima. • Potencia útil. Con estas premisas se determina el tipo de alternador necesario para cada aplicación de manera que satisfaga las necesidades requeridas. En la Fig. 6.31 puede verse la estructura de un alternador tradicional, con rotor de doce polos, cuya bobina es alimentada a través de los anillos rozan tes, contra los cuales frotan las escobillas, que son aplicadas contra ellos por sendos muelles de espiral. Este alternador presenta la peculiaridad de que tres de los diodos de potencia van montados en la placa que constituye el borne B +, mientras los otros tres se montan en la carcasa lado anillos rozantes, tomando masa en ella, como se ve en la figura. En este caso, pues, no hay placa portadiodos como vimos en otros alternadores. También en la figura pueden verse dos de los tornillos de unión de las carcasas. Diodo

Chapa de Anillo rozante refrigeración

Devanado

Carcasa polar

Fig. 6.31.

La Fig. 6.32 muestra el despiece de un alternador trifásico, cuya placa portadiodos va provista de unas aletas que mejoran notablemente la disipación del calor a que están sometidos los diodos. 195

..-

1.0

Polea

Soporte 1. accionamiento

Rotor

0'\

el

Borne de salida de corriente

Portaescobilla

~. N

::o

8:¡ O CI tr1

()

:>

::o Cl ?:> t"" ....,

tr1

~

:> CI O

::o Ventilador

Soporte 1. accionamiento

Placa portad iodos

Inducido (Estator)

Soporte rectificador

Fig.6.32. Placa portadiodos

Inducido (Estator)

Soporte 1. anillos

•• ~I-=«)

TO,~~ Polea

Rotor

Fig.6.33.

Borne de salida de corriente

Rotor

Ventilador

«3

Puente rectificador

Portaescobillas Condensador

tT:I tT:I

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) • (j

(J

e(J

Regulador

Polea

Tapa

Soporte 1. accionamiento Inducido (Estator)

Soporte 1. anillos

Conector doble salida de corriente

(3 Z

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Fig.6.34.

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~

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t:I

o

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tT:I

...,~ ..... '.D

-J

::a o lZl


200

INSTALACION y MANTENIMIENTO DEL ALTERNADOR

6.10.

INSTALACION y MANTENIMIENTO DEL ALTERNADOR

Al igual que ocurre con las dinamos, el alternador va fijado al bloque motor en un montaje basculante que permite el tensado de la correa de arras te. En la Fig. 6.38 se muestra uno de los sistemas de fijación empleados, donde las flechas marcan los puntos de sujección y tensado.

Fig.6.38.

En algunos casos, la unión se realiza con interposición de casquillos elásticos (silenblocs) que absorben las vibraciones del motor de combustión, impidiendo que se transmitan al alternador. El sistema de accionamiento comúnmente empleado es el de correa trapezoidal y poleas, como el representado en la figura. La correa tiene un coeficiente de alargamiento muy pequeño, que evita operaciones de tensado sucesivas en función del kilometraje. La situación de los alternadores en el motor es tal, que resultan protegidos contra salpicaduras de aceite, combustible o agua, para lo cual, en algunos casos se utilizan pantallas protectoras. La Fig. 6.39 muestra el posicionamiento de una de estas pantallas rodeando la carcasa del alternador (zona ennegrecida), así como las fijaciones A y B del mismo. Cuando haya de realizarse cualquier tipo de intervención en los alternadores, deberán tenerse en cuenta las siguientes precauciones: a) El alternador debe funcionar únicamente estando conectados el regulador y la batería, pues en caso contrario, se corre el riesgo de avería en los diodos del rectificador. Del mismo modo, debe evitarse que se produzcan cortocircuitos entre los bornes de salida de corriente y masa. No debe probarse nunca si carga un alternador por el método de hacer saltar chispas de su borne de carga. b) Observar la polaridad del acumulador antes de realizar su conexión al vehículo. Si se invierten los bornes, los diodos pueden resultar dañados. En caso de utilizar un acumulador

auxiliar para efectuar el arranque del vehículo, téngase la precaución de conectarlo correctamente (terminal positivo a borne positivo y terminal negativo a borne negativo). c) Cuando haya necesidad de cargar la batería por medio de un cargador, es necesario desconectarla de la instalación del vehículo. d) El alternador no debe funcionar en vacío o sobre circuito abierto. También debe evitarse desconectar el acumulador o el regulador cuando el alternador está girando, aunque sea solamente por un momento, pues se originan tensiones por autoinducción de más de 100 V en el arrollamiento de excitación, que podrían deteriorar los diodos de rectificación. 201


Fig.6.39.

e) Es necesario desconectar el acumulador cuando se va a desmontar el alternador o se va a intervenir en él estando parado el motor. Igualmente se desconectará cuando se realicen trabajos de soldadura en el vehículo.

En cuanto a mantenimiento periódico se refiere, los alternadores no requieren prácticamente ningún cuidado. Así, por ejemplo, de resultas de la pequeña corriente de excitación y un blindaje esmerado de los anillos rozan tes que actúa de protección contra la suciedad, el desgaste de las escobillas es sumamemnte reducido en los alternadores, alcanzándose normalmente una duración de 100.000 km. Los cojinetes de apoyo del eje del rotor se montan estancos, con la suficiente cantidad de grasa para no necesitar mantenimiento en un mínimo de 100.000 km. De esta manera y dado que los demás componentes del alternador no requieren mantenimiento alguno, las revisiones que hayan de efectuarse se limitarán a la comprobación del tensado de la correa de arrastre, estado de las conexiones, fijaciones al bloque motor, etc. 6.11.

COMPROBACION DE FUNCIONAMIENTO DEL ALTERNADOR

Estando el alternador montado en vehículo, la comprobación de su funcionamiento se realiza de manera similar al caso de las dinamos. Manteniendo las conexiones del circuito de carga, se conectarán un voltímetro y un amperímetro, tal como muestra la Fig. 6.40. Al cerrar el interruptor de encendido 1, pasa la corriente de excitación desde la batería, a través del regulador, hasta la bobina del rotor, creando el campo magnético inductor. Una vez puesto en marcha el motor del vehículo y manteniéndolo a ralentí, la lectura del voltímetro debe ser superior a 14 V, teniendo desconectados todos los servicios y estando la batería en perfectas condiciones. El amperímetro debe acusar una carga de 3 a 6 A en estas mismas condiciones, dependiendo la misma del estado de carga de la batería. Subiendo lentamente la velocidad del motor, se verá que lá aguja del voltímetro permanece sensiblemente quieta (14,5 V aproximadamente), indicando que el regulador funciona correc202

VERIFICACION y CONTROL DEL ALTERNADOR

tamente. Si se observa que la lectura del voltímetro aumenta con la velocidad del alternador sobrepasando este valor, debe pararse el motor inmediatamente y verificar el regulador, que está trabajando defectuosamente. Con el motor girando a 3.000 r.p.m. aproximadamente, se irán conectando los distintos servicios (luces, limpiaparabrisas, luneta térmica, etc.). La lectura del amperímetro debe ir subiendo paulatinamente a medida que se conectan los servicios, llegando sin dificultad a los 15 A. El voltímetro nos dará una lectura superior a los 14 V. Si se acusaran anomalías al realizar estas pruebas, deberá desmontarse el alternador del vehículo para proceder al despiece del mismo y verificación individual de sus componentes. No obstante, con anterioridad deberá comprobarse que llega tensión al borne de excitación del alternador, para 10 cual se suelta el conector correspondiente (Fig. 6.41) Y se comprueba

Fig.6.40.

Fig. 6.41.

con un voltímetro si llega tensión al borne de entrada al rotor. En caso negativo deberá verificarse el circuito de carga, como más adelante se detallará.

6.12.


Antes de proceder a la verificación individual de los componentes del alternador, deberá realizarse una limpieza escrupulosa de los mismos, eliminando la grasa, polvo, barro, etc., que se encuentra adherida a ellos. Para esta operación no deben emplearse nunca disolventes, que podrían dañar a cualquiera de los componentes. Basta con frotarlos con un paño limpio. Durante esta operación y aún en la del desmontaje, se pondrá especial atención en cada uno de los componentes desmontados, observando si existen en ellos roturas, deformaciones, desgastes excesivos, etc. Una vez finalizada esta operación, se procede a la verificación individual de los componentes como sigue: a)

Rotor

Se comprobarán en él las ausencias de grietas o indicios de oxidación, así como el buen aspecto de los anillos rozantes. En caso de encontrar en la superficie de éstos señales de chispeo, desgaste excesivo, etc., se procederá a repasarlos en un torno, rebajando como 203


máximo 0,5 mm en diámetro. Igualmente deben ser observadas las posibles deformaciones del eje, que implican la sustitución de este componente. En cuanto a verificaciones eléctricas se refiere, se comprobarán la continuidad, derivaciones a masa y cortocircuito de la bobina del rotor. La continuidad y el cortocircuito se comprueban a la vez, empleando para ello un óhmetro (Fig. 6.42). Aplicando las puntas de prueba del mismo a los anillos rozantes, la resistencia indicada por el comprobador deberá estar comprendida entre 3 y 8 Q. Un valor netamente más bajo indica cortocircuito entre las espiras de la bobina. Valores altos significan conexiones defectuosas de los extremos de la bobina a los anillos rozantes. Si el óhmetro marca una resistencia infinita, significa que la bobina se encuentra cortada. La continuidad y el cortocircuito pueden también probarse con una batería y un amperímetro. Conectados en serie con los anillos del rotor, la lectura del amperímetro deberá estar comprendida entre 2 y 4 A. Si fuese superior a estos valores, indica que hay cortocircuito en la bobina. Valores inferiores significan conexiones defectuosas. Si la aguja del amperímetro no sufre desviación alguna, es que está cortada la bobina. Las derivaciones a masa se comprueban con la «serie». Poniendo una punta de pruebas a cualquiera de los anillos rozantes y la otra a masa (Fig. 6.43), la lámpara no debe lucir. En caso de hacerlo, indica derivación a masa de la bobina o alguno de los anillos rozantes.

v

Fig.6.42.

b)

Fig.6.43.

Conjunto portaescobillas

Se comprobará el buen deslizamiento de las escobillas en sus alojamientos y el desgaste de ellas, procediendo a la sustitución de las mismas cuando sea necesario. Asimismo se comprobará que la trenza de la escobilla no esté rota ni desprendida de ella. Montando el portaescobillas en la carcasa, se comprobará con la serie el aislamiento de la escobilla positiva, poniendo una punta de prueba al borne de excitación y la otra a masa. La lámpara debe permanecer apagada. Si se enciende, indica derivación a masa del portaescobillas, que deberá ser sustituido. Realizado este mismo ensayo sobre la escobilla negativa, la lámpara debe encenderse, indicando la buena toma de masa. En algunos alternadores, la escobilla negativa también va aislada de masa, pues su conexión se lleva al regulador, como ya se verá. 204


e) Estator Se comprobará que los arrollamientos se encuentran en buen estado, no están deformados, ni tienen el aislamiento deteriorado. Pudiera ocurrir que haya algunas espiras del arrollamiento inducido en cortocircuito, en cuyo caso, se habrá producido un calentamiento anormal. Un control visual puede ser suficiente para comprobarlo. El aislamiento de masa de cada una de las fases se comprueba con la serie, conectando las puntas de prueba tal como muestra la Fig. 6.44. Si la lámpara se enciende, significa que alguna fase está derivada a masa. La continuidad y el cortocircuito se comprueban al mismo tiempo, utilizando para ello una batería y un amperímetro, tal como indica la Fig. 6.45. Aplicando una tensión de 6 V entre las salidas de dos fases, la corriente señalada por el amperímetro debe ser inferior a 40 A para los alternadores de triángulo y 25 A para los de estrella. Esta medición debe efectuarse en todas las fases, lo cual significa que en un alternador trifásico hay que realizar tres mediciones. Se comprobará en ellas que todas las lecturas son iguales.

Fig.6.44.

Fig.6.45.

La continuidad y el cortocircuito pueden comprobarse también con un óhmetro, tal como indica la Fig. 6.46. Si la aguja marca resistencia infinita, indica que el circuito está interrumpido. La resistencia del arrollamiento depende del tipo de alternador, pero puede tomarse como valor máximo entre dos conexiones de fase, 0,2 Q. En todo caso, las lecturas obtenidas en las tres mediciones deben ser iguales.

Fig.6.46.

205


d)

Puente rectificador

En la verificación de los diodos que componen el puente rectificador, deberá probarse que dejan pasar la corriente en un sentido, pero no en el contrario. Para realizar estas pruebas, los diodos han de estar desconectados del estator del alternador y se utilizará una batería de la misma tensión que la nominal del alternador y una lámpara que dé un bajo consumo (de poca potencia). Se comprobará cada uno de los diodos individualmente, conectando la fuente de alimentación y la lámpara tal como indica la Fig. 6.47, invirtiendo seguidamente la polaridad de la fuente de alimentación. La lámpara debe encenderse cuando esté conectada en un sentido y mantenerse apagada en el otro, lo cual indicará que el diodo está bien. Si se enciende para los dos sentidos de paso de corriente, el diodo está en cortocircuito. Igualmente, si la lámpara no se enciende para ninguno de los sentidos de conexión, el diodo está cortado. En muchos modelos de alternador no es posible realizar la verificación de los diodos individualmente, puesto que éstos se encuentran montados en una placa, de la cual no es posible separarlos. En estos casos, las pruebas se realizan de la siguiente forma: Se conecta el borne positivo de las puntas de prueba en la zona de la placa destinada a la conexión de masa y el negativo se va conectando a cada una de las zonas de conexión de los extremos de las fases. La lámpara debe encenderse en todos los casos (Fig. 6.48). Si en alguno no lo hace, es que ese diodo está cortado.

+

Fig.6.47.

Fig. 6.48.

Invirtiendo la polaridad, la lámpara debe permanecer apagada, pues en caso contrario indicaría que hay un diodo en cortocircuito. Conectando el borne positivo a las zonas destinadas a las conexiones de las fases y el negativo a la zona de conexión del borne de salida del alternador, la lámpara debe encenderse (Fig. 6.49). En caso contrario, el diodo correspondiente está cortado. Invirtiendo las conexiones se comprueba el cortocircuito como en el caso anterior.

Fig.6.49.

206

VERIFICACION y CONTROL DEL ALTERNADOR Conexión salida de corriente Conexiones para los terminales del estator Tipo A

Tipo B

Conexiones para masa

Fig.6.50.

La Fig. 6.50 muestra en esquema la disposición de conexionado de los diodos en este modelo de placa portadiodos descrito, donde se han señalado las zonas correspondientes a los bornes de masa y positivo, así como las correspondientes a las conexiones de los extremos de las fases, entre las cuales deben conectarse las puntas de prueba en las verificaciones. Es de hacer notar que algunos alternadores llevan conectado a masa el borne positivo (cosa poco común). En estos casos, el encendido y apagado de la lámpara al realizar las comprobaciones, será el contrario al explicado. En otras aplicaciones, el conjunto de diodos rectificadores va montado sobre dos placas portadiodos (Fig. 6.51) aisladas entre sÍ, de manera que sobre una de ellas se montan los diodos A del lado positivo, mientras que en la otra mitad se montan los e del lado negativo. Las verificaciones se realizan de manera similar a la descrita anteriormente, conectando la batería y lámpara de pruebas entre los dos extremos de cada diodo.

Fig. 6.51.

Efectuadas las conexiones en la semi placa de diodos del lado positivo, tal como muestra la Fig. 6.52, la lámpara debe encenderse y al invertir las conexiones debe quedar apagada. En caso de que esto no ocurra aSÍ, es que el diodo verificado es defectuoso. Conectada la batería y lámpara de pruebas a los diodos de la semiplaca negativa, como indica la Fig. 6.53, la lámpara debe encenderse y mantenerse apagada al invertir la polaridad. En caso contrario, el diodo verificado es defectuoso. 207


Fig.6.52.

Fig.6.53

e) Carcasas Tanto en la tapa lado accionamiento, como en la del lado de los anillos rozantes, se comprobará que no existen grietas, deformaciones, ni huellas de golpes. En especial se comprobarán los cojientes de apoyo del eje del rotor y sus alojamientos, observando si existen asperezas o señales de trepitación, indicadoras ambas de resbalamiento del cojinete. Igualmente, se comprobará que la polea de arrastre y el ventilador, no estén deformados, ni tengan señales de golpes, lo cual implica la sustitución de los mismos.

6.13. PRUEBA DEL ALTERNADOR EN EL BANCO Una vez realizada la verificación individual de los componentes de un alternador y sustitución o reparación de los encontrados defectuosos, se procederá al montaje de los mismos, siguiendo las instrucciones dadas por el fabricante, teniendo especial cuidado en no forzar ninguno de los componentes en las operaciones de montaje. Finalizado este trabajo, es conveniente verificar el funcionamiento del alternador en el banco de pruebas antes de instalarlo en el vehículo. La prueba a realizar en banco consiste en obtener la curva característica de carga, en función del régimen, a una tensión constante; para ello, se fijará el alternador al motor del banco de pruebas que ha de transmitirle movimiento y se realizarán las conexiones necesarias para auto excitarlo. En la Fig. 6.54 se ha representado el esquema de conexiones de un alternador trifásico de estrella para la prueba en banco. Se han conectado un voltímetro y un amperímetro a su borne de salida, así como la batería y una resistencia regulable de que está provisto el banco.

208


1 - - - - - - - - Exc. I I I

+

I

1_ _ _ _ _ _ ""_ _

J

Fig.6.54.

Es importante resaltar que la prueba en banco no debe efectuarse sin que esté montada en el alternador su turbina de refrigeración, pues ello acarrearía el calentamiento y deterioro de los diodos. Del mismo modo, es necesario que el alternador adquiera su temperatura ideal de funcionamiento antes de iniciar la prueba, para lo cual, se tendrá funcionando con anterioridad treinta minutos al menos. En la realización de la prueba, se hará girar el alternador a diferentes regímenes, manteniendo la tensión constante por medio de la resistencia variable del banco. Generalmente, la curva de corriente en función del régimen se da para una tensión constante de 13,5 V. Así, pues, puesto en marcha el alternador, se ajustará la resistencia variable para obtener en el voltímetro la lectura de 13,5 V Y se irá aumentando progresivamente el régimen hasta conseguir que la aguja del amperímetro comience a desviarse. La velocidad a la que esto ocurre es la de inicio de carga y representa un punto importante de la curva. Si varía la lectura del voltímetro durante esta operación, se actuará sobre la resistencia variable para obtener nuevamente los 13,5 V. Seguidamente se aumentará el régimen de giro paulatinamente, accionando la resistencia variable al mismo tiempo, para mantener constante la tensión. De esta forma se tomarán algunos valores de la intensidad de corriente para los distintos regímenes de giro, resultando al final de la prueba una curva característica, que debe corresponderse con la dada por el fabricante. En la Fig. 6.30 se representó una de estas curvas características, tomadas a una tensión constante de 13,5 V. Finalizada esta prueba, si los resultados son satisfactorios, puede montarse el alternador sobre vehículo, en la seguridad de que funcionará correctamente. Si los resultados no fueran correctos, deberá procederse nuevamente a la verificación del alternador, pues algún componente es defectuoso.

209

7 Circuito de carga. Reguladores para alternador 7.1.

NECESIDAD DE LA REGULACION

Al igual que ocurre en las dinamos, la tensión generada en el alternador es proporcional a la velocidad de giro del motor de combustión. Como quiera que ésta varía constantemente durante la marcha del vehículo, se hace necesaria la regulación para mantenerla dentro de los límites de utilización convenientes, para que los diferentes aparatos receptores del equipo eléctrico, reciban la tensión adecuada a su buen funcionamiento. Si se consigue que la tensión generada sea sensiblemente constante, estará asegurado el buen funcionamiento de los diferentes aparatos receptores. La regulación de la tensión se consigue actuando sobre la corriente de excitación del alternador y, con ello, sobre el campo magnético creado en el rotor, el cual, aumenta o disminuye

en función de los valores que toma la corriente de excitación. Mientras la tensión generada en el alternador permanece por debajo de la tensión de regulación, el regulador no entra en función. Si la tensión en bornes del alternador sobrepasa el valor máximo prefijado, el regulador ocasiona, de acuerdo con el estado de carga de la batería, una reducción o una interrupción total de la corriente de excitación, 10 que supone una dismi-

nución del campo magnético del rotor y, en consecuencia, también disminuye la tensión en bornes del alternador. El descenso de la tensión generada hasta un valor prefijado, supone que la corriente de excitación vuelva a aumentar y, con ello, sube nuevamente la tensión en bornes, hasta sobrepasar nuevamente el valor prescrito. Seguidamente comienza de nuevo la secuencia, repitiéndose tantas veces como se produzca una subida de tensión. Este proceso se sucede con tanta rapidez que la tensión del alternador es regulada, manteniéndose en el valor constante deseado. El ajuste a las diferentes velocidades se efectúa automáticamente de manera que, a un número de revoluciones bajo, la corriente de excitación fluye con una intensidad elevada durante un tiempo relativamente largo, reduciéndose sólo por poco tiempo, con 10 cual, su valor medio resulta elevado. Por el contrario, a un número de revoluciones elevado, la corriente de excitación permanece alta muy poco tiempo y es reducida durante un tiempo relativamente largo, por cuya causa, su valor medio resulta bajo. La Fig. 7.1 muestra el gráfico de regulación de la corriente de excitación, donde se observa que el valor 1m de ésta, para un régimen bajo de revoluciones n l es relativamente elevado, mientras que resulta menor para un régimen n z más alto. Del mismo modo, el tiempo de conexión Te es mayor a regímenes bajos, mientras que el de desconexión Ta alcanza mayores valores en regímenes altos. Por todo ello, dependiendo de la relación tiempo circuito cerrado/tiempo circuito abierto, se establecerá una determinada corriente por el rotor, proporcional a esta relación, que determina la magnitud del campo magnético creado y, por tanto, de la tensión en bornes del alternador. 211

CIRCUITO DE CARGA. REGULADORES PARA ALTERNADOR

En los procesos de conexión y desconexión, la corriente de excitación aumenta y disminuye de una manera progresiva, debido a los efectos de autoinducción que se producen en la bobina del rotor. En el momento de la conexión, la intensidad de corriente va aumentando paulatinamente con la formación del campo magnético inductor durante el tiempo de conexión Te' Lo contrario ocurre en la desconexión durante el tiempo Ta .

Estado de regulación a número de revoluciones n,

Estado de regulación a número de revoluciones n2 Regulador dese.

con.

dese.

con

I max

Tiempol_

--

Fig. 7.1.

Los fenómenos de inducción electromagnética se producen en las bobinas en los instantes de inicio del paso de corriente y final de la misma, en los cuales, la bobina se comporta de manera similar a un muelle, de forma que cuando comienza a pasar la corriente, la bobina ofrece una gran oposición que va decreciendo a medida que transcurre el tiempo, con 10 que la intensidad de la corriente va creciendo en el transcurso del tiempo. Lo contrario ocurre en los instantes del corte de corriente, en los cuales se obtiene el efecto contrario, como si la bobina tratase de devolver la energía acumulada en el inicio. Estos efectos serán estudiados con profundidad al tratar el sistema de encendido. Debido a sus propias características, el alternador no necesita un regulador de intensidad, ya que esta regulación se efectúa de forma automática. Efectivamente, cuando la corriente entregada por el alternador y que sale del bobinado del estator es elevada, el campo magnético creado en las bobinas de las diferentes fases del estator, es suficientemente alto para oponerse al flujo inductor, lo que supone una limitación de la corriente inducida. El fenómeno de la autoinducción que aquí se produce, hace que la corriente generada no suba por encima de un cierto valor.

Ocurre, además, que cuanto más elevado es el giro del alternador, mayor es la frecuencia de la corriente inducida (cambio de sentido de la corriente en las fases). Este aumento de la frecuencia, supone que la autoinducción sea mayor, lo que significa una limitación de la corriente inducida mayor aún. De otra parte, la impedancia (2) o resistencia aparente en corriente alterna, viene dada por la expresión:

donde L es el coeficiente de autoinducción del circuito, R la resistencia eléctrica del mismo y la frecuencia de la corriente que lo recorre.

f

Cuando la velocidad de rotación del alternador es muy alta, la frecuencia excede de 700 períodos por segundo, con lo que el término R 2 es despreciable en comparación con L 2 (2nf)2. 212

REGULADORES DE CONTACTOS

De esta manera, aumenta Z grandemente con la velocidad de rotación del motor, limitando así la corriente inducida. Así, pues, los reguladores para alternador, solamente necesitan la unidad correspondiente a la limitación de tensión, quedando suprimidos, por tanto, el disyuntor y el limitador de corriente que se empleaban en las dinamos.

En el circuito de carga, la batería se une directamente al borne de carga del alternador y no puede descargarse sobre éste, por impedírselo los diodos. No ocurre lo mismo con la alimentación del rotor, cuya corriente es necesario cortar cuando se para el motor de combustión. Por esta causa, esta corriente se toma generalmente a través del interruptor de encendido. 7.2.

REGULADORES DE CONTACTOS

De entre los diferentes tipos de regulador empleados en los circuitos de carga con alternador, los más sencillos son los llamados «de contactos», generalmente empleados en alternadores pequeños. En estos reguladores, la variación alternativa de la corriente de excitación se efectúa mediante el cierre y apertura de un contacto móvil y conexión de una resistencia en serie con el circuito de excitación, de forma similar al caso de las dinamos. En la Fig. 7.2 se muestra el esquema de un circuito de carga para alternador trifásico, cuyo regulador de tensión es del tipo de contactos citado.

1- - - - - - - - - - - -

I

l·

EXC

I

Fig.7.2.

Cuando se cierra el interruptor de encendido 1, la tensión del circuito (que en el caso de motor todavía parado es la de la batería), queda aplicada a la bobina B; pero la fuerza magnética de ésta es insuficiente para separar los contactos E y F, que se encuentran juntos en posición de reposo, tal como se ha representado en la figura. En estas condiciones, la corriente de excitación pasa desde la batería al rotor del alternador, a través de los contactos E y F, creando el campo magnético correspondiente. En cuanto es puesto en marcha el motor del vehículo, la tensión generada en el alternador se hace superior a la de la batería y comienza la carga de ésta. Al propio tiempo, la bobina B queda sometida a esta tensión y, si el valor de la misma sobrepasa los límites establecidos (generalmente 14,5 V), la fuerza magnética creada en el arrollamiento B, es suficiente para separar el contacto móvil F del fijo E, sin que llegue a tocar con el G (queda en posición intermedia). De esta manera, la corriente de excitación llega al rotor del alternador a través de la resistencia R, al no poder pasar a través de los contactos E y F. La caída de tensión provocada por la resistencia, disminuye la corriente de excitación y, con ello, decrece el campo magnético inductor, con lo cual, desciende la tensión en bornes del

213


alternador. Inmediatamente, los contactos E y F vuelven a juntarse, pues la fuerza magnética de la bobina B se ha debilitado y, la corriente de excitación aumenta al pasar por ellos, en vez de hacerlo por la resistencia. Nuevamente vuelve a crecer la tensión en bornes del alternador, produciéndose otra vez la regulación. Esta secuencia se repite continuamente, lográndose que la intensidad media que recorre el inductor sea la adecuada, dependiendo de los tiempos de apertura y cierre de los contactos. De esta manera se consigue que la tensión en bornes del alternador sea la deseada, sin que sobrepase los límites prefijados de antemano. Cuando el consumo de los receptores eléctricos es bajo o la velocidad de rotación del alternador es alta, la intensidad de la corriente de excitación que se obtiene en la posición intermedia del contacto móvil F, es demasiado elevada, por 10 que la tensión en bornes del alternador aumenta. En consecuencia, la fuerza de atracción de la bobina B es todavía mayor y hace que el contacto móvil F llegue a juntarse con el fijo G. De esta manera, la corriente de excitación que llegaba al rotor a través de la resistencia R, se desvía ahora a la salida de ella hacia los contactos F y G (ahora juntos) y masa, quedando el rotor en cortocircuito. Por esta causa, desaparece totalmente el campo magnético inductor y decrece bruscamente la tensión en bornes del alternador. Inmediatamente el contacto móvil vuelve a su posición de reposo y la tensión en bornes vuelve a crecer, repitiéndose nuevamente el ciclo completo. Estos fenómenos se repiten con la frecuencia necesaria para conseguir el valor adecuado de la intensidad de la corriente de excitación, manteniéndose la tensión en bornes del alternador dentro de unos valores previamente establecidos. En algunos modelos de reguladores de contactos, se colocan en serie con el circuito de excitación, unas espiras de hilo grueso, que se arrollan encima de la bobina B. El efecto producido es elevar la frecuencia de la apertura y cierre de los contactos, en consonancia con el valor de la intensidad de corriente en el rotor. Otras veces se dispone una resistencia al final de la bobina B, en serie con ella, que al igual que ocurre en los reguladores para dinamo, realiza la compensación térmica de la resistencia del arrollamiento, obteniéndose una menor variación de la resistencia eléctrica del conjunto con la temperatura y, con ella, menor variación de la tensión regulada. La Fig. 7.3 muestra las diferentes fases de funcionamiento de este tipo de regulador de contactos, donde puede verse también el conexionado del mismo al alternador, cuyos bornes están debidamente señalizados. Este regulador incorpora una resistencia de compensación térmica Re' conectada en serie con la bobina de tensión. La fase A muestra el paso de la corriente en el inicio de funcionamiento, cuando el interruptor de encendido se conecta y el motor no ha sido puesto en marcha todavía. Las fases B y C muestran los instantes de regulación, en los que la fuerza magnética de la bobina de tensión lleva el contacto móvil del regulador a una posición intermedia (fase B), desviando la corriente de excitación a través de la resistencia de regulación Rr, o a una posición en que toca con el contacto inferior (fase C), en cuyo caso, la corriente de excitación es desviada a masa después de la resistencia de regulación.

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Fig.7.3.

214

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REGULADOR DE CONTACTOS DE DOS ELEMENTOS

Dado que la tensión en bornes del acumulador depende de la densidad del electrólito y ésta, a su vez, disminuye con la temperatura, es necesario que la tensión regulada se adapte a las variaciones térmicas, para evitar cargas insuficientes o sobrecargas del acumulador. Ello se consigue, al igual que en los reguladores para dinamo, mediante la implantación de la resistencia de compensación ya mencionada y por medio de una lámina bimetal situada en la fijación del contacto móvil a la armadura, como muestra la Fig. 7.4. Esta lámina bimetal adquiere una determinada curvatura que es función de la temperatura ambiente, que ayuda o contrarresta la acción del muelle antagonista, con lo cual, se modifica la fuerza de éste en función de la temperatura ambiente.

Fig.7.4.

Este modelo de regulador no incorpora mecanismo alguno para el funcionamiento de la luz de control del circuito de carga, por lo que dicha función ha de realizarse mediante voltímetro o amperímetro. En otros casos, como más adelante se verá, se dispone un elemento auxiliar de bobina y contactos que gobierna el encendido y apagado de la lámpara testigo de carga. 7.3.

REGULADOR DE CONTACTOS DE DOS ELEMENTOS

El regulador anteriormente tratado es de un solo elemento, ya que únicamente es necesario el limitador de tensión; no obstante, en algunos modelos se dispone de otro elemento que se emplea para el control de la lámpara testigo de carga, que va situada como en el caso de las dinamos, en el tablero de instrumentos del vehículo. En la Fig. 7.5 puede verse uno de estos reguladores, con las conexiones correspondientes al circuito de carga.

Fig.7.5.

215


El alternador presenta la variante de que en el centro de la estrella formada en el devanado inducido, se toma una conexión para un borne auxiliar e, que gobierna el encendido y apagado de la lámpara testigo de carga T, juntamente con el elemento auxiliar incorporado en el regulador. El regulador de tensión lo constituye una bobina B, que gobierna los contactos E, F Y G, de los cuales, los E y F están conectados en serie con el circuito de excitación, al igual que ya se vio en el anterior regulador. El funcionamiento del limitador de tensión es, por tanto, similar al ya explicado. En posición de reposo, los contactos E y F están unidos y solamente se separan cuando se produce la regulación, pudiéndose llegar a juntar el F con el G en los casos límite. El elemento auxiliar de control de la lámpara testigo de carga, está formado por una bobina A, conectada entre los bornes + y e, que gobierna los contactos P y Q, juntos en posición de reposo. El contacto P es móvil y va unido a la lámpara T por mediación del borne L. El otro extremo de la lámpara está unido al borne positivo del alternador y batería, a través del interrruptor de encendido l. Cuando se cierra el interruptor 1 (con el motor parado todavía), la corriente pasa desde la batería a través de la lámpara T, borne L, contactos P y Q y masa, encendiéndose la lámpara. Con el motor ya funcionando y el alternador produciendo f.e.m., la tensión en el borne e es aproximadamente la mitad de la que hay en el borne + y, por esta causa, se establece una corriente entre ambos bornes de sentido + a C. Esta corriente circula a través del interruptor 1, borne + del regulador, bobina A y borne e del regulador, cerrándose el circuito por el borne e del alternador y centro de la estrella. En la bobina, por tanto, se crea un campo magnético capaz de separar los contactos P y Q, con lo cual, queda interrumpida la corriente a través de la lámpara T y ésta se apaga, indicando que el circuito de carga funciona correctamente. De otra parte, la corriente que llega al borne + del regulador está pasando a la excitación del alternador a través de los contactos E y F como ya conocemos. Cuando el alternador sufre una avería y no produce f.e.m., la d.d.p. entre los bornes + y mismo es nula y, por esta causa, no circula corriente a través de la bobina A, por lo que los contactos P y Q permanecen cerrados y la lámpara T encendida, indicando que el alternador no carga.

e del

El elemento de control de la lámpara testigo de carga instalado en el regulador, varía de unos modelos a otros, según el tipo de alternador y conexiones utilizados en el vehículo. Otro de los modelos más empleados es el representado en la Fig. 7.6, donde puede verse que la bobina A, está conectada entre el borne e del alternador y masa. Los contactos P y Q están abiertos en posición de reposo, pudiendo cerrarse por la acción del campo magnético creado por la bobina A cuando circula corriente por ella. Cuando se cierra el interruptor de encendido 1, la corriente de excitación se establece a través de la lámpara por el circuito marcado de trazo grueso en la figura. Esta corriente es menor que en el caso del circuito tratado anteriormente, pero, en todo caso, es suficiente para conseguir la excitación del rotor, con lo cual, el alternador producirá f.e.m. en cuanto esté girando el motor de combustión. Cuando esto ocurre (Fig. 7.7), la tensión existente en el borne e establece una corriente a través de la bobina, capaz de crear un campo magnético suficiente para cerrar los contactos, en cuyo momento, la lámpara se apaga, pues a los dos extremos de la misma está aplicada una tensión igual. El circuito de excitación se establece ahora a través de los contactos P y Q, tal como se ve en la figura.

216

REGULADOR DE CONTACTOS DE DOS ELEMENTOS ~

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I I / /

I

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Fig.7.6.

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I

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~

I

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Fig.7.7.

217


Si el alternador no produce f.e.m., la tensión en el borne se abren, encendiéndose la lámpara de control.

7.4.

e es nula

y los contactos P y Q

REGULADORES PARA ALTERNADOR DE NUEVE DIODOS

Como ya se vio al tratar los alternadores, algunos de ellos incorporan al grupo rectificador tres diodos auxiliares, que se utilizan para el control de la luz testigo de carga, sustituyendo al elemento auxiliar incorporado en el regulador que, de esta forma, queda con un solo elemento. En la Fig. 7.8 se ha representado esquemáticamente una de las disposiciones del circuito de carga con lámpara de control, en un alternador de nueve diodos.

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1- -1 Ht.

I

I R

p

EXC

I

'IHI---'"

Fig.7.8.

Cuando se cierra el interruptor 1 (con el motor parado todavía), la corriente pasa desde la batería, a través de la lámpara T, borne + del regulador, contactos P y Q y borne EXC del regulador, de donde va hasta el rotor del alternador, realizando la excitación necesaria. La lámpara de control está, por tanto, encendida. Al ponerse en marcha el motor, comienza a producir f.e.m. el alternador y se establece la corriente de carga desde su borne + hasta la batería, a través de los diodos de potencia. La tensión existente queda aplicada a la lámpara T a través del interruptor l. De otra parte, en el borne L+ del alternador, hay ahora la misma tensión que en el borne

+ y está aplicada al otro extremo de la lámpara, con 10 cual, por ésta no circula corriente alguna, al tener aplicada a sus dos extremos la misma tensión. La lámpara, por tanto, se apaga indicando que el alternador funciona correctamente. En este tipo de alternador, la corriente de excitación se establece a través de los diodos de excitación, borne L+, borne + del regulador, contactos P y Q y borne EXC del regulador, de donde va hasta el rotor. El regulador de tensión propiamente dicho, funciona de manera similar a los ya explicados. La bobina que gobierna los contactos P y Q está sometida a la tensión existente en el borne L+ del alternador y, cuando ésta sube en exceso, se produce la apertura de estos contactos,

218

APLICACION DE LA ELECTRONICA A LOS REGULADORES

quedando intercalada la resistencia R en el circuito de excitación, con lo que se consigue la regulación.

7.5.

APLICACION DE LA ELECTRONICA A LOS REGULADORES

Las crecientes exigencias planteadas en cuanto a duración, exactitud de regulación y menor mantenimiento, junto con el desarrollo tecnológico alcanzado en los últimos años en electrónica, han hecho posible el empleo de los transistores en los equipos de regulación, consiguiéndose de esta forma fabricar reguladores electrónicos en los que se suprimen los contactos y partes móviles, que son causa de frecuentes desajustes por desgaste y rotura. Sus pequeñas dimensiones y reducido peso, así como su elevada resistencia contra sacudidas, hacen posible incluso montar este regulador sobre el alternador, con las ventajas que ello reporta. En las aplicaciones específicas, se distinguen los reguladores de contactos con ayuda electrónica y los que son totalmente electrónicos. En ambos, los principales componentes son los diodos y transistores, unos ya conocidos y otros que pasamos a describir a continuación. Diodo Zéner

Es un diodo que en sentido directo funciona como otro normal, pero que montado en sentido inverso (Fig. 7.9) permite el paso de corriente cuando se le aplica una determinada tensión, denominada tensión de Zéner. Antes de alcanzado este valor, el diodo no conduce, comportándose como un diodo normal. Su símbolo y esquema de montaje es el representado en la figura.

""'0=---'+ Tensión de A~n~o~d~~YF~~ Zéner

1

Símbolo

Esquema de montaje

Fig.7.9.

Esquema de montaje

Fig.7.10

Tiristor

Es un diodo cuyo funcionamiento está controlado por un tercer borne denominado terminal de disparo. La Fig. 7.10 muestra su símbolo y conexionado. Este componente electrónico tiene un comportamiento similar al de un diodo normal cuando se aplica tensión en sentido inverso. Sin embargo, para que conduzca en sentido directo (de ánodo a cátodo), es necesario establecer previamente una corriente desde el terminal de disparo al cátodo, tras 10 cual, la corriente directa no se interrumpe, aunque desaparezca la existente entre el terminal de disparo y el cátodo. Para que deje de conducir, es necesario anular la corriente entre ánodo y cátodo, es decir, la corriente directa. Transistor

Es un componente electrónico logrado por la unión de dos diodos en oposición, capaz de regular el paso de corriente en un circuito eléctrico. Esencialmente, el transistor desempeña una labor similar a la de un relé, controlando corrientes elevadas mediante el gobierno de otras más pequeñas. 219


Exteriormente, el transistor dispone de tres bornes, denominados respectivamente emisor, colector y base, el último de los cuales actúa como barrera aislante de los dos anteriores, de manera que no existe conducción de corriente entre el emisor y el colector mientras no se aplique tensión a la base. Dependiendo del tipo de unión de los diodos que 10 forman, un transistor puede ser del tipo PNP o bien del tipo NPN. La diferencia entre los mismos reside en la dirección de la corriente principal de paso. La Fig. 7.11 muestra el símbolo y conexionado de ambos tipos de transistor, en los cuales, la corriente principal le entre el emisor y el colector está controlada por la corriente lb establecida entre el emisor y la base, es decir, solamente se establece corriente en el circuito emisor-colector cuando previamente se ha establecido en el emisor-base. En el transistor del tipo PNP, la corriente de base circula en el sentido emisor-base y la corriente principal 10 hace en el sentido emisor-colector, tal como muestra la figura, mientras que en el transistor del tipo NPN, los sentidos de ambas corrientes son contrarios a los anteriores, aunque el funcionamiento es similar.

Esquema de montaje

Esquema de montaje

(TIPO NPN)

(TIPO PNP)

Fig. 7.11.

En la Fig. 7.12 se muestra cómo un transistor puede realizar la misma función que un relé.

Fig. 7.12.

Al cerrar el interruptor en el circuito de mando del relé, la corriente recorre la bobina del mismo, provocando el cierre del contacto del circuito básico o de trabajo, consiguiéndose gobernar una corriente relativamente alta del circuito de trabajo, con una corriente de mando mucho menor. Exactamente 10 mismo sucede con el empleo del transistor representado en esta misma figura. Al cerrar el interruptor dispuesto en el circuito de mando, fluye una corriente desde el borne positivo de batería al negativo, pasando en el transistor, del emisor a la base. Con esto se consigue hacer conductora la unión emisor-colector, quedando establecida la corriente 220

REGULADORES CON AYUDA ELECTRONICA

principal, mucho mayor que la corriente de mando, a través del circuito emisor-colector del transistor. Esta es, por tanto, la propiedad característica del transistor, cuyas ventajas sobre el relé son indudables, pues, unido a su menor peso, quedan suprimidos los contactos móviles, que están sometidos a un desgaste normal debido a su propio funcionamiento. Las averías por este motivo, quedan suprimidas en el transistor. En la aplicación a los reguladores, el transistor principal conecta y desconecta en rápida sucesión la excitación del alternador, sin necesidad de bobinas ni contactos móviles que requieren un mantenimiento periódico. Los movimientos de apertura y cierre de los contactos, sujetos a los efectos de inercia y rebote, quedan también suprimidos.

7.6.


En un primer paso hacia los reguladores totalmente electrónicos, se utilizaron los convencionales con ayuda electrónica, la cual consistía en añadir un transistor en el circuito de excitación, de manera que limitara la corriente de paso a través de los contactos del regulador. En la Fig. 7.13 puede verse de manera simplificada un regulador de tensión para alternador, equipado con ayuda electrónica.

EXC Fig. 7.13.

La corriente de excitación es gobernada por el transistor, en cuyo circuito de mando (emisor-base) se encuentran los contactos del regulador, cuyas aperturas y cierres se deben a la bobina A, a la que está aplicada la tensión en bornes del alternador. La fuerza magnética de esta bobina actúa sobre el contacto móvil Q. En condiciones normales de carga, el campo magnético de la bobina A no es suficiente para separar los contactos P y Q y, por ello, está establecido el circuito emisor-base, circulando la corriente en este sentido a través de los contactos P y Q, cerrando circuito en masa. Así, queda establecido el circuito emisor-colector y la corriente principal se establece por este camino para alimentar la excitación del alternador. En esta situación está representado el circuito en la figura. 221


Si la tensión en bornes del alternador sube por encima del valor preestablecido, el campo magnético creado en la bobina A es capaz de separar los contactos P y Q, interrumpiendo el circuito emisor-base del transistor, en cuyo momento, éste queda bloqueado y no hay conducción en el sentido emisor-colector, lo cual supone que la corriente de excitación ha de desviarse por la resistencia R, desde el borne + al EXC, produciéndose la regulación. Inmediatamente vuelven a juntarse los contactos P y Q, repitiéndose nuevamente la secuencia explicada. La principal ventaja que aporta este sistema de ayuda electrónica, es que la corriente de excitación no pasa a través de los contactos vibrantes P y Q, pues a través de ellos sólo lo hace una corriente mínima, con lo que se consigue aumentar grandemente la duración de los contactos, pues el chispeo que se produce en las aperturas y cierres ha sido disminuido al hacer pasar por ellos una corriente menor. De otra parte, la corriente principal, gobernada por la de mando, circula a través del circuito emisor-colector, pudiéndose aumentar la corriente de excitación en los alternadores, sin ocasionar problemas, sobrepasando la cota de 2 A establecida como máximo aconsejable en los reguladores de contactos. En algunos modelos de alternador, junto con el regulador de tensión, se emplea un dispositivo de protección contra sobretensiones, constituido por un tiristor, que bajo la influencia de impulsos de corriente de mando, deja pasar la corriente principal. En la Fig 7.14 se ha representado un regulador de tensión con ayuda electrónica (similar al anterior), con el dispositivo de protección.

--.--____-

..... B.---,I

1- -1 Hit

+

EXC

Fig. 7.14.

Cuando se produce una punta de tensión en bornes del alternador, o una sobretensión que se encuentre por encima del valor de reacción del dispositivo, entra en función el tiristor Th, a través del diodo Zener Z (como transmisor del valor de medición) y del transistor T 1 . La 222


sobretensión provoca el salto del diodo Zener, estableciendo una corriente en el circuito emisor-base del transistor, quedando por esta causa, establecido el circuito emisor-colector, a través del cual, se aplica al tiristor Th un impulso de corriente de mando suficiente para que el tiristor comience a conducir. En cuanto lo hace, la corriente es desviada desde el borne D + a masa y el rotor se queda sin corriente de excitación durante unas fracciones de segundo, con lo cual, se produce una regulación enérgica e inmediata. La lámpara de control de carga se enciende avisando al conductor de la anomalía. De esta manera se impide una avería mayor en el circuito. El tiristor no puede volver a su estado de bloqueo hasta haber bajado a cero la tensión en el circuito principal, es decir, hasta haber parado el motor y desconectado el interruptor de

encendido y arranque. Después de arrancado de nuevo el motor, este fenómeno se repetirá nuevamente en caso de existir una avería. En la Fig. 7.15 se ha representado otro modelo de regulador con ayuda electrónica. Es de destacar que el alternador empleado en este caso, no tiene unido a masa ninguno de los extremos del inductor, los cuales, terminan en los bornes aislados F i y Fl> que se unen a los del mismo nombre del regulador.

t--I H" .:. pi ,.........II::::::==::!=IQ I

I 'It-t=~

l

Fig.7.15.

Cuando se cierra el interruptor de encendido 1, queda aplicada tensión a la bobina H, cuyo campo magnético es capaz de cerrar los contactos S y T, con lo cual, se establece la corriente de excitación a través de ellos y del transistor Ti' cuyo circuito emisor-base está puesto a masa a través de los contactos P y Q, los cuales son gobernados por las bobinas M y N, a las que está aplicada la tensión en bornes del alternador (a través de los contactos S y T). Con los contactos P y Q del regulador de tensión cerrados, pueden llegar portadores de corriente del emisor a la base del transistor, con lo cual, se establece una corriente importante en el circuito emisor-colector. Si los contactos están separados, no llegan los portadores a la base, por lo que se produce el bloqueo del circuito emisor-colector y, con ello, cesa la corriente de excitación. En el esquema puede observarse la situación del diodo D, el cual evita que al transistor se apliquen tensiones elevadas, procedentes de la autoinducción creada en la bobina del rotor al cortar la corriente. El campo magnético de la bobina M del regulador de tensión, desaparece por completo cuando los contactos se abren, lo cual acelera el cierre. Cuando los contactos se juntan, vuelve a excitarse el arrollamiento, ayudando a que los contactos se abran más rápidamente. Al ser

223


más rápidos los movimientos de apertura y cierre, se contribuye a que la tensión regulada sea más uniforme.

7.7.

REGULADORES ELECTRONICOS TOTALMENTE TRANSISTORIZADOS

Las piezas mecánicas sujetas a movimiento, están sometidas a los efectos de inercia propios, que se oponen al movimiento, tanto más, cuanto más rápido sea éste. Los reguladores convencionales basan su acción reguladora en la apertura y cierre de unos contactos, que están vibrando continuamente. Llegado un límite, la rapidez de la propia vibración no puede seguir en aumento y comienzan a producirse anormalidades en el funcionamiento. Unido esto a que el golpeteo continuo de un contacto sobre otro y el paso de corriente a través de ellos produce un desgaste, se propició el empleo de los reguladores totalmente electrónicos, en los cuales, se suprimen los contactos móviles, que son sustituidos por transistores, con las ventajas que esto representa en cuanto a funcionamiento, peso y espacio ocupado por el conjunto. Las ventajas de los reguladores electrónicos son atribuibles a los elementos semiconductores instalados en ellos, parcialmente integrados en una pequeña placa de circuito impreso, encapsulada en resina epoxi, con la que se consigue un conjunto estanco e inmune a la humedad. De entre las principales de estas ventajas destacaremos las siguientes: • Tiempos de regulación más breves que posibilitan menores tolerancias de regulación. • No existe desgaste de componentes y, por tanto, no requieren mantenimiento. • La conmutación sin chispa evita interferencias en la radiotransmisión. • Son resistentes contra choques, vibraciones e influencias climáticas, con lo que se consigue una elevada seguridad de funcionamiento. • Su pequeño tamaño hace posible montarlo en el propio alternador, suprimiéndose los cables de conexión. Gracias a estas ventajas el regulador electrónico ha desplazado totalmente al tradicional de contactos en aplicaciones automovilísticas. En la Fig. 7.16 se ha representado de manera simplificada un regulador electrónico totalmente transistorizado, formado esencialmente por dos transistores, de los cuales, el principal T 1 tiene su circuito emisor-colector situado en el circuito de excitación, circulando la corriente del borne D + al EXC a través del transistor, cuando la base del mismo conduce a masa, 10 cual ocurre mientras la tensión del alternador se mantiene dentro de los límites preestablecidos. Si son superados estos límites, se produce el salto del diodo Zener Z, situado en la base del transistor T 2 , con 10 cual, hay conducción en el circuito emisor-base y seguidamente en el emisor-colector de este transistor y, con ello, a la base del transistor T 1 queda aplicada la misma tensión que al emisor (a través del circuito emisor-colector del transistor T 2 ) y cesa la conducción, bloqueando el circuito emisor-colector, en cuyo momento se interrumpe la corriente de excitación, produciéndose la regulación. La tensión en bornes del alternador decrece y, con ello, el diodo Zener Z no conduce, interrumpiendo el circuito emisor-base del transistor T2 y, en consecuencia, queda interrumpido el circuito emisor-colector de este mismo transistor, con lo que se establece nuevamente la conducción del circuito emisor-base del transistor T 1 , permitiéndose nuevamente el paso de la corriente de excitación por el circuito emisor-colector de este mismo transistor. Este proceso se repite con una frecuencia elevada, que puede alcanzar hasta 6.000 secuencias por segundo (cosa que no puede darse en los reguladores de contactos), consiguiéndose una regulación de la tensión prácticamente perfecta, de la que resulta una tensión regulada sin oscilaciones. El diodo P, situado en el colector del transistor T 1 , protege al circuito de la auto inducción que se produce en el arrollamiento del rotor al cortar la corriente, que tendría sentido a masa en este arrollamiento, entrando en el diodo por masa, para cerrar el circuito por el borne EXC, con la entrada de corriente al arrollamiento del rotor. 224

REGULADORES ELECTRONICOS TOTALMENTE TRANSISTORIZADOS

Fig. 7.16.

ec ..-..._ _...:.

-8 111

"'O

...----110<)

+

-,

+

~I

I I I

I I I ~

- - - - _ _ _- _ _1 Fig. 7.17.

225


Con el reóstato R situado en el circuito emisor-base del transistor T 2 , se consigue regular la tensión de salto del Zener y, con ello, puede ajustarse la tensión de regulación a los valores convenientes. En la Fig. 7.17 se ha representado un modelo de regulador electrónico, en el que la corriente de excitación es controlada por un tiristor Dc, cuyo terminal de disparo recibe corriente a través del transistor TI' que controla al mismo tiempo la tensión de regulación con ayuda del diodo Dz (Zener) y un divisor de tensión formado por las resistencias R I , R3 Y Tm, esta última variable en función de la temperatura. En la parte superior del esquema, se disponen los transistores T2 y T 3 para el funcionamiento de la lámpara de control. Antes de entrar en detalles del funcionamiento de este regulador, es preciso hacer notar, que al ánodo del tiristor Dc está aplicada la tensión del borne C del alternador, tomada de una de sus fases, la cual tiene la forma de onda representada en la Fig. 7.18 (recuérdese el principio de funcionamiento del alternador).

v

T Fig.7.18.

Al cerrar el interruptor 1 (Fig. 7.17) con el alternador parado, se establece la corriente de excitación desde la batería, a través de la lámpara de control, borne L, resistencias G y H, circuito base-emisor del transistor T2 y posteriormente circuito colector-emisor, diodo P, tiristor Dc y borne EXC, llegando hasta el rotor. La lámpara de control se enciende.

Para que se establezca la corriente de excitación, es necesario que conduzca el tiristor Dc, lo cual se logra aplicando corriente a su terminal de disparo. Esta corriente llega hasta aquí desde la batería, a través del borne +, resistencia K, circuito emisor-base del transistor TI y resistencia RI y posteriormente circuito emisor-colector, diodo Q y terminal de disparo del tiristor Dc, desviándose esta corriente, además, a través de la resistencia M, a la excitación. Cuando el alternador gira, se genera tensión en el borne C, suficiente para establecer el circuito base-emisor del transistor T3 a través del diodo S y resistencia N, con 10 cual, circula corriente por el circuito colector-emisor de este transistor, haciendo que se derive a masa la corriente de base del transistor T 2 , que le llegaba desde la lámpara de control a través de la resistencia G. En estas condiciones, la lámpara se apaga. Al mismo tiempo, la corriente de excitación se establece desde el borne C, a través del tiristor Dc, el cual, sigue recibiendo corriente en su terminal de disparo desde el borne +, por el camino detallado anteriormente. Esta corriente procede ahora del borne + del alternador (con más tensión que la batería). Una vez que la tensión en bornes del alternador alcanza el valor de regulación establecido, el transistor TI deja de conducir anulando la corriente en el terminal de disparo del tiristor, dejando éste de conducir cuando la tensión en el borne C pase por el punto cero de la curva (Fig. 7.18), quedando cortada la corriente de excitación y disminuyendo así la tensión en bornes del alternador. Para conseguir la regulación, se dispone el diodo Zener Dz (Fig. 7.17), que mantiene constante la tensión del emisor de TI (punto A), mientras que la tensión de base (punto B), aumenta proporcionalmente a medida que 10 hace la tensión en bornes del alternador. Cuando

226

REGULADOR ELECTRONICO INCORPORADO AL ALTERNADOR

alcanza un valor igualo superior a la del punto A (que no puede subir por encima del valor de corte del Zener Dz), se anula la corriente de base de Ti' bloqueando el circuito emisorcolector de este transistor, con 10 cual, cesa la corriente en el terminal de disparo del tiristor Dc y, en el momento en que la tensión generada en el borne C pase por el cero, dicho tiristor deja de conducir interrumpiéndose la corriente de excitación, hasta tanto llegue una próxima señal al terminal de disparo que le haga conducir de nuevo. Para conseguir que exista regulación, es necesario que la tensión entre ánodo y cátodo del tiristor Dc sea cero en algún momento de su funcionamiento, ya que de otro modo, el tiristor conduciría continuamente. Este es el motivo por el cual se toma la tensión de ánodo de una fase del alternador (borne C), la cual, aumenta y disminuye periódicamente desde cero hasta un valor máximo (ver curva característica), quedando bloqueado el tiristor cuando el valor de la tensión en ánodo es cero, en espera de que una próxima señal en el terminal de disparo le haga conducir de nuevo. El diodo D, situado en paralelo con la bobina del rotor, evita la sobretensión provocada por la ruptura de la corriente de excitación, como consecuencia de la autoinducción de la bobina del rotor. Los demás diodos protegen a los transistores respectivos contra sobretensiones. El dispositivo de compensaClOn térmica de este regulador lo constituye la resistencia variable (termistor) Tm, cuyo valor óhmico es función de la temperatura, por lo cual, cuando ésta aumenta o disminuye, la resistencia de este elemento varía y, en consecuencia, queda modificada la tensión en el punto B, con lo cual, la regulación se produce en el valor conveniente, corregido en función de la temperatura.

7.8.


Dado el poco espacio que ocupa un regulador electrónico y su pequeño peso, en la actualidad suelen incorporarse al mismo alternador (Fig. 7.19), quedando de esta manera suprimidos los hilos conductores de unión entre ambos y simplificada la instalación eléctrica del vehículo, 10 que ha venido llamándose circuito de carga integrado. En cuanto a la disposición de los componentes electrónicos, es similar a la de los reguladores electrónicos ya tratados, con las peculiaridades de cada modelo. Generalmente, los componentes de un regulador electrónico están montados directamente sobre un circuito, formado por películas de materiales conductores y resistencias que están serigrafiadas directamente sobre un sustrato que les sirve de soporte. Las conexiones entre los componentes se realizan por medio de hilos de aluminio soldados por ultrasonido. El conjunto se cubre con una capa de silicona, que le protege contra la humedad. En la Fig. 7.20 se ha representado esquemáticamente un conjunto de alternador-regulador, cuya principal característica consiste en que los diodos de excitación (detalle X), pueden ir formando parte del regulador incorporado al alternador. En el circuito exterior solamente existen los hilos de conexión de los bornes + y L, para batería y lámpara de control respectivamente, quedando, por tanto, simplificada al máximo la instalación eléctrica del circuito de carga. El funcionamiento de este regulador es similar a los ya explicados. La corriente de excitación se toma a través de lámpara con el alternador parado, o directamente de los diodos de excitación (punto E) con el alternador en marcha. Se cierra el circuito a través del transistor T 3 , que conduce cuando lo hace el T 2 • 227


Fig.7.19.

La regulación de la tensión se consigue con el transistor T 1 , el diodo Zener Dz y un divisor de tensión formado por las resistencias Rl y Rz. Cuando la tensión en bornes del alternador sobrepasa el punto de corte del Zener Dz, el transistor T 1 conduce, bloqueándose el transistor Tz y, en consecuencia, el T3 , con lo cual, queda interrumpida la corriente de excitación. Actualmente, los reguladores incorporados al alternador son del tipo denominado de técnica híbrida, entendiéndose por talla estructura compacta de elementos discretos conecta-

dos conjuntamente, como resistencias, condensadores, etc., en técnica pelicular, con elementos activos, como los transistores y circuitos integrados sobre una placa cerámica. Además del pequeño tamaño, presentan la ventaja de disminuir el número de puntos de contacto y soldadura. El regulador en técnica híbrida es el resultado de una evolución del regulador transistorizado. Su componente esencial es un circuito integrado que reúne todas las funciones de regulación con una considerable reducción de tamaño que hace posible una estructura compacta de alta fiabilidad. La Fig. 7.21 muestra el esquema de un regulador de este tipo incorporado al alternador, donde pueden distinguirse los componentes esenciales, como son el circuito integrado le y el transistor Darlington TWT de potencia de fase final, instalado en el circuito de excitación. 228


Regulador

01

t Detalle X

I I I

t~I

Alternador

I

l

I ------__ J Fig.7.20.

(+)

30

15

D+

B+

'l

,

I,

I I .-1

(-)

31 B-

Fig. 7.21.

229


Cualquiera que sea el modelo de regulador incorporado al alternador, entre ambos existen un número determinado de conexiones, que depende del tipo de alternador y modelo de regulador. La Fig. 7.22 muestra un regulador con las conexiones correspondientes al portaescobillas, borne de salida de corriente y finales de fase del estátor, correspondientes al regulador representado en la Fig. 7.20, cuando los diodos de excitación se incorporan en el propio regulador. Si estos diodos se alojan en el alternador, estas tres conexiones se sustituyen por una sola.

Rojo

Al borne salida de corriente

Verde

Azul

Al portaescobillas A los finales de los arrollamientos inducidos

Fig.7.22.

7.9.

VERIFICACION y CONTROL DEL REGULADOR

En los reguladores de contactos, cuando se detecta una avería, después de realizada la comprobación del conjunto alternador-regulador, tal como se detalló en el anterior tema tratado, deberá desmontarse del vehículo para proceder a su inspección y realizar las comprobaciones oportunas. Se comprobará que las resistencias, bobinas y conexiones, no se encuentren rotas o deformadas, controlando el valor óhmico de las resistencias. Igualmente se verificarán los contactos, limpiándolos si fuese necesario con papel vegetal impregnado en tricloro. No deben lijarse nunca, pues se arrastra la capa de tungsteno de que están provistos, acelerándose posteriormente el desgaste. Seguidamente se realizará en banco la prueba de tarado del regulador de tensión, de manera similar al caso de las dinamos, para 10 cual, es preciso verificar con anterioridad el entrehierro existente entre el núcleo de la bobina y la placa del contacto móvil, con los contactos en posición de reposo (Fig. 7.23) Y en posición de máximo desplazamiento (Fig. 7.24). Si fuese necesario, se corregirá el defecto de reglaje doblando el portacontacto que corresponda. 230

VERIFICACION y CONTROL DEL REGULADOR Entrehierro Entrehierro

Portacontacto inferior

Portacontacto superior

Fig.7.23.

Fig.7.24.

Una vez realizadas estas operaciones, se procederá a conectar el regulador en banco, juntamente con un alternador, de manera similar a como se hace en vehículo y en la misma posición (vertical u horizontal) que ocupa en el montaje sobre vehículo. Realizadas las conexiones pertinentes, como muestra la Fig. 7.25, se va aumentando paulatinamente el régimen de giro hasta el instante en que la tensión no suba más. Se ha producido entonces la regulación. El valor de la tensión de regulación, debe estar comprendido entre 14,3 y 14,8 V. Si no es así, se actuará sobre el muelle de lámina del contacto móvil, dándole más fuerza cuando la tensión de regulación sea baja y viceversa.

'1

Fig.7.25.

Antes de efectuar el tarado de un regulador, debe realizarse un precalentamiento, haciendo girar al alternador a un régimen medio y conectándole los aparatos consumidores necesarios para que dé una corriente de carga comprendida entre 12 y 18 A, manteniéndolo en estas condiciones durante treinta minutos al menos. Finalizado el calentamiento, puede procederse al control de la tensión de regulación. En los reguladores provistos de dispositivo electromecánico para lámpara de control, se realizará la verificación del funcionamiento de ella, conectándola al circuito del mismo modo que va en el vehículo, comprobando que se enciende cuando el alternador no carga y se apaga en cuanto la tensión en bornes sobrepasa la del acumulador (generalmente 13 V). En los reguladores de contactos de dos pisos, como el representado en la Fig. 7.6, deberá comprobarse el valor de tensión de regulación para la posición intermedia del contacto móvil y para la posición máxima del mismo, cuando toca en el contacto inferior. Estas verificaciones, 231


al igual que en el caso anterior, se realizan para una determinada corriente de carga, que suele estar fijada en aproximadamente 5 A en el primer caso y 30 A en el segundo, para un régimen prefijado de aproximadamente 4.500 r.p.m. Para realizar estas verificaciones, se pondrá el motor del banco a girar al régimen prescrito y se activará el reóstato del mismo para conseguir la intensidad de corriente estipulada. En estas condiciones, la tensión de regulación debe alcanzar el valor adecuado (de 14,3 a 14,8 V). En cuanto a los reguladores electrónicos se refiere, la verificación del tarado se realiza de igual manera que en los de contactos. Este tipo de regulador, por estar montado en circuitos impresos y protegidos con silicona, no puede ser tarado ni sometido a ningún tipo de reparación, luego, en estos casos, cuando se llega a la conclusión de que el regulador es defectuoso, deberá procederse a su sustitución. No obstante, en algún caso existe un reóstato accesible desde el exterior, con el cual, puede efectuarse el tarado (ver R de la Fig. 7.16).

7.10. VERIFICACION DEL CIRCUITO DE CARGA

Cuando se producen anomalías en el funcionamiento del circuito de carga, deberá procederse a la verificación del mismo, para lo cual, y como primer paso, se instalarán un voltímetro y un amperímetro y se pondrá el motor del vehículo en marcha, comprobando si el funcionamiento de los componentes es o no correcto, tal como hemos descrito en las verificaciones individuales del alternador y del regulador. En algunas ocasiones, aunque la lámpara de control se apague, se producen anomalías en el funcionamiento, de manera intermitente. Siempre que sea difícil la localización de una avería, debe procederse a la comprobación de las caídas de tensión en el circuito, que por ser operación sencilla, resultará fácil labor. Conectando un voltímetro entre los bornes positivos de alternador y batería, se detectan las caídas de tensión en bornes, terminales o cableado. La lectura del voltímetro debe ser inferior a 0,3 V, realjzada, como es norma, con el alternador funcionando. Las conexiones a masa defectuosas, se detectan conectando el voltímetro entre los bornes negativos de alternador y batería. Generalmente es indicio de mala masa una tensión de regulación anormalmente alta. Conectando el voltímetro entre los bornes de carga y excitación del alternador, la lectura debe ser inferior a 0,3 V. Si fuese superior a este valor, indica una conexión defectuosa entre bornes y terminales del circuito de excitación o en los componentes del mismo, como son los hilos de conexión, llave de encendido, etc. Al realizar esta prueba debe observarse cuál es el borne del alternador que suministra la tensión que provoca la corriente de excitación (caso de los tipos de nueve diodos). Igualmente, siempre que se proceda a realizar cualquier tipo de verificación, es conveniente asegurarse bien del tipo de conexiones y funcionamiento del circuito de carga que se está comprobando, para lo cual, es muy importante la consulta de esquemas de conexiones.

232

VERIFICACION DEL CIRCUITO DE CARGA

Cuadro sinóptico de averías (Circuito de carga para alternador) SINTOMAS Luz de control no se enciende estando el motor parado y el interruptor de encendido conectado.

Lámpara de control encendida aún con motor en marcha.

Alternador no carga (comprobado, no hay tensión en bornes).

PRUEBAS A REALIZAR

REMEDIOS

Lámpara fundida.

Comprobar si se enciende al poner a masa el borne de salida.

Sustituir lámpara.


Comprobar batería con voltímetro.

Cargar batería.

Circuito de excitación cortado.

Comprobar con lámpara de pruebas si llega tensión al borne de excitación en los casos que ésta tome a través de lámpara de control.

Reparar cableado.

Regulador defectuoso.

Comprobar en banco.

Sustituir regulador.

Interruptor de encendido defectuoso.

Comprobar si hay tensión en bornes de entrada y salida.

Cambiar interruptor.

Falta masa en alternador.

Comprobar con voltímetro conectando entre carcasa y negativo de batería.

Realizar masa.

Verificar si la a vería es del alternador o del regulador.

Comprobar tensión en bornes del alternador autoexcitándole momentáneamente.

Seguir el resto de pruebas una vez localizado el componente defectuoso.

Conexiones sueltas interrumpidas.

o

Verificar tensión y corriente en circuito de carga.

Reparar conexiones.

Correa de arrastre rota o destensada.

Comprobar tensión y estado.

Tensar o sustituir.

Bobina del rotor cortada, en cortocircuito o derivada a masa.

Comprobar con la serie y la batería.

Sustituir rotor.

Bobinado estator en mal estado.

Comprobar con la serie y la batería.

Sustituir estator.

Escobillas no hacen buen contacto en anillos rozantes.

Comprobar continuidad con lámpara de pruebas, tensión de muelles y desgaste de escobillas.

Limpiar o sustitUIr el componente defectuoso.

Diodos del rectificador en mal estado.

Probar con batería y lámpara de pruebas.

Sustituir puente rectificador o diodo defectuoso.

CAUSAS POSIBLES

conexión

de

233

CIRCUITO DE CARGA. REGULADORES PARA ALTERNADOR CAUSAS POSIBLES

PRUEBAS A REALIZAR

REMEDIOS

Regulador defectuoso.

Verificar tarado y funcionamiento del regulador con voltímetro y amperímetro.

Tarar regulador o sustituirle.

Falta de masa en regulador.

Comprobar con vol tímetro.

Realizar conexiones de masa.

Conductores del circuito de carga cortados o sueltos.

Comprobar si hay tensión en borne + del alternador.

Reparar conductores.

Regulador tarado bajo, lo que produce la regulación demasiado pronto.

Comprobar tensión de regulación.

Efectuar tarado.

Diodos en mal estado.

Verificar puente rectificador con batería y lámpara de pruebas.

Sustituir puente rectificador o diodo defectuoso.

Regulador tarado bajo.

Comprobar tensión de regulación.

Realizar tarado.

Correa de arrastre patina (demasiado destensada)

Comprobar tensado.

Tensar.

Estator o rotor en cortocircuito parcial.

Comprobar con batería y amperímetro.

Sustituir componente defectuoso.

Estator parcialmente en cortocircuito, con lo cual, no autorregula.

Verificar con batería y amperímetro.

componente Sustituir defectuoso.

Regulador de tensión tarado alto.

Verificar tensión de regulación.

Efectuar tarado.

Luz de control brilla débilmente con el motor en marcha.

Resistencias de contacto en el circuito de carga.

Verificación de las caí- . das de tensión.

Reparación de la conexión defectuosa.

Lámpara de control de carga centellea.

Correa de arrastre destensada.

Comprobar tensado.

Tensar correa.

Alternador o regulador defectuosos.

Comprobar en banco de pruebas y obtener curva característica.

Reparar o sustituir el componente defectuoso.

Falsa conexión en bornes o terminales.

Verificar caídas de tensión del circuito de carga.

Reparar o limpiar conexiones defectuosas.

SINTOMAS Alternador no carga (comprobado tarado reguIador bajo).

El alternador produce f.e.m. pero no se establece la corriente de carga.

La batería no se carga o lo hace insuficientemente (intensidad de carga escasa o irregular).

Corriente de carga alta en exceso

234

8 Circuito de encendido. Componentes. Funcionamiento 8.1.

EL SISTEMA DE ENCENDIDO EN LOS MOTORES DE EXPLOSION

Los motores de combustión interna utilizados en los automóviles, necesitan para su funcionamiento, un sistema capaz de encender la mezcla de aire y gasolina que se introduce y comprime en el interior de sus cilindros. Esto se logra por mediación de una chispa eléctrica que se hace saltar en la bujía de encendido, que inflama la mezcla, iniciándose así la combustión, lo cual, no obstante, es únicamente el último eslabón de una cadena de procesos que se suceden muy rápidamente, en los que tienen una participación directa los distintos componentes del circuito de encendido. En la Fig. 8.1 puede verse un motor de explosión con los componentes que integran el circuito de encendido. La bobina B suministra la alta tensión necesaria para provocar la chispa en la bujía, que ha de inflamar la mezcla de aire y gasolina comprimida en el cilindro. El distribuidor D, determina el instante en que debe saltar la chispa, por medio de su circuito de baja tensión y, envía la alta tensión que le llega de la bobina, a la bujía del cilindro que en ese momento está dispuesto para la explosión. En las bujías e salta la chispa entre los electrodos de que están provistas, desarrollándose una elevada temperatura en este espacio, suficiente para encender la mezcla. La bobina, el distribuidor y las bujías se encuentran interconexionados por medio de conductores adecuados para la alta tensión. La tensión de la batería (por lo general 12 V), no es ni con mucho suficiente para producir el salto de la chispa en la bujía y, por este motivo, ha de aumentarse considerablemente. Esta es, por tanto, una función esencial del circuito de encendido. Dependiendo del tipo de motor y sus condiciones de funcionamiento, se requiere para el encendido de la mezcla una tensión comprendida entre 5.000 y 20.000 V, llamada tensión de encendido. Esta tensión convierte la distancia disruptiva existente entre los electrodos o puntas de la bujía en electroconductora, pudiendo saltar así la chispa. La bobina de encendido constituye el transformador que eleva la tensión de la batería hasta el valor adecuado. La mezcla de aire y combustible debe inflamarse con seguridad en todas las condiciones de funcionamiento del motor y, a tal efecto, deben cumplirse los siguientes requisitos: a)

La mezcla de aire y combustible ha de tener una composición favorable, es decir, ha de ser inflamable. Para que así ocurra, la proporción de aire y gasolina deberá estar convenientemente dosificada y dentro de unos valores establecidos.

b)

La situación de la distancia disruptiva (electrodos) en la cámara de combustión y la duración de la chispa, deben ser las más adecuadas para que la mezcla se inflame correctamente. De aquí se deduce la importancia que tiene el posicionamiento de la bujía en el cilindro del motor.

e)

La chispa ha de tener una determinada energía mínima, que se transforma en calor y se llama energía de encendido. Si la chispa no tiene la energía mínima, la mezcla no se 235

CIRCUITO DE ENCENDIDO. COMPONENTES. FUNCIONAMIENTO

Fig. 8.1.

inflama; por este motivo, la energía de encendido se aporta en exceso para inflamar la mezcla con seguridad, incluso en condiciones de funcionamiento extremas. Esta energía la proporciona la bobina de encendido. d)

Al objeto de conseguir el máximo rendimiento de la explosión, es necesario adecuar el instante en que salta la chispa a las condiciones de funcionamiento del motor (régimen y carga), lo cual se logra con el sistema de avance al encendido, mediante el cual se adelanta el salto de la chispa en función de las condiciones de marcha del motor.

Antes de entrar en detalles de los componentes que integran el circuito de encendido y el funcionamiento del mismo, pasaremos a analizar someramente el funcionamiento y las características de un motor de explosión. 8.2.

EL MOTOR DE EXPLOSION

El motor de un automóvil está constituido por varios cilindros (generalmente cuatro), como muestra la Fig. 8.2, dentro de los cuales se realiza la explosión de la mezcla de aire y gasolina que proporciona el carburador N, al cual llega el combustible desde un depósito en el que se almacena, impulsado por una bomba, y el aire a través del filtro 0, que lo limpia de las ~" ~\ impurezas que pueda arrastrar. ./)~. 236

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La fuerza de las explosiones desarrolladas en cada uno de los cilindros del motor es transmitida a las ruedas del vehículo a través del embrague, caja de velocidades y transmisiones, obteniéndose así el impulso necesario para la marcha del vehículo. Dentro de cada cilindro H se mueve alternativamente arriba y abajo un pistón G, perfectamente ajustado al cilindro por medio de aros elásticos llamados segmentos, que impiden las fugas de gases a través de las paredes de ambos. Por medio de las bielas F, cada uno de los pistones se une al cigüeñal A en uno de sus codos E, de manera que se permita el movimiento relativo entre ambos. De esta forma puede transformarse el movimiento alternativo del pistón en otro de rotación del cigüeñal, que será transmitido a las ruedas, como hemos dicho. La unión del pistón a la biela mediante una articulación de bulón, permite un cierto movimiento de ésta hacia los lados (adelante y atrás en la figura), basculando sobre la parte inferior, llamada cabeza de biela y girando sobre la superior (pie de biela). Las cabezas de biela se articulan al cigüeñal en los codos E, que son volteados en el giro de éste, apoyado en los extremos B y D Y en el centro C. En un extremo del cigüeñal se monta una masa pesada Q, de forma circular, que se llama volante de inercia o volante de motor. En su periferia lleva una corona dentada, que es donde engrana el motor de arranque cuando se acciona para imprimir movimiento al de combustión. Cuando el pistón recibe en su cara superior la explosión de la mezcla de aire y gasolina, es lanzado violentamente hacia abajo y este movimiento rectilíneo se convierte, por mediación

237


de la biela y el cigüeñal, en giro de éste, por 10 cual, cuando el cigüeñal gire, empujará a su vez al pistón obligándole a subir y bajar. La posición más alta que puede alcanzar el pistón en su recorrido se llama punto muerto superior (p.m.s.) y la más baja, punto muerto inferior (p.m.i.). La distancia entre ambos se llama carrera y se mide en milímetros. En la parte superior del cilindro se coloca una tapadera J, llamada culata, y en ella van dispuestos los colectores de admisión, para la entrada de la mezcla de aire y gasolina, y de escape para la salida de los gases quemados. Estas entradas y salidas están gobernadas por las válvulas K, que abren y cierran en unos instantes determinados y son accionadas por un árbol de levas que recibe movimiento del cigüeñal. También en la culata se alojan las bujías, donde salta la chispa que inflamará la mezcla de aire y gasolina. Se llama volumen del cilindro al comprendido entre el punto muerto superior y el punto muerto inferior. El espacio comprendido entre el punto muerto superior y la parte más alta de la culata es la cámara de compresión. Relación de compresión es la que existe entre el volumen total de cilindro, más la cámara de compresión, y el de la cámara de compresión únicamente. La parte inferior del motor se cierra por medio del cárter inferior P, en el que se deposita una importante cantidad de aceite, que se utilizará para el imprescindible engrase de los distintos componentes dotados de movimiento. Los cilindros están rodeados de camisas de agua 1, que realizan la función de refrigeración necesaria. En el funcionamiento de un motor de explosión de cuatro tiempos, se suceden cuatro fases o tiempos diferentes en cada cilindro para obtener una explosión. A cada uno de ellos le corresponde una carrera del pistón y, por tanto, media vuelta del cigüeñal, lo que supone una explosión en cada cilindro cada dos vueltas completas del cigüeñal. Las explosiones en los distintos cilindros están espaciadas regularmente y, así, en un motor de cuatro cilindros se suceden cada media vuelta del cigeñal, con lo que el esfuerzo aplicado al mismo resulta uniforme. El funcionamiento en el ciclo de cuatro tiempos se produce de la forma siguiente: Primer tiempo: admisión El pistón baja desde el punto más alto de su recorrido o punto muerto superior (P.M.5.), hasta el más bajo o punto muerto inferior (P.M./.), estando abierta la válvula de admisión (Fig. 8.3). La depresión creada en el cilindro por el descenso del pistón, arrastra desde el carburador una mezcla de aire y gasolina finamente pulverizada, cuya proporción varía de acuerdo con las diferentes condiciones de funcionamiento del motor. La riqueza de esta mezcla está regulada en el propio carburador y es en todos los casos suficiente para que pueda realizarse su combustión. Durante este tiempo, los gases que forman la mezcla van llenando el espacio vacío que deja el pistón en su movimiento descendente. Segundo tiempo: compresión El pistón realiza en este tiempo una carrera ascendente, durante la cual, las dos válvulas permanecen cerradas (Fig. 8.4). Los gases encerrados en el interior del cilindro, van ocupando un espacio cada vez más reducido a medida que el pistón se acerca al P.M.S. Cuando alcanza este nivel, los gases ocupan el espacio de la cámara de combustión y están comprimidos y calientes por efecto de la misma compresión. Con la elevación de temperatura, se consigue una mayor vaporización de la gasolina y la mezcla se hace más homogénea, resultando más íntimo el contacto entre las moléculas de aire y gasolina. 238


Fig.8.3.

Fig. 8.4.

Tercer tiempo: explosión

Unos instantes antes de que el pistón termine su carrera de compresión, el sistema de encendido produce y suministra un impulso de alta tensión a la bujía, en cuyos electrodos salta una chispa eléctrica con intenso desarrollo de calor. La mezcla se inflama y arde muy rápidamente, por capas sucesivas desde la bujía. Esta combustión rápida, llamada explosión, provoca una expansión de los gases ya quemados (Fig. 8.5), que ejercen una fuerte presión sobre el pistón, empujándolo hacia abajo y transmitiendo el empuje al cigüeñal, donde se obtiene un esfuerzo de rotación que es comunicado a las ruedas, las cuales impulsan al vehículo.

Fig.8.5.

Fig.8.6.

Cuarto tiempo: escape

Durante este tiempo, el pistón sube hasta el P.M.S. y la válvula de escape está abierta. Los gases quemados que ocupan el cilindro, son expulsados al exterior durante este tiempo (Fig. 8.6). Al final del mismo, se cierra la válvula de escape y se abre la de admisión, comenzando un nuevo ciclo. La repetición ininterrumpida de este proceso determina el funcionamiento regular del motor. Hasta aquí se ha descrito el funcionamiento de un motor de un solo cilindro. En el de varios, el funcionamiento de cada uno de ellos es similar, alternándose las explosiones en cada uno en un orden ya determinado. Así, en el motor de cuatro cilindros el orden de explosiones más generalizado es 1-3-4-2, lo cual quiere decir que en la primera media vuelta hace explosión el cilindro número 1, en la siguiente el 3, en la otra el 4 y en la última el 2. A continuación vuelve a efectuarse la explosión en el 1 y continúa de nuevo este orden. La potencia desarrollada por el motor, es tanto mayor, cuanto mejor sea el llenado del cilindro (más cantidad de mezcla aire-gasolina para el mismo volumen) y más alta la relación de compresión (relación existente entre los volúmenes del cilindro cuando el pistón se encuentra en el P.M.I. y cuando está en el P.M.S.). 239


En el funcionamiento de un motor tal como hemos descrito, existen piezas que están en continuo movimiento rozando unas con otras con el consiguiente calentamiento y desgaste de las mismas. Para atenuar el desgaste se recurre al engrase del motor y para disminuir el calentamiento se dispone un sistema de refrigeración. El sistema de engrase interpone una película de aceite entre las piezas en movimiento, que es renovado continuamente. El aceite depositado en el cárter es recogido de allí por una bomba, que lo envía a los puntos de engrase necesarios, entre las piezas que están en movimiento. Para conocer en todo momento si este engrase es correcto, se dispone en el vehículo un indicador luminoso que en caso de anomalía alerta al conductor. El sistema de refrigeración hace circular una corriente de agua alrededor de los cilindros y en la culata, que evacúa el calor de ellos, pasando a continuación a un radiador en el que se enfría, de donde es recogida por una bomba que la envía nuevamente al bloque motor. Mediante este sistema, se consigue mantener la temperatura del motor en un valor adecuado para obtener un buen rendimiento térmico. El circuito de refrigeración dispone de un sistema de control que informa al conductor de la temperatura del mismo.

8.3.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL ENCENDIDO

El sistema de encendido basa su funcionamiento en el principio de la inducción electromagnética, mediante la cual puede obtenerse tensión eléctrica en una bobina, simplemente con hacer variar el campo magnético que la afecta. Si colocamos una bobina como muestra la Fig. 8.7, conectada a un generador, al cerrar el interruptor pasa corriente eléctrica por esta bobina y, como consecuencia, se crea un campo magnético, con sus polos correspondientes. El campo así creado, es tanto mayor, cuanto más lo sea la corriente que atraviesa la bobina. secundario

primario

Fig.8.7.

Si en las proximidades de este campo magnético colocamos una segunda bobina conectada a un galvanómetro, ésta se encuentra sometida a las líneas de fuerza que produce la anterior, llamada primaria. Si en tales condiciones se abre el interruptor, deja de pasar corriente eléctrica por la bobina primaria, con lo cual, desaparece el campo magnético creado y la bobina secundaria no es atravesada por líneas de fuerza. Debido a que la bobina secundaria es atravesada primero por líneas de fuerza y a continuación ya no, es decir, sufre una variación del flujo que la atraviesa, nace en ella una fuerza electromotriz, que se llama de inducción. Esta fuerza electromotriz empuja a los electrones, provocando una corriente eléctrica, si tienen un camino por donde circular. En la figura, el galvanómetro acusaría el paso de la corriente eléctrica. 240

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL ENCENDIDO

Manteniendo el interruptor abierto, la bobina primaria no es recorrida por la corriente y, en consecuencia, no hay campo magnético. La bobina secundaria en este caso no está cortada por ninguna línea de fuerza. Al cerrar el interruptor, circula corriente por la bobina primaria, produciendo un campo magnético, cuyas líneas de fuerza atraviesan las espiras de la secundaria. El galvanómetro en ese momento acusará paso de corriente, desviándose su aguja, porque se ha inducido una fuerza electromotriz, debida a una variación de flujo en la bobina secundaria, que antes no era atravesada por líneas de fuerza y ahora sÍ. De lo explicado hasta ahora se deduce, que siempre que haya una variación del flujo que corta las espiras de una bobina, se induce en ésta una fuerza electromotriz. Esta será tanto mayor, cuanto más 10 sea y más rápida la variación del flujo. Si no hay variación del flujo que atraviesa la bobina, en ésta no se induce f.e.m. El sentido de la f.e.m. inducida depende del de variación del flujo, es decir, si éste varía de cero a un máximo, tiene un sentido y, si varía de máximo a cero, tiene el opuesto. Cuando se cierre el interruptor, la Le.m. inducida tiene un sentido, determinado por la variación del flujo de cero a máximo. Sin embargo, cuando se abra el interruptor, la f.e.m. inducida tendrá un sentido opuesto, por ser contraria la variación del flujo (de máximo a cero). La ley de Lenz aplicada a estos circuitos dice: El sentido de la fe.m. inducida en el secundario es tal, que tiende a hacer circular por éste una corriente, del sentido necesario para crear un flujo opuesto a las variaciones de flujo producidas en el primario. Así, cuando el flujo del primario

está aumentando, el producido por la corriente inducida en el secundario se opone a ese aumento; por tanto, es de sentido contrario. Cuando el flujo del primario está disminuyendo, el producido por la corriente inducida se opone a esta disminución; así pues, en este caso, es del mismo sentido. Si no se cumpliera la ley de Lenz, el flujo del secundario ayudaría al del primario cuando éste está aumentando. Este aumento de flujo produciría más corriente, la cual a su vez produciría un nuevo aumento en el flujo del primario y esto incrementaría nuevamente la corriente inducida. Este proceso seguiría indefinidamente hasta producir una corriente infinita, 10 cual es imposible. La ley de Faraday dice que toda variación de flujo en un circuito eléctrico cerrado origina una corriente, llamada corriente inducida. La corriente aparece sólo cuando hay variación de flujo. Si el circuito no está cerrado, solamente aparece f.e.m. inducida. La f.e.m. inducida es: N·(JJ E = - -8 t·10

siendo N el número de espiras de la bobina, (JJ la variación del flujo que la atraviesa y t el tiempo que dura la variación del flujo. 10 8 es una constante para que la Le.m. venga expresada en voltios. La f.e.m. inducida es mayor cuando la bobina tiene núcleo puesto que (JJ aumenta. Ejemplo: Una bobina primaria produce un flujo de 200.000 Mx que atraviesa las 20.000 espiras de un secundario. Suponiendo que se hace desaparecer el flujo en dos segundos, calcular la Le.m. inducida en el secundario. Como el flujo varía de 200.000 a O Mx, la variación de flujo es de 200.000 Mx. E

N· (JJ t . 10

= - -8 =

200.000 . 200.000 40 = - = 20 V 2 . 10 8 2

Los efectos de la inducción electromagnética se manifiestan también en la propia bobina primaria. Cuando 'se hace pasar corriente eléctrica por ella, se forma el campo magnético, cuyas líneas de fuerza atraviesan también las espiras de la propia bobina primaria. Si cortamos ahora la corriente, desaparece el campo magnético y, como ha habido una variación de flujo (de cortar muchas líneas de fuerza a esta bobina, a no cortarla ninguna), se induce una f.e.m., que se llama de autoinducción por producirse en ella misma. Esta Le.m. de autoinducción va 241


dirigida en el mismo sentido que la corriente que la origina, cuando la variación de flujo es de máximo a cero y, en sentido contrario, cuando esa variación es de cero a máximo. Por tanto, cuando se cierra el interruptor aparece una fe.m. de autoinducción en la bobina primaria que se opone a la fe.m. del generador. Cuando se abre el interruptor, aparece una fe.m. de autoinducción que se suma a la fe.m. del generador.

La f.e.m. de autoinducción de una bobina, hace que la corriente no se establezca en el circuito tan rápidamente, pues en el momento en que se cierra el interruptor, que es cuando hay variación de flujo, aparece en la bobina una f.e.m. que se opone a la tensión aplicada a la bobina. Afortunadamente esta f.e.m. dura solamente lo que la variación de flujo, que es muy poco. Cuando ya está cerrado el interruptor y pasa corriente por la bobina, no hay variación de flujo y tampoco f.e.m. de autoinducción. Cuando se abre el interruptor, no cesa la corriente de forma instantánea, sino que al haber variación de flujo, aparece en este momento f.e.m. de autoinducción, que se suma a la tensión del circuito, y por ello, cuando empiezan a separarse los contactos del interruptor (en el momento en que esa separación es mínima), los electrones, empujados ahora con más fuerza, saltan entre los contactos, con lo que éstos se deterioran más rápidamente. Por tanto, en las bobinas hay como una especie de inercia, que impide que la corriente se establezca o anule de modo instantáneo. Para el mismo valor de la intensidad de corriente, la autoinducción es mayor en las bobinas con núcleo y, por tanto, la inercia en estas bobinas es también mayor. Anteriormente hemos visto que cuando pasa corriente por una bobina, hay un momento en que aparece una f.e.m. de autoinducción, que se opone a la tensión aplicada al circuito. En la bobina en ese momento se almacena una energía que vale: W = 1/2 LI 2 julios

que queda almacenada en forma de magnetismo. Cuando se abre el interruptor, esta energía es devuelta por la bobina. Dado un funcionamiento como el descrito hasta aquí, se comprende que debido a la autoinducción en el primario, cada vez que se abre el interruptor se produce una chispa en los contactos de éste, que lo deteriora paulatinamente. Para evitarlo, se dispone un condensador en paralelo con este interruptor (Fig. 8.8) que absorbe esta energía. Un condensador está formado por dos conductores metálicos próximos entre sí, llamados armaduras, separados por el vaCÍo o por un aislante llamado dieléctrico. En la Fig. 8.9 se ha representado un condensador conectado a los bornes de un generador a través del interruptor l. Cuando se cierra dicho interruptor, queda aplicada la tensión del generador a las armaduras A y B del condensador. Los electrones de la armadura B, se ven empujados y los de la armadura A, atraídos por los respectivos bornes del generador.

Fig.8.8.

242

Fig.8.9.

FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE ENCENDIDO

De otra parte, los electrones de los átomos del material dieléctrico que hay entre las armaduras (no representados en la figura), sufren la injluencia del campo eléctrico creado por el generador entre las dos placas y, así, aunque estos electrones no pueden moverse por estar fuertemente ligados a los núcleos de sus átomos, los que hay cerca de la placa B son empujados hacia arriba, mientras que los cercanos a la placa A intentan salir del material, desplazándose todos ligeramente de su posición. Este desplazamiento aumenta o disminuye cuando lo hace la tensión aplicada por el generador.

Los empujes de los electrones han sido representados en la figura por flechas. Los átomos del interior del dieléctrico también sufren empuje, pero mucho menor y, cuando el dieléctrico es de bastante espesor, puede decirse que prácticamente los átomos del interior no sufren alteración alguna. El resultado de todo ello es que el dieléctrico queda convertido en un campo de fuerzas de origen eléctrico, aunque es cierto que no es necesario el dieléctrico para la existencia del campo, pues el aire puede hacer de dieléctrico. Durante el tiempo que dura la corriente de carga, los electrones van tomando posiciones y, en el condensador ha entrado una cierta cantidad de electricidad, que queda condensada en el campo eléctrico. La energía puesta en juego por la corriente eléctrica queda «almacenada» en el campo eléctrico en forma de electricidad estática.

Se dice que el condensador está cargado, cuando la d.d.p. entre sus armaduras es igual a la tensión aplicada. En tal instante cesa la corriente de carga y aunque el condensador siga conectado al generador, ya no hay movimiento alguno de electrones, ni, por tanto, corriente eléctrica.

Aunque se abra el interruptor 1, el condensador sigue cargado y existe una d.d.p. entre sus placas, pudiendo mantener almacenada su energía durante algún tiempo. Una vez cargado el condensador, si lo desconectamos del generador y unimos sus placas mediante un hilo conductor, se produce la descarga del mismo. Los electrones pasan de la placa B a la A, debido a las fuerzas existentes en el campo eléctrico, que tienden a situar los electrones en los lugares de origen en sus átomos, debido a lo cual, se produce la corriente de descarga (de sentido contrario al de carga). Finalizada la misma, la d.d.p. entre las armaduras es cero y el condensador queda descargado. La duración de las corrientes de carga y descarga, son función de la cantidad de electricidad que puede almacenar un condensador y ésta aumenta cuando lo hace la tensión aplicada.

Vistas las cosas de este modo, podría suponerse que en un condensador bastaría con aplicar tensiones cada vez mayores, para conseguir almacenar cantidades de electricidad cada vez más importantes; pero ocurre que llegado a cierto valor de la tensión aplicada, los electrones saltan de una armadura a la otra perforando el dieléctrico, por cuya causa, queda inutilizado el condensador. A la mayor tensión que puede aplicarse a un condensador sin que se perfore su dieléctrico, se la llama tensión de ruptura o también rigidez dieléctrica. La energía almacenada en el campo eléctrico del condensador y que es devuelta por él en la descarga es: W = 1/2 CV2 julios

donde W es la energía expresada en julios cuando la capacidad tensión V en voltios.

8.4.

e se expresa en faradios

y la


Un sistema de encendido convencional, está formado por los siguientes elementos: batería, interruptor de encendido (llave de contacto), bobina, distribuidor, ruptor, condensador y bujías. 243


El esquema eléctrico de este circuito se muestra en la Fig. 8.10, donde puede verse que la bobina de encendido consta de dos arrollamientos de hilo de cobre, superpuestos y aislados entre sí. El arrollamiento primario (de trazo grueso en la figura), es de pocas espiras de hilo grueso y se une por uno de sus extremos a la batería, a través del interruptor de encendido y, por el otro, se conecta a masa por medio de un interruptor automático llamado ruptor. Conectado en paralelo se encuentra el condensador de encendido.

Batería

Interruptor de encendido

Bobina de encendido

Fig. 8.10.

El arrollamiento secundario (de trazo fino en la figura), está formado por muchas espiras de hilo fino y va arrollado sobre un núcleo de chapas de acero. Se encuentra conectado por uno de sus extremos a masa, por medio del propio circuito primario y el ruptor, mientras que el otro extremo está unido al electrodo central de la bujía, a través del distribuidor y los cables de encendido. Estando conectado el interruptor de encendido, la tensión de la batería queda aplicada al arrollamiento primario de la bobina y, en el instante en que el interruptor que supone el ruptor cierre el circuito, fluye una corriente a través del arrollamiento, formándose el consiguiente campo magnético. Tanto la formación del campo, como el valor máximo de la corriente en el primario, tardan un tiempo en alcanzarse (del orden de 10 a 15 milisegundos), debido a los efectos de autoinducción propios de las bobinas. En la Fig. 8.11 se ha representado el circuito primario simplificado. Cuando el ruptor cierra el circuito, fluye la corriente por el arrollamiento y comienza a formarse el campo magnético. De inmediato aparece una f.e.m. de autoinducción en él, que se opone a la tensión aplicada para establecer la corriente, es decir, la de batería. Como consecuencia de ello, la intensidad de corriente en el arrollamiento es menor de lo que en principio resultaría al aplicar la Ley de Ohm, pues siendo UB la tensión de batería y UA la f.e.m. de autoinducción, la corriente es:

244


En el transcurso del tiempo, la f.e.m. de autoinducción va disminuyendo, pues las variaciones del flujo en el arrollamiento van siendo cada vez menores, con lo que la intensidad de la corriente aumenta. En el gráfico de la Fig. 8.12 se muestra la curva característica de la corriente en la bobina, que alcanza su máximo valor (corriente de reposo) al cabo de 12 milisegundos en este caso. El aumento de la intensidad de la corriente, va parejo con la disminución de la f.e.m. de autoinducción UP' como puede verse. Desde que se cierra el interruptor, la corriente va en aumento hasta alcanzar un valor 1 correspondiente a la relación V/R existente. ~

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Fig. 8.l1.

Fig. 8.l2.

Con la formación del campo magnético en el arrollamiento primario, va aparejado el almacenamiento de una cierta cantidad de energía que vale: W

= 1/2 L .]2 julios

Siendo L el coeficiente de autoinducción de la bobina primaria. Teniendo en cuenta que este coeficiente vale N·(f>

L = - -8

].10

se tiene: N·(f>

N·(f>·]

].10

2· 10

W = 1/2 _ _8 .]2 = - J'ulios 8

lo cual, supone que la energía almacenada en el campo magnético de la bobina, es directamente proporcional al número de espiras N del arrollamiento primario, a la variación del flujo intensidad de la corriente 1 que fluye a través del arrollamiento.

(f>

y a la

Como el máximo flujo alcanzado en el arrollamiento es función del tiempo, supone que la variación del flujo también lo es, lo que significa que, indirectamente, la energía almacenada es función del tiempo. El arrollamiento secundario de la bobina, está situado al lado del primario (Fig. 8.13) y, por ello, se ve afectado por las variaciones del flujo en el primario. 245


Fig. 8.13.

Una vez terminado el proceso de acumulación de energía, el ruptor abre el circuito interrumpiendo la corriente en el primario. El campo magnético desaparece y, en ese instante, se induce f.e.m., tanto en el arrollamiento primario, como en el secundario, cuyo valor es: f.e.m.

N·(f)

= --8 t·lO

lo cual, supone, que la fe.m. inducida en cualquiera de los arrollamientos, es directamente proporcional a su número de espiras y a la variación del flujo, e inversamente proporcional al tiempo en que se produce la variación.

Para conseguir que el flujo desaparezca rápidamente, se dispone un condensador en paralelo con el ruptor, con el cual se consigue un corte rápido de la corriente primaria, como ya se verá. Así, pues, cuando el ruptor abre el circuito, se induce f.e.m. en el arrollamiento secundario, que, como tiene aproximadamente cien veces más espiras que el primario, la f.e.m. inducida en él, es también unas cien veces mayor. Esta alta tensión se emplea para hacer saltar la chispa eléctrica en la bujía, a la cual está aplicada. En el arrollamiento primario, también se induce f.e.m. cuando se abre el interruptor, llegándose a alcanzar los 300 V, que quedan aplicados al condensador en el instante en que comienzan a abrirse los contactos del ruptor, y producen la carga del mismo. Ya abiertos los contactos, comienza una descarga oscilante del condensador a través del arrollamiento primario, que ha formado con el condensador un circuito oscilante. La energía almacenada con anterioridad en el arrollamiento primario, es devuelta por éste cuando se corta la corriente y, parte de ella, es transferida al condensador, donde queda almacenada en su campo eléctrico W = 1/2 CU2 • Inmediatamente el condensador se descarga sobre el arrollamiento primario, repitiéndose sucesivamente el proceso hasta que la energía se disipa en calor en el circuito. Las descargas del condensador establecen una corriente en el primario, mientras los contactos del ruptor siguen abiertos, con la consiguiente aparición del campo magnético correspondiente. La autoinducción aparecida en este arrollamiento cuando cesa la corriente, provoca la carga del condensador. Como el sentido de la corriente de carga está cambiando periódicamente, en el arrollamiento primario se suceden alternativamente unas variaciones de flujo que afectan al arrollamiento secundario, arrollado debajo de él, como hemos dicho. De otra parte, cuando se abren los contactos del ruptor, se induce una alta tensión en el secundario, que está aplicada a los electrodos de la bujía. La distancia existente entre ellos es absolutamente dieléctrica antes de producirse la chispa, pero cuando el impulso de tensión aplicado al electrodo central de la bujía alcanza un cierto valor, la distancia disruptiva entre los electrodos se vuelve electro conductora, pudiendo saltar la chispa entre ellos. La tensión a que esto tiene lugar se llama tensión de encendido. Las características peculiares de la construcción de las bobinas determinan el valor de la tensión de encendido.

246


Tan pronto como se inicia el salto de chispa, se ioniza el espacio cercano a los electrodos, favoreciéndose el paso de corriente al disminuir la resistencia eléctrica de la distancia disruptiva. A causa de esto y de la carga de corriente en el circuito secundario, la alta tensión disminuye bruscamente hasta el valor preciso para que siga saltando la chispa (tensión de inflamación) y, mientras dura ésta, ofrece a la mezcla ocasión de inflamarse si no lo había hecho con anterioridad. En la Fig. 8.14 se han representado las variaciones de corriente y tensión (primaria y secundaria) en función del tiempo.

Contacto del ruptor

cerrado .~

cerrado

abierto

A

\nterva\~

E

,b.

de encendido

'§.

i

.

0~-------4~~

'§. .§

V

u

__~--------~~

.~ 100

J

O

15 kV

I

Tensión de

~ batería 1.... ~------~~"~~~=l~~'----~'~\

¡.-

,,---

Tensión de encendido

AgJa de tensión

.,,/

10

Duración de la chispa

~

.. o

·0

~

de encendido

Tensión de

inflamación

'-10

t:\

,. 20

"'" "'" 30

Fig. 8.14.

En el gráfico correspondiente a la corriente primaria, pueden verse las oscilaciones y los cambios de sentido de ésta en el momento de abrirse los contactos del ruptor. Las mismas oscilaciones se producen en la tensión primaria. En el gráfico correspondiente a la tensión secundaria, puede observarse el máximo valor alcanzado por la tensión de encendido y la subida brusca de la misma (aguja de tensión), para descender también bruscamente al valor de inflamación, en un cortísimo espacio de tiempo. La tensión de inflamación es ondulada, debido a las variaciones de flujo en el primario. La duración de la chispa supone un corto espacio del tiempo en que los contactos del ruptor permanecen abiertos. Cuando la tensión en el secundario baja de un cierto valor, se interrumpe el salto de la chispa, produciéndose las oscilaciones que muestra la figura, que al igual que las representadas en el gráfico de la tensión primaria, son consecuencia de las variaciones de flujo que siguen produciéndose en el primario a causa de las cargas y descargas del condensador. Como ahora no hay corriente en el circuito secundario, las oscilaciones son mayores que durante el tiempo que está saltando la chispa. Dicho de otra forma, tan pronto como la energía puesta en juego se encuentra por debajo de un determinado valor mínimo, la chispa ya no puede mantenerse y se interrumpe, con lo cual, la distancia disruptiva se vuelve otra vez dieléctrica. La energía restante va extinguiéndose en forma de oscilaciones amortiguadas de tensión. La duración de la chispa, no sólo depende de la energía disponible, sino también, de las condiciones de la mezcla aire-combustible, cámara de combustión, régimen del motor, etc. A

247


un número bajo de revoluciones, la mezcla está sometida a un débil movimiento y la duración de la chispa es importante, con lo cual, la mezcla se inflama fácilmente. Con regímenes elevados, la mezcla está intensamente agitada por torbellinos y la chispa de encendido se descompone entonces en otras varias, que normalmente no perjudican a la inflamación de la mezcla. La duración notablemente menor de la chispa, debe atribuirse, en general, a una reducción de la acumulación de energía debida a un acortamiento del tiempo de cierre de los contactos del ruptor, como más adelante se verá.

8.5.

BOBINA DE ENCENDIDO

La bobina acumula la energía de encendido y la transmite en forma de un impulso de corriente de alta tensión, para hacer saltar la chispa entre los electrodos de la bujía, provocando la iriflamación de la mezcla de aire y gasolina comprimida en el cilindro.

Según su estructura, la bobina es un autotransformador, pues eleva varias veces la tensión que se le aplica, y según su función, es la verdadera fuente de tensión de encendido. En la Fig. 8.15 puede verse el esquema de conexiones de una bobina y una sección de la misma. Está formada por un núcleo de hierro en forma de barra, constituido por láminas de chapa magnética que dificultan la formación de corrientes parásitas, consecuencia de las variaciones de flujo en el primario.

Boquilla

Tapa aislante

_ _ Conexión de alta tensión

con contacto por resorte _ - Abcaz.,d", de fijación ¡;¡jJ-- r."p,'nn

de primario

_ , Cue,'oo de secundario Chapa envolvente

(magn .) Arrollamiento _ _--in""l' primario ___ Arrollamiento secundario

Masa de relleno Cuerpo aislante Arrollados de papel

aislante

Núcleo de hierro por láminas

Fig. 8.15.

Sobre el núcleo está devanado el arrollamiento secundario, formado por gran cantidad de espiras de hilo fino de cobre (entre 15.000 y 30.000) debidamente aisladas entre sí y el núcleo, por papeles impregnados en aceite, que se interponen entre cada una de las capas formadas por el arrollamiento. Encima del arrollamiento secundario va devanado el primario, formado por algunos centenares de espiras de hilo grueso aisladas entre sí y del secundario. La relación entre el número de espiras de ambos arrollamientos está comprendida entre 60 y 150. El arrollamiento primario está conectado a los bornes de baja tensión, marcados 1 y 15 en la figura y otras veces B y D ó + y - . Estos bornes se conectan al circuito primario de encendido, quedando el arrollamiento primario en serie con los contactos del ruptor, tal como se vio en la Fig. 8.10. El sentido de paso de corriente en este arrollamiento determina una polaridad, debiendo conectarlo como corresponde (borne B, 15, ó + al positivo). 248

BOBINA DE ENCENDIDO

El arrollamiento secundario se conecta por uno de sus extremos al primario (en el caso de la Fig. 8.15, al borne 1) y en otros casos a masa en la propia carcasa metálica de la bobina. El otro extremo se une al borne de alta tensión, que termina en una boquilla, donde se aloja el cable de encendido, que lleva la alta tensión al distribuidor. Dicho cable entra a presión en la boquilla. El conjunto formado por ambos arrollamientos y el núcleo, se rodea con chapa magnética y masa de relleno, de manera que se mantengan perfectamente sujetos en el interior de la caja metálica o carcasa de la bobina. Generalmente están sumergidos en un baño de aceite de alta rigidez dieléctrica, que sirve de aislante y refrigerante. Las chapas magnéticas envolventes, reducen los campos magnéticos de dispersión y, por consiguiente, las pérdidas de energía, concentrando el campo magnético. El sentido del devanado de los arrollamientos se dispone de forma tal, que en el momento de producirse el primer impulso de tensión en el secundario, el electrodo central de la bujía, resulte de polaridad negativa respecto a la masa, para que los electrones fluyan del electrodo central

al de masa, con lo cual, se consigue que la distancia disruptiva se vuelva electroconductora con mayor facilidad, propiciando el salto de la chispa. Es por esta causa, que se marca la polaridad de la bobina. Aunque la tensión inducida en el secundario cambia constantemente de sentido, durante el tiempo que está saltando la chispa se conserva generalmente la polaridad negativa respecto a masa. Unicamente cuando ésta se interrumpe por falta de energía, comienza el proceso de

amortiguación, durante el cual, se produce el cambio de polaridad negativa a positiva y viceversa (ver Fig. 8.14). La energía restante se disipa en calor en el circuito, apareciendo en el diagrama unas ondas de tensión amortiguadas. El hecho de favorecer el salto de la chispa desde un electrodo central negativo, significa una menor tensión de encendido necesaria, teniendo en cuenta, además, que los electrones son lanzados mejor desde un electrodo caliente (el central), que de uno frío (el de masa), se comprende el empleo de esta disposición. De entre los factores determinantes de una tensión de encendido necesaria excesivamente alta, podemos destacar: distancia excesiva entre los electrodos, superficie de los mismos quemada o sucia, polaridad positiva del electrodo central, temperaturas bajas en exceso en los electrodos o en la cámara de combustión, mezcla de aire-gasolina muy rica o pobre, relación de compresión alta, etc. Justamente lo contrario implica que la tensión de encendido necesaria sea baja. En general, puede decirse, que cuando un motor está en perfecto estado de funcionamiento, la tensión necesaria para el salto de la chispa en la bujía es alta. Aunque en lo esencial todas las bobinas son iguales, existen algunas cuyas características son especiales. Una de éstas es la que dispone de dos arrollamientos primarios en vez de uno (Fig. 8.16), funcionando la bobina normalmente con uno sólo de ellos. El arrollamiento primario auxiliar Ea> se utiliza únicamente en el momento del arranque, cuyo contactor 1 lo pone en circuito. De esta manera se aumenta en ese instante el campo magnético creado y, en consecuencia, resulta más alta la tensión de encendido que en las bobinas convencionales, que debido a la caída de tensión provocada por el motor de arranque en esos momentos, disminuye notablemente. Una vez puesto en marcha el motor de combustión, al soltar el interruptor de arranque 1, queda fuera de servicio el arrollamiento primario auxiliar, funcionando la bobina con su arrollamiento primario principal Ep exclusivamente. Para paliar los efectos de caída de tensión en el momento de arranque, algunas bobinas disponen una resistencia a la entrada del arrollamiento primario, conectada en serie con él, que es puesta fuera de servicio en el momento del arranque y puesta en servicio cuando el motor de combustión ya está funcionando. La Fig. 8.17 muestra esta disposición, donde puede verse que durante el tiempo de activación del motor de arranque D, se alimenta el primario de la bobina F directamente desde el relé de arranque e, quedando la resistencia adicional fuera de servicio. Una vez efectuado el arranque, con el relé en posición de reposo, este circuito queda interrumpido alimentándose 249

CIRCUITO DE ENCENDIDO. COMPONENTES. FUNCIONAMIENTO Hacia el distribuidor Hacia el ruptor

t Arrollamiento auxiliar

Ep

Arrollamiento primario

Arrollamiento secundario

Fig.8.16.

el primario de bobina a través de la resistencia G. En estas condiciones de funcionamiento, la tensión aplicada a la bobina es suficiente para que el campo magnético creado sea el adecuado yen los instantes del arranque, cuando se produce la caída de tensión de la batería producida por el motor de arranque, la bobina queda alimentada directamente, con 10 que la corriente primaria es mayor que en el caso anterior, reforzando el campo magnético, tan necesario en esos momentos para lograr un correcto arranque del motor.

e

o

Fig. 8.17.

Otras veces, esta resistencia está fabricada de un material apropiado, para que su valor óhmico varíe con arreglo a la temperatura, para mejorar la característica de encendido, tanto en el momento del arranque, como en alto régimen del motor. El material de que está constituida la resistencia, hace que el valor de ésta sea mayor con un consumo alto del circuito primario (bajas revoluciones), que con un consumo bajo (alto régimen del motor). Algunas bobinas llamadas de alta potencia, son capaces de acumular una energía de hasta 100 milijulios e incluso más, y se emplean en casos especiales, en motores que hayan de funcionar con altos números de chispas. En estas bobinas se dispone una corriente primaria mayor y una inductancia menor. En otros casos, se disponen blindajes especiales totalmente metálicos para el antiparasitaje en los vehículos equipados con instalación radiotelefónica. 250

CONJUNTO DISTRIBUIDOR

8.6.

CONJUNTO DISTRIBUIDOR

Como se vio en la Fig. 8.1, va acoplado al motor, del cual recibe movimiento. En este conjunto distinguiremos dos partes principales: el circuito de baja tensión, que incluye el ruptor y el condensador, y el circuito de alta tensión constituido por el distribuidor propiamente dicho.

El primer circuito realiza los cortes de corriente en el primario de la bobina, para obtener la alta tensión en el secundario, mientras el segundo distribuye los impulsos de alta tensión a las bujías, tal como se vio en la Fig. 8.10. Al circuito de baja tensión se le llama también circuito primario, y al de alta, secundario. En la Fig. 8.18 se muestra el despiece de un conjunto distribuidor, en el que puede verse que está formado por una carcasa o cuerpo 6, llamado también cabeza de delco, en la que se

Fig. 8.18.

251


aloja el eje 15, guiado en cojinetes de bronce. Por su extremo inferior recibe al pmon de engrane 17, fijado al eje mediante un pasador 16. Este piñón engrana en el motor con otro que forma parte del árbol de levas, del cual recibe movimiento en transmisión directa. Como el árbol de levas gira a mitad de revoluciones que el motor, el eje 15 también lo hace a este régimen. De esta forma, cada dos vueltas completas del cigüeñal se produce una sola del eje del distribuidor, que entre otras funciones reparte los impulsos de alta tensión a las bujías. En el extremo superior del eje se dispone una plataforma, sobre la que se montan los contrapesos 14 del sistema de avance centrífugo al encendido y la leva 12 con su eje, embutida en el extremo del eje 15. Los muelles 13 realizan la unión entre el eje 15 y la leva 12. El rotor o dedo distribuidor 9 se acopla en el extremo superior del eje de la leva, encajando en él en una única posición por medio de una escotadura. Alojado este conjunto en la carcasa 6, ésta va cerrada con las placas 4, de las que la inferior, va fijada a la carcasa por tornillos, y la superior, montada sobre ella de manera que pueda girar un cierto ángulo. Por encima de estas placas y a través de su orificio central, sobresale la leva 12, quedando los contrapesos encerrados en el interior de la cabeza de delco. A la placa 4 se une la cápsula 5 del sistema de avance al encendido por vaCÍo y, sobre ella, se montan los contactos del ruptor 3 y el condensador 2. Los contactos quedan situados a la altura de la leva 12, que es quien provoca su apertura o cierre. El conjunto va cerrado por la tapa 1, que se sujeta a la carcasa por medio de bridas. La alta tensión llega de la bobina a través del borne central de la tapa, hasta el dedo distribuidor, que la manda sucesivamente a cada uno de los bornes laterales y, por medio de los cables de encendido, a las bujías. De los contactos del ruptor sale un cable que constituye el borne del circuito de baja tensión. En cuanto a su estructura, todos los modelos de distribuidor son similares, pero en cuanto a la disposición de montaje, varían esencialmente en algunos aspectos. En la Fig. 8.19 se representa un modelo, en el que puede verse ensamblado el conjunto del eje de mando 35, contrapesos 45 y leva 20. Los contactos del ruptor 41, van fijados directamente a la cabeza de delco, y el condensador 9 se acopla a ella en el exterior, conectándose a un tornillo en la propia carcasa, debidamente aislado de ella (eléctricamente) y que constituye el borne de entrada de corriente de baja tensión. En este distribuidor, puede disponerse cualquiera de los tipos de tapa representados en la figura, bien con salidas verticales u horizontales. Los impulsos de alta tensión, pasan del borne central de la tapa al rotor 42, a través del carboncillo 43, que se aloja en el borne central de la tapa y se aplica contra el rotor por medio de un pequeño muelle. El eje 35 toma movimiento del árbol de levas del motor por medio de un casquillo con garras al que se une mediante un pasador. Para evitar que éste se salga en el giro, se dispone un muelle de acero arrollado en hélice, como puede verse en la figura. Las garras del casquillo encajan en alojamientos apropiados de un piñón, que a su vez engrana con el árbol de levas. Con este sistema, el montaje del distribuidor sobre el motor sólo es posible en una posición única del eje de mando, por cuya causa se facilita la operación de «puesta a punto del encendido», como ya se verá oportunamente. En la parte baja de la cabeza de delco se dispone, en este caso, un orificio (aliado de la fijación del condensador) que permite el engrase del eje de mando. Una vez realizado éste, debe taparse el orificio roscando el tornillo que lleva al efecto. 252

RUPTOR

.t ,,~,~'~.,....----20 21

45

--.36

9-----..,.

t Fig.8.19.

La Fig. 8.20 muestra un distribuidor seccionado, donde puede verse la disposición de cada uno de los componentes y la situación de los mismos. Aquí se muestran las boquillas metálicas que realizan el contacto eléctrico de los cables de encendido que se alojan en ellas. La punta giratoria del rotor (electrodo del rotor) establece el contacto eléctrico con cada una de las boquillas. En la Fig. 8.21, puede verse otro modelo de distribuidor, cuya principal peculiaridad estriba en que los contrapesos del sistema de avance centrífugo van situados por encima de la leva y contactos del ruptor. El sistema de arrastre del eje, no se realiza por medio de un piñón, sino con un dispositivo de garras que acoplan en un piñón, que recibe movimiento a su vez del árbol de levas. La Fig. 8.22 muestra el despiece de este mismo distribuidor.

8.7.

RUPTOR

Es un interruptor automático que abre y cierra el circuito primario de encendido al compás del giro del motor. Para realizar esta función, dispone de dos piezas: una fija llamada yunque

(marcada 18 en la Fig. 8.19), que se sujeta al plato portarruptor 41, y otra móvil 19 llamada martillo, que puede bascular sobre su punto de giro (a la izquierda en la figura) y está aislado eléctricamente de masa. 253


.•-.""""7

Boquillas

Electrodo del rotor

Electrodo fijo

Rotor del distribuidor

Condensador de encendido

Avance centrífugo (variador con pistas de rodadura)

Ruptor

Piñón de accionamiento

Fig.8.20.

Fig. 8.21.

La leva 20 junta o separa los contactos del ruptor, para 10 cual, roza con un talón de fibra situado en el martillo, al que empuja, separando los contactos cuando le presenta un saliente. El martillo tiende a aplicarse continuamente sobre el yunque por medio de un muelle laminar 21.

Avance centrífugo Eje

Arrastre

Fig.8.22.

254

RUPTOR

El número de salientes de la leva coincide con el de cilindros del motor. Cuando se presenta una cara plana al talón del martillo, los contactos del ruptor permanecen cerrados y la corriente primaria pasa a través de ellos a masa, cerrando el circuito con la masa de batería. Dicha corriente llega hasta el martillo desde el borne de entrada al distribuidor, al cual se conecta la salida del primario de la bobina. La Fig. 8.23 muestra la implantación del ruptor en la cabeza del distribuidor. A la placa portacontactos 3 se fija el yunque 4 por medio del tornillo 7, mientras que el martillo 6 se acopla en un eje en el extremo opuesto al contacto 5, que se mantiene aplicado contra el 4 del yunque por la acción del muelle laminar 9. Cuando la leva 2 presenta su saliente al talón 8 del martillo, se produce la separación de los contactos 4 y 5 que interrumpen la corriente primaria. En el caso específico de esta figura, la leva tiene un solo saliente, lo que corresponde a un motor monocilíndrico.

Fig.8.23.

La separación que deben tomar los contactos cuando el martillo es levantado por la leva, es una magnitud de valor específico y se regula por medio del tornillo 7 de fijación del yunque, sobre el que se actúa para acercarlo o alejarlo del martillo cuando éste es separado al máximo por la leva. El ángulo de giro de la leva durante el cual permanecen cerrados los contactos del ruptor, se llama ángulo de leva. Angula de chispa, es el recorrido de la leva durante el cual los contactos del ruptor permanecen abiertos. En la Fig. 8.24 se han representado estos ángulos sobre una leva. Las zonas rayadas corresponden a los ángulos de leva y las zonas sin rayar a los de chispa. Se llama ángulo Dwell, a la fracción de tiempo que los contactos están cerrados con respecto al total de un ciclo de encendido completo. El ángulo Dwell está determinado por el fabricante para cada modelo en consonancia con las características del motor. En una leva de cuatro salientes (para motor de cuatro cilindros), la suma de un ángulo de leva y otro de chispa es:

Si el ángulo de leva es de 55°, el Dwell es: 55

- = 061 = 61 % 90 ' Cuanto mayor sea el ángulo de leva, menor resulta el de chispa, y viceversa. 255


La separación de los contactos del ruptor influye directamente en la magnitud del ángulo de leva y, así, cuando la separación es muy pequeña, resulta grande el ángulo de leva (Fig. 8.25 detalle A), mientras que si es grande, el ángulo de leva resulta pequeño (detalle B).

A

Fig.8.24.

B

Fig.8.25.

Una separación entre contactos grande (ángulo de leva pequeño), significa que el tiempo que están cerrados los contactos es escaso y, por ello, en regímenes de giro del motor elevados, el tiempo que está pasando corriente por el primario de la bobina se reduce en exceso, no pudiéndose llegar a la saturación del campo magnético y la tensión inducida en el secundario disminuye. La corriente primaria en este caso se corta antes de que haya alcanzado su valor máximo. Una separación entre contactos pequeña (ángulo de leva grande), favorece el comportamiento de encendido en la gama de altas revoluciones; pero si la separación llega a ser demasiado pequeña, el tiempo que están abiertos los contactos disminuye tanto (sobre todo en altos regímenes), que no hay tiempo material para que se produzcan las cargas y descargas del condensador, en perjuicio de la chispa en la bujía. De otra parte, se intensifica el desgaste de los contactos debido al mayor chispeo entre ellos. Por el contrario, en los regímenes bajos pueden llegar a producirse fallos del motor. La separación entre contactos correcta (entre 0,30 y 0,40 mm), es una solución de compromiso, que ha de aceptarse para equilibrar recíprocamente las ventajas e inconvenientes anteriormente enunciados. Aunque el ángulo de leva sea invariable con respecto a la velocidad de rotación del motor, el tiempo en que los contactos permanecen cerrados, se acorta considerablemente en los altos regímenes, con lo cual, disminuye la cantidad de energía almacenada en el campo magnético de la bobina, pues no llega a alcanzarse la corriente de reposo, como ya hemos dicho anteriormente. En la Fg. 8.26 se han representado los gráficos correspondientes a bajo y alto régimen. Puede apreciarse que en bajo régimen (detalle A), el tiempo de cierre t l es suficiente y se alcanza la corriente de reposo, con lo que la energía El acumulada en el primario de la bobina, resulta suficiente para obtener una buena chispa en la bujía. Por el contrario, en alto régimen, el tiempo de cierre t 2 de los contactos se ha acortado tanto, que la corriente primaria se interrumpe durante su subida y no se alcanza la corriente de reposo (detalle B), con lo cual, la energía acumulada E 2 resulta pequeña en exceso para obtener una buena chispa en la bujía. Dicho de otra forma, cuando el tiempo que dura la corriente primaria resulta pequeño en exceso, ésta no alcanza un valor adecuado para producir un campo magnético suficiente. Comprobamos, pues, que la energía acumulada en la bobina de encendido decrece continuamente a medida que aumenta el régimen del motor. De igual manera, si bien no tan intensamente, disminuye la alta tensión disponible para el encendido, pues las dos magnitudes están en estrecha relación entre sÍ. Así, por ejemplo, una disminución de la energía en un 50 %, supone un descenso de la alta tensión de un 35%. En la Fig. 8.27 puede verse un gráfico de la variación de la alta tensión en función del régimen. Para regímenes extremos (altos o bajos en exceso), el comportamiento de las instalaciones de encendido convencionales, está determinado por las propiedades de conexión eléctricas y mecánicas del ruptor. La tensión de encendido puede decrecer bruscamente, como se indica en las partes rayadas del gráfico. A 256

RUPTOR

bajos regímenes se hace notar la chispa de apertura que se produce en los contactos del ruptor, y a regímenes altos en exceso rebotan los contactos, lo que acarrea una disminución de la energía de encendido. A 4

A --.--I I

2

KV

I I

B

30

20

3

10

2

r. p,m,

2000 Fig.8.26.

4000

6000

Fig.8.27.

La curva representada en el gráfico de la figura, indica la alta tensión máxima para cada régimen, es decir, la tensión que en el circuito secundario se presentaría como tensión de cresta de la primera semionda, si no se produjera ninguna chispa de encendido. No obstante, para que salte la chispa en la bujía, es condición previa que la tensión de encendido (a un régimen determinado J, sea menor que el correspondiente valor de la curva (al régimen considerado J. Si

la tensión de encendido necesaria es igualo mayor que la alta tensión disponible, se producen fallos de encendido. El tiempo de cierre de los contactos del ruptor se ve disminuido grandemente cuando aumenta el número de cilindros del motor, puesto que hay más cierres y aperturas por cada vuelta. En un motor de cuatro cilindros, el ángulo de cierre de los contactos es aproximadamente de 55°, en el de seis, 40° y, en el de ocho 34°. Así, pues, un régimen elevado en motores de seis y ocho cilindros acorta el tiempo de cierre hasta tal punto, que la energía de encendido y la alta tensión decaen considerablemente, no quedando asegurado ya un régimen de encendido libre de fallos. Por esta causa se utilizan los sistemas de doble ruptor, o el encendido electrónico, que presenta indudables ventajas sobre el encendido convencional, como más adelante se vera. En la Fig. 8.28 se ha representado un sistema de doble ruptor para motor de ocho cilindros, accionados por una leva de cuatro salientes. Cada uno de los ruptores manda a la mitad de cilindros, utilizando una bobina, de lo que resulta en realidad un doble circuito (dos bobinas). Los ruptores van dispuestos de tal forma que cuando uno se abre, el otro está cerrado, y viceversa. La leva que gobierna estos ruptores tiene, pues, la mitad de salientes que cilindros el motor. En la Fig. 8.29 puede verse que estos dos ruptores se montan en el mismo plato portarruptor, cada uno de ellos con su propia conexión. Uno de los ruptores se fija a la placa portarruptor 3 por medio de la placa intermedia 10 y los tornillos de fijación 11, que permiten efectuar el sincronizado de los dos. El ruptor está sometido a esfuerzos mecánicos y eléctricos extraordinariamente elevados, por cuya causa, los puntos de contacto entre el martillo y el yunque son de acero al tungsteno, material éste con alto punto de fusión y elevada dureza. Antiguamente se fabricaban de platino, por cuya causa se dio en llamar platinos a los contactos del ruptor. 257


11

6

3 Fig.8.29.

Fig.8.28.

Con regímenes elevados, al comienzo del cierre el martillo golpea con tal ímpetu contra el yunque, que las superficies de contacto sufren una pequeña deformación elástica, produciéndose además un rebote e interrumpiéndose el circuito que se acaba de cerrar. Inmediatamente vuelve a caer el martillo contra el yunque debido a la acción del muelle laminar, produciéndose un nuevo rebote, ahora más débil, repitiéndose este proceso durante algunas veces. Cada interrupción debida al rebote, tiene lugar a expensas del tiempo de cierre, y trae como consecuencia una disminución de la energía de encendido aún mayor de la que ya se produce dado el elevado régimen de giro del motor. El patín del martillo y los contactos del ruptor, etán sujetos a un desgaste natural debido al roce con la leva y al golpeteo. Además de esto, bajo la influencia del chispeo que se produce entre los contactos del ruptor, hay una migración de material desde el yunque al martillo. Una parte del material desprendido se volatiliza, formándose una capa de óxido en las superficies de contacto, que aumenta la resistencia eléctrica entre ambos.

8.8.

CONDENSADOR DE ENCENDIDO

Sus misiones fundamentales son: a) aumentar la rapidez en el corte de la corriente primaria y, b) evitar las chispas entre los contactos del ruptor. Los condensadores de encendido empleados en el automóvil, están formados por dos superficies conductoras de placas de metal, aisladas entre sí por una materia aislante (dieléctrico), dispuestas tal como muestra la Fig. 8.30. Las superficies conductoras suelen ser láminas de papel de estaño o aluminio, y el aislante, papel parafinado. Placas de metal

..L T

Capa aislante

Láminas metálicas

I

Símbolo Conexión eléctrica de conexión del condensador

Condensador bobinado

Fig.8.30.

258

Láminas aislantes

Carrete

Condensador de encendido con soporte

CONDENSADOR DE ENCENDIDO

El conjunto se enrolla formando un cilindro compacto, en el que se efectúan las conexiones eléctricas, de manera que una de las láminas queda conectada a la caja metálica que envuelve el conjunto (borne de masa) y la otra a un cable que sobresale al exterior y forma el borne positivo. El condensador se conecta, como hemos dicho, en el circuito de baja tensión, en paralelo con los contactos del ruptor.

Cuando se interrumpe la corriente primaria, aparece una f.e.m. de auto inducción en el arrollamiento primario, que puede llegar a superar los 300 V. El sentido de esta f.e.m., según las leyes de la inducción electromagnética, es el mismo que el de la corriente primaria cuando se abre el circuito y, en el instante de separarse los contactos del ruptor, cuando la separación es mínima todavía, hace saltar una chispa entre ellos, cuyos efectos son perjudiciales, pues no sólo quema su superficie de contacto con el consiguiente deterioro, sino que hay un consumo de energía, transformada en calor en la chispa, que se resta de la energía disponible para el encendido. De otra parte, el chispeo entre los contactos del ruptor hace aumentar considerablemente la resistencia eléctrica entre ellos, provocándose una caída de tensión, con la consiguiente disminución de la corriente primaria, que supone un menor flujo magnético creado en el arrollamiento primario y, por tanto, menor potencia de encendido. Por estas razones, es necesario evitar el chispeo entre los contactos del ruptor, 10 cual se consigue mediante el condensador de encendido. Conectado en paralelo con los contactos del ruptor, cuando éstos se abren queda aplicada a él la tensión de autoinducción aparecida en el arrollamiento primario al cortarse la corriente. El primer impulso de la corriente de autoinducción, es absorbido por el condensador, que se carga hasta el valor de la tensión de autoinducción, como muestra el tramo a del gráfico de la Fig. 8.31. El tiempo transcurrido hasta finalizar la carga, es suficiente para que los contactos del ruptor (que siguen abriéndose), se hayan separado de manera apreciable, y ya no pueda saltar la chispa entre ellos, puesto que la tensión disruptiva de los contactos (que se van separando),

es cada vez mayor que la tensión de autoinducción, que se encuentra aplicada tanto al condensador, como a los propios contactos del ruptor. Así, pues, la corriente que saltaría de un contacto a otro en forma de chispa, es absorbida por el condensador. KV

300

150

o I----ll----+---L...f__ t 150

300

Fig. 8.31.

Un instante después, el condensador se descarga sobre el arrollamiento primario, en sentido contrario al de la carga (tramo b). Ello ocurre por haber tomado una diferencia de potencial entre las placas, producida durante la carga. 259


Cuando cesa esta corriente de descarga, aparece nuevamente autoinducción en el primario, que propicia una nueva corriente de carga del condensador, pero ahora, de sentido contrario al anterior (tramo c). Seguidamente se produce una nueva descarga, repitiéndose este ciclo hasta que la energía puesta en juego, que está siendo transferida desde el campo magnético de la bobina al campo eléctrico del condensador y viceversa, sea transformada en calor disipado en el circuito. La mayor parte de la energía almacenada en el campo magnético del arrollamiento primario, está aplicada en la obtención de la chispa en la bujía y es transformada allí en calor necesario para inflamar la mezcla. Mediante el empleo del condensador se consigue, además, que el flujo en el primario desaparezca muy rápidamente al cortar la corriente primaria, lo que supone una tensión inducida en el secundario mucho más alta.

La desaparición del campo magnético del primario, dura exactamente lo que el condensador tarda en cargarse por primera vez a la tensión de autoinducción (aproximadamente 300 V), lo que equivale a 0,1 milisegundos aproximadamente. Antes de que se inicie la descarga del condensador, el secundario ha hecho saltar ya la primera chispa en la bujía. Si no se empleara el condensador en el circuito de encendido, el flujo del primario desapareceria unas veinte veces más lentamente, obteniéndose menor tensión en el secundario. De otra parte, el salto de la chispa en los contactos del ruptor deterioraría éstos rápidamente, quedando al cabo de poco tiempo inservibles. No obstante, a pesar del empleo del condensador y sobre todo hasta regímenes inferiores a 3.000 r.p.m., la velocidad de levantamiento del martillo es tan pequeña, que tiene lugar una débil formación de chispas, que supone una pérdida de la energía de encendido y un desgaste de los contactos. La capacidad del condensador tiene gran influencia sobre el picado de los contactos del ruptor, de manera que si no es la adecuada, se acentúa el picado. Más capacidad de la debida, produce una protuberancia en el contacto negativo (yunque) y un hoyo en el positivo (martillo). Menor capacidad de la debida produce los efectos inversos. Los condensadores de encendido empleados en los automóviles tienen una capacidad que oscila entre 0,2 y 0,3 /lF.

8.9. DISTRIBUIDOR DE ENCENDIDO La alta tensión inducida en el secundario de la bobina de encendido, ha de llegar hasta cada una de las bujías del motor, en las que saltará en forma de chispa. El distribuidor de encendido, reparte, como su nombre indica, el impulso de alta tensión de encendido entre las diferentes bujías, siguiendo un orden determinado (orden de encendido) y en el instante preciso.

Debido a la sincronización que debe llevar con el giro del motor, al igual que el ruptor, se montan ambos en una sola unidad de construcción. El cuerpo del distribuidor recibe por su parte superior una tapa de material aislante de alta calidad (Fig. 8.20), en la que están labrados un borne central y tantos laterales como cilindros tenga el motor, espaciados regularmente. Sobre el eje que constituye la leva del ruptor, se monta el rotor o dedo distribuidor, fabricado de un material aislante similar al de la tapa. En la parte superior del rotor se dispone una lámina metálica B (Fig. 8.32), contra la que está aplicado el carboncillo E por medio del muelle F, ambos alojados en la cara interna del borne central e de la tapa. Cuando la leva abre los contactos del ruptor, llega al borne e un impulso de alta tensión, que pasa al rotor a través del carboncillo E y, por medio de la lámina B (que en ese momento apunta a uno de los bornes laterales G), se transmite a uno de estos bornes, desde donde llega a la bujía correspondiente a través del cable de encendido. 260

DISTRIBUIDOR DE ENCENDIDO

Fig.8.32.

Entre la punta de la lámina B y los contactos laterales, queda un espacio comprendido entre 0,25 y 0,50 mm, que evita el roce y desgaste entre ambos. Este espacio de disrruptura, supone que haya un salto de chispa y una pérdida de energía, aunque de otra parte facilita el salto posterior de la chispa en la bujía. Tanto el rotor, como la tapa del distribuidor, solamente admiten una posición de montaje, para que exista en todo momento un perfecto sincronismo entre la posición en su giro del rotor y ·de la leva. Los fenómenos eléctricos que tienen lugar en el recinto interior del distribuidor (arcos voltaicos, arcos de efluvios, etc.), engendran gases químicamente agresivos que atacan las superficies metálicas oxidándolas. Para evacuar estos gases y los de humedad que pudieran encerrarse en el interior, que harían comunicarse eléctricamente los bornes de la tapa o propiciar fugas de corriente, se disponen orificios de ventilación en zonas apropiadas de la tapa. Tanto la superficie externa como la interna de la tapa, están impregnadas de un barniz especial, cuyas propiedades realizan entre otras las dos importantes funciones siguientes: a)

Condensan la humedad que se deposita sobre la superficie, formando gotas, con lo que impiden una continuidad de la superficie humedecida, que resulta conductora y propicia fugas de corriente.

b)

Resulta más dificil al polvo y la suciedad quedarse adheridos a la superficie, resbalando sobre ella, con lo que se logra mantenerla limpia y se evitan las fugas de corriente.

Al objeto de que la humedad no llegue a la zona de los contactos del ruptor, en algunos distribuidores se dispone una tapa de plástico por encima de ellos, protegiendo al mismo tiempo la zona de los contrapesos del sistema de avance centrífugo de humedad y polvo. El rotor del distribuidor, en su giro, va repartiendo los impulsos de alta tensión a las diferentes bujías, las cuales se conectan en el sentido de giro del rotor, a los bornes de la tapa, en un determinado orden, llamado orden de encendido, en el que se producirán las chispas en las bujías de los diferentes cilindros. En los motores de cuatro cilindros, las explosiones se suceden siguiendo el orden: 1-3-4-2, como muestra la Fig. 8.33 (giro del rotor a derechas), que es el más generalizado. En la Fig. 8.10 puede verse que el orden de encendido es 1-5-3-6-2-4 por la disposición de los cables de alta tensión (giro del rotor a derechas). 261


Bobina

Distribuidor

Fig. 8.33.

Cada vez que se abren los contactos del ruptor, se produce un impulso de tensión, que es enviado a la bujía del cilindro que en ese momento se encuentra preparado para realizar la explosión. La interconexión eléctrica entre la tapa y las bujías o la bobina, se realiza por medio de cables especiales de alta tensión, formados en general por un hilo de tela de rayón impregnada en carbón, rodeado por un aislante de plástico de un grosor considerable. La resistencia eléctrica de estos cables es la adecuada para suprimir los parásitos que afectan a los equipos de radio instalados en los vehículos.

8.10. BUJIAS La alta tensión conseguida en el circuito secundario, se envía a las bujías, donde la corriente eléctrica saltará en forma de chispa, produciendo la inflamación de la mezcla de aire-gasolina comprimida en los cilindros. Dada su función en el motor de combustión, es imprescindible el buen funcionamiento de las bujías para conseguir el mejor rendimiento del motor, cualesquiera que sean las condiciones de funcionamiento del mismo. El incremento de la potencia desarrollada (por litro de cilindrada) en los motores de combustión en los últimos años, ha sido logrado gracias a dos factores fundamentales: el aumento de la compresión y la elevación del régimen de giro. El primero de ellos da lugar a una alta presión y elevada temperatura en la cámara de combustión, en la que se aloja la bujía que, por tanto, está sometida a estas presiones y temperaturas que dificultan su buen funcionamiento. El segundo factor agrava los problemas planteados por el primero, pues al aumento del número de chispas proporcionadas por la bujía, se une un menor tiempo para evacuar la alta temperatura que en ella se alcanza. De aquí se deduce la gran importancia que tienen las bujías en el buen rendimiento de un motor, en el que la chispa debe saltar cualquiera que sean el régimen y la carga del mismo, y ha de hacerlo con la intensidad adecuada para que tenga lugar la inflamación correcta de la mezcla. A este mismo fin, la situación de la bujía en la cámara de combustión debe ser la más adecuada. 262

BUJIAS

En la Fig. 8.34 se muestra una bujía seccionada, en la que puede verse que está constituida por un electrodo central 8, de aleación especial resistente al desgaste por quemadura (níquel, silicio y cromo), que sobresale por la parte inferior de la bujía, mientras por la superior se une a un perno de conexión 2, por medio de una masa colada 5, eléctricamente conductora. El perno de conexión termina en el borne 15, donde se conecta el cable de alta tensión.

Fig.8.34.

Rodeando al perno de conexión y al borne central, se dispone el aislador 3, de cerámica formada por óxidos de aluminio y sustancias vidriosas, el cual, es a su vez rodeado por el cuerpo metálico 13 de la bujía, fabricado de acero especial al níquel. La unión entre ambos se realiza por medio de las juntas de estanqueidad 12 y 14, que evitan las fugas de la compresión a través de la bujía. El aislador 3 lleva labradas en su parte superior unas nervaduras 1, que hacen de barrera a las corrientes de fuga, alargándose el camino a recorrer desde el borne a la parte metálica. En su parte inferior 10, llamada pie del aislador, rodea al electrodo central en una cierta longitud y espesor, que constituyen las características de la bujía (grado térmico). Entre el pie del aislador y el cuerpo metálico, se forma un espacio 11, llamado espacio respiratorio. La parte superior del cuerpo metálico 13, se dispone en forma de tuerca exagonal que permite el montaje y desmontaje de la bujía. En la parte inferior, llamada cuello, se labra la rosca 7 para la fijación a la cámara de combustión. Del cuerpo metálico sobresale el electrodo de masa 9, que va soldado a él. Es norma generalizada que el diámetro de la rosca de la bujía sea de 14 mm, aunque existen también bujías con diámetros de 12 y 18 mm. En cuanto a la longitud de la rosca, existen bujías de 10 mm (cuello corto), 12 mm (cuello normal) y 19 mm (cuello largo), siendo la del cuello normal la comúnmente utilizada, aunque en las actuales culatas de aluminio suele emplearse la del cuello largo, que asegura una mejor sujección. Para conseguir una unión estanca en el montaje de la bujía en la cámara de combustión, se dispone el anillo 6 ó junta de estanqueidad. 263


La función más importante de un aislador de bujía, es impedir que la corriente de alta tensión del encendido siga otro camino que no sea el del espacio entre los electrodos. Constituye, pues, la parte más importante de la bujía. Es un cuerpo de cerámica fabricado a base de óxidos de aluminio con aditivos de sustancias vítreas. Una cualidad esencial de este tipo de aislador, es su alta rigidez eléctrica frente a tensiones de más de 20.000 V, que se conserva aún con las altas temperaturas que se alcanzan en él, proporcionando una buena conductibilidad térmica, para conseguir que la temperatura de la punta del aislador esté comprendida entre 750° y 850 oC, que es la más conveniente para el buen funcionamiento de la bujía. La conductibilidad térmica del aislador, el grado térmico y el espacio respiratorio de la bujía, guardan una relación directa entre sí, como posteriormente se verá. Todo ello determina 10 que se llama grado térmico de la bujía. Se entiende por resistencia térmica, la resistencia a cambios bruscos de temperatura, a los cuales está sometida la bujía durante su funcionamiento. En el momento de la explosión se alcanzan temperaturas en el cilindro cercanas a los 2.000 oc. La cantidad de calor que la bujía recibe durante la combustión, tiene que ser igual a la entregada al bloque motor. En la Fig. 8.35 se ha representado el recorrido del calor, y puede verse que la mayor parte del mismo es evacuado a través del cuerpo metálico de la bujía, que 10 transmite a la culata del motor, sobre la cual va montada.

Cesión de calor 80% 10% {

l . Absorción del calor de la cámara de combustión 100%

20% es cedido a los gases frescos de la admisión

Fig.8.35.

El electrodo central y el de masa, constituyen juntos la distancia disruptiva en la cámara de combutión. En ella están expuestos, al igual que la punta del aislador, a las influencias químicas

y térmicas de la combustión, durante la cual, se queman junto con la gasolina, los aditivos que se añaden a ésta, como el tetraetilo de plomo (para aumentar el efecto antidetonante). Materiales o aleaciones adecuadas a base de níquel protegen los electrodos contra la corrosión. El límite de temperatura que pueden alcanzar las zonas bajas de la bujía (electrodos y puntas del aislador), determina la duración de los electrodos, que sufren un desgaste debido 264

GRADO TERMICO DE LAS BUJIAS

a la eroslOn producida por la chispa, tanto mayor, cuanto más alta sea la temperatura alcanzada por ellos. Este límite se puede elevar mediante la adición de manganeso o silicio en la fabricación de los electrodos. La separación entre los electrodos debería ser lo más pequeña posible, para mantener reducida la alta tensión necesaria para el encendido, sin que la longitud de chispa resulte pequeña en exceso. Generalmente esta separación oscila entre 0,6 y 0,75 mm. La separación va aumentando durante la vida de la bujía, debido al desgaste de los electrodos producido por el salto de la chispa. De este modo, aumenta también la tensión de encendido necesaria hasta que, llegado un momento, es mayor que la disponible en la bobina y se producen los consiguientes fallos de encendido, especialmente en la gama de altas revoluciones. En algunas bujías, se utilizan distancias disruptivas previas (Fig. 8.36), estableciendo una separación de aproximadamente 2 mm entre el electrodo central y el perno de conexión. Esta distancia origina un incremento de la tensión aplicada a los electrodos de la bujía para que salte la chispa, lo cual es importante siempre que el sistema de encendido suministre una energía suficiente. La distancia disruptiva entre el contacto del rotor y los bornes laterales de la tapa del distribuidor, tiene ese mismo cometido. Otras veces se dispone en este espacio una resistencia del orden de 1.800 ohmios (Fig. 8.37), que elimina los parásitos que provocan ruidos en la radio que equipa a algunos vehículos.

Canal de ventilación

......r----

Fig.8.36.

8.11.

Resistencia

Fig. 8.37.

GRADO TERMICO DE LAS BUJIAS

Para trabajar en condiciones óptimas, la temperatura del pie del aislador de una bujía, no debe sobrepasar los 850 oC para velocidades elevadas y continuas, ni ser inferior a 500 oC para condiciones de marcha lenta. Dado que los modelos de motores varían grandemente en lo que se refiere a compresión, régimen de giro, sistema de refrigeración, carburación, combustible empleado, etc., es necesario prever la utilización de un tipo determinado de bujía para cada modelo de motor. El término «grado térmico» se refiere a la clasiflcación en tipos que se hace de la bujía, según su capacidad de transferencia de calor desde el lugar de encendido en el pie del aislador, hasta

265


el sistema de refrigeración del motor. La bujía del tipo «caliente» (Fig. 8.38), tiene el pie del

aislador más largo y evacúa más lentamente el calor, por lo cual se usa preferentemente en motores de baja relación de compresión. La bujía del tipo «frío» (Fig. 8.39) tiene un pie del aislador más corto y transmite rápidamente el calor al sistema de refrigeración del motor, por cuya causa se utiliza en motores de elevada relación de compresión.

CALIENTE (BLANDA)

FRIA (DURA)

Fig.8.38.

Fig.8.39.

Una misma bujía se calentaría en exceso en un motor, mientras que en otro alcanzaría una temperatura media excesivamente baja. En el primer caso, la mezcla se inflamaría al entrar en contacto con las partes candentes de la bujía y, en el segundo, los residuos de la combustión ensuciarían pronto la punta del aislador, hasta el extremo de producirse derivaciones de la corriente de alta tensión, anulándose la chispa, con los consiguientes fallos del motor. Dentro de la división de las bujías en frías o calientes, hay unas que son más frías o más calientes que otras, 10 que constituye la escala de valores correspondientes al grado térmico. La indicación de éste viene dada por números y letras grabadas en el cuerpo metálico o en el aislador de la bujía. Cada fabricante utiliza su propia escala y en el mercado existen tablas de equivalencias entre las distintas marcas y los modelos de los vehículos a que corresponden. El grado térmico de una bujía viene determinado por los siguientes factores: a)

Conductibilidad térmica del aislador y de los electrodos, especialmente el central.

b)

Tamaño de la superficie del aislador expuesta a los gases de la combustión.

c) Tamaño y forma del espacio de respiración. Cuando una bujía funciona a la temperatura adecuada (entre 750° y 850 oC), las partículas de aceite y residuos de la combustión que se depositan en los electrodos, se queman de inmediato (autolimpieza de la bujía), manteniéndose limpios y en perfecto estado. La temperatura en ellos no es suficiente para provocar el autoencendido de la mezcla. Dadas las condiciones extremadamente contrapuestas del funcionamiento del motor en circulación urbana (bajos regímenes y muchas paradas), o en autopistas (altos regímenes mantenidos durante largo tiempo), fue necesaria la ampliación de la gama de grado térmico para conseguir una bujía que funcionase correctamente en ambas condiciones. Se llegó así a las bujías multigrado, que abarcan varios grados térmicos, lo cual se consiguió mediante una mayor conductibilidad térmica del aislador, un pie del aislador de paredes delgadas y una favorable elección del lugar de asiento de la bujía en la cámara de combustión.

266

PUNTO DE ENCENDIDO

8.12.

PUNTO DE ENCENDIDO

Desde que salta la chispa en la bujía y comienza la inflamación de la mezcla aire-gasolina, hasta su total combustión, transcurre un cierto tiempo, que podemos cifrar por término medio en dos milisegundos. La chispa de encendido debe saltar con cierta antelación, para que la máxima presión obtenida por la combustión de la mezcla, alcance al pistón poco después de sobrepasar el P.M.S.

Si la chispa salta prematuramente, la máxima presión de la combustión alcanza al pistón antes de llegar al P.M.s., siendo frenado en su movimiento ascendente; si se produce demasiado tarde, la máxima presión alcanza al pistón cuando ya está lejos del P.M.S. en su carrera descendente. En ambos casos, la potencia del motor se ve disminuida grandemente en relación con el combustible consumido, produciéndose sobrecalentamientos del motor. El punto de encendido se establece de manera que se obtenga la mayor potencia del motor con un mínimo consumo. Generalmente está referido al giro del cigüeñal y expresado en grados de giro de éste. En la Fig. 8.40 puede verse que el punto de encendido Z está situado antes del P.M.S. La chispa se produce pues, antes de que el pistón alcance el P.M.S. comenzando allí la combustión de la mezcla con el consiguiente aumento de la presión, cuyo valor máximo (Fig. 8.41) alcanza al pistón cuando ya ha sobrepasado unos grados el P.M.S., con lo que se obtiene el mejor rendimiento. En esta figura, la curva b es la correspondiente a la presión obtenida por compresión de los gases sin que salte chispa alguna. La curva a representa la presión obtenida por la compresión de la mezcla, más la combustión de la misma, cuando salta la chispa en el punto Z. Angulo de giro del cigüeñal 0°

PMI

PMS

PMI 90°

180"

270°

360°

barr--------r--------,--------,--------, c:

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~,_o~ PMI

Fig.8.40.

Ql

e: 90'

90°

180°

.. antes del PMS después del PMS Angulo de ajuste del encendido

Fig. 8.41.

La velocidad de inflamación de la mezcla es sensiblemente constante mientras su composición no varíe y, por tanto, el tiempo que transcurre entre la inflamación de ésta y su combustión completa, es más o menos el mismo; sin embargo, la velocidad con que se mueve el pistón no es constante y, si el punto de encendido se mantiene en la misma posición (unos grados antes del P.M.S.), con el aumento del número de revoluciones, en el mismo tiempo que dura la combustión, el pistón ha recorrido mayor espacio y la máxima presión obtenida lo alcanza cada vez más lejos del P.M.S" a medida que aumenta el régimen de giro, con la consiguiente disminución de potencia. Por este motivo, el punto de encendido debe desplazarse 267


en el sentido de avance a medida que aumenta el régimen de giro del motor, para que la máxima

presión de la combustión alcance siempre al pistón en el mismo punto. El momento más favorable para el inicio de la combustión, no lo determina solamente el régimen de giro del motor. El tipo de construcción de éste, el combustible empleado, las condiciones de marcha (carga del motor), etc., desempeñan también un importante papel. Asimismo, la forma y volumen de la cámara de combustión, el lugar donde se produce la chispa y la composición de la mezcla aire-gasolina, influyen en el punto de encendido. Con mezclas pobres (proporción de aire mayor), la velocidad de inflamación disminuye, por cuya causa, el punto de encendido ha de desplazarse en la dirección de avance. Del mismo modo, cuando el motor no funciona a plena carga, sino con cargas parciales, la mezcla es menos inflamable y se quema más lentamente, por lo que ha de ser encendida antes. Así, pues, para obtener un buen rendimiento de los motores, el punto de encendido ha de variarse en función del régimen y de la carga. Esta misión la realizan los llamados dispositivos de avance al encendido, cuyas ejecuciones básicas son: a) Avance centrífugo: actúa en función del régimen de giro del motor. b) Avanee de vaCÍo: actúa en función de la carga del motor. Estos dos dispositivos de avance actúan en combinación y sus mecanismos van situados, como sabemos, en la cabeza del distribuidor.

8.13. COMBUSTION DE LA MEZCLA Cuando el punto de encendido, la proporción de la mezcla, su distribución en la cámara de combustión, el tipo de combustible, etc., son los adecuados, el proceso de combustión se produce avanzando en un frente continuo y uniforme, tal como muestra la Fig. 8.42. La chispa salta ....................... se inicia la combustión ....... continúa rápidamente ..... "y termina

Fig.8.42.

Cuando el poder antidetonante no reúne las condiciones exigidas por el motor, se produce 10 que llamamos detonación, fenómeno éste, en el que la combustión se inicia normalmente en la bujía y el frente de llama avanza por la cámara de combustión, llegando un instante (Fig. 8.43) en que el resto de la mezcla sin quemar explota de manera instantánea, debido a la presión que sobre ella ejercen los gases quemados. Esta explosión violenta, comunica una presión percutora a la cabeza del pistón y la combustión se completa anticipadamente, 10 que supone unos esfuerzos anormales, que pueden dañar al pistón y demás componentes del motor, aumentando al mismo tiempo las temperaturas de combustión. La chispa salta .....................se inicia la combustión ....... continúa .. " ................ " ........ detonación

Fig. 8.43.

268

COMBUSTION DE LA MEZCLA

En otras ocasiones, el encendido de la mezcla se produce antes de que salte la chispa en la bujía (Fig. 8.44), debido a algún punto caliente en la cámara de combustión (autoencendido). La combustión puede iniciarse en cualquier punto, como por ejemplo, depósitos incandescentes de carbonilla, bordes metálicos irregulares, válvulas, etc. La inflamación se produce por una partícula caliente ... salta la chispa normal...

... se inflama el resto del combustible

Fig. 8.44.

Después de encendida la mezcla por autoencendido, salta la chispa en la bujía produciéndose un nuevo frente de llama. La acción conjunta de estos dos frentes puede dar lugar a la detonación. La detonación y el autoencendido son fenómenos distintos pero de origen muy parecido. Cualquiera de ellos puede estimular al otro, con los perjuicios propios para el motor, en el cual se produce un «picado» o ruido característico, que tiene lugar al encenderse en la cámara de combustión los restos de mezcla no quemada, cuando la presión sube demasiado rápidamente, de manera que la temperatura (que sube con la presión) alcanza el punto de autoencendido. El picado se oye según su intensidad como un ruido que oscila desde un suave tintineo a un fuerte martilleo. Propician la aparición de este fenómeno las relaciones de compresión altas, mezclas pobres, punto de encendido adelantado en exceso, temperatura del motor elevada, combustible inapropiado, etc. La elevada compresión de la mezcla en los motores actuales, da lugar a que el peligro de que se produzca el picado sea mayor, lo que requirió un progresivo desarrollo de los carburantes, a los que se agregan productos como el tetraetilo de plomo, que contrarrestan la tendencia al picado. La resistencia al picado de los combustibles para motores de gasolina, viene indicada por el [ndice de Octano. Cuanto mayor es este índice, tanto más antidetonante es el combustible. Las gasolinas de tipo «normal», suelen tener un índice de octano de 80 a 90. Las «super», de 90 a 98 y las «extra» de 98 a 100. Los fabricantes de automóviles aconsejan un determinado tipo de gasolina a emplear en sus fabricados. Los productos antidetonantes, como el tetraetilo de plomo, añadidos a la gasolina, originan óxidos de plomo durante la combustión, que deben ser evacuados al exterior con los gases de escape, lo cual se logra añadiéndoles aditivos en forma de combinaciones de bromo y cloro, cuya acción volatilizad ora facilita la evacuación. No obstante, aproximadamente un 20 % de estos productos quedan en la cámara de combustión como cenizas de plomo, que se adhieren a las paredes de la cámara, cara superior del pistón, válvulas y bujía, actuando como aislantes térmicos y reduciendo el volumen de la cámara de combustión. Las consecuencias son: una elevación de la temperatura y del grado de compresión, que aumenta la sensibilidad del motor al picado. Después de unos 15.000 km de rodaje del motor, se establece un equilibrio entre los residuos que se agregan y los que son evacuados y ya no aumenta más la sensibilidad al picado. Efectos similares aparecen con la pequeña cantidad de aceite que se quema en el interior de la cámara de combustión. Este aceite es el que se hace llegar a ella en pequeñas proporciones para engrasar la parte alta del cilindro, disminuyendo el desgaste producido por el frotamiento del pistón y las elevadas temperaturas en esta zona.

269


8.14.

DISPOSITIVOS DE AVANCE AL ENCENDIDO

En cuanto a su mecánica se refiere, los dispositivos de avance al encendido se construyen de tal manera, que en un determinado motor se obtenga el punto de encendido más adecuado para cada número de revoluciones y cada carga. El ajuste más favorable, significa la mayor potencia posible del motor con un reducido consumo de combustible, sin que llegue a aparecer el picado y los gases se quemen bien en el cilindro, reduciendo la emisión de gases tóxicos por el escape. Se obtienen así una serie de valores en función del régimen y la carga, que se representan mediante gráficas, cuyas curvas corresponden al avance en función del régimen o en función de la carga. En la Fig. 8.45, se ha representado la curva correspondiente a un sistema de avance al encendido en función del régimen. La variación del avance se efectúa por la acción de la fuerza centrifuga, que actúa sobre unos contrapesos, cuyos desplazamientos varían el punto de encendido. A cada régimen corresponde un determinado desplazamiento de los contrapesos y, por tanto, un determinado avance al encendido. El comienzo del avance se produce a partir de las 1.000 r.p.m. en este caso, pues, por debajo de este régimen, los contrapesos generalmente no reaccionan. Hasta este punto se dispone un avance fijo inicial, como muestra la figura, que se consigue en la operación llamada de «puesta a punto del encendido». Llegado a cierto régimen (en este caso a 4.000 r.p.m.), el avance se mantiene constante. En la Fig. 8.46 se ha representado la curva correspondiente al avance al encendido en función de la carga. La variación del avance se realiza aquí en función de la carga del motor, que depende a su vez de la mayor o menor apertura de la mariposa de gases, que es gobernada por el pedal del acelerador. Con aperturas grandes de la mariposa de gases, el llenado de los cilindros es mayor, a 10 que corresponde una velocidad de inflamación de la mezcla importante. Sin embargo, con cargas parciales, el llenado del cilindro no es bueno y la mezcla es empobrecida en el carburador, 10 cual se traduce en una sensible disminución de la velocidad de inflamación, por cuya causa es necesario un mayor avance al encendido, para evitar que el motor pierda potencia cuando funciona en estas condiciones .

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40

40·

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I

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10

V

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1000

2000

3000

Fig. 8.45.

4000

5000

V

1000

/

/ mm Hg

2000

3000

4000

Fig.8.46.

Como para pequeñas aperturas de la mariposa de gases, se obtiene una gran depresión en el colector de admisión, entre el carburador y los cilindros, el sistema de avance al encendido en función de la carga, es gobernado por la depresión reinante en el colector, que se hace llegar a una cápsula, dentro de la cual se encuentra una membrana, que se ve solicitada por el vacío creado en el colector y cuyo movimiento es capaz de modificar el punto de encendido desplazándolo hacia el avance, tanto más, cuanto mayor sea la depresión, cuyos valores máximos corresponden a cargas pequeñas del motor (llenado incompleto de los cilindros y mezclas pobres). 270

DISPOSITIVOS DE AVANCE AL ENCENDIDO

Así, pues, la combinación de estas dos curvas suministra el avance más adecuado para las diferentes condiciones de funcionamiento del motor. Llegados a este punto, es preciso hacer notar que un motor funciona a plena carga, cuando el vehículo, por ejemplo, va subiendo una fuerte pendiente y el conductor pisa a fondo el pedal del acelerador. En estas condiciones, la variación del avance se efectúa por el sistema de contrapesos. Por el contrario, un motor funciona a carga parcial, cuando el vehículo circula por ejemplo a velocidad moderada por terreno llano y el conductor mantiene a medio pisar el pedal del acelerador. En estas condiciones, el sistema de depresión da un cierto avance que se suma al aportado por el sistema centrífugo. En la Fig. 8.47 se ha representado la curva de avance correspondiente a plena carga. El curso de la curva está determinado de una parte por el máximo de potencia del motor, representado en el diagrama por la curva punteada, situada en el centro de la superficie sombreada. Esta zona establece los límites de avance o retraso del encendido para cada régimen, sin que la potencia del motor decaiga. Por otra parte, la curva de avance debe encontrarse siempre por debajo del límite de picado, representado en la figura por la línea de trazos. 400~----~----~-----r----~------~--~

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Límite de picado

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5000

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min- 1

Número de revoluciones del motor

Fig. 8.47.

Partiendo de esta curva, la variación del avance para cargas parciales se efectúa mediante la depresión que se produce en el colector de admisión. Cuando la mariposa de gases está cerrada, la depresión es nula y el sistema de avance por vacío no modifica el punto de encendido. Al ir abriéndose la mariposa de gases y aumentar consecuentemente el régimen de giro, la depresión a carga parcial va aumentando paulatinamente y alcanza valores de hasta 800 mm Hg. Llegado a cierto punto de apertura, la depresión comienza a descender, aunque el giro del motor siga aumentando. Cuanto más se reduce la carga del motor (menos aceleración), tanto más asciende la depresión, y se desplaza por consiguiente el encendido (para un determinado régimen) en dirección hacia avance. De esta manera se compensa la menor velocidad de inflamación que tiene la mezcla encerrada en el cilindro con cargas parciales (menor llenado). El avance por vacio se limita generalmente a una depresión máxima de 400 mm Hg, de modo que por encima de este valor, únicamente actúa el avance al encendido en función del régimen, al cual se suma el ángulo constante adicional que corresponde al vacío de 400 mm Hg. Se considera que en cargas parciales, las variaciones de velocidad de inflamación de la mezcla a partir de estos valores de depresión son mínimas. 271


8.15.

SISTEMA DE AVANCE CENTRIFUGO

El avance centrífugo varía el punto de encendido en función del régimen de giro del motor. Actúa sobre la leva del ruptor, a la que adelanta en su sentido de giro. Para realizar esta función, el eje A del distribuidor (Fig. 8.48) forma en su extremo superior una plataforma B, sobre la que acoplan los contrapesos, que pueden bascular alrededor de los tetones C. En el extremo D del eje que sobresale de la plataforma, se monta el conjunto de leva B (Figura 8.49), al que impide salirse hacia arriba el clip e, que se aloja en el eje A. Por encima del clip, se acopla el fieltro D, impregnado en aceite, que engrasa el eje y el conjunto de leva, evitando el agarrotamiento entre ambos. Los muelles E se fijan a los salientes F de la plataforma, quedando el conjunto ensamblado como muestra la Fig. 8.50.

t-----A

Fig.8.48.

Fig.8.49.

Fig.8.50.

272

SISTEMA DE AVANCE CENTRIFUGO

En su giro, el eje arrastra al plato, que a su vez obliga a girar a todo el conjunto. Cuando la velocidad de rotación es grande, los contrapesos A se separan, empujando al conjunto de leva, que se adelanta en su propio sentido de giro, con cuya acción se consigue que comiencen a abrirse un poco antes los contactos del ruptor, lo que supone un avance al encendido. Los muelles B se oponen a este movimiento y las tensiones de los mismos son diferentes de modo que el avance resulte progresivo. Como puede verse en la figura, los contrapesos están montados en sendos ejes de giro (véase e de la Fig. 8.48) y quedan posicionados entre las plataformas del eje de mando y de la leva (véase también la Fig. 8.49). El perfil curvo del canto del contrapeso, al girar sobre su eje como indican las flechas (Fig. 8.50), empuja la plataforma de la leva adelantándola con respecto a la del eje de mando, de la que forma parte el propio eje de giro del contrapeso. En la Fig. 8.51 puede verse la acción de los contrapesos, que se han representado en su posición de reposo yen la de máximo desplazamiento. Según el número de revoluciones, estos contrapesos se desplazan más o menos hacia fuera y son mantenidos por los muelles en una posición de equilibrio correspondiente al ángulo de avance. El comienzo de la variación del avance en la gama de bajo régimen y la variación posterior, están determinados por el tamaño de los contrapesos y por la fuerza de los muelles. El final, por unos topes que impiden abrirse más a los contrapesos.

Contrapesos

r---,' I

1 Fig. 8.51.

En la Fig. 8.52 se muestra otro de los sistemas empleados para el avance centrífugo. El eje de mando del distribuidor termina en un saliente 3 en forma de T, que recibe a los contrapesos sujetos en posición de reposo por los muelles 2. La plataforma inferior donde se apoyan los contrapesos, forma parte de la leva 4, que abre y cierra los contactos del ruptor 5 y 6. Cuando la fuerza centrífuga desplaza los contrapesos, éstos a su vez obligan al conjunto de plataforma y leva 4 a adelantarse al giro del eje 3, con lo que se consigue abrir antes los contactos del ruptor, produciéndose el avance al encendido. Véase en la figura, que el eje de mando 3, pasa por el interior del eje que forma la leva 4, al cual arrastra por medio del ensamble que realizan ambos por interposición de los contrapesos. Efectivamente, estos últimos se acoplan al plato que forma la leva en sendos ejes de giro, y reciben en su parte interna a la T que forma el eje de mando 3. En la figura puede verse también el dispositivo 1 de avance al encendido por vacío, que actúa, como veremos a continuación sobre el plato portarruptor.

273


Fig.8.52.

8.16.

SISTEMA DE AVANCE POR VACIO

El avance por vacío varía el punto de encendido en función de la carga del motor. Actúa sobre el plato portarruptor, al cual hace girar en sentido contrario al giro de la leva. Como en este plato se montan los contactos del ruptor, este movimiento supone que dichos contactos comiencen a abrirse antes, proporcionando un avance al encendido. En la Fig. 8.53 puede verse que el plato portarruptor se une en A a una biela, que por su extremo opuesto va fijada a la membrana B, que es mantenida en posición por el muelle C. Cuando el vacío en el colector es grande, tira de la membrana hacia la derecha y, por medio de la biela, se hace girar un cierto ángulo al plato portarruptor, en sentido contrario al giro de la leva, obteniéndose un avance al encendido.

Fig. 8.53.

El vacío de la admisión es transmitido a la cápsula por el tubo D, que se une en el carburador a su colector de admisión. La membrana se acopla en cada caso a la depresión

~

274

~\~

SISTEMA DE AVANCE POR VACIO

reinante, gracias a la acción de su muelle. La superficie de la membrana, la fuerza del muelle y la rigidez del mismo, establecen el avance conveniente para cada una de las condiciones de carga del motor. El margen de variación lo limitan unos topes dispuestos en la biela de mando. Nótese en la figura, que el plato portarruptor no va fijado a la carcasa de la cabeza de delco. En este caso, el montaje sobre ella se realiza de manera flotante, apoyando en un cojinete axial o en un sistema de bolas que permita un cierto movimiento de giro. La variación del avance por depresión se utiliza también en algunos casos para depurar los gases de escape, lo cual requiere una variación del punto de encendido en dirección hacia retardo. En este caso, se dispone una segunda cápsula (Fig. 8.54) llamada de retardo, junto a la de avance y en combinación con ella. La cápsula de retardo se conecta al colector de admisión, por debajo de la mariposa de gases, mientras la de avance lo hace por encima. Placa portarruptor Varilla de tracción

a

Cápsula de retardo con membT"ana anular Resorte de compresión Ir.;:==::;;;) para el retardo Cápsula , de avance

Tope A Conexión para tubo flexible en la cápsula de retardo

Resorte de compresión para el avance

Conexión para tubo flexible en la cápsula de avance

Fig.8.54.

Con la mariposa de gases cerrada, el motor gira a ralentí, en cuyo momento es conveniente un cierto retardo al encendido, con el que se logra una combustión más completa y se reducen las emisiones de hidrocarburos. En estas condiciones (Fig. 8.55) a la cámara secundaria H hay aplicada mayor depresión que a la primaria L, tirando hacia la izquierda de la bieleta de mando y provocando un retardo al encendido. Con la mariposa de gases ligeramente abierta (Fig. 8.56), el vacío en la cámara primaria es alto, lo que motiva que el diafragma primario se desplace hacia la derecha, tirando de la biela de mando y suministrando un cierto avance. Al mismo tiempo, el vacío en la cámara secundaria puede ser también alto, desplazándose a la izquierda el diafragma secundario, lo cual no afecta al avance, puesto que no está conectado directamente a la biela de mando. A medida que va abriéndose más la mariposa de gases, decrece la depresión en la cámara primaria, al mismo tiempo que aumenta en la secundaria. Con la mariposa de gases totalmente abierta, el vacío en ambas cámaras es bajo y los respectivos diafragmas se mantienen en posiciones de reposo. Estas son las condiciones de funcionamiento del motor a plenos gases, o muy cercano a ello, en las que no es necesaria ninguna corrección del avance centrífugo.

275


Fig.8.55.

Fig.8.56.

Vemos, pues, que este sistema no afecta al avance normal de vacío, que lo proporciona el sistema primario; pero perfecciona el funcionamiento del motor en la marcha a ralentí o bien cuando se efectúan retenciones, por ejemplo cuando se baja una pendiente y el conductor suelta el pedal del acelerador, condiciones ambas en las que es conveniente un cierto retardo al encendido, que en el caso de retenciones bruscas evita el característico «petardeo» del motor.

8.17.

INFLUENCIAS CLIMATICAS EN EL CIRCUITO DE ENCENDIDO

Las bujías, la bobina y el conjunto del distribuidor, están sometidos a las altas temperaturas del motor y a las que se producen en ellos mismos debido a su propio funcionamiento, dado que van acoplados a él. En tiempo lluvioso, penetra agua en el compartimento del motor, que se evapora en las partes calientes del mismo, formándose un clima de alto grado de humedad. Durante la marcha, el vapor de agua no perjudica el funcionamiento del circuito de encendido; pero cuando se enfría el motor, comienza la condensación del vapor de agua, que cubre en una fina capa los órganos del motor y entre ellos la bobina y el distribuidor. Como el agua condensada es electroconductora, se forman caminos para la corriente de alta tensión, que derivan una parte de la misma a masa, con la consiguiente disminución de la energía de encendido. En algunas ocasiones, la fuga es tan importante que no se consigue el arranque del motor, después de una parada precedida de un tiempo en marcha. De igual manera, en el distribuidor y la bobina se forman capas de polvo y aceite, que absorben en gran medida la humedad del aire, incluso cuando no hay condensación de agua, formándose así derivaciones, cuyos efectos son similares a los producidos por el agua de condensación. Los caminos formados por la humedad y la suciedad, suponen un aumento de la carga capacitiva del circuito de encendido, que hace disminuir la energía de encendido, pudiéndose llegar a producir fallos en el funcionamiento del motor por esta causa. El problema se agrava en los altos regímenes. La «carga capacitiva» de un circuito de encendido la constituyen los cables de alta tensión, la tapa de la bobina, la del distribuidor y los electrodos de la bujía, que pueden considerarse como condensadores conectados en paralelo con la alta tensión, cuya carga hace disminuir la energía de encendido. En estado seco y limpio, el circuito de encendido suele tener una capacidd de 50 pF; pero cuando está sucio (especialmente los cables) o con humedad, la carga capacitiva aumenta de manera considerable, con la consiguiente disminución de la tensión, lo que puede dar lugar a fallos de encendido, sobre todo a regímenes elevados, como hemos mencionado. Cuando las piezas están muy sucias, pueden originarse corrientes de fuga que destruyen paulatinamente el material aislante, por cuya causa, actualmente se recubren estas piezas de productos aislantes para las corrientes de fuga.

276

INTERRUPTOR DE ENCENDIDO

Para reducir estos inconvenientes, se recurre a varios procedimientos, como puede ser el de cubrir las tapas de bobina y distribuidor con caperuzas de goma que las protegen contra la humedad y la suciedad, o recubrir esta superficie con una delgada capa de barniz repelente al agua, que fomenta la formación de gotas al producirse la condensación, e interrumpe así el trayecto de la corriente de fuga.

8.18.

INTERRUPTOR DE ENCENDIDO

Además de la misión de abrir y cerrar el circuito primario, el interruptor de encendido o llave de contacto realiza otras varias, de entre las que podemos destacar la de bloqueo de la dirección y accionamiento del motor de arranque. La llave de contacto puede seleccionar varias posiciones, en una de las cuales se cierra el circuito del relé de arranque, produciéndose el funcionamiento del mismo, al mismo tiempo que se establece la corriente en el circuito primario de encendido para lograr la puesta en marcha del motor. Cuando se ha obtenido esto, soltando la llave de contacto, retrocede hasta una posición en la cual queda conectado el circuito de encendido. Si ahora se intenta accionar de nuevo el motor de arranque (estando el motor de combustión en marcha), la llave de contacto 10 impide al quedar bloqueada, siendo necesario girarla hasta la posición de parada (el motor ya no funciona) y volver a accionarla nuevamente. Al retirar la llave de contacto, entra en funcionamiento un mecanismo de blocaje de la dirección, consistente en un pivote que se introduce en una escotadura de la caña del volante de la dirección, quedando ésta bloqueada, imposibilitando el giro de la misma y, por tanto, la orientación de las ruedas, lo que impide la utilización del vehículo. Esta función de antirrobo determina que el interruptor de encendido vaya situado en la columna de la dirección, como muestra la Fig. 8.57, embutido en el tubo A, al que se fija en posición por medio del pivote B.

J

A

BT\i Fig.8.57.

Los interruptores de encendido disponen generalmente de cuatro bornes, de los cuales, uno es el de llegada de corriente y los otros tres corresponden a salidas para distintos servicios: uno para el relé de arranque, otro para el circuito de encendido y el tercero para alimentación de los distintos circuitos que toman corriente a través del interruptor de encendido, como intermitencias, indicadores de cuadro de instrumentos, aparato de radio, etc. La llave de contacto dispone además de una posición en la cual no se produce el blocaje de la dirección aunque se retire la llave (posición de garaje). 277

9 Circuito de encendido: Mantenimiento, verificación y control 9.1.

MANTENIMIENTO DE LA INSTALACION DE ENCENDIDO

La mayor parte de las anomalías que se producen en el funcionamiento del circuito de encendido, son provocadas por descuidos en las operaciones de mantenimiento del mismo y, es por esta causa, que se tiende actualmente a disposiciones en las que el mantenimiento sea lo más sencillo posible. No obstante, es imprescindible realizar una serie de cuidados periódicos, sin los cuales no se obtiene el mejor rendimiento del circuito. Las piezas aislantes, tales como tapa de bobina, tapa de distribuidor y cables de alta tensión, deben limpiarse frecuentemente con un paño seco y limpio.

En cuanto al distribuidor se refiere, debe engrasarse periódicamente el eje de mando del mismo, vertiendo unas gotas de aceite en el fieltro situado en la parte superior del eje (Fig. 9.1), por debajo del rotor. Igualmente se mantendrá una fina capa de grasa entre la leva y el patín del martillo (Fig. 9.2), a fin de reducir el desgaste entre ambos. También se aplicará grasa a los contrapesos del sistema de avance centrifugo para evitar agarrotamientos de los mismos.

Fig. 9.1.

Fig.9.2.

Los contactos del ruptor están sometidos al desgaste y corrosión propios de su funcionamiento, que implican la sustitución de los mismos cada cierto tiempo (generalmente cada 50.000 km). No deben ser limados ni esmerilados en ningún caso, pues con esta operación se debilita la capa de tungsteno de que van recubiertos, acelerándose el desgaste. En la operación de montaje de los nuevos, debe ponerse especial cuidado de no impregnar con grasa o aceite las superficies de contacto, pues se forma un aislamiento entre ellos que dificulta la puesta en marcha del motor. 279

CIRCUITO DE ENCENDIDO: MANTENIMIENTO, VERIFICACION y CONTROL

El mantenimiento de las bujías consiste en la limpieza y ajuste de sus electrodos. La separación conveniente entre ambos se realiza doblando el electrodo de masa con útiles especiales (Fig. 9.3). Cuando el desgaste de los electrodos sea excesivo, se procederá a la sustitución de las bujías, lo que generalmente es necesario realizar cada 20.000 km.

Fig.9.3.

Los residuos de plomo, hollín o carbonilla de aceite despositados en la bujía, deben limpiarse con cepillos de alambres de cobre, cuidando de no dañar el pie del aislador. Otras veces se utilizan máquinas de limpieza que vierten sobre esta zona un chorro de arena, lo que no es aconsejable debido a la erosión que producen en el material aislador. La limpieza exterior de la bujía se realiza con gasolina, soplándola luego con aire a presión. Debe cuidarse especialmente que la rosca y superficie de asiento queden perfectamente limpias. En el montaje, debe untarse la rosca con grasa grafitada, que impide el agarrotamiento en la culata debido al calor, particularmente en las de aluminio. Durante esta operación se prestará especial atención a que coincidan las longitudes de las roscas de la culata y de la bujía. En cualquier caso, la distancia disruptiva debe quedar situada convenientemente, por cuya causa no deben montarse las bujías con dos juntas o sin ella. Si una bujía sohresale de la rosca de la culata (Fig. 9.4), se produce un calentamiento excesivo de los electrodos, que puede llegar a provocar encendidos por incandescencia. De otra parte, las partículas de hollín se van depositando en la parte de rosca que queda en el interior de la cámara de combustión, dificultando más tarde el desmontaje de la bujía. En una bujía que no quede suficientemente introducida por llevar dos anillos de junta, o ser demasiado corta la rosca (Fig. 9.5), se acumulan en ciertas condiciones restos de gases quemados alrededor del pie de la bujía, que dificultan la inflamación de la mezcla fresca, con los consiguientes fallos del encendido. Más tarde hay dificultades para montar la bujía de longitud de rosca correcta. En cualquiera de los dos casos citados, con el avance o retroceso de la distancia disruptiva se influye en la propagación de la llama, lo que puede repercutir desfavorablemente.

9.2.

COMPROBACION DE FUNCIONAMIENTO DEL CIRCUITO DE ENCENDIDO

Al igual que ocurre en los circuitos de carga y arranque, el procedimiento a seguir en las intervenciones del circuito de encendido, tiene por finalidad localizar el componente defectuoso por medio de una serie de pruebas de funcionamiento, en las cuales, pueden utilizarse desde los métodos más sencillos, hasta los más sofisticados aparatos de comprobación. Una vez detectado el componente defectuoso, se desmontará del vehículo para su despiece y verificación individual, procediendo seguidamente a la reparación de la avería y posterior prueba de funcionamiento, incorporándolo finalmente al vehículo, en el cual se verificará de nuevo, junto con los demás componentes. 280

COMPROBACION DE FUNCIONAMIENTO DEL CIRCUITO DE ENCENDIDO

Fig. 9.4.

Fig.9.5.

Las averías del circuito de encendido, podemos clasificarlas en dos grandes grupos: las que impiden la puesta en marcha del motor y las que producen fallos en el funcionamiento del mismo. El procedimiento a seguir en el primer caso, consiste en verificar si se produce la chispa en la bujía en el momento adecuado, condición imprescindible para la puesta en marcha del motor. En el segundo caso, se verifica el funcionamiento del circuito de encendido por medio de analizadores, hasta detectar el componente objeto de los fallos. Cuando el motor de arranque arrastra normalmente al de combustión, pero éste no llega a ponerse en marcha, la avería estará localizada probablemente en el circuito de encendido o en el sistema de alimentación de combustible. Lo primero y más rápido es controlar si hay presencia de chispa en la bujía, para lo cual, se desconecta el cable de alta tensión de una de ellas (Fig. 9.6) Y se acerca al bloque motor sin llegar a tocarlo. Si se producen chispas, lo más probable es que el circuito de encendido se encuentre en perfectas condiciones; no obstante, el defecto puede ser debido a las bujías o a un punto de encendido defectuoso, aunque pueden existir averías mecánicas, como anomalías en el sistema de alimentación de combustible, pérdida de compresión del motor, roturas mecánicas, etc. En días húmedos es frecuente encontrar fugas de corriente en los cables de alta tensión o en la misma tapa del distribuidor, que dificultan el arranque.

Fig.9.6.

Fig.9.7.

281


Cuando se ha comprobado que no saltan chispas en las bujías, seguiremos la verificación desconectando el cable de alta tensión de la bobina, en su unión al borne central del distribuidor y acercándolo a masa (Fig. 9.7). En estas condiciones, deben saltar chispas cuando se acciona el motor de arranque o se abren y cierran a mano los contactos del ruptor. Si ocurre así, la avería está en la tapa del distribuidor o el rotor, que habrán de desmontarse para su verificación individual. En el caso contrario, la avería está en el circuito de baja tensión o en el secundario de la bobina. En el circuito de baja tensión, se comprobará que los terminales se encuentran perfectamente aislados y el estado de los contactos del ruptor es bueno. También se verificará si llega corriente sucesivamente al ruptor, bobina de encendido e interruptor de encendido. Conectando una lámpara de pruebas o un voltímetro entre la entrada al ruptor y masa y girando a mano el motor de combustión con el interruptor de encendido conectado, llegará un momento en que la lámpara se enciende (al abrirse los contactos del ruptor), para apagarse después (cuando se cierren) si seguimos girando el motor. Si la lámpara permanece encendida continuamente, indica que no hay continuidad en el ruptor y debe desmontarse el conjunto del distribuidor para su comprobación. Si se mantiene apagada siempre, se desconectará el cable de llegada de corriente al ruptor, aplicando la lámpara a dicho cable. Si ahora se enciende, la avería está en el ruptor (derivación a masa). En el caso de que la lámpara siga apagada, la avería está en la bobina o el resto del circuito de baja tensión. Seguidamente conectaremos la lámpara de pruebas en la entrada de corriente de baja tensión a la bobina (borne e de la Fig. 9.8), debiendo encenderse, lo que indicaría que es la bobina la defectuosa, en cuyo caso, la lámpara no se encenderá al conectarla al borne A de salida (primario cortado). Si la lámpara se mantiene apagada, la avería está en el interruptor de encendido o en la propia instalación eléctrica, por cuya causa debe seguirse el circuito hasta localizar el tramo defectuoso.

Fig.9.8.

Cuando se haya comprobado que llega corriente al borne e de la bobina, se soltará el cable conectado al borne A, así como el de alta tensión B, de su unión a la tapa del distribuidor, acercándolo a masa en el bloque motor. En estas condiciones, tocando en masa por medio de un cable conectado en el borne A, cada vez que se establezca el contacto debe saltar una chispa en el borne de alta tensión. Si no fuera así, la bobina es defectuosa. Las anomalías que pueden producirse en el funcionamiento del motor de combustión, son imputables al propio sistema de encendido o a causas puramente mecánicas (desgastes de motor, defectos de carburación, etc.). En lo que se refiere al circuito de encendido, es conve-

282

PUESTA A PUNTO DEL ENCENDIDO

niente asegurarse de que está «puesto a punto» y el Dwell es el adecuado. Estas operaciones, en cualquier caso, deben realizarse periódicamente (cada 20.000 km generalmente) y, como norma, antes de efectuar cualquier otra verificación del funcionamiento del circuito de encendido, 10 que se realiza con la ayuda de analizadores adecuados que más tarde detallaremos. Como prueba rápida del funcionamiento del motor, pueden irse cortocircuitando a masa sucesivamente cada una de las bujías, con la ayuda de un destornillador de mango aislante, o simplemente ir desconectando los cables de bujía uno a uno. En estas condiciones, si se observa una disminución en el giro del motor, es señal de que el cilindro donde va montada esa bujía funciona correctamente. Por el contrario, si el motor no pierde velocidad, indica que ese cilindro no trabaja correctamente, 10 que puede ser debido a un defecto mecánico (desgastes, roturas, fugas de compresión, etc.) o a fallos de la bujía, cable de alta tensión o tapa del distribuidor, los cuales deberán comprobarse desmontados del vehículo. Si los fallos no pueden ser localizados en un determinado cilindro, la avería puede ser debida a suciedad o mal estado de los contactos del ruptor, condensador, bobina, etc. Igualmente, los defectos pueden ser debidos a averías en el circuito de alimentación de combustible, pistones, válvulas, etc.

9.3.


Poner a punto el sistema de encendido, significa hacer saltar la chispa en el cilindro en el momento oportuno, es decir, disponer el distribuidor de tal forma, que las chispas salten en las

bujías cuando los respectivos cilindros estén en condiciones de realizar la explosión. Como quiera que el reglaje de los contactos del ruptor influye en el punto de encendido, es necesario realizar esta operación con anterioridad, lo cual se consigue con la ayuda de «galgas», que se introducen entre los contactos del ruptor estando éstos completamente abiertos por la acción de la leva, tal como muestra la Fig. 9.9. En estas condiciones, la separación A entre los contactos debe ser la especificada por el fabricante (generalmente entre 0,30 y 0,40 mm). El ajuste de esta separación al valor prescrito, se consigue acercando o separando el contacto fijo al móvil, una vez flojos los tornillos B (Fig. 9.10) que lo sujetan al plato portarruptor, operación que se realiza con la ayuda de un destornillador cuya punta se introduce en una escotadura al efecto.

Fig.9.9.

283


Fig.9.10.

Algunos distribuidores disponen de un sistema externo para el reglaje de los contactos del ruptor, como el representado en la Fig. 9.11, en los cuales, la separación de los contactos del ruptor se regula actuando en la tuerca de reglaje A, emplazada en el exterior de la cabeza de delco, lo cual permite ajustar esta separación incluso con el motor en marcha, midiendo el ángulo Dwell por medio de un comprobador adecuado. En esta disposición, el contacto fijo está enlazado al tornillo de reglaje por medio del muelle B y guiado en la placa soporte por el tornillo E, mientras que el contacto móvil se fija por medio de la grapilla F. Para realizar el desmontaje de estos contactos es preciso soltar la patilla de fijación e, a la que se accede también desde el exterior.

Fig. 9.11.

284


Realizado el ajuste de la separación entre los contactos de ruptor, se procederá a colocar el pistón del cilindro n.O 1 en posición de recibir la explosión, para lo cual, una vez retirada la bujía de este cilindro y tapado el orificio con el dedo, se hace girar el motor hasta que se note la presión de la compresión, observando al mismo tiempo las marcas grabadas en el volante del motor y el cárter de embrague, o bien en la polea del cigüeñal, que se harán coincidir. El giro del motor se facilita moviendo el vehículo con una velocidad metida (generalmente la 4. a ). De las marcas B grabadas en el volante motor (Fig. 9.12), la primera que aparece girando el motor en el sentido apropiado, corresponde al avance máximo y, la última, al P.M.S. (avance nulo). Generalmente están señaladas con números, que representan los grados de avance que corresponden, cuando coinciden con la referencia fija A del cárter. La Fig. 9.13 muestra estas mismas marcas en este caso en la polea delantera del cigüeñal, con indicación de los valores de avance en la referencia fija del cárter motor.

l Fig.9.12.

Fig.9.13.

Cuando se realiza la puesta a punto del encendido, se hace coincidir con la referencia fija del cárter, la marca correspondiente a los grados de avance inicial especificados por el fabricante. En estas condiciones, el cilindro n.O 1 está preparado para efectuar la explosión y debe montarse el distribuidor en el motor, de manera que el dedo distribuidor apunte a la salida de la tapa marcada con el n.O 1. En algunas ocasiones (Fig. 9.14), existe una marca B en la carcasa del distribuidor, que debe hacerse coincidir con la punta del dedo distribuidor A, antes de instalar éste en el motor.

Fig.9.14.

285


Fig, 9.15.

-.

Seguidamente se conecta una lámpara de pruebas (Fig. 9.15) entre el borne de entrada de corriente al distribuidor y masa. Con el interruptor de encendido activado, se va girando lentamente la carcasa del distribuidor, en sentido contrario al de rotación de la leva, hasta que se produzca el encendido de la lámpara, momento en el cual comienzan a separarse los platinos y, por tanto, se genera la alta tensión en el secundario de la bobina, produciéndose la chispa. En esta posición deberá fijarse la carcasa del distribuidor y queda hecha la puesta a punto. Es conveniente realizar una posterior comprobación de la puesta a punto una vez fijado el distribuidor, para lo cual, teniendo una velocidad metida, se irá moviendo el vehículo hacia adelante hasta que vuelvan a coincidir las marcas del volante, en cuyo instante justo, debe encenderse la lámpara (teniendo conectado el interruptor de encendido). Realizada esta operación, se colocará en su posición la tapa del distribuidor, conectando a la bujía n.O 1, el cable de alta tensión correspondiente al borne a que apunta el rotor del distribuidor. Los demás cables se irán conectando a las restantes bujías, siguiendo el giro del dedo distribuidor y el orden de encendido (Fig. 9.16). Así, el siguiente borne de la tapa, se conectará al cilindro n.O 3 (en el caso más común de orden de explosiones 1-3-4-2), el siguiente al 4 y el último al 2. Si no se conoce el orden de explosiones, una manera de determinarlo consiste en observar el orden en que se van abriendo las válvulas de admisión o las de escape, que es el mismo que el orden de explosiones. Para esto es necesario retirar la tapa que cubre los balancines del motor. El sentido de giro del dedo distribuidor, puede verse durante la operación de puesta a punto. No obstante, se determina intentando girar la leva con el motor parado. Hay un sentido en el que cede un poco, volviendo a su posición al soltarla. Este sentido es el de giro.

286


Fig.9.16.

El control del punto de encendido puede realizarse también estando el motor en marcha. Para ello se emplea una pistola estroboscópica, cuyo funcionamiento está basado en el llamado «efecto luminoso estroboscópico», consistente en que una lámpara de destellos (Fig. 9.17) centellea cada vez que salta una chispa en la bujía de la que toma impulsos, y hace que la marca rotatoria del volante del motor o la polea del cigüeñal, aparezca como si estuviera inmóvil.

Marca de P.M.S.

Fig.9.17.

En la Fig. 9.18 se ha representado uno de los modelos empleados. Las pinzas 7 se conectan a ambos bornes de la batería y el «captador» 6 pinza el cable de alta de la bujía del cilindro n.O 1. En la punta de la pistola, va dispuesta la lámpara estroboscópica, que se apunta durante la operación a las marcas del volante motor y cuyos centelleos iluminan esta zona. Estando el motor en marcha, puede verse la coincidencia o no de las marcas y procederse al ajuste del punto de encendido, girando la carcasa del distribuidor en uno u otro sentido, hasta lograr la coincidencia de las marcas correspondientes al cárter y al avance inicial estipulado por el fabricante. 287


----3 ----4 ~FEHSA --oc

r--l

~

-

.... .....

1-------------''-'----'

- --6

2-

Fig.9.18.

Durante la operación de puesta a punto, es necesario retirar el tubo flexible de la cápsula de avance por vacío, evitando así que la misma pueda estar aportando algún avance. Por la misma razón, la verificación ha de realizarse a un régimen de giro del motor, para el cual no suministre avance alguno el sistema centrífugo. Por ello suele realizarse esta comprobación a velocidad de ralentí e, incluso, en algunos casos, a la velocidad de arranque, donde, para evitar que el motor se ponga en marcha, se retiran los terminales de las bujías de los restantes cilindros. En algunos casos, como el de la figura, la pistola estroboscópica va dotada de un indicador de cuadrante 3, mediante el cual, pueden medirse exactamente los grados de avance al encendido. Moviendo la ruleta 2, se consigue desplazar el destello de la lámpara con respecto al punto de encendido, cuyo efecto supone que la marca del volante se mueva en contra del sentido de giro. De esta manera, moviendo la ruleta pueden hacerse coincidir las marcas de P.M.S. y la referencia fija del cárter, indicando la aguja en el cuadrante los grados de avance inicial a que se ha «calado» el distribuidor. Del mismo modo, mediante esta pistola, puede comprobarse el punto de encendido a diferentes regímenes del motor, lo que supone una verificación de las curvas de avance al encendido. Soltando la conexión del tubo flexible de la cápsula de vacío del distribuidor, se comprueba a diferentes regímenes la curva de avance centrífugo, para lo cual, basta hacer girar el motor a los regímenes deseados y mover la ruleta de la pistola estroboscópica hasta que coincida la marca de P.M.S. del volante motor, con la referencia fija del cárter. En el cuadrante obtendremos el avance al encendido para este régimen, del que hay que descontar el inicial al que se haya calado el distribuidor. Con la ayuda de un medidor de depresión (vacuómetro), que se conecta a la misma toma de la cápsula de vacío del distribuidor, puede verificarse también la curva de avance por vacío. Poniendo a girar el motor a un determinado régimen, se mide el avance suministrado por el distribuidor teniendo conectadas primero la cápsula de vacío y luego desconectada. El primer valor obtenido corresponde al avance total (vacío, centrífugo e inicial) y el segundo al inicial más el suministrado por el sistema centrífugo. Restando del primer valor el segundo, obtenemos el avance por vacío, correspondiente a la depresión medida en las condiciones de régimen a que se hizo la medición.

288

VERIFICACION y CONTROL DEL CIRCUITO DE ENCENDIDO

9.4.

VERIFICACION y CONTROL DEL CIRCUITO DE ENCENDIDO

El funcionamiento del circuito de encendido, puede ser controlado con la ayuda de diversos aparatos de diagnosis, con los cuales, pueden realizarse diferentes pruebas rápidas, mediante las que se detectan de inmediato las posibles averías que implican fallos o anomalías en el funcionamiento del motor. De entre los aparatos más comúnmente utilizados en el diagnóstico de averías, podemos citar: el chispómetro, los analizadores de motor y los osciloscopios. El chispómetro está formado por unas puntas de pruebas, entre las que puede saltar una chispa, que resulta visible a través de la ventana que lleva al efecto el aparato (Fig. 9.19). La separación entre las puntas A y B, puede variarse por mediación de un mando D, indicando la aguja B en la escala, la separación establecida. En la parte superior se dispone una lámpara de neón e, cuyos destellos dan indicación de la intensidad de corriente que la atraviesa y de la regularidad de la misma. De la parte inferior salen los cables de conexión, de los cuales, el marcado con el signo menos se une siempre a masa y el positivo al punto de verificación correspondiente.

Fig. 9.19.

Las pruebas a realizar con este comprobador son las siguientes: a)

Prueba de bujías

Con anterioridad a la realización de esta prueba, deberá tenerse el motor en funcionamiento hasta que alcance su temperatura de régimen. Una vez conseguido, se conecta el positivo del chispómetro al borne de conexión de una bujía, sin desconectar el cable de alta tensión. El negativo se conecta a masa. Teniendo el motor a ralentí y una separación en las puntas del chispómetro de 2 mm, no debe producirse chispa entre ellas y el destello en la lámpara de neón debe ser uniforme, llenando completamente el tubo indicador, cuyo color se mantiene sin variaciones. Si el destello es débil en intensidad o aparece cortado, es indicio de mal funcionamiento de la bujía que se comprueba. Si aparecen dos destellos muy distintos en intensidad cada vez que trabaja la bujía, es que hay fugas en el cable de alta tensión o en la tapa del distribuidor. Acabada esta prueba, se lleva la separación entre puntas del comprobador hasta 0,6 mm y se acelera el motor varias veces. Si la chispa salta ahora entre las puntas del comprobador, indica que la separación entre los electrodos de la bujía es excesiva. En las mismas condiciones y con una separación entre las puntas del comprobador de 0,4 mm, la chispa debe saltar en el comprobador, pues en caso contrario indica que la separación entre los electrodos de bujía es escasa. Si no hay chispa en el comprobador para ninguna de las condiciones de prueba, la bujía se encuentra en mal estado. Estas pruebas deben repetirse para cada una de las bujías del motor y en caso de encontrar alguna defectuosa, deberá procederse al ajuste o sustitución de la misma. 289


b)

Prueba del distribuidor

Suéltese el cable de alta tensión de su conexión al borne central de la tapa del distribuidor y conéctese al positivo del comprobador, poniendo el negativo al borne central de la tapa. Con una separación entre las puntas del chispómetro de 0,6 mm y el motor girando a 1.200 r.p.m., aparecerá un destello en la lámpara de neón llenando el tubo. Si el destello presenta interrupciones, indica que hay una avería en el distribuidor, en cuyo caso, se comprobarán los contactos del ruptor como primera medida y si éstos estuvieran bien, deberá verificarse el distribuidor fuera del vehículo. c)

Prueba de la bobina

Manteniendo las mismas conexiones de la prueba anterior y las puntas de prueba del chispómetro juntas, se irán separando lentamente. La chispa debe saltar entre ellas hasta una separación de 2 mm. Si se producen interrupciones, significa que la bobina, el cable de alta tensión o el condensador, están en mal estado, lo que se verificará fuera del vehículo. d)

Prueba de los cables de alta tensión

Sustitúyase el cable de alta tensión por uno nuevo y repítase la prueba anterior. Si la chispa salta en el comprobador hasta una separación entre puntas notablemente mayor que en el caso anterior, es que hay fugas en el cable de alta tensión, que deberá ser sustituido. La comprobación de los cables de bujía se realiza de idéntica manera, conectando el comprobador entre el cable y el borne de salida correspondiente de la tapa del distribuidor. Las lecturas obtenidas deben ser sensiblemente iguales con los cables del vehículo y uno nuevo. 9.5.

ANALIZADORES DE MOTORES

Con esta denominación genérica se agrupan una serie de aparatos de comprobación, cuyo cometido es el de analizar el funcionamiento del motor de combustión y, en particular, el de los componentes del circuito de encendido, posibilitando la detección de las posibles anomalías sin necesidad de realizar el desmontaje de los componentes, diagnosticando el estado del motor en un corto espacio de tiempo. En las Figs. 9.20, 9.21 y 9.22, pueden verse algunos de los modelos empleados y las conexiones a realizar en su utilización. El empleo de los analizadores queda supeditado al tipo de prueba a realizar y, en cualquier caso, deben seguirse las instrucciones de los manuales de utilización correspondientes, antes de proceder a su manejo, pues una conexión mal realizada podría dañar el aparato.

Fig.9.20.

290

ANALIZADORES DE MOTORES

Fig. 9.21.

Fig.9.22.

En las verificaciones a realizar en el circuito de encendido, procederemos de la forma que detallamos a continuación y en el siguiente orden: a)

Tensión de batería

Selecciónese la escala de tensiones mediante el selector que lleva el analizador, haciéndolo girar hasta la posición deseada. Conéctese a continuación el encendido, luces de carretera, limpiaparabrisas y luneta térmica, durante treinta segundos. La aguja del medidor debe quedar sobre la zona verde de la escla (11 V en instalaciones de 12 V). Si no se llega a esta tensión, la batería no está totalmente cargada y no deben realizarse las demás pruebas. Seguidamente, soltando el cable de alta tensión de su unión al borne del secundario de bobina, se accionará el motor de arranque durante unos segundos. La tensión indicada en el medidor debe ser superior a los 9 V. b)

Estado del primario y de los contactos del ruptor

Para verificar el estado de los contactos del ruptor y del circuito primario desde la salida de bobina, sitúese el selector de pruebas en la posición correspondiente a la verificación que 291


se realiza, generalmente marcada con un anagrama de los contactos o con las siglas RES. CON, manteniendo las conexiones que muestra la Fig. 9.21 Y teniendo conectado el encendido. Esta verificación puede realizarse a motor parado (estática) o en marcha (dinámica), según el tipo de analizador empleado. En el de la figura la comprobación es estática y se realiza al pulsar la tecla «Resist-contact», produciéndose el desplazamiento de la aguja del medidor sobre la escala correspondiente. Si queda en zona verde, el circuito de los contactos está bien; mientras que si entra en zona roja, indica una anomalía localizada entre el borne negativo de bobina y masa, que puede consistir en: -

resistencia excesiva en el cable de bobina a distribuidor,

-

conexión a masa de los contactos del ruptor defectuosa,

-

resistencia entre los contactos del ruptor debida a corrosión,

-

mala conexión entre las partes metálicas del distribuidor y el motor.

En el caso de realizar la verificación de una manera dinámica, los resultados deben ser los mismos. Algunos comprobadores disponen de los dos procedimientos. Para determinar exactamente el fallo, cuando existe, se retira la tapa del distribuidor y se mueve a mano el motor hasta conseguir que se cierren los contactos del ruptor. En estas condiciones, manteniendo la pinza de masa conectada, se va tocando con la otra sucesivamente en el borne de entrada del distribuidor, contacto móvil del ruptor, contacto fijo del mismo, carcasa del distribuidor y bloque motor. Un cambio brusco en la lectura entre dos puntos, indica excesiva resistencia entre ellos y constituye la causa de la avería. Esta prueba no es más que la verificación de las caídas de tensión en el circuito primario y puede realizarse también con el voltímetro, siguiendo la misma pauta (contactos del ruptor

cerrados y encendido conectado). La lectura debe ser inferior en cualquier caso a 0,25 V. Manteniendo las conexiones como se indica en la Fig. 9.21, al girar el motor a mano con el encendido conectado, la aguja del medidor pasará sucesivamente de marcar cero (platinos cerrados) a un máximo (platinos abiertos). Si la aguja no se mueve del cero, indica que hay una derivación a masa cuando los platinos están abiertos, lo cual se comprueba como ya se explicó. e)

Angulo de leva

Sitúese el selector de pruebas en la posición Dwell. Con el motor girando a ralentí la lectura debe ser de 58 a 63 % Dwell para motores de cuatro cilindros y según el tipo de distribuidor. El ángulo de leva puede ser medido también a velocidad de arranque, con la tapa del distribuidor quitada, lo cual facilita la operación de reglaje de los contactos del ruptor, que ha de realizarse siempre que se cambien. Esta forma de efectuar el ajuste de la separación entre contactos, es de mayor precisión que la convencional, en que se emplean galgas de espesores. La prueba final de ángulo de leva, debe hacerse siempre con el motor funcionando. d)

Rendimiento de cilindros

Mediante esta prueba se realiza una comprobación electrónica de la potencia que desarrolla cada cilindro en comparación con los demás. Para ello, cada uno de los cilindros es eliminado sucesivamente produciéndose una caída del régimen del motor, que debe ser sensiblemente igual en todos los casos. Si es muy pequeña o no se produce, demuestra que hay un defecto eléctrico o mecánico en el cilindro que se prueba. 292

OSCILOSCOPIOS

En el analizador representado en la Fig. 9.20, se dispone una hilera de teclas numeradas (en la derecha de la zona frontal), donde al pulsar cada una de ellas, se elimina el cilindro correspondiente a esa numeración, siguiendo el orden de encendido. Para realizar la prueba, sitúese el selector en la posición correspondiente al anagrama que representa un cilindro y, en estas condiciones, acelérese el motor hasta 1.200 r.p.m. aproximadamente, lo que vendrá indicado por la aguja del tacómetro. Al pulsar cada una de las teclas, se obtendrá un régimen más bajo, cuya diferencia con el anterior deberá ser sensiblemente igual cualquiera que sea el cilindro que se anula. La caída de régimen en los motores de cuatro cilindros es del orden de 100 r.p.m. e) Tensión máxima de bobina Esta prueba mide la tensión máxima que genera la bobina cuando el secundario está en circuito abierto. En la realización de la misma, se establecen las conexiones en primario y secundario, de manera similar a como se han representado en la Fig. 9.22. Seguidamente se lleva el selector de pruebas a la posición adecuada y se acelera el motor hasta un régimen próximo a las 2.000 r.p.m. En estas condiciones, al retirar el cable de una bujía cualquiera de su unión a la tapa del distribuidor, la tensión indicada debe ser superior a los 20 kV. Si no se alcanza este valor, supone que hay insuficiente tensión de encendido, debido a platinos en mal estado, bobina defectuosa, ángulo de leva inadecuado, resistencia excesiva en conexiones, condensador defectuoso, etc. 1)

Tensión necesaria para el encendido

Esta prueba detecta si algún cilindro precisa más o menos tensión que los demás para su encendido. Para realizarla, sitúese el selector de prueba en la posición adecuada (generalmente marcada ING.REQ.) y acelérese el motor hasta un régimen cercano a 2.000 r.p.m. Actuando en el mando de selección de cilindros (marcado 6 en la Fig. 9.22), se obtienen las lecturas de la tensión necesaria para la ignición en cada cilindro, que deben ser sensiblemente iguales en todos ellos. Lecturas altas aisladas, indican defectos de los cables de alta tensión o de la tapa del distribuidor. Lecturas bajas indican bujías sucias, poca separación entre sus electrodos, o derivación a masa del cable de alta tensión. Para determinar cuál es el defecto, suéltese el cable de la bujía. Si la lectura aumenta, la bujía es defectuosa. Si no aumenta la lectura, quítese el cable de la tapa del distribuidor. Si ahora aumenta la lectura, el cable es defectuoso; de lo contrario, el defecto está en la tapa del distribuidor. Pueden también realizarse con estos analizadores las pruebas relativas a la pistola estroboscópica, como ya hemos detallado, y las de puesta a punto del encendido. En algunos vehículos se disponen conectores adecuados, llamados «tomas de diagnosis», que permiten una rápida conexión a los analizadores de motores para la realización de las pruebas.

9.6. OSCILOSCOPIOS En los últimos años, ha sido adoptado el osciloscopio como el más avanzado dispositivo de diagnosis y detección de averías, permitiendo un análisis amplio y visible del proceso eléctrico total del encendido, transformando en imagen interpretable los impulsos eléctricos, tanto del circuito primario como del secundario, en cada momento. A tal efecto, está provisto de un tubo de rayos catódicos, en cuya pantalla se observa la variación de la tensión en función del tiempo. 293


Un comportamiento defectuoso del encendido, se conoce por el hecho de que la imagen de tensión difiere notablemente de la que se obtiene cuando el motor funciona correctamente. El funcionamiento de cualquier componente del circuito de encendido, está representado por una porción del oscilograma que aparece en la pantalla durante el giro del motor; por esta razón, es necesario un conocimiento profundo de este circuito y el «oscilo grama tipo», para llegar a detectar con precisión el componente defectuoso mediante el análisis del oscilograma. El osciloscopio es esencialmente un voltímetro de alta tensión en base de tiempo. Está formado por un tubo de vidrio perfectamente sellado, en cuyo interior se ha hecho el vacío. En un extremo del tubo se dispone un filamento, que cuando es recorrido por la corriente eléctrica desprende un haz de electrones, que debidamente canalizado incide sobre la pantalla, formándose en ella un punto luminoso. El haz de electrones es solicitado en el sentido vertical en función de la tensión existente en los puntos de control del circuito de encendido, de los que toma la señal, y en el sentido horizontal, por un dispositivo electrónico que 10 lleva repetidamente de izquierda a derecha de la pantalla. Estando sincronizados los desplazamientos vertical y horizontal y repitiéndose ambos regularmente a gran velocidad, las trazas del punto luminoso que aparecen en la pantalla se superponen y el ojo del observador verá una imagen por la persistencia de la retina. En 10 esencial, todos los modelos son de construcción, funcionamiento y presentación, sensiblemente similares, diferenciándose solamente en cuanto al manejo se refiere, mandos de gobierno, etc. En la Fig. 9.23 se ha representado uno de los modelos empleados y sus conexiones al circuito de encendido. Pueden verse tomas de señal en la entrada y salida del primario de bobina, salida de alta tensión de bobina y bujía del primer cilindro.

Fig.9.23.

294

OSCILOSCOPIOS

El captador que toma señal de la bujía, supone una conexión de sincronismo que fIja la imagen en la pantalla del osciloscopio, mientras el de salida de alta tensión de la bobina, recoge los impulsos del secundario y los transmite en forma de señales al osciloscopio. Las conexiones al primario de la bobina, determinan el proceso en el tiempo de todos los impulsos de tensión. En la Fig. 9.24 se ha representado otro modelo de osciloscopio, cuya principal diferencia con el anterior estriba en la disposición de los mandos de control.

Fig. 9.24.

La pantalla de cualquiera de los dos modelos, está graduada en kilovoltios en el sentido vertical y en grados o porcentaje Dwell en el horizontal. Los cuatro mandos situados a la derecha de la pantalla (Fig. 9.24), permiten el desplazamiento de imagen de arriba a abajo y de izquierda a derecha (los dos del centro), o la ampliación de la misma en el sentido vertical u horizontal (los de ambos extremos). En la parte inferior están situados otros mandos, de los cuales, el marcado STABIL, permite seleccionar imágenes del primario o del secundario, mientras el DIST ANZ da, según su posición, las imágenes de todos los cilindros en línea uno al lado del otro o en alineación vertical, pudiéndose superponer o distanciar todos ellos entre sí. En la posición correspondiente al anagrama de bobina de este mando DIST ANZ, se consigue una prueba de bobina y con el mando (BALANCE) puede realizarse la prueba de equilibrio de potencia entre cilindros. En la Fig. 9.25 se han representado los oscilogramas normales de primario y secundario, en los cuales, el punto A corresponde al momento de apertura de los contactos del ruptor, en cuyo instante se produce el impulso de alta tensión en el secundario y comienza la carga del condensador. La línea AB (aguja de tensión), representa este impulso de alta tensión, que es necesario para ionizar el espacio disruptivo de la bujía para que salte la chispa. En el punto B se alcanza la tensión necesaria para el encendido (tensión de encendido) y salta la chispa en la bujía, con lo que la tensión secundaria disminuye notablemente como consecuencia de la carga de corriente que supone el salto de chispa entre los electrodos. La línea BC representa la disminución de tensión en el comienzo de la chispa. La línea CD representa la duración de la chispa, que se mantiene durante cierto tiempo a una determinada tensión (tensión de combustión). En el oscilograma primario, el tramo CD aparece en forma de oscilaciones, mucho mayores que las del oscilo grama secundario, dado que el primario durante este tiempo se encuentra afectado por las primeras descargas sucesivas del condensador. 295


B

PRIMARIO

A~~~~----------~-

e SECUNDARIO

Fig.9.25.

Cuando la energía de la bobina de encendido resulta insuficiente para mantener la chispa de encendido, éste cesa (punto D) y comienza el proceso de amortiguación representado por la línea DE, durante el cual, se disipa la energía residual de la bobina, lo que supone al principio una serie de oscilaciones amortiguadas en los oscilogramas tanto primario como secundario. Durante este tiempo se produce la descarga del condensador. En el punto E se cierran los contactos del ruptor, lo que supone una caída brusca de la tensión hasta la línea cero. La línea EA I , representa el tiempo durante el cual permanecen cerrados los contactos (ángulo de leva), que en el oscilograma secundario comienza con una subida de tensión con oscilaciones, que reflejan la tensión inducida en el secundario durante la formación del campo magnético del primario. Con la saturación del campo magnético, desaparecen las oscilaciones. Finalizado este período (punto Al)' se abren los contactos del ruptor y comienza de nuevo el ciclo. A la vista de los oscilogramas, es conveniente resaltar que las verificaciones suelen realizarse con preferencia sobre el secundario, acudiéndose al primario para corroborar las impresiones obtenidas en el secundario. Del estudio de los oscilogramas se deducen los componentes defectuosos del circuito de encendido. Es necesario tener presente que si los defectos se producen en todos los cilindros, la avería está localizada en un componente que afecte por igual a todos ellos, mientras que si el defecto se produce-en un solo cilindro, la avería estará localizada en los componentes que le afectan solamente a él, es decir, circuito primario y secundario hasta el distribuidor en el primer caso y circuito secundario después del distribuidor en el segundo. Las verificaciones a realizar con el osciloscopio son: a)

Tensión de encendido

Efectúese un ajuste de la imagen de todos los cilindros en línea, uno a continuación del otro (Fig. 9.26), encuadrando la imagen de manera que la línea cero quede bien situada en la pantalla. La lectura de las agujas de tensión debe estar comprendida entre 8 y 12 kV Y variar el mismo valor en las aceleraciones, sin sobrepasar los 20 kV. Diferencias hasta 2 kV entre cilindros no tienen mayor importancia. Si las diferencias superan estos valores, se 296

OSCILOSCOPIOS

comprobarán en primer lugar las bujías sustituyéndolas por otras nuevas, e incluso intercambiándolas entre sí. Si el defecto no cambia de lugar, es que radica en el propio cilindro del motor.

1S Kv

10

5

Fig.9.26.

Si aparece un escalón en la aguja de tensión de todos los cilindros, la avería consiste en una resistencia en serie con el condensador, que puede ser debida a una toma de masa defectuosa. Cuando una o varias agujas de tensión no alcanzan los valores prescritos, la avería puede consistir en fugas de la corriente de alta tensión en la bobina de encendido, los cables, la tapa del distribuidor o las bujías. En estos casos, procédase a retirar uno a uno los cables de bujía, soltándolos de su conexión a la misma y alejándolos convenientemente. Cuando el aislamiento es perfecto veremos en el oscilo grama del cilindro en cuestión (Fig. 9.27) una oscilación grande y amortiguada que sobrepasa hacia abajo la línea de cero (en vez de la aguja de tensión) y el proceso de amortiguación.

Fig.9.27.

297


b)

Tensión de combustión

Manteniendo el encuadramiento de imagen del apartado anterior, obsérvese la altura y longitud de la línea de combustión, que debe ser igual y horizontal en todos los cilindros, alcanzándose valores de 2 kV. Cuando la línea de tensión aparece inclinada (Fig. 9.28), el defecto consiste en una resistencia excesiva en el cable de bujía o sus conexiones. Puede existir también una interrupción total donde se produce un salto de chispa, en cuyo caso aumenta la tensión de la bobina, 10 que se traduce en una aguja de tensión más alta y en algunos casos inclinada.

Fig.9.28.

Si aparecen inclinadas las líneas de tensión de todos los cilindros, la anomalía está localizada en el rotor del distribuidor o el cable de alta de la bobina a la tapa del distribuidor. Cuando las bujías están muy sucias (depósitos de hollín o engrasadas), aparece la línea de tensión de combustión más gruesa de 10 normal y con pequeñas oscilaciones superpuestas. Una aguja de tensión más alta y línea de combustión inclinada (Fig. 9.29) indica separación excesiva de los electrodos de bujía o desgaste de los mismos, aunque también se manifiestan así los defectos de carburación debidos a mezclas pobres.

Fig.9.29.

298

OSCILOSCOPIOS

c)

Proceso de amortiguación

En las mismas condiciones de encuadramiento anteriores, en el oscilo grama deben aparecer cuatro o cinco oscilaciones amortiguadas cuando deja de saltar la chispa. Cuando el condensador se encuentra parcialmente en derivación, el proceso de amortiguación se acentúa fuertemente, reduciéndose el número de las oscilaciones. Lo mismo ocurre cuando hay cortocircuito en el arrollamiento primario de la bobina. Encuadrando en la pantalla el oscilograma de un solo cilindro (Fig. 9.30), pueden apreciarse mejor estos defectos. Del mismo modo, cuando existen estas averías desaparecen casi totalmente las oscilaciones del tramo de cierre de los contactos.

Fig.9.30.

d)

Tramo de cierre de los contactos del ruptor

En el oscilograma del secundario aparece un descenso brusco de la tensión en el instante del cierre y una posterior subida en pendiente con oscilaciones de pequeña amplitud. Cuando se produce rebote de contactos, aparecen oscilaciones de mayor amplitud después del cierre de los mismos (Fig. 9.31). Unos contactos sucios o quemados, dan la imagen de la Fig. 9.32. La conexión en este caso no se establece inmediatamente después del cierre, retrasándose la formación del campo magnético en el primario.

Fig. 9.31.

e)

Fig.9.32.

Angulo de leva

Selecciónese la imagen de cilindros superpuestos y encuádrese sobre la línea cero en la pantalla. Ajustando la amplitud a fondo de escala, podrá medirse directamente el ángulo de leva (Fig. 9.33), que debe estar comprendido entre 58 y 63 % Dwell. 299


En el instante de cierre de los contactos, se observará una superposición de las líneas, que detecta la asimetría de la leva del ruptor (Fig. 9.34). Superposiciones superiores al 2 % en motores de cuatro cilindros, implican el cambio o reparación del distribuidor.

I Fig.9.34.

Fig.9.33.

t)

Tensión máxima de salida de bobina

Teniendo encuadrado el oscilograma secundario de cilindros en línea, retírese el cable de alta tensión de una bujía. La aguja de tensión de este cilindro subirá hasta un valor máximo, que representa la mayor tensión que puede suministrar la bobina. En cualquier caso debe ser superior a los 20 kV. 9.7.

PRUEBA DE LA BOBINA DE ENCENDIDO

Detectada la avería con cualquiera de los analizadores que hemos estudiado, se desmontará del vehículo la pieza defectuosa para proceder a su verificación individual. En cuanto se refiere a la bobina de encendido, se comprobará con la «serie» la continuidad, derivaciones a masa y cortocircuitos de sus dos arrollamientos. Conectando las puntas de prueba sucesivamente en las posiciones marcadas en la Fig. 9.35 tendremos:

Fig.9.35.

1) Prueba de continuidad del primario: Si la lámpara no luce, se encuentra cortado el arrollamiento. 300

PRUEBA DE LA BOBINA DE ENCENDIDO

2) Derivación a masa del primario: Si luce la lámpara existe derivación. 3) Continuidad del secundario: Debido a la gran resistencia óhmica de este arrollamiento, no se encenderá la lámpara; pero deben saltar pequeñas chispas al tocar los bornes con las puntas de pruebas. En caso contrario está interrumpido el arrollamiento. 4) Derivación a masa del secundario: Si se enciende la lámpara o saltan chispas al tocar en los bornes con las puntas de pruebas, existe derivación a masa. El cortocircuito entre las espiras del primario se comprueba haciendo pasar corriente por este arrollamiento y midiendo su valor con un amperímetro. No deben superarse los cuatro amperios en ningún caso, pues de lo contrario indica que existe un cortocircuito entre las espiras de este arrollamiento. Una verificación más precisa de la bobina, puede realizarse midiendo la resistencia óhmica de sus arrollamientos. Conectando un óhmetro tal como muestran las Figs. 9.36 y 9.37, se comprueba la resistencia de primario y secundario respectivamente, debiendo obtenerse valores comprendidos entre 3 y 6 ohmios para el primario y 5.000 a 10.000 ohmios para el secundario. Valores sensiblemente más bajos indican cortocircuito. Una lectura de infinito, indica que el arrollamiento no tiene continuidad.

Fig.9.36.

Fig.9.37.

Finalizadas las pruebas que podríamos considerar como elementales, procederemos a la verificación de la bobina en un banco de pruebas, antes de incorporarla al vehículo. Efectuadas 301


las conexiones del primario de manera similar a las del vehículo, la salida de este arrollamiento se conecta a un ruptor de que está provisto el banco. El borne de alta tensión se conecta a las puntas ionizadas de un chispómetro, para medir la longitud de chispa. En la Fig. 9.38 puede verse la disposición de la bobina en un banco de pruebas. El borne 4 del primario toma corriente del propio banco en su clavija 2, que puede conectarse a 6, 12, 18 Y 24 voltios. El borne 3 de salida del primario se une al conector 1 del ruptor del banco y el cable de alta tensión 5 se conecta al chispómetro 6.

Fig.9.38.

Colocadas las puntas del chispómetro a una distancia de 12 mm, se pone en funcionamiento el motor del banco teniéndolo así durante 30 minutos. La chispa debe saltar entre las puntas sin dificultad. Aumentando paulatinamente el régimen de giro del motor hasta conseguir 50 chispas por segundo, no debe interrumpirse el salto, pues en caso contrario, la bobina es defectuosa. Alimentando ahora la bobina con una sobretensión de 18 V (bobina de 12 V), ajústese la separación del chispómetro a 8 mm y hágase girar el motor del banco para un régimen de 60 chispas por segundo. La chispa no debe interrumpirse por espacio de 15 minutos. 9.8.

PRUEBA DEL DISTRIBUIDOR

Antes de proceder a la realización de pruebas eléctricas para la comprobación del distribuidor, es necesario efectuar una inspección del mismo, precedida de la correspondiente limpieza de sus componentes. En el transcurso de estas operaciones deberán seguirse las mismas pautas dadas para la inspección de otros componentes. Desmontada la tapa, se comprobará que no se encuentran excesivamente quemados los contactos interiores de la misma, ni la lámina metálica del rotor. Asimismo, se comprobará que no existen grietas en la tapa o el rotor, ni huellas de fugas de corriente. También se verificará el desgaste y deslizamiento del carboncillo, empujándolo suavemente hacia el interior de su alojamiento, comprobando así que la tensión del muelle es correcta. En caso de anomalías deberá sustituirse el elemento defectuoso. Se verificará el estado en que se encuentran los contactos del ruptor. Si estuvieran sucios, se limpiarán empleando un papel vegetal impregnado en tricloro, deslizándolo entre ellos. Cuando se encuentren quemados (tonalidad azul), con fuerte erosión o mal alineados, se procederá a cambiarlos. 302


Debe verificarse también la separación entre contactos, como ya se ha descrito; no obstante, diremos ahora que esta operación debe realizarse en dos salientes opuestos de la leva, pues de esta forma se comprueba si el eje de la misma está torcido, lo cual se detecta por presentarse distinta separación entre contactos, al medirla en las dos posiciones. La presión del muelle laminar del martillo, es otro de los controles a realizar. Estando los contactos cerrados, se apoya un dinamómetro en la zona próxima a la plaquita de contacto del martillo, tirando a continuación hasta conseguir despegarlo del yunque. La medida observada en el dinamómetro (Fig. 9.39), debe corresponder a la especificada por el fabricante (generalmente comprendida entre 250 y 500 gramos).

Fig.9.39.

Al realizar la prueba de tensión del muelle laminar del martillo deberá cuidarse que éste se encuentre posicionado correctamente en el apoyo que le corresponde en la carcasa de la cabeza de delco, pues en caso de anomalías en su alojamiento, deformaciones, o mal posicionamiento, las lecturas vendrán falseadas y no deben tomarse en consideración. Al mismo tiempo que se realiza esta comprobación, deberá verificarse que el martillo gira suavemente alrededor de su eje de acoplamiento y que la fibra que acciona la leva se encuentra en perfectas condiciones, así como ella misma. Se comprobará que los contrapesos del sistema de avance centrífugo no presentan deformaciones o desgaste y su deslizamiento es correcto, debiendo mantenerse una fina capa de grasa recubriéndolos. Igualmente, los muelles no estarán deformados ni fuera de sus alojamientos. Realizando una aspiración en el tubo de depresión de la cápsula de avance por vacío, debe producirse el desplazamiento del plato portarruptor. Si no fuera así, la membrana de esta cápsula se encuentra picada y es necesario sustituir el conjunto. Debe observarse que el cuerpo del distribuidor se encuentra en buen estado, no presentando griegas o señales de golpes. Los casquillos interiores no tendrán señales evidentes de desgaste. Si al introducir el eje en el cuerpo se observa excesiva holgura, deben cambiarse 303


ambos o, cuando menos el cuerpo, que por ser de material más blando presentará el máximo desgaste. Un síntoma claro de holgura entre ambos es encontrar la parte superior del distribuidor manchada excesivamente de aceite. Finalizada la inspección del distribuidor, se realizará una verificación individual de sus componentes, empleando los comprobadores adecuados. En esta segunda fase, realizaremos las siguientes pruebas: a)

Prueba de los cables de alta tensión

Se medirá con un óhmetro la resistencia eléctrica de cada uno de los cables, debiendo ser la especificada por el fabricante (generalmente inferior a 30.000 Q). b)

Prueba de la tapa del distribuidor

Se comprobará el aislamiento de la tapa, aplicando sucesivamente a cada uno de sus bornes una punta de pruebas con alta tensión, recorriendo con la otra los alrededores. Si se observan saltos de chispas, la tapa está comunicada y debe ser sustituida. Esta comprobación puede realizarse en los aparatos de comprobación y limpieza de bujías, que, como más adelante veremos, son capaces de suministrar la alta tensión necesaria. c)

Prueba del condensador

Dado el precio de compra relativamente bajo de un condensador, no es frecuente su verificación individual. Generalmente suele sustituirse cuando se sospecha que es defectuoso. No obstante, existen en el mercado comprobadores que realizan la verificación del condensador en cuatro puntos: ' 1)

Derivación a masa o cortocircuito, que también puede comprobarse con la «serie». Conectadas las puntas de prueba de la misma al condensador, la lámapra debe mantenerse apagada.

2)

Escasa resistencia del aislamiento, que implica pérdidas de carga por fugas, lo que puede también comprobarse cargando el condensador y provocando su descarga después de unos minutos al juntar sus dos bornes. La carga se consigue manteniendo aplicadas a sus bornes las puntas de la «serie» durante unos segundos.

3)

Resistencia en serie excesiva, debida a conexiones defectuosas en su interior, lo que solamente puede comprobarse con aparatos especiales de medida.

4)

Capacidad, la cual determina la cuantía de la carga que el condensador puede retener y, al igual que el punto anterior, solamente es posible comprobar con aparatos especiales de medida.

«1) Prueba del distribuidor en el banco Los bancos de pruebas de distribuidores, incorporan un sistema de arrastre y una lámpara conectada en paralelo con los contactos del ruptor, que gira en el interior de un disco goniométrico, al mismo tiempo que es arrastrado el eje del distribuidor. Al estar la lámpara conectada en paralelo, luce cuando los contactos están abiertos, correspondiendo la zona iluminada al ángulo de apertura. En la Fig. 9.40 se ha representado uno de estos bancos de prueba, donde puede verse que el distribuidor se fija y conecta a él, de manera similar a como se hace sobre el vehículo. ;;-....~ 1<

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Fig. 9.40.

Montado el distribuidor con su tapa, se conectan las salidas de alta tensión a las puntas del chispómetro, a las que se les da una separación de 5 mm. Seguidamente se hace girar el motor del banco en el sentido apropiado durante algunos minutos, a un régimen de 2.000 r.p.m., comprobando el buen funcionamiento y obteniendo el calentamiento apropiado de los componentes. Logrado esto, se regula la separación de las puntas del chispómetro a 10 mm y se observa si hay descargas internas en el distribuidor de alta tensión. Durante el giro del distribuidor, se observará que en el disco graduado del goniómetro se producen tantos encendidos de lámpara, como salientes tenga la leva del ruptor, llenando una franja durante el tiempo que los contactos están abiertos. En total, pues, aparecerán cuatro franjas iluminadas (en los distribuidores de cuatro cilindros) en el disco goniométrico, donde podrán leerse con facilidad los valores del ángulo de leva para cada uno de sus salientes. Todos deben ser iguales entre sí y quedar dentro de la especificación dada por el fabricante (generalmente entre 58° y 60° ± 3). La dispersión máxima tolerada entre los distintos ángulos de leva es de ± 2°. Si es mayor de este valor, indica que hay una asimetría de la leva y debe cambiarse. Cuando el ángulo de leva no sea correcto, se procederá al ajuste de la separación entre contactos y posterior verificación en banco. Por medio de un interruptor de dos posiciones, del que va provisto el banco, se permite seleccionar las posiciones: «ángulo de contacto» y «sincro». En la primera de ellas, aparecen en el goniómetro las franjas iluminadas que hemos detallado y, en la segunda, se produce un destello cada vez que se abren los contactos. Manteniendo la posición «sincro», observaremos cuatro destellos regularmente espaciados (a 90°). Haciendo coincidir uno cualquiera con el cero de la escala graduada del goniómetro, puede observarse mejor la ortogonalidad de la leva. En la figura se muestra el distribuidor sin la tapa ni los cables de alta tensión, en la posición de montaje que adopta en el banco, en el cual se disponen: la toma de corriente A para el circuito de baja tensión (salida de bobina), toma de vacío B para la cápsula de avance, y la toma de masa de la carcasa para cerrar el circuito eléctrico. 305


La fijación al banco resulta sencilla en extremo y se asegura que el eje de mando pueda girar libremente sin vibraciones ni agarrotamientos parciales, arrastrado por un motor eléctrico que incorpora el banco, cuyo régimen de giro es variable a voluntad del operario. Manteniendo el giro del distribuidor a un régimen mínimo (inferior a 400 r.p.m.), se ajustará uno de los destellos luminosos para que coincida con el cero de la escala del goniómetro. Aumentando paulatinamente el régimen de giro, veremos que el destello va desplazándose en el sentido de avance. Comprobando a diferentes regímenes, se obtiene la curva de avance centrífugo, que debe corresponderse con la especificada por el fabricante. En caso contrario deben sustituirse los muelles de los contrapesos o éstos mismos. Por medio de una bomba de vacío incorporada al banco, puede verificarse también la curva de este avance. Dando sucesivos valores al vacío aplicado a la cápsula, se obtienen otros tantos avances. Es de hacer notar, que durante esta verificación, el distribuidor debe girar a un régimen inferior a 400 r.p.m., para que el sistema de avance centrífugo no esté actuando todavía. . Durante la comprobación del avance centrífugo, pueden aparecer varios destellos en vez de uno solo, cada vez que se abren los contactos, sobre todo a regímenes elevados. Esto indica un rebote de los contactos del ruptor, que es tolerable siempre que los destellos no superen los 3° en la escala del goniómetro. 9.9.

PRUEBA DE LAS BUJIAS

Cuando se observan irregularidades en el funcionamiento del motor, es muy frecuente proceder al desmontaje y verificación de sus bujías, pues corrientemente está aquí el origen de los fallos, dadas las condiciones tan adversas en las que realizan su trabajo. La determinación del estado en que se encuentran las bujías de un motor, sirve para localizar a menudo el origen del mal funcionamiento y, por esta causa, no deben limpiarse hasta haber estudiado detenidamente su estado. De esta observación se deduce: a)

Si todas las bujías presentan depósitos de color marrón claro y el desgaste de electrodos es correcto (Fig. 9.41), es señal de buen funcionamiento del motor.

b)

Depósitos blandos de carbonilla en todas las bujías (Fig. 9.42), indican una combustión incompleta, atribuible por lo general, a mezclas ricas o falta de compresión. Si esta caracteristica se presenta en una sola bujía, el defecto suele ser del cable de alta tensión que le corresponde, o del borne de alta de la tapa del distribuidor.

e) Gran cantidad de depósitos de carbonilla humedecida en aceite (Fig. 9.43), indica falta de estanqueidad del motor, por desgaste excesivo de cilindros y segmentos.

d)

306

Condición normal

Sucia con depósi· tos de carbonilla

Engrasada

Fig. 9.41.

Fig.9.42.

Fig.9.43

Una tonalidad blanca y excesiva erosión de los electrodos (Fig. 9.44), indican temperaturas de trabajo superiores a las normales, que pueden ser debidas a un exceso de avance al encendido, mezcla pobre, tomas de aire en el colector de admisión, etc.


e)

Si alguna bujía presenta sus electrodos fundidos (Fig. 9.45), es probable que exista autoencendido en ese cilindro, que deberá investigarse antes de que el vehículo siga rodando, pues la avería que puede causar es grave.

1)

Si una o más bujías presentan fracturados sus aislantes (Fig. 9.46), es posible que sea por detonación, lo cual debe ser comprobado. Si además de esto se encuentran huellas de golpes, la causa puede ser debida a un cuerpo extraño que se haya introducido en el cilindro.

Sobrecalentada

Fig.9.44.

g)

Aislante roto

Autoencendido

Fig. 9.45.

Fig.9.46

Depósitos abundantes pero fácilmente desprendibles (Fig. 9.47), suelen ser debidos a los aditivos detergentes que se utilizan en ciertos combustibles. También pueden ser debidos a un grado térmico de la bujía menor del apropiado.

En cuanto a la verificación eléctrica de la bujía se refiere, existen comprobadores como el representado en la Fig. 9.48, donde los electrodos de la bujía quedan en el interior de una cámara, que puede ser sometida a cierta presión. La chispa que salta entre los electrodos, puede ser observada a través de una ventana.

Gruesos depósitos

Fig.9.47.

Fig. 9.48.

307


Estando en funcionamiento la bujía, debe observarse una tonalidad azulada alrededor del electrodo central, mientras está saltando la chispa. La presión en el interior de la cámara debe ser de 7 kgjcm 2 • Si se observan interrupciones en la chispa o saltos de la misma en otra parte que no sea entre los electrodos, debe sustituirse la bujía. En este mismo comprobador, pueden observarse las posibles fugas entre el aislador y el cuerpo metálico de la bujía vertiendo unas gotas de aceite en esta zona cuando hay presión en la cámara. Las fugas se detectan por la formación de burbujas. Los comprobadores de bujías como el que hemos visto, son a la vez limpiadores, vertiendo un chorro de arena sobre la zona de los electrodos. Con una posterior corriente de aire se consigue desprender cualquier partícula de arena que pudiese quedar entre los electrodos.

308


Cuadro sinóptico de averías (Circuito de encendido) SINTOMAS

CAUSAS POSIBLES

PRUEBAS A REALIZAR

El motor de arranque funciona normalmente pero el motor de combustión no se pone en marcha.

Puesta a punto de encendido defectuosa.

Verificación de la puesta a punto.

Reglaje.

Bobina de defectuosa.

encendido

Comprobar bobina con óhmetro y en banco.

Sustituir la bobina.

Circuito de baja tensión interrumpido.

Comprobar con vol tímetro o lámpara la continuidad del circuito.

Reparación del componente defectuoso.

Ruptor defectuoso: contactos picados o no se abren.

Retirar la tapa del distribuidor y verificar el estado de los contactos.

Limpieza y reglaje de los contactos o sustitución de los mismos.

Condensador defectuoso.

Verificar en la «serie».

Sustitución del condensador

Cable de alta tensión cortado.

Comprobar si hay presencia de chispa al poner a masa el cable de alta tensión una vez desconectado de la tapa.

Sustituir el cable de alta tensión.

Contacto defectuoso entre el rotor y el carboncilio del borne central de la tapa.

Verificar estado del carboncillo y tensión del muelle.

Reparar el elemento defectuoso.

Humedad o rotura en la tapa del distribuidor.

Verificar el estado de la tapa.

Limpieza o sustitución de la tapa del distribuidor.

Bujías defectuosas (engrasadas. sucias. etc.).

Comprobar estado de bujías.

Limpieza y reglaje o sustitución de las bujías.

Avería mecánica del motor en los sistemas de distribución, alimentación, etc.

Verificar estado mecánico del motor de combustión.


Bujías defectuosas.

Prueba de funcionamiei'ito del motor con el análizador de motores.

Limpieza y reglaje o sustitución de bujías.

Condensador def<ó:ctuoso.

Verificar su estado.

Sustituir condensador.

Contactos del ruptor deteriorados o reglaje defectuoso.

Verificar estado y separación de los contactos del ruptor.

Limpieza y reglaje o sustitución de los contactos.

Bobina defectuosa.

Verificar en banco de pruebas.

Sustituir bobina.

Fugas de alta tensión.

Comprobar fugas en tapa de bobina, distribuidor y cables.

Limpieza o sustitución del componente defectuoso.

Fallos en el funcionamiento del motor.

REMEDIOS

309

CIRCUITO DE ENCENDIDO: MANTENIMIENTO, VERIFICACION y CONTROL SINTOMAS Id. anterior

Escasa potencia del motor.

El motor se caliente en exceso.

El motor «pica»

Autoencendido del motor.

Funcionamiento irregular del motor.

310

CAUSAS POSIBLES

PRUEBAS A REALIZAR

REMEDIOS

Conexiones defectuosas en el circuito primario.

Verificar con el voltímetro las caídas de tensión.

Reparación de la conexión o el componénte defectuoso.

Sistemas de avance al encendido defectuosos.

Verificar curvas de avance al encendido.


Defectos en el motor (válvulas quemadas, pérdida de compresión, etcétera).

Verificar motor.


Puesta a punto del encendido defectuosa.

Verificar puesta a punto.

Reglaje y puesta a punto del encendido.

Sistemas de avance al encendido defectuosos.

Verificar curvas de avance al encendido.


Encendido retrasado.


Realizar puesta a punto del encendido.

Sistema de avance centrífugo agarrotado.

Verificar curva de avance centrífugo.

Sustituir el componente defectuosos.

Puesta a punto incorrecta (avanzada en exceso).



Cápsula de avance por vacío defectuosa.

Verificar curva de avance por vacío.

Sustituir cápsula avance por vacío.

Grado térmico de bujía inadecuado.

Comprobar grado térmico de las bujías.

Sustituir bujías inadecuadas.

Empleo de gasolina inapropiada (bajo índice de octano).

Comprobar octanaje.

Emplear gasolina apropiada.

Bujías sucias.

Verificar estado de bujías.

Limpieza o sustitución de bujías.

Puesta a punto incorrecta (atrasada en exceso).



Sistema de encendido defectuoso.

Verificación del sistema de encendido con el osciloscopio.


Bujías defectuosas.

Verificar en comprobador de bujías.

Reglaje de separación de electrodos o sustitución de bujías.

Fallos de carburación.

Verificación del estado mecánico del motor.


de

10 Encendido electrónico

10.1. AYUDA ELECTRONICA PARA EL ENCENDIDO Aunque en la actualidad el encendido convencional mediante bobina ha sido perfeccionado considerablemente, en muchos casos la tensión de encendido que necesita la bujía no puede proporcionarla en medida suficiente este sistema de encendido, como ocurre, por ejemplo, en los regímenes de rotación del motor elevados, en los cuales, los platinos se abren y cierran con tal rapidez, que ni siquiera llega a alcanzarse el valor máximo de la corriente primaria que se lograría con unas maniobras más pausadas. La consecuencia inmediata es la aparición de fallos del encendido, debidos a una acentuada disminución de la tensión secundaria, dado que la bobina no puede acumular suficiente energía en el cortísimo tiempo que permanecen cerrados los contactos del ruptor en los altos regímenes. La bobina de encendido de «alta potencia» solucionó en parte este problema. Con ella se elevó la corriente primaria hasta los 5 A, alcanzándose el límite de la corriente de corte del ruptor, a partir del cual, el deterioro de los contactos es de tal importancia, que la duración de los mismos se acorta hasta valores inapropiados para su utilización. El desarrollo alcanzado en la fabricación de componentes electrónicos, supuso un paso definitivo en la solución de estos problemas. La utilización del transistor como interruptor, permite el gobierno de corrientes mucho más intensas que las admitidas por el ruptor, pudiendo disponerse bobinas para corrientes primarias de más de lOA. Teniendo en cuenta, además, que

la inductancia de estas bobinas es solamente la mitad de la correspondiente a las bobinas convencionales, es fácil deducir que con ellas puede acumularse el doble de energía yeso casi independientemente del giro del motor.

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-

I

r.

l'

Fig. 10.1.

311

ENCENDIDO ELECTRONICO

En la Fig. 10.1 puede verse la disposición de un sistema de encendido por bobina con ayuda electrónica. El transistor T está dispuesto de manera que su corriente de base es

conmutada por el ruptor, mientras la corriente del primario de bobina se establece a través del circuito emisor-colector del transistor. De esta forma, la corriente primaria puede ser incrementada en la magnitud que más interese, sin aumentar la que cortan los platinos, que dedicados a la conmutación de la corriente de control del transistor, manejan corrientes prácticamente despreciables, en comparación con las gobernadas en los circuitos de encendido convencionales. Todo ello se consigue mediante el acoplamiento de la resistencia R l , apropiada a la corriente de base que se desea. Cuando los contactos del ruptor están cerrados, se establece la corriente de base en el transistor, a través de la resistencia R l ' En estas condiciones, el transistor conduce y la corriente primaria se establece a través del circuito emisor-colector. La resistencia R l , ajusta la corriente de base al valor más conveniente (aproximadamente 1 A), de forma que sea suficiente para producir un efecto de auto limpieza en los contactos del ruptor, a los que solamente está aplicada la tensión de la batería, y no ya la de autoinducción del arrollamiento primario, como ocurre en un encendido convencional. Cuando el transistor conduce, fluye a su través la corriente primaria (del orden de 10 a 15 A), formándose el campo magnético correspondiente en la bobina. En el momento en que la leva presenta un saliente a los contactos del ruptor, comienza la apertura de los mismos, interrumpiéndose la corriente de base en el transistor, que cambia su estado de conducción por el de bloqueo y, en consecuencia, se interrumpe bruscamente la corriente en el primario de la bobina, induciéndose la alta tensión en el secundario. La autoinducción que aparece en el primario cuando se interrumpe la corriente, queda aplicada al emisor del transistor, pudiendo dañarlo e inutilizarlo, dada la sensibilidad del mismo a las sobretensiones. Por este motivo, se dispone el diodo Z conectado en paralelo con el emisor, que conduce cuando se supera un determinado valor clave de tensión, protegiendo al transistor de las sobretensiones debidas a la autoinducción. La resistencia R 2 proporciona a la base, en el momento del corte de corriente, una tensión positiva con respecto al colector, consiguiéndose con ello que el transistor conecte más rápidamente. Los sistemas de encendido con ayuda electrónica, presentan unas ventajas indudables frente a los convencionales. Los platinos utilizados en la actualidad, pese a la calidad de los materiales empleados, solamente permiten corrientes de hasta 5 A sin que se acorte su vida considerablemente, mientras los transistores son capaces de conmutar hasta 15 A sin problemas de duración, lo que supone una vida considerablemente más larga de los sistemas de encendido con ayuda electrónica. De otra parte, dado que el transistor puede conmutar corrientes elevadas, es suficiente con la utilización de pocas espiras en el devanado primario de la bobina de encendido, lo que implica una menor autoinducción en el instante de corte de la corriente primaria, con las ventajas que ello reporta. El flujo magnético creado en el arrollamiento primario, puede mantenerse en el mismo valor, pues la disminución que supondría la reducción del número de espiras, es compensada por el incremento que supone la elevación de la corriente primaria. Con la reducción del número de espiras y el consiguiente descenso de la autoinducción, se consigue alcanzar el valor máximo de la corriente primaria en un tiempo sensiblemente menor, cuando se cierran los contactos del ruptor, pues la oposición que presenta la bobina (autoinducción) a establecerse la corriente primaria, es notablemente menor. La formación del campo magnético es mucho más rápida, almacenándose la máxima energía en un corto espacio de tiempo, 10 que en regímenes elevados no es posible obtener en los sistemas de encendido convencio-

nales, debido al poco tiempo que los contactos del ruptor permanecen cerrados. En el encendido con ayuda electrónica, los platinos solamente se ocupan de conmutar la corriente de base del transistor, con lo que el «fogueo» clásico que aparece en ellos en los 312

AYUDA ELECTRONICA PARA EL ENCENDIDO

encendidos convencionales, no tiene lugar aquí y no es preciso utilizar el condensador, cuya función de corte rápido de la corriente primaria en el encendido convencional, no es necesaria, dado el empleo del transistor en esta misión. En la Fig. 10.2 se han representado las curvas correspondientes a las tensiones de encendido para un sistema con ayuda electrónica A y otro convencional B. En la curva A se comprueba que ha desaparecido la zona sombreada, que corresponde en ralentí y regímenes bajos a la curva B, es decir, se han eliminado las pérdidas de tensión de encendido originadas por la formación de arcos en los platinos, lo que supone unas excelentes condiciones de marcha a bajo régimen en los encendidos con ayuda electrónica y facilidad de arranque con una chispa de plena potencia. Sin embargo, la zona sombreada en alto régimen sigue apareciendo, debido a que persiste el rebote de los platinos en estos niveles.

Kv

A

r.p.m. Fig. 10.2.

La curva del encendido con ayuda electrónica, es ostensiblemente superior en valor a la del sistema convencional, en el que la energía almacenada en la bobina disminuye considerablemente a medida que aumenta el régimen de giro del motor. En su ejecución práctica, los componentes de un sistema de encendido con ayuda electrónica se encierran en una caja de aluminio provista de aletas de refrigeración (Fig. 10.3), evacuando el calor al que son muy sensibles los transistores. Por esta razón, la situación de esta caja debe ser lo más alejada posible del motor en el montaje sobre vehículo. La misma figura muestra una bobina y resistencias adicionales para este sistema. El resto de los componentes del circuito de encendido permanece invariable.

Fig. 10.3.

313


En la Fig. 10.4 puede verse otra de las disposiciones del encendido con ayuda electrónica. El transistor Ti tiene su circuito emisor-base gobernado por los contactos del ruptor, que estando cerrados le hacen conducir y, de esta forma, se establece el circuito base-emisor del transistor T2 , lo cual permite que fluya la corriente primaria a través del arrollamiento de la bobina y circuito colector-emisor de T 2 • Cuando los platinos se abren, queda interrumpido el circuito emisor-base de Ti' bloqueándose este transistor, lo que impide al mismo tiempo la conducción de T 2 , cuyo circuito base-emisor está ahora interrumpido. El conjunto electrónico formado dispone de otros componentes (resistencias, diodos y condensadores), alguno de los cuales no se han representado en la figura, cuya misión es la de proteger a los transistores contra sobrecargas. Como a los transistores empleados para la conmutación en los sistemas de ayuda electrónica al encendido, se les exige una alta potencia y gran resistencia a tensiones eléctricas, actualmente suele emplearse para esta función un transistor doble, formado por dos transistores en circuito amplificador Darlington (Fig. 10.5). Esta disposición efectúa una amplificación de tensión, que compensa en parte las caídas de la tensión que se aplica a los transistores empleados en la conmutación de la corriente primaria de encendido. El amplificador Darlington está ejecutado como circuito integrado, del que son accesibles las conexiones marcadas en la figura, que se conectan al circuito de igual forma que un simple transistor.

.IH

1--1 R R R

8

<> Fig. 10.4.

10.2.

Fig. 10.5.

ENCENDIDO ELECTRONICO CON GENERADOR DE IMPULSOS

Pese a las ventajas conseguidas por los sistemas de encendido con ayuda electrónica, no han llegado a subsanar los inconvenientes debidos al rebote de los contactos del ruptor en los altos regímenes de giro del motor, que producen los consiguientes fallos del mismo. En el encendido convencional mediante bobina, el número de chispas suministradas está limitado a unas 18.000 por minuto y el encendido con ayuda electrónica a unas 21.000. A partir de aquí sobreviene el consabido rebote de los contactos y aparecen los fallos en el encendido. Estas limitaciones supusieron la implantación de los sistemas dobles de encendido en los motores de seis y ocho cilindros, que en la actualidad, debido al desarrollo de los sistemas electrónicos, han vuelto a ser sustituidos por dispositivos electrónicos, que suprimen el ruptor y, con ello, el origen de los problemas. Por otra parte, de año en año aumentan las exigencias que ha de satisfacer el motor de explosión y, en consecuencia, su sistema de encendido, de entre las que cabe destacar un 314

ENCENDIDO ELECTRONICO CON GENERADOR DE IMPULSOS

mantenimiento periódico menos costoso y una mayor seguridad de servicio en todas las condiciones de marcha del motor. El ruptor mecánico no puede ser aplicado en motores capaces de alcanzar los elevados regímenes de determinados tipos actuales y, aunque con el encendido con ayuda electrónica se elimina el grueso del trabajo de los platinos, subsiste el problema de desgaste de la fibra sobre la que actúa la leva que abre y cierra los contactos. El desgaste de esta pieza supone un desfasaje del punto de encendido y variación del ángulo Dwell, 10 que obliga a reajustar la separación de los contactos periódicamente, con los consiguientes gastos de mantenimiento que ello supone. En sustitución del clásico ruptor mecánico, se han desarrollado en la actualidad diferentes tipos de mando electrónico para la conmutación del encendido. Tales sistemas se califican de «totalmente electrónicos» y están completamente exentos de mantenimiento, permitiendo una observancia más exacta del punto de encendido hasta el régimen máximo de revoluciones. Uno de los sistemas totalmente electrónicos es el de generador de impulsos, donde el ruptor ha sido sustituido por un sistema capaz de engendrar golpes de corriente y entregarles al formador de impulsos, donde son amplificados y transmitidos al circuito de mando de un transistor que realiza la conmutación. Los impulsos suelen ser engendrados mediante «generadores de inducción» o «generadores fotoeléctricos». El generador de inducción dispone de una rueda de aspas (Fig. 10.6) de acero magnético, que produce durante su rotación una variación del flujo magnético del imán permanente C. En la bobina B se induce de esta forma una tensión, que se hace llegar al formador de impulsos. La rueda A tiene tantas aspas como cilindros el motor y a medida que se acerca cada una de ellas a la bobina de inducción, la tensión va subiendo cada vez con más rapidez, hasta alcanzar su valor máximo cuando el aspa y la bobina están frente a frente. Al alejarse el aspa siguiendo el giro, la tensión cambia muy rápidamente de sentido y asciende a su valor negativo máximo. Este cambio tiene lugar en el punto de encendido y el impulso así originado se hace llegar al formador de impulsos F (Fig. 10.7), quien producirá el bloqueo del transistor de conmutación T, interrumpiéndose la corriente en el primario de la bobina. Cuando en el generador de impulsos G no se presenta ninguna de las aspas frente a la bobina, el formador de impulsos permite la conducción del transistor T, estableciendo su circuito emisor-base, con 10 cual, conduce su circuito emisor-colector, estableciéndose la corriente en el primario de la bobina.

F

1 ¡ Fig. 10.6.

Fig. 10.7.

El generador fotoeléctrico, utiliza un fototransistor F (Fig. 10.8) que se ilumina desde una lámpara L de rayos infrarrojos, a través de unas ranuras practicadas en un disco interpuesto entre ambos. El fototransistor es sensible a las radiaciones infrarrojas y conduce cuando está sometido a ellas. Los impulsos de conducción se hacen llegar a un sistema amplificador, que 315


a su vez gobierna al transistor de conmutación. De esta manera, cada vez que se presenta un orificio del disco, incide el rayo de luz sobre el fototransistor, originando un impulso que a su vez determina el instante de la conmutación y el salto de la chispa en la bujía que corresponda. El disco presenta tantos orificios o ranuras como cilindros el motor, como puede suponerse.

Fig. 10.8.

Cualquiera de los sistemas de encendido electrónico reseñados, permite sustituir los contactos mecánicos por elementos que no están expuestos a desgaste alguno. Aunque la configuración de

estos sistemas pudiera dar la impresión a primera vista de ser complicada, de hecho su precisión es muy superior a la de los sistemas electromecánicos, con la ventaja esencial de que una vez realizada la puesta a punto de fábrica, el sistema no precisa mantenimiento alguno (cambio de platinos, ajuste de los mismos, puesta a punto del encendido, etc.). Las ventajas más importantes que presentan los sistemas electrónicos de encendido son: a) La alta tensión disponible es más importante que en el encendido clásico, debido a que la ausencia de contactos permite utilizar una corriente primaria más grande, cuya ruptura es igualmente más rápida, sin que existan pérdidas por arco eléctrico entre los contactos. Ello da una mayor facilidad en el arranque en frío así como una mejora del rendimiento del motor. b) La alta tensión en las bujías es mayor y más uniforme a cualquier régimen del motor, resultando prácticamente constante para los altos regímenes, lo que determina un mayor rendimiento del motor en estas condiciones de funcionamiento. e) El número de chispas por minuto puede llegar a 21.000, mientras que los fenómenos de rebote de los contactos limitan este valor a 18.000 en el encendido clásico, con lo cual es posible la utilización del motor en regímenes más altos. d) No existe desgaste de fibra ni de contactos del ruptor, por lo que resulta innecesario el reglaje del ángulo de leva y la operación de calado del encendido, con lo cual los costes de mantenimiento son más reducidos. En los primeros tiempos de su aparición, al encendido electrónico se le adjudicaban ventajas tales como el ahorro de combustible de hasta un 30 %, lo cual es totalmente inexacto, pues la única razón evidente por la que el encendido electrónico puede ahorrar combustible, se deriva del hecho de conservar permanentemente en condiciones óptimas la puesta a punto del encendido.

10.3. SISTEMA ELECTRONICO DE ENCENDIDO POR IMPULSOS DE INDUCCION

Este sistema de encendido dispone de los mismos elementos (batería, bobina, distribuidor, bujías) que los empleados en un encendido convencional, e igualmente, para la variación del punto de encendido utiliza los mismos dispositivos de avance centrífugo y por depresión, es decir, contrapesos y cápsula de vacío. En la cabeza del distribuidor, es sustituido el clásico ruptor por un generador cuyos impulsos se hacen llegar a un componente adicional (módulo electrónico), que después de tratarlos convenientemente, determina el instante de corte de la corriente primaria en la bobina y, con ello, el salto de chipa en la bujía. 316

SISTEMA ELECTRONICO DE ENCENDIDO POR IMPULSOS DE INDUCCION

En la Fig. 10.9 se muestra el esquema funcional del generador de impulsos. Los imanes permanentes 1 y el arrollamiento de inducción 2 con su núcleo, forman el estator, que supone una unidad fIja de construcción. En el interior de esta unidad gira la rueda 4 llamada rotor, que forma parte del eje de mando del distribuidor, ocupando en él la posición de la leva en los distribuidores convencionales. Tanto el estator como el rotor, son de acero dulce magnético y tienen tantas prolongaciones en forma de dientes, como cilindros el motor.

3 ®

Fig. 10.9.

El principio de funcionamiento es el siguiente: El giro del rotor provoca una variación periódica del entre hierro 3, entre los dientes del rotor y el estator y, en consecuencia, una variación del flujo magnético. Como consecuencia de esta variación de flujo, se induce en el devanado una tensión alterna, cuyo transcurso en el tiempo se representa en la Fig. 10.10. El valor de cresta ± U de esta tensión, es función de la velocidad de rotación, pudiendo variar desde 0,5 a 100 V.

Tiempo_

Fig. 10.10.

317


Cuando los dientes del rotor se aproximan a los del estator, el flujo magnético se refuerza y la tensión inducida en el arrollamiento se eleva, primero lentamente a partir de cero y después cada vez más rápidamente. Inmediatamente antes de enfrentarse perfectamente los dientes, la tensión alcanza su valor positivo máximo. Cuando empiezan a alejarse, la tensión cambia bruscamente de sentido, ya que el flujo magnético se debilita. En este momento (tz en la Fig. 10.10) tiene lugar el encendido. En cuanto a características constructivas se refiere, el generador de impulsos de inducción está alojado en la cabeza de delco, precisamente en el lugar donde de ordinario se encuentra el ruptor. La Fig. 10.11 muestra un distribuidor seccionado, donde puede verse que el devanado de inducción 1 va arrollado en un núcleo 2, que tiene forma circular y recibe el nombre de disco polar. En la Fig. 10.12 puede verse también en detalle.

4

1

1

Fig. 10.11.

Fig. 10.12.

En el disco polar se forman los dientes 3 del estator, que están doblados en ángulo recto hacia arriba, coincidiendo con los del rotor 4. En la parte inferior del disco polar está situado el imán permanente 5. El conjunto del estator se apoya en la placa portadora 7, fijada a la carcasa del distribuidor, y puede girar un cierto ángulo sobre ella, merced a la acción de la cápsula de depresión. Este giro, como en el caso de los distribuidores convencionales, es contrario al del rotor. La rueda generadora de impulsos 4, está unida al eje del distribuidor mediante el sistema de avance centrífugo. Sus dientes coinciden con los del estátor, quedando una distancia entre ambos cuando están frente a frente de 0,5 mm. Encima de esta rueda se dispone el dedo distribuidor 9. La situación de estos componentes determina el camino a seguir por el flujo magnético que es el representado en la Fig. 10.12. 318


Como puede verse, el flujo se establece en forma circular rodeando a la bobina plana del rotor, resultando cuatro anillos de flujo repartidos regularmente. La tensión se induce en la bobina debido a las variaciones del flujo (en los cuatro anillos formados), de la misma manera que si se hiciera pasar corriente por la bobina aparecería un campo magnético a su alrededor del sentido representado en la figura. El principio en que se basan ambos fenómenos es el mismo: si se hace pasar corriente por la bobina aparece el flujo, y si se hace variar el flujo se induce la corriente. La disposición de la rueda generadora de impulsos con respecto al sistema de avance centrífugo, puede verse en la Fig. 10.13. Los contrapesos 1, permiten adelantar al eje 4 (del que forma parte la rueda generadora 6) en el giro con respecto al eje de mando 3. De otra parte, la cápsula de avance por depresión 2, actúa sobre el conjunto del estator 5 para dar el avance de vacío.

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----+---3

Fig. 10.13.

Ambos sistemas de avance, pues, funcionan de manera similar a los de un distribuidor convencional, siendo idénticas las disposiciones de montaje de los contrapesos y cápsula de avance por vacío, así como la forma y características de estos mecanismos. Las verificaciones de ellos, por tanto, se realizarán igual que en los encendidos convencionales. El generador de impulsos por inducción presenta dos ventajas esenciales: a) Es muy poco sensible a las vibraciones o sacudidas y, b) la irregularidad de los intervalos de encendido es sólo de 0,3°, o sea, mucho menor que la de los sistemas de encendido convencionales. En la Fig. 10.14 se ha representado una variante del generador de impulsos, en este caso para motor de seis cilindros. El devanado de inducción D, está formado por una sola bobina, arrollada al correspondiente núcleo, que a su vez está unido al imán permanente. Cada vez 319


que se presenta frente al núcleo de la bobina uno de los salientes del rotor, se induce en ella una tensión, que es enviada al módulo electrónico de mando.

Fig. 10.14.

El módulo electrónico está dividido en tres etapas fundamentales: modulador de impulsos, mando del ángulo de cierre y estabilizador. El modulador de impulsos transforma la tensión alterna que le llega del generador, en impulsos de longitud e intensidad adecuadas para el gobierno de la corriente primaria y el instante de corte de la misma. Estas magnitudes (longitud e intensidad de los impulsos), son independientes de la velocidad de rotación del motor. El estabilizador tiene la misión de mantener la tensión de alimentación lo más constante posible. El mando del ángulo de cierre, varía la duración de los impulsos en función de la velocidad de rotación del motor. La Fig. 10.15 muestra el proceso completo de transformación de los impulsos, desde la generación de los mismos hasta el salto de la chispa en la bujía de encendido. Según este esquema, la tensión alterna de mando pasa del generador de impulsos 1 al bloque electrónico 2 y, concretamente al modulador 2a, que transforma la señal recibida en impulsos rectangulares, cuya longitud determina el ángulo de cierre y está gobernada por el mando de dicho ángulo 2b, adaptándolos a la velocidad de rotación del motor. Posteriormente, estos impulsos son amplificados en la etapa de excitación 2c y adaptados a la etapa final 2d que conecta y desconecta la corriente primaria por medio de un transistor Darlington. Cualquier interrupción de los impulsos rectangulares motiva un corte de la corriente primaria y, con ello, el salto de la chispa en la bujía, proporcionada por el secundario de la bobina 3.

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tz Punto de encendido

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Generador de impulsos por inducción

• Bloque electrónico 2a Modelador de impulsos 2b Mando del ángulo de cierre

Fig. 10.15.

320

2c Etapa de excitación 2d Etapa de salida Darlington Bobina de encendido

e


La Fig. 10.16 muestra un módulo electrónico de mando, en el que puede verse la situación y el número de componentes que incorpora, que están montados sobre una placa impresa, que a su vez va fijada a un bastidor metálico, a través del cual se disipa el calor producido en los componentes.

Fig. 10.16.

Tanto la tapa que cierra este conjunto, como el bastidor metálico en que se apoyan los componentes, disponen en muchos casos de aletas de refrigeración, para evacuar mejor el calor, impidiendo el deterioro de los componentes, muy sensibles al mismo como se sabe. Los condensadores y resistencias que se disponen en gran número y pueden verse en la figura, equilibran los circuitos básicos y los protegen, asegurando el buen funcionamiento de los mismos. En la Fig. 10.17 se ha representado de forma simplificada el esquema de un módulo de mando, conectado en el circuito de encendido. Antes de que el arrollamiento del generador G envíe su impulso, la corriente fluye desde la batería y a través del circuito emisor- colector del transistor T 1 hasta el primario de la bobina. Para esto ha sido necesario que conduzca este transistor, cuya base se encuentra conectada al emisor de T2 , que en ese instante conduce.

R

r. Fig.l0.17.

Cuando el arrollamiento del generador envía un impulso, el transistor T3 , que anteriormente estaba bloqueado, se pone ahora a conducir debido al impulso de corriente que llega

321


desde el generador hasta su base. De esta manera, los portadores de corriente son desviados de la base de T 2 y éste queda bloqueado, 10 que implica inmediatamente el bloqueo de Ti y, en consecuencia, se corta la corriente del primario de la bobina, induciéndose la alta tensión en el secundario, que se hace llegar a la bujía que corresponda. En algunos sistemas de encendido, el módulo electrónico se incorpora en el mismo distribuidor, fijándose mediante tornillos en el exterior de la carcasa, como muestra la Fig. 10.18, lo cual facilita el conexionado de los componentes. En el exterior queda un conector, que se interconecta a la instalación de encendido. La Fig. 10.19 muestra el esquema de conexiones de este sistema electrónico de encendido, donde la bobina F es alimentada desde la batería D a través de la llave de contacto C, que lleva también la corriente de alimentación al módulo electrónico B.

Fig. 10.18.

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-11. !

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I

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+

Fig. 10.19.

Cuando los salientes de la bobina disparadora A, en su giro, quedan frente a los imanes permanentes emplazados en la carcasa del distribuidor, la bobina K genera un impulso de tensión eléctrica, que es transmitido al módulo electrónico B, el cual pone a masa la llegada de corriente de la batería, quedando en cortocircuito la bobina, cuyo arrollamiento primario ahora no es alimentado de corriente, generándose así la alta tensión en el secundario, que es llevada a la bujía J, por medio del distribuidor de alta tensión H. 322

SISTEMA ELECTRONICO DE ENCENDIDO CON GENERADOR HALL

Con el giro de la rueda disparadora A, llega un instante en que sus salientes ya no se presentan frente a los imanes permanentes, con lo cual no se induce tensión en la bobina K y, por ello, el módulo electrónico permite el paso de corriente al primario de la bobina F para formar nuevamente el campo magnético en ella. Instantes después se genera de nuevo el impulso de tensión en la bobina K y el módulo electrónico volverá a cortar la corriente en el primario de la bobina de encendido. 10.4.

SISTEMA ELECTRONICO DE ENCENDIDO CON GENERADOR HALL

En este sistema de encendido, el generador de impulsos basa su funcionamiento en el llamado «Efecto Hall» (Fig. 10.20).

Fig. 10.20.

Entre dos superficies de contacto Al y A 2 , se dispone una capa de semiconductor H (capa Hall), que es atravesada por una corriente Iv. Al exponer la capa a la acción de un campo magnético B, perpendicular a la línea de unión de las superficies de contacto Al y A 2 , se origina una tensión UH entre las superficies de contacto, llamada tensión de Hall. Manteniendo constante la intensidad de la corriente Iv, la tensión UH depende solamente del campo magnético B, cuyas variaciones periódicas en el ritmo de encendido pueden lograrse con facilidad, consiguiendo con ello una variación en la tensión de Hall en el ritmo de encendido, que será empleada en el gobierno del transistor de conmutación, con el que se logran los cortes de la corriente primaria en la bobina de encendido. Tanto las superficies conductoras Al y A 2 , como la capa de semiconductor H permanecen fijas, sin someterse a movimiento alguno. El campo magnético B es creado por unos imanes permanentes, situados por encima y debajo de la capa de semiconductor. Puede cortarse este campo magnético mediante una pantalla apropiada, de manera que en algunos momentos, la capa de semiconductor no esté sometida a él. La corriente Iv se mantiene constante por medio de una fuente de alimentación que se conecta a ambos laterales de la capa semiconductor a H. Esquemáticamente, el generador Hall empleado en los sistemas de encendido electrónico, se compone básicamente de una barrera magnética (parte fija) y un tambor obturador (parte rotatoria). La barrera magnética está formada por un imán permanente con piezas conductoras 2 (Fig. 10.21) y un circuito integrado 3 de semiconductor Hall, que es un interruptor electrónico, que entre otros componentes incorpora la capa Hall. Cuando una de las pantallas 1 del tambor obturador se sitúa en el entrehierro 4 de la barrera magnética, desvía el campo magnético impidiendo que pase al circuito integrado 3. 323


La capa de Hall queda prácticamente sin campo, con lo que se anula la tensión entre los bornes del generador, diciéndose entonces que el circuito integrado Hall desconecta. Cuando la pantalla del tambor obturador abandona el entrehierro, el campo magnético atraviesa de nuevo la capa Hall y la tensión en bornes del generador es activa, conectando el circuito integrado. En ese momento tiene lugar el encendido.

_----2 '-"""---1

J+t--#----2

4------~~~------3 2-----_t_'

Fig. 10.21.

Fig. 10.22

La anchura b de las pantallas 1 del tambor obturador, determina la magnitud del ángulo de cierre, es decir, fija el tiempo que está pasando corriente por el primario de la bobina, con la consiguiente formación del campo magnético, que posteriormente se hará desaparecer bruscamente para conseguir la alta tensión en el secundario. Como esta anchura es idéntica para cada una de las pantallas e inalterable, el ángulo de cierre resulta invariable y de igual magnitud para cada uno de los cilindros del motor. En la Fig. 10.22 puede verse la disposición práctica de este tipo de generador. La barrera magnética 2 está montada sobre la placa portadora 8, que puede girar un cierto ángulo movida por el sistema de mando de la cápsula de depresión, al igual que ocurre con el contacto fijo en los encendidos convencionales de ruptor. El circuito integrado Hall 5, se monta sobre una de las piezas conductoras 3, protegiéndolo contra la humedad y el polvo con un recubrimiento de plástico. El tambor obturador y el rotor 10 forman un solo conjunto, donde el número de pantallas 1 es igual al de cilindros del motor. Las pantallas se desplazan en el entre hierro 4 y su anchura determina el ángulo de cierre de este sistema. El conjunto de tambor y rotor 10, reciben movimiento del eje de mando 7, de igual forma que el rotor de un sistema de encendido convencional mediante contactos. Dada la disposición y el ancho de las pantallas 1, el ángulo de cierre de este sistema permanece invariable durante toda la vida útil del mismo y, en consecuencia, queda suprimido el ajuste del ángulo de cierre, correspondiente al ángulo de leva en los encendidos convencionales. 324

ENCENDIDO ELECTRONICO INTEGRAL

El módulo electrónico de este sistema de encendido, es similar al de los sistemas de encendido con ayuda electrónica. Se distinguen tres etapas funcionales: la de salida Darlington como ruptor del circuito, la de preamplificación de impulsos y la de protección contra sobretensiones. La modulación de los impulsos y la amplificación de los mismos las realiza el circuito integrado dispuesto en el generador Hall. Cuando está conectado, las etapas de excitación y salida del Darlington se encuentran bloqueadas y la corriente primaria en la bobina de encendido interrumpida. Al pasar una pantalla del tambor por la barrera magnética, el circuito integrado Hall desconecta su corriente de señal y la etapa de salida Darlington conecta la corriente primaria de bobina. El encendido tiene lugar tan pronto como el circuito integrado Hall conecta de nuevo la corriente de señal, pues en este caso el Darlington interrumpe la corriente primaria. El generador de Hall se conecta al módulo electrónico por medio de los hilos conductores 6, que permiten alimentar de corriente al circuito integrado Hall y transmitir las señales de mando al módulo electrónico. En la Fig. 10.23 se ha representado de manera simplificada un esquema del circuito de encendido para generador Hall. Cuando una de las pantallas del generador H sale del entrehierro, se produce un impulso de tensión de control que alcanza la base del transistor T 1 haciéndole conducir, 10 que determina que T 2 conduzca también, mientras T3 y T4 quedan bloqueados. Al no conducir T4 se interrumpe de inmediato la corriente primaria de la bobina, obteniéndose la alta tensión en el secundario y la consiguiente chispa en la correspondiente bujía.

6 r-

'-----

II .:J (gJ1.....--tI........~ I , L ____.....- - - - .

Fig. 10.23.

Cuando una de las pantallas entra en el entrehierro, no se aplica impulso alguno a la base de T 1 , por 10 que éste no conduce, provocando a su vez el bloqueo de T 2 , cuya base está conectada al emisor de T 1 • Consiguientemente, T 3 conduce al no haber tensión en el colector de T 2 , al cual va unida su base y, en consecuencia, queda polarizada la base de T4 , que conduce también, permitiendo que se establezca la corriente primaria en la bobina de encendido, que será cortada en el instante en que la pantalla abandone el espacio del entrehierro. 10.5.


Se entiende por esta designación, un sistema eléctrónico de encendido sin ruptor, que además suprime totalmente los dispositivos mecánicos de corrección de avance al encendido, a los que sustituye por componentes electrónicos. Comparativamente con los sistemas electrónicos ya tratados, el encendido electrónico integral 'ofrece las mismas ventajas que ellos, e incluso ciertas mejoras. Un calculador electrónico recoge informaciones de régimen y carga del motor de combustión y genera el correspondiente avance al encendido, que, en cualquier caso, será el más 325


adecuado. Este mismo calculador trata igualmente las señales de mando para cortar o dar paso a la corriente primaria en la bobina de encendido, determinando el instante en que debe saltar la chispa en la bujía que corresponda, a la que se hace llegar por medio de un distribuidor convencional. En la Fig. 10.24 se ha representado esquemáticamente un sistema de encendido electrónico integral, cuyo principal componente es el módulo o calculador electrónico 7, que define la ley de avance al encendido esencialmente, en función de la velocidad de rotación del motor y de la depresión reinante en el colector de admisión. Las señales correspondientes son proporcionadas al calculador por el captador de posición 2, situado frente al volante de inercia 1 del motor de combustión, y por una cápsula manométrica 4 unida neumáticamente al colector de admisión. A partir de estas señales, el calculador determina el ángulo de avance al encendido y el tiempo que debe estar pasando la corriente por el arrollamiento primario de la bobina. En el módulo se incorpora la bobina 8, cuyo borne de alta tensión se conecta a la tapa del distribuidor 10 por medio del correspondiente cable de alta tensión 9. Los captadores 5 de temperatura del aire de admisión y del agua del motor, pueden hacer llegar sus señales al módulo para variar la ley de avance en función de estos parámetros, adaptando mejor dicha ley a las condiciones de funcionamiento del motor.

Fig.1O.24.

En este tipo de encendido, el generador de impulsos 10 constituye una corona dentada que va acoplada al volante de inercia y un captador magnético colocado frente a ella (Fig. 10.25), formado por un imán permanente, alrededor del cual está arrollada una bobina, donde se induce una tensión para cualquier variación del entrehierro. De esta manera, el giro continuado de la corona produce sucesivas variaciones del flujo debidas al paso de sus dientes o huecos frente al captador, en cuya bobina se induce una tensión. Los sucesivos impulsos tomados, detectan la velocidad de rotación del motor. La corona dentada dispone de un diente y su correspondiente hueco más ancho que los demás, situado 90° antes de cada posición de P.M. S., de manera que entre este punto y el diente ancho hay 12 pequeños dientes, como muestra la figura. Cuando uno de estos pequeños dientes pasa bajo el núcleo del sensor, en el giro de la corona, la variación del campo magnético experimentada induce una pequeña tensión en el arrollamiento de la bobina de captación del sensor. Estas pequeñas tensiones eléctricas permiten contar los dientes a su paso

326


por el sensor. Cuando es un diente ancho el que pasa, la variación del campo magnético es mayor y, por tanto, también lo es la tensión inducida (Fig. 10.26), lo que indica al módulo electrónico que un pistón se encontrará en la posición de P.M.S. 12 dientes más tarde.

SENSOR DE VELOCIDAD

SENSOR DE VELOCIDAD

2 3

Fig. 10.25.

Fig. 10.26.

Para todo sistema de encendido electrónico es necesario referir la posición angular del cigüeñal, de manera que ponga en conducción el primario de la bobina y posteriormente interrumpa la corriente para generar la chispa en el instante preciso del ciclo motor. Esta función la realizan la corona dentada y su captador correspondiente, mediante los cuales se proporciona al calculador electrónico una imagen eléctrica del giro del motor y la posición angular del cigüeñal. El captador de depresión suministra una imagen eléctrica de la depresión en el colector de admisión. Está constituido por una cápsula manométrica (Fig. 10.27) del mismo tipo que las aplicadas al encendido mecánico convencional. La membrana está unida mecánicamente al núcleo de la bobina de un oscilador, cuya frecuencia varía en función de la posición del núcleo en el interior de la bobina, con lo cual, la señal captada está relacionada con la depresión reinante en el colector de admisión, es decir, la carga del motor. Las señales enviadas por el captador de posición y la cápsula manométrica, llegan hasta el módulo electrónico, donde existen dos circuitos integrados: uno analógico B (Fig. 10.28) Y otro numérico A. El módulo electrónico está formado por una serie de componentes electrónicos y circuitos integrados, que se montan sobre una placa de circuito impreso, como puede verse en la figura, a la que van conectados, realizándose la soldadura por ultrasonidos. Además de los integrados analógico y numérico, otro de los componentes fundamentales lo constituye el circuito de potencia de salida o Darlington, que se sitúa en contacto con la carcasa metálica del módulo para facilitar su refrigeración. 327


Tubo de depresión

Entrada Salida

Membrana

Fig. 10.27.

Fig. 10.28.

El conjunto de estos componentes va cubierto por una espesa capa de gelatina que lo preserva del polvo y la humedad. El circuito analógico desempeña las siguientes funciones: a) Estabiliza la tensión de alimentación del módulo electrónico. b) Modula la señal del captador de posición. e) Genera una oscilación en base de tiempo y la hace llegar al circuito numérico. d) Genera una oscilación en función de la depresión en el colector de admisión. e) Controla el circuito de potencia Darlington. El circuito numérico recoge las informaciones directas del motor o del circuito analógico y realiza las siguientes funciones: a) Detecta las posiciones de P.M.S. y P.M.I. b) Mide la velocidad de rotación del motor. e) Evalúa la depresión en el colector de admisión. d) Reconstruye las señales de grados de giro. e) Calcula el avance correspondiente a las condiciones de funcionamiento del motor. La Fig. 10.29 muestra un diagrama de bloques del calculador electrónico, donde puede verse que el circuito analógico toma las señales fundamentales de régimen y depresión del motor, que después de tratadas convenientemente son enviadas al circuito numérico, junto con una señal de tiempo dada por un oscilador de cadencia. Estas señales son comparadas en una tabla de valores del circuito numérico, para determinar el avance correspondiente a cada condición de funcionamiento del motor, que puede ser corregido también en función de las señales recibidas de los diferentes captadores de temperatura de aire yagua del motor y otros suplementarios. Seguidamente, desde el circuito numérico se envía la oportuna señal al analógico para el mando del avance y en este último se determina el tiempo de conducción del primario de bobina, al que se envía la corriente de mando. En cada media vuelta del motor, el calculador mide la velocidad de rotación del motor y la presión en el colector de admisión. La señal de velocidad sirve para crear una tabla de valores y extraer los números que sirvan para el cálculo del ángulo de avance y el tiempo de conducción de la bobina. 328

ENCENDIDO ELECTRONICO INTEGRAL Batería

Captadores de temperatura y suplementario

Alimentación

Frecuencia Presión Señal Dienta Oscilador de

I Circuito numérico de la ley de avance

cadencia Mando del avance

potencia

l

Bobina de Hacia distribuidor encendidot---A":"'.'::=T.--" y bujías

Fig. 10.29.

La Fig. 10.30 muestra el mapa tridimensional de la combinación de avances centrífugo y de vacío correspondiente a un sistema de encendido electrónico integral, comparativamente con el de un encendido clásico con sistemas centrífugo por contrapesos y de vacío por cápsula manométrica. Aquí puede verse que en el sistema clásico, solamente es posible establecer tres pendientes en las curvas de avance, tanto centrífugo como de vacío, mientras que en el caso del encendido electrónico integral, ambas curvas de avance pueden variarse a discreción, haciendo posible tomar un valor de avance para cada una de las condiciones de funcionamiento del motor, dado que el sistema de mando no es mecánico, sino electrónico. Avance en grados

!IJ

40 31 1II

. Velocidad en r.p.m

10

Depresión en mbar

Velocidad en r.p.m

Fig. 10.30.

329


Las informaciones que permiten generar la red de avances deseada son contenidas y memorizadas en una memoria ROM programada en el momento de la fabricación, según el método de máscaras. El circuito de potencia, produce la alta tensión que se hace llegar a las bujías en el instante preciso. Lo forman una bobina de encendido de baja impedancia y un elemento de conmutación constituido por un Darlington, que es gobernado por el circuito analógico. La Fig. 10.31 muestra este circuito en esquema simplificado, donde puede verse que el primario de bobina está conectado a masa a través del circuito colector-emisor del Darlington, a cuya base se aplican los impulsos de tensión desde el circuito analógico del calculador, en cuyo instante, el Darlington conduce y se establece corriente en el primario de la bobina. Más tarde, el Darlington es bloqueado cesando la corriente primaria y generándose la alta tensión en el secundario de la bobina, que es distribuida a las bujías para lograr en ellas el salto de la chispa.

+ B

18

Fig. 10.31.

Los tiempos de conducción y bloqueo del Darlington, así como los instantes de comienzo y final de los mismos, están determinados por el módulo electrónico en función de la velocidad de rotación del motor, tomando como base la señal recibida del captador magnético de volante, de manera que se establezca la corriente en el primario de bobina con la suficiente antelación para lograr la saturación magnética de la misma. De ello resulta una variación del ángulo de leva en función de la velocidad. El corte de la corriente primaria y, en consecuencia, el salto de la chispa, se produce de acuerdo con la señal de diente largo tomada por el captador, en correspondencia con la posición angular del cigüeñal, corregida en función del régimen motor y el grado de depresión, al objeto de dar en cada condición de funcionamiento el avance de encendido necesario y adecuado. Como en todos los sistemas de encendido inductivo, la generación de la chispa está asegurada por el corte de una corriente importante en el primario de la bobina. El instante de corte es controlado con prioridad, como asimismo lo es el de puesta en conducción, lo que permite, como se ha dicho, llegar siempre a la saturación del campo magnético en el primario de la bobina. Como además de esto, la bobina utilizada es del tipo de baja impedancia, la subida del valor de la corriente primaria es casi vertical en el tiempo y el campo magnético se forma rápidamente, mejorando notablemente el rendimiento del sistema de encendido, fundamentalmente en los altos regímenes. Ello permite separaciones superiores a los 0,7 mm en los electrodos de las bujías, que mejoran la combustión y el rendimiento del motor, así como el arranque en frío del mismo. Una separación de 0,9 mm en los electrodos de la bujía da una mayor estabilidad de combustión y entraña una reducción de la emisión de hidrocarburos, mejorando la regularidad de marcha del motor. 330

ENCENDIDO ELECTRONICO POR DESCARGA DE CONDENSADOR

La ley de encendido proporcionada por el calculador es susceptible de ser modificada en función de parámetros exteriores, como temperatura del agua de refrigeración, aire de admisión, etc., que por medio de captadores adecuados envían las oportunas señales al módulo electrónico. En este aspecto, es importante también el captador de picado que se instala en algunos motores, en las proximidades de las cámaras de combustión, capaz de detectar el inicio de picado, en cuyo instante, la señal enviada al calculador es procesada por éste y determina un cierto retardo en el encendido. De todo lo reseñado puede concluirse que el encendido electrónico integral presenta unas ventajas indudables frente a los encendidos convencionales de contactos, al tiempo que su sistema electrónico de avance del encendido permite adaptar leyes de avance complejas, lo que no es posible lograr con un sistema mecánico de contrapesos y cápsula de vacío. 10.6.

ENCENDIDO ELECTRONICO POR DESCARGA DE CONDENSADOR

Este sistema de encendido llamado también «encendido de tiristor», funciona basado en un principio totalmente distinto al de los sistemas tratados hasta aquí. Su característica esencial la constituye el hecho de que la energía de encendido es acumulada en el campo eléctrico de un condensador, donde la capacidad y tensión de su carga, determinan la magnitud de la energía

acumulada. Para conseguir la chispa de encendido, se provoca la descarga del condensador, como ya se verá. El encendido de alta tensión por descarga de condensador, se aplica en la actualidad en todos aquellos casos que se plantean exigencias especiales en cuanto al régimen de giro del motor. Aquí la energía de encendido no se ve afectada de manera sensible con los regímenes altos de rotación del motor. En los sistemas de encendido que emplean bobina para acumular la energía, ya se ha visto que es necesario que transcurra un cierto tiempo hasta que se llega a completar la formación del campo magnético en el primario. De igual modo ocurre en la formación de la tensión secundaria de encendido, que no alcanza su valor máximo en el instante que se interrumpe la corriente en el primario, sino después de un cierto tiempo (aproximadamente unas centésimas de segundo). Sin embargo, en los sistemas de encendido por descarga de condensador, la alta tensión aumenta unas diez veces más rápidamente, lo que supone una gran ventaja para el proceso de encendido, pues la carga eléctrica que se acumula en los electrodos de la bujía al aumentar la tensión, no tiene tiempo de fluir a través de posibles derivaciones, por cuya causa, la energía de encendido apenas queda afectada por estas derivaciones. La chispa de encendido resulta, por tanto, extraordinariamente intensa, aunque su duración es corta en extremo (de 0,1 a 0,2 milisegundos), lo cual, en determinados motores puede suponer una desventaja, pues no se garantiza una inflamación segura de la mezcla airegasolina. La alta tensión disponible hace posible, no obstante, aumentar la separación de los electrodos de la bujía y atenuar así, con chispas de mayor longitud, la desventaja de la breve duración de las mismas. Por el contrario, en los bajos regímenes se corre el riesgo de una inflamación deficiente de la mezcla, con los consiguientes fallos del motor. El sistema electrónico de encendido por descarga de condensador, está constituido por un condensador e (Fig. 10.32) Y una fuente de tensión continua F, capaz de proporcionar hasta 400 V. Conectando el condensador a la fuente de tensión, se obtiene su carga, almacenándose en el campo eléctrico del mismo una determinada cantidad de energía. Posteriormente, mediante el cierre del interruptor 1, se produce la descarga del condensador sobre el arrollamiento primario P de un transformador similar a una bobina de encendido. Como quiera que este arrollamiento es de una resistencia eléctrica muy baja, el condensador se descarga sobre él con gran rapidez, a modo de impacto, y la corriente de descarga alcanza su valor máximo en el arrollamiento primario de manera prácticamente instantánea. En consecuencia, la tensión generada en el secundario S resulta muy alta, siendo capaz de producir chispas de 2 a 3 cm de longitud. 331


e

i

F

I

I Fig. 10.32.

Vemos pues, que aquí el transformador de encendido no tiene la misma función que en los sistemas de encendido mediante bobina, pues la energía no se acumula en el transformador, sino en el condensador. El dispositivo de carga de este sistema de encendido, está incorporado en un bloque electrónico similar al de los encendidos electrónicos integrales. Lo constituye un circuito electrónico, cuya misión consiste en elevar la tensión de la batería hasta un valor apropiado para obtener la carga del condensador. Dicha carga se realiza mediante un impulso individual o varios, según los modelos empleados; pero en cualquier caso, el tiempo de carga es tan corto que la energía acumulada no decae apreciablemente, ni incluso al número máximo de chispas, por lo que resulta superfluo un mando del ángulo de cierre. En la fuente de alimentación F, se disponen los circuitos electrónicos adecuados para evitar su cortocircuito cuando se cierra el interruptor 1, e impedir al mismo tiempo que la tensión esté aplicada al condensador e mientras se descarga sobre el arrollamiento primario del transformador de encendido. Teniendo en cuenta que las corrientes de descarga del condensador pueden llegar a los 100 A, para esta función no puede utilizarse un simple interruptor como se indicó en la Fig. 10.32; es preciso utilizar un elemento electrónico capaz de soportar estas corrientes sin deterioro y, a este fin, se utiliza un tiristor. En el momento de encendido, el tiristor Th (Fig. 10.33) recibe un impulso de mando que le vuelve conductor, permitiendo la descarga del condensador. El bloqueo del tiristor no se produce nuevamente hasta que el condensador se ha descargado. En la misma figura puede

1,

-L.....

1 Fig. 10.33.

COMPARACION DE LOS SISTEMAS DE ENCENDIDO

verse que el tiristor recibe los impulsos de mando desde un generador G de impulsos magnéticos, similar al de otros tipos de encendido electrónico ya tratados, que como se ha descrito, va alojado generalmente en el mismo distribuidor. Los impulsos son tratados convenientemente en el modulador M, antes de hacerlos llegar al tiristor. Desde el modulador se envían al mismo tiempo las señales convenientes a la fuente de alimentación, para conectarla o desconectarla en los momentos adecuados. El transformador de encendido, eleva el fuerte impulso de la corriente de descarga del condensador, al nivel de la alta tensión del impulso de encendido. Si bien este transformador se asemeja exteriormente a una bobina de encendido, difiere mucho de ella, pues su inductancia primaria es considerablemente menor. En la Fig. 10.34 se ha representado esquemáticamente un sistema de encendido electrónico por descarga del condensador. Destacaremos fundamentalmente el generador de impulsos magnéticos 5, alojado en la cabeza del delco, que envía sus señales al modulador 3c, alojado en el módulo electrónico. En el generador se obtienen los impulsos en el momento adecuado, que son determinados por el giro del motor y la posición de los pistones del motor de combustión. Estos impulsos debidamente tratados se hacen llegar al dispositivo de mando 3b, que a su vez pasa una señal adecuada al dispositivo de carga 3a, que determina el momento y la duración de la carga del condensador de acumulación C. Al mismo tiempo, desde el dispositivo 3b se envían los impulsos a la compuerta G de mando del tiristor Th en los momentos adecuados, los cuales provocan la descarga del condensador sobre el arrollamiento primario Ll del transformador de encendido, generándose la alta tensión en el secundario L 2 , que se hace llegar a la tapa del distribuidor 6, donde es repartida a las diferentes bujías.

~_ _~A

~4______________,

15

•

Y' 30

.--.~

B

+

I

-'-

I

-.01

1

111 111 Fig. 10.34.

10.7.

COMPARACION DE LOS SISTEMAS DE ENCENDIDO

La eficacia y calidad de una buena instalación de encendido se distingue por las siguientes características: Grado en que la alta tensión y la energía de encendido dependen del número de chispas o de la velocidad de rotación del motor. b) Descenso de la alta tensión debido a derivaciones. e) Duración de la chispa de encendido. d) Vida útil de las piezas y facilidad de mantenimiento.

a)

333


Teniendo en cuenta estas características, de la comparación de los diferentes sistemas de encendido haremos las siguientes observaciones: 1) Encendido convencional Ofrece un buen comportamiento para exigencias normales (hasta 20.000 chispas). La ejecución técnica del ruptor, sometido a grandes cargas por la corriente primaria, constituye un compromiso entre el comportamiento de conmutación a baja velocidad de rotación y el rebote a alta velocidad. Derivaciones debidas a condensación de agua, suciedad, residuos de la combustión, etc., disminuyen la tensión disponible en medida muy considerable. 2)

Encendido con ayuda electrónica

Existe una mayor tensión disponible, especialmente en los altos regímenes del motor. Utilizando juegos de contacto de reducido rebote, puede conseguirse que este sistema de encendido trabaje sin perturbaciones hasta aproximadamente 24.000 chispas por minuto. 3)

Encendido electrónico por generador de impulsos

Los sistemas sin contactos satisfacen exigencias aún mayores. Los generadores de impulsos están exentos totalmente de mantenimiento. El número límite de chispas es de 30.000. Como consecuencia de la menor impedancia de estas bobinas, la subida de tensión secundaria es más rápida y, en consecuencia, la tensión de encendido es menos sensible a derivaciones eléctricas. 4)

Encendido totalmente electrónico

Al quedar suprimidos los dispositivos mecánicos de los sistemas de avance al encendido, por la aplicación de componentes electrónicos, se obtiene mayor precisión en las curvas de avance, que pueden adaptarse fácilmente, cualquiera que sea su ley, cumpliendo perfectamente las actuales y severas normas en cuanto a polución. El mantenimiento de estos sistemas de encendido, es prácticamente nulo. 5)

Encendido por descarga de condensador

Este sistema ofrece en el campo de altos regímenes del motor, una tensión todavía mayor y, por tanto, aún más energía de encendido. La subida rápida en extremo de la tensión de encendido hace a la instalación insensible a derivaciones eléctricas. Sin embargo, la chispa de encendido es de muy breve duración.

10.8. VERIFICACION y CONTROL DE LOS ENCENDIDOS ELECTRONICOS En cuanto a ajustes y verificación de componentes se refiere, el proceso a seguir en la detección de posibles averías en los circuitos de encendido electrónicos, es similar al de los convencionales, salvo en aquellos componentes que incluyen circuitos o elementos electrónicos, cuya verificación individual se realizará siguiendo las instrucciones establecidas por los fabricantes en los correspondientes manuales de reparación. La verificación en general de un circuito de encendido electrónico, sea cual fuere su tipo, comenzará por las bujías, que deben ser limpiadas y regladas en caso necesario. La limpieza de los cables de alta tensión, tapa de distribuidor y de bobina, es otra de las operaciones a realizar antes de iniciar cualquier verificación, dado que la alta tensión suministrada por estos sistemas de encendido es superior a la de los convencionales y se ve aumentado el riesgo de que el operario sufra descargas de alta tensión debidas a fugas o malas conexiones de los cables. Inmediatamente después, se procederá a verificar la puesta a punto del encendido en aquellos sistemas que lo requieran. 334

VERIFICACION y CONTROL DE LOS ENCENDIDOS ELECTRONICOS

Efectuadas estas verificaciones, si el motor no se pone en marcha, deberá comprobarse si hay presencia de alta tensión en las bujías, para 10 cual se empleará el mismo procedimiento que en los encendidos convencionales. La ausencia de alta tensión sin causa aparente de defecto en secundario de bobina, distribuidor de chispa, cables y bujías, determina una posterior verificación del circuito de baja tensión, debiendo comenzar la misma por el primario de bobina. Con el motor girando a velocidad de arranque, al conectar un voltímetro en el borne positivo de bobina, debe acusar la misma tensión que la batería. Si es así, y el motor no arranca, se verificará con un óhmetro la resistencia del primario. Por el contrario, si no llega tensión, deberá verificarse la salida del módulo electrónico. Si la bobina se encuentra en buen estado, se comprobará el ángulo de cierre, de igual manera que en los encendidos convencionales. En los casos de ángulo de cierre incorrecto o falta de tensión en los bornes de entrada de bobina, la avería está en el módulo electrónico, cuya verificación no es posible con los medios al alcance del técnico automovilista y debe ser sustituido dicho módulo. No obstante, antes de realizar esta operación, es conveniente verificar si le llega señal del captador de impulsos, pues podría estar allí la avería. Conectando un voltímetro de corriente alterna en la llegada de impulsos al módulo y seleccionando una escala adecuada, puede comprobarse la presencia de impulsos. En la verificación individual de los componentes, seguiremos las pautas marcadas en los anteriores capítulos. En particular, debe prestarse especial atención al generador de impulsos situado en la cabeza del delco, que debe mantenerse limpio y sus conexiones en perfecto estado. Es conveniente resaltar que en cualquier verificación deben seguirse las instrucciones dadas por el fabricante, pues la conexión inapropiada de cualquier aparato de medida, puede ser causa de avería en el módulo electrónico. Por 10 que se refiere a los sistemas de encendido electrónico integral, cuando no se logra el arranque del motor o se tiene un funcionamiento irregular del mismo, deberá comenzarse la verificación del circuito comprobando si hay salto de chispa en la bujía, como se ha detallado para un encendido convencional. Si no se obtiene chispa, deberá comprobarse si la alimentación de tensión del módulo es correcta, para 10 cual se suelta el conector A (Fig. 10.35) Y se conecta una lámpara de pruebas entre los bornes + y - debiendo encenderse cuando

Fig. 10.35.

335


se acciona la llave de contacto. Si no fuera así, indica que el circuito de alimentación es defectuoso o la toma de masa es incorrecta, 10 que deberá ser revisado de la manera consabida. Cuando se observa que la alimentación de corriente es correcta, se soltarán los terminales 9 y 10 del primario de la bobina de encendido para conectar entre ellos una lámpara de pruebas. Al accionar el motor de arranque, la lámpara debe encenderse a impulsos periódicos. Si no fuera así, existe defecto en el módulo electrónico o en el captador P, que deberá ser verificado por medio de un voltímetro de corriente alterna, comprobando que genera señal con el giro del motor a velocidad de arrastre. El cap atador magnético puede verificarse también midiendo su resistencia óhmica, que debe ser la estipulada por el fabricante (generalmente de valor aproximado a 150 ohmios). Su posición de montaje con respecto al volante motor y la corona dentada debe ser de un milímetro de separación. Es importante destacar que para conectar la lámpara de pruebas entre los bornes 9 y 10, étos deben estar desconectados del módulo, como muestra la figura, pues en caso contrario, se produce la destrucción del módulo, dado que a éste le pasaría una corriente mayor a través de la lámpara que la correspondiente al paso por el primario de la bobina. En cuanto a la cápsula de depresión se refiere, la comprobación de su correcto funcionamiento se realiza con el motor girando a 3.000 r.p.m. En estas condiciones, se suelta unos instantes el tubo de conexión de vacío al carburador y el régimen debe disminuir. Si no fuera así, la cápsula es defectuosa, lo cual puede ser también constatado con la ayuda de una bomba de vacío, como en el caso de los encendidos convencionales. El correcto funcionamiento de los sistemas de avance del encendido puede ser verificado con la ayuda de una pistola estroboscópica, del mismo modo que en un encendido convencional.

336

11 Circuito de alumbrado

11.1. NECESIDAD DEL SISTEMA DE ALUMBRADO Para que un vehículo pueda circular de noche sin peligro, se hace necesario iluminar el camino por el que transita; pero en la actualidad, es tan necesario como esto, el que los demás usuarios de la vía pública puedan ver por detrás a este vehículo. Es por estas causas que resulta imprescindible disponer en los automóviles una serie de luces anteriores y posteriores, que de otra parte están reglamentadas y tipificadas en el Código de la circulación. De acuerdo con este Código, los automóviles han de estar provistos de dos luces blancas o amarillas en la parte delantera y dos o cuatro proyectores de largo alcance. En la trasera deberán incorporar dos luces rojas, iluminación de la placa de matrícula y dos reflectores o catadióptricos rojos también. El tamaño, posición, separación y potencia de estas luces, están regulados internacionalmente, así como el uso de faros auxiliares, de niebla, etc. Las normas estipulan que debe existir un alumbrado de: a)

Carretera o larga distancia, formado por dos o cuatro proyectores de largo alcance, capaces de alumbrar hasta una longitud de 100 m por delante del vehículo y con una intensidad máxima total de 225.000 candelas.

b)

Cruce, formado por dos proyectores que iluminan una zona de 40 m por delante del

vehículo, sin deslumbrar a los conductores que circulen en sentido contrario ni demás usuarios de la vía pública. e) Ordinario, formado por dos luces blancas o amarillas en la parte delantera y otras dos rojas en la trasera, visibles de noche a una distancia mínima de 300 m (con tiempo claro), que no deslumbren ni molesten a los demás usuarios de la vía pública. d)

Placa posterior de matricula, que debe permitir leer la inscripción desde una distancia de 20 m en tiempo claro, y no deslumbrar ni molestar a los demás usuarios de la vía pública.

11.2. FOTOMETRIA y UNIDADES DE MEDIDA Para conseguir la iluminación del espacio necesario por delante del vehículo, es preciso transformar la energía eléctrica en luminosa, lo que se consigue mediante el empleo de lámparas de incandescencia. La composición de estas lámparas puede apreciarse en la Fig. 11.1. Están formadas por un filamento F, generalmente de tungsteno, que al ser recorrido por la corriente se calienta hasta una temperatura de unos 2.600 oC, poniéndose incandescente e irradiando energía 337

CIRCUITO DE ALUMBRADO

luminosa y calorífica. De esta forma se transforma la energía eléctrica de que se dispone en el automóvil, en energía luminosa.

v

Fig. 11.1.

El filamento está colocado dentro de una ampolla de vidrio V, en la que se ha hecho el vacío y rellenado el espacio con algún gas inerte, generalmente argón, pues en contacto con el aire, la elevada temperatura que adquiere el filamento produciría la combustión del oxígeno y el filamento se quemaría. En algunas lámparas se colorea el cristal de la ampolla (al fundirlo) con cromo o cadmio, que le dan un tono amarillento. Estas lámparas son obligatorias en determinados países, para los vehículos matriculados en ellos. De los extremos del filamento, uno se une a la parte metálica del casquillo e, que es quien soporta la ampolla de vidrio, y el otro a un borne en la parte inferior del casquillo. La vibración a que está sometida la lámpara en el automóvil exige que su filamento vaya bien sujeto y sea lo suficientemente robusto. Con este fin se refuerza en las zonas de conexión a los bornes del casquillo. El casquillo es un manguito cilíndrico de latón, que se rellena por el interior con vidrio prensado, el cual soporta el filamento por sus extremos. En el exterior lleva unos «tetones» que se utilizan para la sujeción de la lámpara al portalámparas. Los rayos luminosos emitidos por una lámpara, no se reparten uniformemente en todas las direcciones. La distribución del flujo luminoso depende de la forma de la ampolla y de su montaje. Este flujo es la cantidad de luz irradiada en todas las direcciones por una fuente luminosa. Su unidad de medida es el lumen (lm), que es el flujo luminoso radiado a través de un corte de 1 m 2 de área realizado en una esfera opaca, en el centro de la cual está situada una fuente luminosa de una candela. Siendo el área de una esfera 4nr 2 , la de un metro de radio es 12,57 m 2 , lo cual supone que una candela emite 12,57 lúmenes (lm). La unidad de la intensidad luminosa es la candela (cd), siendo dicha intensidad luminosa una emisión de luz en una dirección dada. Un flujo luminoso de un lumen cayendo perpendicularmente y de manera uniforme sobre una superficie de un metro cuadrado, produce un alumbrado de un lux (Ix). Así, pues, el lux es la unidad de medida del alumbrado o la iluminación. Se demuestra experimentalmente que la iluminación de una superficie, es directamente proporcional a la intensidad luminosa de la fuente emisora, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre la fuente luminosa y la superficie iluminada. La luminancia de una fuente luminosa es el cociente de su intensidad en candelas por su superficie en metros cuadrados. La unidad de luminancia es el Nit. 1 Nit = 1 cdjm 2 • El rendimiento luminoso se da en lúmenes por vatio (ImjW) y se le denomina también intensidad luminosa específica. En las lámparas actuales, el rendimiento luminoso oscila entre 9 y 20 lmjW, 10 que corresponde a un consumo de 0,5 a 0,75 W por candela. 338

FAROS

11.3. FAROS

Para la iluminación del camino por el que ha de circular el vehículo, se emplean los alumbrados de carretera y cruce. Utilizan para su función los faros, en número de dos generalmente, situados uno a cada lado del vehículo en su parte delantera, embutidos en la chapa de la carrocería. Están formados por una parábola o reflector R (Fig. 11.2), que se cierra mediante un cristal tallado en prismas. En el reflector se sujeta la lámpara, de manera que la posición del filamento en la prábola sea la más conveniente. De esta forma, los rayos de luz son reflejados por el reflector, cuya cara interna va recubierta por una fina capa de cromo, consiguiéndose una mayor intensidad luminosa. El conjunto así formado se sujeta a la carrocería por medio de la cazoleta P, montada en los correspondientes alojamientos en la parte frontal del vehículo, integrándose en la carrocería siguiendo la línea de la misma. R

p

Fig. 11.2.

La Fig. 11.3 muestra otro modelo de faro, en este caso de forma rectangular, cuyo reflector G se cierra por su parte delantera con el cristal tallado F y su correspondiente junta de estanqueidad. Al reflector se fija la bombilla H por medio del casquillo D provisto del conector eléctrico e y todo el conjunto se aloja en la carcasa B, que a su vez queda incrustada en el hueco de la carrocería, como muestra el detalle de esta misma figura. El protector A impide la entrada de polvo al interior de la carcasa.

Fig. 11.3.

Los faros deben llevar a cabo dos tareas opuestas: De una parte es necesaria una luz potente para realizar una conducción segura, con una cierta difusión cerca del vehículo, a fin 339


de obtener una buena iluminación que permita ver bien el pavimento y la cuneta. De otra parte, como esta luz deslumbrará inevitablemente a los conductores de los vehículos que circulen en sentido opuesto, hace falta otra luz más baja o de cruce, que sin deslumbrar, permita una iluminación suficiente para mantener una velocidad razonable con la suficiente seguridad. El alumbrado «intensivo» o de carretera se consigue situando la lámpara en el interior de la parábola, de manera que su filamento coincida con el foco geométrico de la misma. Así, los rayos de luz que despide el filamento son devueltos por el reflector, de manera que en conjunto forman un haz de luz paralelo. Si el filamento se coloca detrás del foco geométrico de la parábola, el haz de luz sale divergente, y si se coloca delante, convergente. Estos efectos pueden verse en la Fig. 11.4, detalles a, b y c, respectivamente.

Fig. 11.4.

El foco geométrico de una parábola es, por definición, el único punto para el que los rayos reflejados son paralelos. Para el alumbrado de carretera se obtiene, por consiguiente, una intensidad luminosa considerable por un haz de rayos paralelos de gran alcance. Sin embargo, el objeto buscado no es el de proyectar los rayos lo más lejos posible delante del vehículo, lo que no alumbraría eficazmente sino un punto a gran distancia. Es preciso obrar de tal manera, que el haz se extienda en una banda repartiéndose sobre toda la anchura de la carretera y, que incida en el suelo desde unos metros por delante del vehículo hasta la mayor longitud posible. Para lograr este efecto, el cristal del reflector suele ir tallado formando prismas triangulares, de tal forma que se consiga una desviación hacia abajo del haz luminoso (Fig. 11.5) y una dispersión en el sentido horizontal.

Fig. 11.5.

340

FAROS

Aunque con esta disposición del filamento se consigue una buena iluminación, es indudable que deslumbrará a los conductores de los vehículos que circulan en sentido opuesto. Para evitarlo se dispone el alumbrado de cruce, que se obtiene colocando un segundo filamento por delante del foco geométrico de la parábola (Fig. 11.6), con lo que salen convergentes los rayos de luz. Este filamento tiene la particularidad de disponer una pequeña pantalla por debajo de él que evita, como se ve en la figura, que los rayos de luz que despide el filamento hacia abajo, sean reflejados por el reflector, con lo cual, solamente lo son los que salen hacia la mitad superior del mismo, que parten del reflector con una cierta inclinación hacia abajo, lo que supone un corte del haz de luz, que incide en el suelo a una menor distancia evitándose el deslumbramiento. Los filamentos de las luces de carretera y cruce se disponen generalmente en una sola lámpara, tal como puede verse en la Fig. 11.7. La potencia eléctrica de los filamentos suele ser de 40 W para el de cruce y 45 para el de carretera. Para su fijación al portalámparas, suelen ir provistas de tres patillas, que, de otra parte forman los bornes de conexión, tal como puede verse en la figura. En otros casos, el casquillo cilíndrico de la lámpara se aloja en un portalámparas también cilíndrico, al cual se fija por mediación de unos tetones. Los bornes de la lámpara quedan en el fondo del casquillo.

32-5

28.8±O.35

77·-6

Fig. 11.6.

Fig. 11.7.

En la actualidad, el reflector y el cristal se montan sellados de fábrica, con lo que resultan indesmontables. El conjunto así formado recibe el nombre de «óptica de faro». En la Fig. 11.8 puede verse una óptica A formada por el cristal y el reflector o parábola, en cuya parte posterior B se aloja la lámpara e de carretera y cruce, f~ándose al reflector por medio de clips. El conector D realiza la conexión de la instalación eléctrica a los bornes de la lámpara, la cual solamente admite una posición de montaje, de manera que la pantalla situada por debajo del filamento de cruce quede en la posición adecuada. Si pudiera montarse en cualquier otra posición, puede ocurrir que la pantalla quede por encima del filamento, en cuyo caso, los rayos de luz saldrían dirigidos hacia arriba en vez de hacerlo hacia el suelo, con el consiguiente deslumbramiento. Las ópticas de faro anteriormente reseñadas, presentan el inconveniente de que gradualmente sufren una disminución de su intensidad luminosa, ya que unido al ennegrecimiento gradual del mismo, hacen que la superficie recubierta de cromo vaya perdiendo brillo, por cuya causa, la intensidad de luz reflejada es menor. Por este motivo comenzaron a utilizarse los faros sellados, que a la particularidad de que la parábola del reflector y el cristal van sellados, unen la de que la lámpara forma una sola pieza con este conjunto, como se ve en la Fig. 11.9, sobresaliendo al exterior las patillas correspondientes a los bornes de los filamentos. En el interior de estos faros está hecho el vacío y rellenado el espacio con gas inerte, dado que los filamentos van al descubierto, es decir, que la misma óptica hace de ampolla. 341


~ I I

4 I

I

______1

D _______________ 1 Fig. 11.8.

Fig. 11.9.

El inconveniente principal de este sistema estriba en que cuando se rompe el cristal, los filamentos de la lámpara se funden, por cuya causa, en algunos casos se rodean los filamentos con una ampolla normal de vidrio, de manera que la iluminación continúa aunque se rompa eventualmente el cristal. A pesar de esta solución, persiste el inconveniente de que es necesario sustituir la óptica cuando se funde cualquiera de los filamentos de la lámpara. 11.4.

ALUMBRADO DE HAZ ASIMETRICO

En la actualidad, el tráfico rodado es muy intenso, no sólo en ciudad sino también en carretera, por cuya causa, en circulación nocturna es necesario rodar con la luz de cruce casi todo el tiempo, para no deslumbrar a los conductores de los vehículos que vengan de frente. Dado el corto alcance de esta luz y el pequeño deslumbramiento que se sufre en el cruce con otro vehículo que circule en sentido contrario, existe una disminución de la zona visible de la carretera, que impide distinguir con claridad los objetos situados en ella según el sentido de la marcha. Para paliar en parte este inconveniente, iluminando con mayor intensidad el borde derecho de la calzada, se emplea actualmente el sistema de «alumbrado de haz asimétrico», que tiene

la particularidad de alumbrar a un nivel más alto a la derecha de la carretera que a la izquierda. Este efecto se consigue dando una pequeña inclinación a la pantalla situada por debajo del filamento de cruce, de forma que el corte del haz de luz se levante en un ángulo de 15° sobre la horizontal a partir del centro y hacia la derecha. En la Fig. 11.10 puede verse el resultado de esta disposición. La mitad derecha de la calzada queda mejor iluminada, permitiendo alumbrar los objetos que puedan existir en esta zona con mayor claridad, sin deslumbrar a los conductores que circulan en la dirección contraria. 11.5. LAMPARA DE HALO GENO La intensidad luminosa que proporciona una lámpara de incandescencia, depende de la temperatura que alcance su filamento; cuanto más elevada sea, mayor intensidad luminosa se

obtiene. Así, pues, para elevar el rendimiento luminoso de una lámpara, basta aumentar la temperatura de funcionamiento de su filamento; pero esto da lugar a un grave inconveniente: 342

LAMPARA DE HALOGENO

Efectivamente, con las altas temperaturas se produce la vaporización del tungsteno y algunas partículas se desprenden del filamento. Dicho de otra forma, el aumento de la energía que experimentan los átomos (del tungsteno que forma el filamento) como consecuencia de la elevación de temperatura es tal, que se produce la emisión electrónica, siendo empujados los electrones fuera de sus órbitas.

..--~-

----

--------

Fig. 11.10.

Como consecuencia de esta emisión electrónica, las partículas metálicas del filamento son lanzadas en todas direcciones, yendo a chocar contra las paredes de la ampolla, lo que determina un ennegrecimiento de la misma, que con el tiempo se vuelve más opaca dificultando la emisión del flujo luminoso. Simultáneamente va disminuyendo la sección del filamento, que se debilita de forma paulatina al mismo tiempo que aumenta la densidad de corriente, 10 que supone un acortamiento de la vida de la lámpara. Para paliar estos inconvenientes, se rellena el interior de la ampolla con algún gas inerte (argón o criptón), cuya misión es la de retardar considerablemente el efecto de vaporización del filamento, con 10 que se consigue aumentar la vida de las lámparas; no obstante, queda fijado un límite para la temperatura máxima que debe alcanzar el filamento y, en consecuencia, para la energía luminosa conseguida en la lámpara. El desarrollo tecnológico de los últimos años, ha hecho evolucionar considerablemente las lámparas de incandescencia hasta la obtención de las lámparas de halógeno, en las cuales se conserva el filamento de tungsteno o wolframio, mientras que en el interior de la ampolla se sustituye el argón por algún gas halógeno (generalmente yodo), sometido ahora a mayor presión. En el funcionamiento, debido a las altas temperaturas alcanzadas en el filamento, el tungsteno se vaporiza, al igual que ocurre con el yodo, que se difunde en el interior de la ampolla. Puesto el yodo en contacto con el tungsteno que sale del filamento, 10 retiene combinándose con él, formando yoduro de tungsteno e impidiendo que el metal se deposite en el cristal. El yoduro de tungsteno, al entrar en contacto con el filamento a muy alta temperatura, se descompone a su vez en tungsteno (que se deposita sobre el filamento, regenerándolo) y en yodo, libre para iniciar un nuevo ciclo de regeneración. En este proceso, hay siempre una pérdida de tungsteno que va debilitando el filamento, pero es mucho menor que en las lámparas convencionales (en las que no existe regeneración), lo que supone una vida más larga de las lámparas de halógeno. Debido al aumento de la temperatura de funcionamiento en esta lámpara, se hace necesario sustituir el cristal de la ampolla por cuarzo. Por otra parte, con potencias reducidas como las empleadas en las lámparas del automóvil, para obtener una temperatura conveniente en la ampolla es necesario que el volumen de ésta sea muy pequeño, con 10 que la lámpara de halógeno resulta sensiblemente menor que la convencional y, consiguientemente, más robusta. 343


Con las lámparas halógenas debe tenerse la precaución de no tocar con los dedos el cristal de cuarzo, pues aparte de las quemaduras que puede provocar cuando está caliente, la grasilla depositada con el tacto produce una alteración permanente en el cristal con las altas temperaturas. Por esta razón, cuando se haya tocado el cristal, debe limpiarse con alcohol antes de poner en servicio la lámpara. Este tipo de lámpara presenta la ventaja de que la potencia luminosa es muy superior a la de una lámpara convencional, con un pequeño aumento del consumo de corriente. La ausencia casi total de ennegrecimiento de la ampolla, hace que su potencia luminosa sea sensiblemente igual durante toda su vida. En la Fig. 11.11 puede verse la constitución de una lámpara de halógeno de doble filamento para carretera y cruce, donde se aprecia la disposición en línea de ellos y la situación de la pantalla en el de cruce. El extremo de la lámpara está recubierto con pintura negra especial, con el que se obtiene la característica de corte necesaria.

H-1

Fig. 11.11.

Fig. 11.12.

La consecución de la lámpara de halógeno de doble filamento es relativamente reciente, pues el problema de obtener un haz de cruce al mismo tiempo que el intensivo en una misma ampolla, se ve dificultado por la propia naturaleza del ciclo regenerativo, el cual hace que el tungsteno sea transportado de los lugares fríos a los clientes, por cuya causa, el filamento frío (el que no esté en funcionamiento en un momento dado) quedaría deshecho rápidamente por la acción química si se situase en la forma habitual. Actuando sobre la situación de los filamentos en el interior de la ampolla y el desarrollo de otros ciclos de regeneración, se consiguió la lámpara de halógeno de doble filamento, que en la actualidad es empleada en la mayor parte de los vehículos. La zona recubierta con pintura tiene una influencia directa sobre la distribución de la temperatura en el interior de la ampolla durante el ciclo de halógeno. Atendiendo a la forma de la ampolla, número de filamentos y posicionamiento de los mismos, existen cuatro clases de lámparas halógenas: a) Lámparas H-l, cuyo único filamento está situado longitudinalmente y separado de la base de apoyo. Se utiliza fundamentalmente en faros de largo alcance y antiniebla (Fig. 11.12). b) Lámpara H-2, similar a la anterior pero de menor longitud, es empleada básicamente en faros auxiliares. Las bases de conexión de estas dos lámparas son diferentes entre sí. e) Lámpara H-3, cuyo único filamento está situado transversalmente. Se utiliza principalmente en faros auxiliares antiniebla y largo alcance (Fig. 11.12). d) Lámpara H-4, que es la más comúnmente utilizada. Sus dos filamentos van situados en línea como se vio en la Fig. 11.11. El empleo de la lámpara halógena en lugar de la convencional representa un fuerte aumento de la energía luminosa. Para la luz de carretera, 1.200 1m en lugar de los 700 1m de la lámpara convencional, y en luz de cruce 750 frente a 450 1m. 344

LAMPARA DE HALOGENO

En la Fig. 11.13 puede verse que los faros halógenos dan una mayor profundidad de visión en la luz de carretera, mientras que en la de cruce, aunque la distancia iluminada es la misma (la establecida por el código de la circulación), la luz es mucho más intensa y el haz luminoso más ancho, lo que permite ver mejor los bordes de la calzada.

Fig. 11.13.

Dada la mayor temperatura de funcionamiento de la lámpara halógena y su potencia luminosa, se hace necesario emplear reflectores apropiados a ellas, cuya fabricación requiere unos niveles de calidad y precisión netamente superiores a los de un reflector convencional. En cuanto al cristal de la óptica se refiere, está mucho más cuidado el tallado de los prismas encargados de dirigir con precisión el haz luminoso, especialmente con el funcionamiento de la luz de cruce. En la Fig. 11.14 puede verse el posicionamiento de una lámpara de halógeno 4 en una óptica, donde el casquillo 3 se fija a ella mediante el clip 2. El conector 1 solamente admite una posición de montaje en su conexión a los bornes de la lámpara.

Fig. 11.14.

Fig. 11.15.

Con ello se consigue posicionar correctamente la pantalla situada debajo del filamento de cruce y conectar las entradas de corriente a los filamentos adecuadamente. En esta misma figura puede verse que la óptica del faro está provista de un alojamiento, para posicionar la lámpara que corresponde en este caso a la luz de situación delantera, que 345


acopla en el interior de la óptica por medio de un casquillo de plástico, que hace al mismo tiempo de portalámparas. En otras disposiciones (Fig. 11.15) la lámpara e se acopla en la óptica por medio del casquillo B, que la retiene en una posición única, de manera que los filamentos queden debidamente posicionados. En este caso puede verse también la disposición de montaje de la lámpara de situación E, en el alojamiento D de la óptica por medio del portalámparas F. El conector A se acopla en ambas lámparas realizando el conexionado con la instalación eléctrica.

11.6. DISPOSICION DE LOS FAROS Una gran parte de los automóviles disponen dos faros en la parte delantera para el alumbrado de carretera y cruce, donde cada uno de ellos va provisto de una lámpara de doble filamento, que en las halógenas son del tipo H-4. Estos faros se acoplan a la carcasa embutida en la carrocería, f~ándose a ella por medio de clip s de retención y realizando el apoyo por mediación de unos tornillos (situados en los extremos de una de sus diagonales), mediante los cuales puede realizarse la operación de reglaje del haz de luz, como más adelante se verá. En la Fig. 11.16 pueden verse las fijaciones 2 y 3 y en la diagonal opuesta, los tornillos de reglaje. En otros casos, el conjunto del faro se fija directamente a la carrocería (Fig. 11.17) en ambos laterales, por mediación de tornillos, quedando en este caso el sistema de reglaje por detrás del faro.

Fig. 11.16.

Fig. 11.17.

En algunas ocasiones se disponen dos faros adicionales (Fig. 11.18) de largo alcance, con lámpara de un solo filamento (halógena), que lucen en la posición de carretera únicamente, complementando la luz que proporcionan los faros convencionales y dotando al vehículo en esta posición de una excelente iluminación. Estos faros suelen ser de menor. tamaño que los convencionales y van situados entre los anteriores, fijándose a la carrocería de forma similar a la ya explicada, tal como puede verse en la figura. En la disposición llamada de «faros cuádruples», se dota al vehículo de dos faros en cada lado, de los cuales, los centrales van equipados con lámpara halógena de un solo filamento, funcionando de manera similar a la disposición anterior. Esta combinación presenta el inconveniente de que al cambiar al alumbrado de cruce desde el intensivo, hay una gran reducción de la intensidad luminosa, que provoca la fatiga 346

DISPOSICION DE LOS FAROS

ocular del conductor, al tener que acomodarse sus retinas a esta brusca reducción de luz. Por esta causa, actualmente se dota a los cuatro faros de lámparas halógenas, funcionando los exteriores en alumbrado intensivo y los interiores en el de cruce, o bien los cuatro en alumbrado intensivo y los dos exteriores en cruce, pues con el empleo de lámparas halógenas, la reducción de la intensidad luminosa al pasar al alumbrado de cruce no es tan acusada.

Fig. 11.18.

Fig. 11.19.

En la Fig. 11.19 pueden verse los faros 1 y 2 de un lado del vehículo y sus fijaciones 5 y 6, similares a las ya tratadas. También pueden observarse los tornillos de reglaje. En los automóviles modernos, el capítulo de la resistencia aerodinámica tiene una gran importancia en base a conseguir un mayor índice de penetración con el que se logra disminuir el consumo de combustible. Por esta razón, la mayor parte de los automóviles de turismo han visto reducida la superficie frontal del vehículo, con la consiguiente disminución del espacio disponible para la colocación de los faros. Sin embargo, el alumbrado del vehiculo no debe resultar perjudicado en ningún caso y, por ello es por lo que se han desarrollado diferentes tecnologías de proyectores, que proporcionan condiciones óptimas de iluminación de la calzada con una ocupación mínima de espacio. Destacan por su eficacia los proyectores llamados de polyellipsoid, que con un diámetro tan sólo de 60 mm permiten alcances de iluminación que hasta ahora únicamente eran posibles con proyectores de tamaño cuatro veces superior. La distribución del alumbrado sobre la calzada se realiza a través de una lente convergente (Fig. 11.20), en la cual, el diafragma interpuesto entre el objetivo y el reflector proporciona una exacta definición de las zonas de delimitación de claridad y oscuridad. Cualquiera que sea la disposición de los faros, en la utilización del vehículo pueden plantearse problemas, pues es obvio que para vehículo cargado (cuatro pasajeros y equipajes) hay una transferencia del peso hacia la parte trasera, quedando la delantera descargada, lo que provoca una subida del haz de luz, que aún con el alumbrado de cruce llega a deslumbrar a los conductores de los vehículos que circulen en sentido contrario. Para corregir este defecto de utilización, se dispone en los faros un mecanismo capaz de modificar la posición de los mismos, inclinando los faros un cierto ángulo hacia abajo. 347


Fig. 11.20.

En muchos casos, como el de la Fig. 11.21, el tornillo de reglaje 8 descansa sobre la leva 6, que puede bascular un poco arriba y abajo presentando dos alturas al tornillo, que determinan dos posiciones del faro, de las cuales, una corresponde a vehículo vacío (conductor solo o bien dos personas adelante) y otra a carga completa, en la cual se obtiene un haz de luz más bajo.

Fig. 11.21.

En otros vehículos, este dispositivo es accionado mecánicamente desde el interior, por medio de un mando M (Fig. 11.22) que gobierna el conductor, girando el cual, se desplaza adelante o atrás el cable C, que a su vez acciona a los B, los cuales hacen subir o bajar progresivamente los faros, obteniéndose la iluminación más adecuada a la carga del vehículo. La caja de reenvío A aloja los extremos de los tres cables, que se unen por medio de la placa desplazable P. El conjunto va impregnado en grasa que facilita el desplazamiento, y cubierto por la tapa T que lo resguarda del polvo y la suciedad. 348

DISPOSICION DE LOS FAROS

Fig. 11.22.

En la actualidad, los mandos hidráulicos de reglaje de faros han sustituido con ventaja a los mecánicos, como el tratado anteriormente. En la Fig. 11.23 se ha representado uno de estos modelos, en el cual, el pomo P hace girar al eje E, que acciona dos émbolos (uno por faro), cuyos recorridos en el interior de los cilindros C, desplazan el líquido allí encerrado hacia los bombines B, o 10 hacen retroceder desde ellos por medio de los tubos T que los interconectan (véanse los detalles de sección de ambos). Los émbolos encerrados en los bombines B, accionan los faros haciendo subir o bajar el haz de luz a voluntad del conductor.

Fig. 11.23.

349


11.7.

LUCES DE POSICION

Estas luces determinan la posición del vehículo situándolo en la calzada. Para esta función se disponen dos pilotos delanteros y dos traseros, embutidos en la carrocería en ambos frontales y cerca de los extremos, quedando situados algo más bajos que los faros. En algunas ocasiones, los pilotos delanteros están embutidos en el mismo paragolpes, como se vio en la Fig. 11.19, o forman parte del propio faro (Fig. 11.14). Los pilotos traseros se sitúan por encima del paragolpes (Fig. 11.24, fijándose a la carrocería por medio de tornillos que se acoplan por el interior del maletero, como se muestra en la figura.

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Fig. 11.24.

Estas luces se utilizan en circulación urbana nocturna, cuando la vía por la que se transita está suficientemente iluminada. Los pilotos delanteros están constituidos generalmente por una carcasa 1 (Fig. 11.25), de la que forman parte los portalámparas 3, de los cuales uno aloja la lámpara del alumbrado de situación y el otro la del sistema de intermitencias. El piloto se cierra con la tapa de plástico transparente 2 y se fija a la carrocería del vehículo. Otras veces se dispone un solo portalámparas, que aloja una lámpara de doble filamento: uno para la luz de situación y el otro para la de intermitencias.

Fig. 11.25.

350

Fig. 11.26.

INSTALACION DE ALUMBRADO

En la Fig. 11.26 puede verse la disposición de un piloto trasero, con portalámparas para la luz de marcha atrás 5, intermitente 3 y situación 4, que está combinada con la luz de stop. La tapa transparente que cierra este piloto, también llamado «linterna» tiene una tonalidad distinta para cada una de las luces: blanca para la marcha atrás, ambar para la intermitencia y roja para situación y stop. Modernamente se disponen los pilotos traseros de manera que los portalámparas quedan montados en una placa de circuito impreso, que se fija a la carrocería por el interior del maletero, en un cajeado apropiado, de manera que cada lámpara queda metida en un pequeño reflector. La Fig. 11.27 muestra esta disposición en la que se han señalado con flechas los puntos de fijación a la carrocería, de la placa del circuito impreso, la cual, a su vez, dispone de un conector para su unión a la instalación eléctrica.

Fig. 11.27.

Fig. 11.28.

La potencia eléctrica de las lámparas de situación es de 4 a 5 W. Estas lámparas suelen adoptar la forma de ampolla representada en la Fig. 11.28, disponiendo de uno o dos filamentos. En el caso de doble filamento, los pitones de fijación son asimétricos para que la lámpara sólo sea montable en una única posición. En combinación con estos pilotos traseros, se diponen otros para la iluminación de la placa de matrícula, siendo similares las lámparas empleadas. Llegados a este punto es preciso hacer notar, que las lámparas se clasifican de acuerdo con el diámetro de su casquillo, potencia eléctrica, tensión y tamaño de la ampolla y del casquillo. Los tipos más pequeños no suelen llevar encerrado gas inerte alguno. En el interior de la ampolla solamente se ha hecho el vacío.

11.8. INSTALACION DE ALUMBRADO La interconexión eléctrica de faros y pilotos se realiza por medio de la instalación de alumbrado. Comprende esta instalación las luces de posición, carretera y cruce, todas ellas con sus correspondientes «testigos», y la iluminación del cuadro de instrumentos del vehículo. 351


El esquema general se ha representado en la Fig. 11.29, donde pueden verse, además de estas luces, los correspondientes fusibles, el interruptor general de alumbrado y el mando del cambio de luces.

Fig. 11.29.

Cuando se cierra el interruptor F, se establece la corriente de batería, que llega hasta el borne A del mando de luces. De este mismo borne pasa hasta el fusible B, y de allí a los pilotos traseros (que van conectados en derivación entre sí), y la placa de iluminación de matrícula. El mando de luces puede adoptar tres posiciones: cuando está en la e, la corriente sale de él por el borne e hasta el fusible H y, desde allí, hasta los pilotos delanteros P. En esta posición se encienden las luces de situación delanteras y traseras. Si se coloca en la posición D, la corriente que llega hasta el borne A del mando de luces, se deriva desde aquí para los pilotos traseros, de la misma forma que ocurría anteriormente, También desde este borne pasa la corriente a D y de aquí al fusible J, desde donde va a los filamentos de cruce de los faros, conectados en paralelo. Si el mando de luces se coloca en la posición E, la corriente que llega de la batería al borne A, además de ir hasta los pilotos traseros, llega al borne E del mando y de aquí al fusible K, de donde va a los filamentos de las luces de carretera. La luz Tp va conectada con la posición trasera y, por tanto, luce siempre que esté accionado el interruptor del alumbrado F. De este mismo punto suele tomarse la corriente para la iluminación del cuadro de instrumentos. La luz Te, situada como la anterior en el tablero de instrumentos, se enciende cuándo se coloca el mando de luces en la posición E, que es precisamente cuando se manda corriente a las luces de carretera, lo que indica al conductor que se va circulando con el alumbrado intensivo. . El circuito de alumbrado representado en la Fig. 11.29, es el que podría considerarse como básico y de hecho algunos vehículos emplearon esta disposición. El aumento experimentado en la corriente de alumbrado con el empleo de lámparas halógenas o faros cuádruples, supone una carga adicional para los contactos deslizantes del mando de luces, que establecen el circuito entre el borne de llegada y las diferentes salidas, produciéndose un calentamiento de las láminas metálicas que establecen estos contactos, 352

INSTALACION DE ALUMBRADO

llegando a perder su elasticidad con el consiguiente deterioro de la conexión y la aparición de caídas de tensión. Ello determina el empleo de mandos de luces apropiados, o la instalación de relés en las posiciones de alumbrado con mayor consumo eléctrico (carretera y cruce), lo que a su vez supone un cambio esencial del circuito eléctrico, cuya instalación ha de amoldarse al tipo de mando de luces empleado y al uso de los relés. En la Fig. 11.30 se ha representado un tipo de instalación, en el que puede destacarse el empleo de un mando de luces con salidas independientes para cada uno de los faros de carretera y cruce, lo cual limita la corriente a través de los contactos deslizantes, que ahora se reparte.

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Fig. 11.30.

En la salida de carretera y para alimentar los faros de largo alcance, se dispone un relé, cuya bobina es alimentada a través de los contactos deslizantes del mando de luces, en cuyo momento se establece el circuito del relé, llegando la corriente hasta los faros directamente desde la batería. Puede también verse en este modelo de instalación, un dispositivo de luz antiniebla trasero, consistente en instalar una lámpara adicional en el piloto trasero izquierdo (en otros casos en los dos), que es alimentada desde la posición de luz de cruce del mando, cuando se acciona el interruptor 1. Los testigos Tp, Te, TI y Tn, están situados en el cuadro de instrumentos y señalan al conductor del vehiculo el tipo de alumbrado que está en funcionamiento. En la generalidad de los mandos de luces se dispone también un contacto deslizante, con el que se consiguen las luces de «ráfagas» al accionar el pulsador del mando. En los diferentes modelos de automóviles, las ráfagas se obtienen encendiéndose la luz de cruce estando encendidas las de situación o carretera, o bien las de carretera estando encendidas situación o cruce. En otros casos, se consigue una ráfaga de cruce para la posición de situación del mando y otra de carretera para la posición de cruce. La Fig. 11.31 muestra el emplazamiento de un mando de luces en el interior del vehículo, fijado a la columna de dirección al alcance del conductor. A los bornes de este mando se unen 353


los cables correspondientes a la llegada de corriente y las diferentes salidas para cada una de las luces del sistema de alumbrado.

Fig. 11.31.

11.9. LUCES DE STOP Y MARCHA ATRAS Reglamentariamente deben existir dos luces rojas (una a cada lado) en la parte trasera del vehículo, que se encienden cuando el conductor acciona el pedal del freno, avisando con ello a los demás conductores que se va a detener el vehículo o moderar su marcha. Al objeto de que resulte claramente destacado el encendido de esta luz, aún estando en funcionamiento las de situación, se disponen lámparas de 18 a 25 W, que se incorporan en los pilotos traseros, generalmente en combinación con las de situación (en el mismo portalámparas), tal como ya se VIO. El encendido y apagado de esta luz se realiza por medio de un interruptor especial, que es accionado por la presión reinante en el circuito hidráulico de los frenos. En la Fig. 11.32 se ha representado uno de estos interruptores, cuya boca A se rosca generalmente a la propia bomba de frenos. En el interior se disponen los contactos B y e, que se encuentran separados en posición de reposo por la acción de un muelle no representado en la figura. El borne E recibe corriente a través de la llave de contacto y un fusible, y el F se une a los pilotos traseros. Cuando se acciona el pedar del freno, se obtiene una presión en el circuito hidráulico que obliga a los contactos B y e a cerrarse, en cuyo momento queda establecido el circuito eléctrico encendiéndose las luces de stop. Al soltar el pedal del freno, desaparece la presión y los contactos B y e vuelven a su posición de reposo, quedando interrumpido el circuito eléctrico. En otros casos, el interruptor de stop es puramente mecánico, tal como se ha representado en la Fig. 11.33. El funcionamiento es ahora contrario al anterior. Cuando el pedal del freno está suelto, el vástago V permanece pulsado por el propio pedal, que descansa sobre él, y los contactos A y B están separados. Al pisar el pedal d~l freno, queda en libertad el vástago V, juntándose los contactos por la acción del muelle ÑÍ, quedando cerrado el circuito y encendiéndose, por tanto, los pilotos de stop. 354

FAROS ADICIONALES

v

o--'---'

...-

~-

G

Fig. 11.32.

Fig. 11.33.

La Fig. 11.34 muestra el emplazamiento de este interruptor en las proximidades del pedal del freno, fijado en B para que su palanca móvil apoye en el propio pedal, de manera que al pisarlo deje en libertad la palanca del interruptor, estableciendo el circuito eléctrico.

Fig. 11.34.

De los cables A conectados a él, uno trae corriente a través de la llave de contacto y el otro la lleva a los pilotos traseros cuando se establece el circuito (pedal pisado). En algunos vehículos se disponen una o dos luces blancas en la parte trasera, que se encienden cuando se da marcha atrás al vehículo. Estas luces están gobernadas por un interruptor mecánico similar al de stop, que es accionado por la palanca del cambio de velocidades cuando se selecciona la marcha atrás, o bien por el eje de mando del piñón de marcha atrás (en la caja de cambios), en cuyo caso el interruptor está situado en la misma caja de cambios. Las luces de marcha atrás van situadas en los mismos pilotos traseros en la mayoría de los casos, al igual que ocurre con las luces de stop. 11.10.

FAROS ADICIONALES

Se consideran faros adicionales los antiniebla y los de largo alcance añadidos al vehículo en alojamiento diferente al de los faros convencionalés de carretera y cruce.

355


La misión de los faros antiniebla es producir un alumbrado más bajo y cercano que el de la luz de cruce. Se montan uno a cada lado del vehículo, en su parte delantera, generalmente por debajo del paragolpes, como muestra la Fig. 11.35, fijándose al faldón delantero por medio de una pletina 1 sujeta por tornillos 2 en el propio faldón. Este tipo de faro da una luz amarilla baja y a corta distancia, que mejora la visibilidad en caso de niebla, complementando la luz de cruce, consiguiéndose una gran intensidad luminosa que ilumina hasta unos 10 m por delante del vehículo, extendiéndose el haz luminoso hacia los lados, dejando bien visibles los bordes de la calzada.

Fig. 11.35.

Los faros de largo alcance complementan la luz de carretera, iluminando la calzada hasta una distancia superior a los 100 m. Se montan en el vehículo junto a los convencionales, disponiendo un alojamiento adecuado en la calandra delantera. En cualquier caso, la constitución de estos faros es similar. Disponen de una parábola G (Fig. 11.36), a la que se acopla una lámpara E fijada con el clip F, que recibe corriente por el cable H y cierra circuito a masa por J. El conjunto se aloja en la carcasa e, que se fija en B, por medio de las tuercas A, a la carrocería o paragolpes. En la utilización de los faros antiniebla, algunas reglamentaciones oficiales exigen que su encendido sea independiente del de la luz de cruce o carretera y no puedan lucir más que cuando se lleve encendida la luz de posición, debiendo apagarse en cuanto se pase a la posición de cruce con el mando de luces. En la mayoría de los países, está permitido el empleo conjunto de esta luz con la de carretera o cruce. En la Fig. 11.37 puede verse seccionado uno de estos faros para aplicación antlmebIas, compuesto por la carcasa 5, a la que se fija la óptica formada por el reflector 1 y el cristal 4. La lámpara de halógeno 3, va recubierta con una ampolla antideslumbrante 2, que elimina los deslumbramientos producidos por la propia luz reflectante. El tallado del cristal distribuye el haz de luz en un ángulo de 50° a 70°, iluminando convenientemente los bordes de la calzada. Una dispersión mayor reduciría la intensidad luminosa en el campo de visión inmediato. 356

FAROS ADICIONALES

Fig. 11.36.

Fig.11.37.

Fig. 11.38.

Los vehículos dotados con luz antiniebla en la parte trasera, disponen la instalación de manera que sea el mismo interruptor el que encienda o apague a la vez las luces delanteras y traseras. Algunos vehículos disponen un piloto especial para esta función, como el representado en la Fig. 11.38, d9nde puede verse el reflector 3, que garantiza una radiación luminosa uniforme y mucho más potente que la de un piloto convencional, lo cual supone que el vehículo sea divisado por detrás desde una mayor distancia (más del doble). La carcasa 2 donde se fija el reflector y el cristal 1 que facilita la concentración del haz luminoso, completan el conjunto del piloto, que se fija en la parte trasera del vehículo, en el lado izquierdo, por medio del mecanismo 4. Los faros adicionales se conectan generalmente por medio de un relé. En la Fig. 11.39 se muestra el esquema de conexiones para los faros antiniebla 1, que toman corriente del borne e del relé 5, que a su vez la recibe de su borne B, directamente del positivo de batería. La activación de los contactos de este relé para cerrar el circuito se logra por medio de una bobina cuyo borne A recibe corriente del interruptor 4, cerrándose el circuito por el borne D y masa 357


en 2. La toma de corriente 3 para los antiniebla suele hacerse en el mismo mando de luces, en la salida de corriente para los pilotos traseros.

2

1I

4

1~1--3 Fig. 11.39.

En la Fig. 11.40 se muestra el esquema de conexiones de un sistema de faros adicionales de largo alcance B, donde éstos toman corriente del borne 87 del relé, que a su vez la recibe por el borne 30 (a través del fusible F) del punto A, que es positivo directo de batería. La bobina del relé se conecta por el borne 85 a masa y toma corriente a través del interruptor 1, del borne E, correspondiente al hilo de llegada de corriente al faro, para la luz de carretera. El interruptor, en este caso, dispone de una luz testigo como se ve en la figura.

F

30

A

B

87

-=

85

.".

.".

B

+

==-

~= --

86 E

Fig. 11.40.

11.11. ALUMBRADO DEL INTERIOR DEL VEHICULO La iluminación del interior del vehículo se encomienda generalmente a dos pequeños plafones situados en ambos costados, entre las puertas delantera y trasera, en la unión al techo. El encendido y apagado de estas lámparas lo realizan sendos interruptores, que son accionados al abrir las puertas delanteras, aunque también puede conseguirse por mediación de interruptores incorporados en los mismos plafones. 358

EFECTOS DE LA VARIACION DE TENSION EN EL CIRCUITO DE ALUMBRADO

En la Fig. 11.41 se ha representado un modelo de instalación para el alumbrado del interior del vehículo, formado por dos plafones A, constituidos por una lámpara y un interruptor. Accionando cualquiera de estos interruptores se consigue el encendido de las luces. En la misma instalación se disponen también los pulsadores P que cierran el circuito cuando se abre la puerta delantera correspondiente, con cuya acción se consigue el encendido de la luz. A este fin, los pulsadores van alojados en el montante de la puerta. También se dispone en los vehículos un sistema de alumbrado del cofre motor y del maletero, cuya instalación eléctrica es similar a la del alumbrado interior. La toma de corriente se realiza en este caso a través del mando de luces, de manera que solamente se obtenga esta iluminación cuando esté conectado el sistema de alumbrado, lo que ocurre generalmente de noche o en casos de poca visibilidad, que es cuando realmente hay necesidad de iluminar estos espacios.

....

.t----e-....-.~----L-- -~I.

P

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Fig. 11.41.

Igualmente es necesario iluminar el cuadro de instrumentos del vehículo y todos los indicadores situados en el tablero, como el reloj horario, cenicero, encendedor, etc., los cuales disponen de las correspondientes lámparas de iluminación, que van conectadas igualmente a través del mando de luces. Para poder variar esta iluminación a voluntad del conductor, a veces se dispone de un reóstato intercalado en el circuito. 11.12.

EFECTOS DE LA VARIACION DE TENSION EN EL CIRCUITO DE ALUMBRADO

La instalación de alumbrado de un vehículo, está alimentada directamente desde la batería cuando el motor del mismo está parado, en cuyo momento se aplica a este circuito la tensión de la batería (13,2 V si está cargada); pero cuando el motor está en movimiento, el generador produce energía eléctrica que además de cargar la batería, queda aplicada a todos los demás circuitos y, por tanto, al de alumbrado. La tensión aplicada en estos momentos, depende del tarado del regulador de tensión (generalmente 14,5 V). Ocurre entonces, que las lámparas de este circuito están sometidas a una variación de tensión de un 10 % aproximadamente, lo que supone que la intensidad luminosa de los faros varía de unas condiciones a otras (cuando el motor gira a ralentí lucen menos). Se ha comprobado que aumentando en un 10 % la tensión de alimentación de una lámpara, su salida luminosa crece en un 20 %, aunque como es lógico, esto supone una carga para el filamento, que acorta su vida. Por estas causas, la lámpara suele calcularse para una tensión algo superior a la que normalmente se le aplicará, consiguiéndose así alargar su duración. Se comprende, pues, la gran importancia que tiene la regulación de la tensión en este circuito también, pues un tarado excesivo del regulador supone acortar notablemente la vida de las lámparas. Por razones similares, la sección de los cables de alimentación de las lámparas de este circuito, deberá ser la adecuada para evitar caídas de tensión superiores a las toleradas 359


en cualquier circuito, que provocarían disminuciones de la intensidad luminosa de las lámparas y calentamientos de los conductores por efecto Joule. La necesidad en que nos encontramos de tener en los conductores un calentamiento limitado, variable según los casos, impone no sobrepasar en ellos una cierta densidad de corriente, que nunca debe ser mayor de 5 A por mm 2 • Si debido al deterioro de los cables (fundas aislantes protectoras), dos puntos que se encuentran a potenciales diferentes se juntan (unión de un cable de alimentación con masa), la resistencia es despreciable (cortocircuito) y la corriente que se origina es muy intensa. El desprendimiento de calor, que, como se sabe, es proporcional al cuadrado de la intensidad, es, por tanto, muy grande y el conductor se pone al rojo vivo, con peligro de inflamar los posibles materiales combustibles que tenga al lado. De esta manera es como se producen los incendios debidos a cortocircuitos. Cuando existe un mal contacto entre dos puntos de un circuito eléctrico, la resistencia entre esos puntos (resistencia de contacto) se hace grande, con 10 que el calentamiento debido al efecto Joule crece en exceso y deteriora poco a poco el aparato. Tal es el caso de los interruptores que no hacen buen contacto, por cuya causa se empleó la doble alimentación en los mandos de luces. Para evitar estos inconvenientes, todos los circuitos deben ir protegidos por fusibles, para que en los casos de cortocircuitos o resistencias de contacto, sea él quien se queme y salte interrumpiendo el circuito. Por este motivo, los fusibles se fabrican de aleación de plomo y estaño, materiales que tienen un punto de fusión muy bajo y que al fundirse dejan abierto el circuito, impidiendo el paso de corriente por él. Generalmente los fusibles protectores de todos los circuitos van colocados juntos en una caja llamada caja de fusibles, que es accesible a las manipulaciones y perfectamente visible al conductor. Generalmente se sitúa en el interior del vehículo a resguardo del polvo y la humedad. Otras veces, en vez de situarla en el habitáculo, se dispone en el cofre motor como muestra la Fig. 11.42, de manera que resulte difícil el acceso a ella de salpicaduras de aceite u otros productos propios del motor.

Fig. 11.42.

11.13.

AYUDA ELECTRONICA PARA EL CIRCUITO DE ALUMBRADO

Son numerosas las aplicaciones de ayuda electrónica a las funciones que debe realizar un circuito de alumbrado, permitiendo automatizar muchas de las maniobras que de otro modo ha de realizar el conductor. En este campo podemos destacar los siguientes dispositivos: 360

AYUDA ELECTRONICA PARA EL CIRCUITO DE ALUMBRADO

a)

Encendido automático de las luces de posición

Con este dispositivo, se logra el encendido de las luces de posición cuando la iluminación ambiental llega a ser escasa. Para conseguir este efecto, se dispone un circuito electrónico (Fig. 11.43), donde en el circuito de base del transistor T se sitúa un divisor de tensión, del que forma parte la resistencia LDR (fotorresistencia), cuyo valor óhmico varía en función de la luz ambiental que incida sobre ella. Cuando hay suficiente luz ambiental, el valor óhmico de la resistencia LDR es pequeño, con lo que a la base del transistor está aplicada prácticamente la misma tensión que al emisor y por ello no conduce, con lo cual, las luces de situación (conectadas en B al mismo borne de salida de luz de posición del mando de luces) están apagadas. Si la luz ambiental es escasa, la fotorresistencia está expuesta a la oscuridad, con lo que su valor óhmico aumenta y el potencial de base disminuye notablemente, llegando a un valor en el que la diferencia con respecto al potencial del emisor hace conducir al transistor, en cuyo caso, la corriente llega desde el colector a B y al borne de salida del mando de luces correspondiente a la luz de posición, encendiéndose. El diodo D y la resistencia R 1 determinan conjuntamente el valor de la tensión de conducción del transistor. La intensidad de iluminación ambiental ante la que reacciona el circuito depende del valor de la resistencia LDR y de su emplazamiento en el vehículo. Para evitar la influencia de los sistemas de alumbrado de otros vehículos, debe situarse la fotorresistencia en un lugar en que no se vea afectada por la iluminación de estos vehículos. Por medio del interruptor 1 puede mantenerse desconectado el sistema . .:.

1

..

. / -........I-.&..-.~

s

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1/1

P

I-------~I' Fig. 11.43.

Fig. 11.44.

b) Avisador acústico de luces encendidas Por medio de una señal acústica proporcionada por un zumbador, se advierte al conductor del vehículo, cuando abre la puerta para apearse del mismo, que deja las luces encendidas, evitándose que se produzca esta situación de olvido. En la Fig. 11.44 se ha representado esquemáticamente este dispositivo, en el cual, el zumbador Z toma corriente del interruptor de alumbrado 1, en la salida para las luces de posición S, y cierra el circuito a masa a través del interruptor P situado en el marco de la puerta del lado conductor (el mismo utilizado en el circuito de la luz interior). El diodo D impide que la luz interior L se encienda a través de las luces de posición S. e)

Cambio automático al alumbrado de cruce

El cambio del alumbrado intensivo al de cruce se realiza por medio de una célula fotoeléctrica situada en la parte delantera del coche, sobre la que incide la luz de los vehículos que 361


circulan en sentido contrario, activándose el circuito electrónico correspondiente, que a su vez acciona un conmutador, cuyas dos posiciones cierran los circuitos de alumbrado de carretera o cruce respectivamente. En la Fig. 11.45 puede verse el funcionamiento de este sistema. Cuando no incide luz sobre la fotorresistencia LDR, el valor óhmico de ésta es alto, por 10 que la base de T l tiene un potencial sensiblemente inferior al emisor y el transistor conduce, lo que implica a su vez la conducción de T 2 , cuya corriente de colector alimenta la bobina del relé K, cuyo contacto móvil e baja hasta juntarse con el D. En esta posición, la corriente de batería que llega desde A pasa a través de estos contactos, desde donde va al relé de carretera del circuito de alumbrado, activándolo y obteniéndose así el alumbrado intensivo.

Ol__- ..... ~

ID

I

K

1/1

p Fig. 11.45.

Cuando la fotorresistencia se ve sometida al efecto de iluminación de los proyectores de un vehículo que circule en sentido contrario, su valor óhmico disminuye notablemente bloqueándose el transistor T l y, por consiguiente, el T 2 , en cuyo caso, la bobina del relé K no es alimentada y el contacto móvil e ocupa su posición de reposo (la representada en la figura). De esta forma, la corriente pasa ahora al contacto E, desde donde va a activar el relé de la luz de cruce, efectuándose de esta manera el cambio del alumbrado. Para lograr un correcto funcionamiento de este sistema, la fotorresistencia LDR debe colocarse en la parte delantera del coche, de manera que solamente incida sobre ella la luz procedente de los vehículos que circulan en sentido contrario, para lo cual debe encerrarse en un tubo y orientar éste convenientemente. La sensibilidad del sistema debe ser tal, que se efectúe la maniobra del cambio partiendo del alumbrado de cruce del vehículo que circula en sentido contrario. En el circuito de base de T l se dispone el potenciómetro P, que permite ajustar el umbral de activación de la conmutación. 11.14. REGULACION DE LOS FAROS Ya se ha visto que el haz de luz proporcionado por los proyectores debe estar debidamente enfocado, para conseguir que el alumbrado de carretera tenga un alcance y una dirección normales y que el de cruce no deslumbre, mientras tiene un alcance máximo. Para llegar a este resultado, es indispensable proceder a la regulación de los faros, la cual se realiza con 362

REGULACION DE LOS FAROS

máquinas apropiadas (regloscopios) o por un procedimiento sencillo consistente en situar el vehículo frente a una pared, contra la que se proyecta el haz de luz. El orden de operaciones a seguir en este último caso es el siguiente: a)

Situar el vehículo con los faros muy próximos a la pared y marcar en ésta sendas cruces que correspondan a la altura y distancia de los centros de ambos faros (cuatro cuando se trate de faros cuádruples), tal como muestra la Fig. 11.46, uniéndolas posteriormente por medio de una línea horizontal. Los neumáticos deben estar inflados a la presión correcta y el vehículo descargado.

Fig. 11.46.

b)

Retirar el vehículo de la pared hasta una distancia B de 5 m, asegurándose al hacerlo que la orientación de las ruedas sea la correspondiente a la marcha en línea recta (volante bien centrado).

e)

Situar el corrector de altura de faros en la posición correspondiente a vaCÍo o el mando interior en el mínimo.

d)

Encender la luz de cruce y actuar sobre los tornillos de reglaje hasta conseguir que el haz de cada uno de los faros, quede 5 cm por debajo de la línea horizontal trazada anteriormente (F) y bien centrado sobre la cruz. Esta operación se realiza con mayor facilidad tapando uno de los faros mientras se regla el otro. Durante la operación se observará si el ángulo formado en el haz asimétrico en el centro de la cruz es el adecuado (15°).

e)

Encender la luz de carretera y comprobar que el haz de cada faro incide sobre la cruz trazada al efecto, tanto si se dispone de dos como de cuatro faros. En este último caso, si los centrales son de largo alcance, el haz debe quedar 2 cm por encima de los correspondientes al alumbrado intensivo normal.

La regulación de los faros puede lograrse también con la ayuda de un regloscopio como el representado en la Fig. 11.47, cuya óptica se sitúa frente al faro que se va a reglar, a la distancia aproximada de 30 cm. El haz de luz incide en una pantalla situada en el fondo del regloscopio, sobre la que están marcadas las líneas convenientes para determinar si el reglaje 363


es correcto. En estos regloscopios se dispone además un fotómetro, en cuya escala puede determinarse si la intensidad luminosa del faro que se está comprobando es correcta, o por el contrario, si el reflector ha perdido brillo y no refleja suficientemente la luz.

Fig.11.47.

Los tornillos de reglaje A y B (Fig. 11.48) están emplazados generalmente en la parte posterior del faro y en los extremos de una de las diagonales del mismo. Con el tornillo B, al apretar, se baja la altura del haz de luz, al mismo tiempo que se desplaza a la izquierda, mientras que al aflojar se obtiene el efecto contrario. El tornillo A actúa a la inversa y, mediante ambos, puede conseguirse un perfecto centrado del haz de luz.

Fig. 11.48.

En otras disposiciones de faros, como la representada en la Fig. 11.49, uno de los tornillos de reglaje está alojado en el mando de posición para vacío o carga. En esta figura pueden verse los tornillos de reglaje 3 y 4, el último de los cuales se aloja en el mando 2 de altura de faros. 364

VERIFICACION y CONTROL DEL CIRCUITO DE ALUMBRADO

1

Fig. 11.49.

11.15.


Son muy variadas las causas por las que debe procederse a la verificación de un circuito de alumbrado, pero pueden agruparse todas ellas en dos grandes apartados: a) avería que implica un funcionamiento defectuoso, y b) mantenimiento periódico. En el primer caso se comprobará que se encienden todas las luces en las distintas posiciones del mando y que la iluminación de los faros es correcta en intensidad luminosa y alcance. En el segundo, se comprobará el estado de los componentes, conexiones, reglajes, etc. Cuando alguna de las luces no se enciende en la posición adecuada del mando, se procederá como primera medida a cambiar la lámpara correspondiente, pues el caso más sencillo es que se encuentre fundida. Si no fuera así, se procederá a localizar la avería con la ayuda de una lámpara de pruebas o un voltímetro, que iremos conectando a los distintos puntos del circuito, para detectar el tramo del mismo al que no llega tensión debido a la avería. Las comprobaciones se realizarán siempre partiendo del final del circuito para terminar en el principio del mismo, siguiendo su recorrido en orden inverso al de la corriente. Es de hacer notar que resulta básico el conocimiento del esquema eléctrico al realizar las comprobaciones, pues según sea la avería, podemos descartar algunos tramos del circuito. Por ejemplo: si es la luz de cruce del lado derecho la que no luce (Fig. 11.29) Y sí lo hace la del izquierdo, la avería está localizada en el tramo comprendido entre el fusible J y el faro derecho. El problema no puede ser del mando de luces en este caso, puesto que se enciende la luz de cruce del lado izquierdo. Por el contrario, si no luciera ninguna de las luces de cruce, es lógico pensar que la avería está localizada en el tramo comprendido entre el fusible y el mando de luces. Si no se enciende luz alguna para cualquiera de las posiciones del mando, es lógico que la avería esté en el tramo comprendido entre la llegada al mando de luces y el borne positivo de batería. En cualquier caso, la existencia de avería en un tramo del circuito, implica que la lámpara de pruebas no se enciende en el extremo final del mismo y sí lo hace en el principio. 365


En la verificación de un mando de luces, teniendo conectado el cableado, como se vio en la Fig. 11.31, se probará si llega corriente a uno de los bornes, utilizando la lámpara de pruebas, que se conectará entre cada uno de ellos y masa. Si no llega corriente a ninguno, la avería es del cableado, cuyas conexiones deben ser revisadas. Manteniendo conectado el cable de llegada y soltando los demás, se comprobará que a cada posición del mando (situación, cruce y carretera) se tiene corriente en uno de los bornes de salida. Si para alguna posición no se enciende la lámpara, al conectarla en las diferentes salidas, el mando es defectuoso y deberá sustituirse. En algunos vehículos, el mando de luces forma un conjunto con el de intermitencias, como se muestra en la Fig. 11.50, en cuyo caso existen dos conectores, uno de los cuales pertenece a la función intermitencias. En este caso es el de cuatro bornes, mientras el de cinco corresponde a la función de alumbrado. Teniendo el mando desconectado de la instalación puede comprobarse su correcto funcionamiento por medio de un óhmetro que se irá conectando entre el borne de entrada y cada una de las salidas dependiendo de la posición del mando. En todos los casos debe indicar continuidad y resistencia cero, pues de lo contrario es que el mando es defectuoso. La verificación de la intensidad luminosa de los faros se realiza con la ayuda del comprobador correspondiente, como ya se vio al describir la operación de reglaje, o bien probando el vehículo en circulación nocturna. Si la intensidad luminosa es escasa, se probará a sustituir las lámparas por si fueran éstas las causantes, debido al desgaste natural que sufren de acuerdo a las horas de funcionamiento. Si no se nota mejoría alguna, se comprobarán los reflectores, cuya superficie cromada debe estar en perfectas condiciones y exenta de polvo. Un reflector sucio, picado o sin brillo, es suficiente para que disminuya notablemente la intensidad luminosa.

Fig. 11.50.

Cuando el defecto no sea debido a ninguna de estas causas, se procederá a verificar el consumo y las caídas de tensión en el circuito. Conociendo la potencia de las lámparas empleadas y la tensión de la batería, puede calcularse el consumo teórico. En el caso de la Fig. 11.29 Y contando con que la potencia de las lámparas de cruce es de 40 W y las de situación 5 W cada una, tenemos para el alumbrado de cruce: Potencia total

= 2·40 + 5·3 = 95W

Si la tensión de la batería es de 12,5 Ven el transcurso del tiempo que dura la verificación, la corriente en el circuito debe ser: W 95 I=-=-=76A V 12,5 ' 366


Si al realizar la medición se obtiene un consumo sensiblemente inferior al calculado, es señal de que existe una resistencia superior a la estipulada en el circuito, que suele estar localizada en las conexiones entre los bornes y terminales y supone una resistencia de contacto que provoca una caída de tensión, con los consiguientes inconvenientes de calentamiento por efecto Joule y disposición de una menor tensión aplicada a la lámpara que tenga en serie esa resistencia de contacto. La comprobación de las caídas de tensión se realiza de forma similar a los circuitos de carga, encendido, etc. En el ejemplo que tratamos, se conectará un voltímetro entre el borne positivo de batería y la llegada de corriente a cada una de las luces de cruce (estando encendidas). La máxima caída de tensión admisible es de 0,5 V. Lecturas mayores indican resistencias de contacto en las conexiones, que habrán de comprobarse individualmente. En estos puntos no es admisible caída de tensión alguna. Si los valores obtenidos en la primera comprobación fueran inferiores a 0,5 V, antes de considerar correcto el circuito de alumbrado, debe comprobarse si el retorno de corriente y las tomas de masa son correctos, para lo cual, se conectará el voltímetro entre el terminal de masa de la lámpara que se está probando (la de cruce en este caso) y el borne negativo de la batería. La aguja debe permanecer inmóvil, pues en caso de acusar valor, indica que existe una conexión defectuosa. La comprobación del alcance de los faros se realiza, como ya se vio, con la ayuda de un regloscopio o colocando el vehículo frente a una pared convenientemente señalizada, como se detalló en la operación de reglaje. En cuanto se refiere al mantenimiento periódico de la instalación de alumbrado, es preciso hacer notar que el reglaje de faros debe realizarse al menos una vez al año o cada 20.000 kilómetros. En todos los casos es conveniente completar esta operación con una inspección ocular de todos los componentes, prestando especial atención al estado de los reflectores y cristales de faros, conexiones, cableado, etc. En cuanto se refiere a los reflectores, es preciso destacar que no deben tocarse las superficies reflectante s de la parábola, pues el empañamiento que se produce hace disminuir la reflexión. En los casos que se encuentren sucios de polvo, pueden limpiarse con un algodón impregnado en alcohol hasta el momento de su sustitución.

367


Cuadro sinóptico de averías (Circuito de alumbrado) SINTOMAS Una de las luces no se enciende.

No enciende ninguno de los faros o pilotos que deben lucir en la misma posición del mando de luces.

No se enciende ningún faro ni piloto del sistema de alumbrado.

No se encienden las luces de stop al pisar el freno.

No se enciende uno de los pilotos de stop al pisar el freno.

No luce alguno de los faros antiniebla o la luz de marcha atrás.

368

CA USAS POSIBLES

PRUEBAS A REALIZAR

REMEDIOS

Lámpara fundida.

Comprobar lámpara.

Sustituir lámpara.

Cable de alimentación cortado.

Comprobar circuito con lámpara de pruebas.

Sustituir cable.

Toma de masa defectuosao

Conectar un nuevo cable de masa para comprobar.

Limpiar las conexiones.

Fusible fundido.

Comprobar fusible.

Cambiar fusible.

Interruptor general de alumbrado defectuoso.

Probar con lámpara de pruebas o voltímetro.

Sustituir interruptor.

Mando de 1uces defectuoso.

Comprobar con lámpara o voltímetro.

Reparar o sustituir.

Cortocircuito en esta posición del mando de luces.

Comprobar con lámpara de pruebas el funcionamiento del mando.


alimentación Cable mando luces cortado.

Comprobar con lámpara de pruebas.

Reparar instalación.

Mando de luces defectuoso.

Comprobar funcionamiento con lámpara de pruebas.

Reparar o sustituir mando.

Bornes de batería flojos o en mal estado.

Verificar si se calientan con el funcionamiento del circuito.

Limpieza de conexiones.

Interruptor de stop defectuoso.



Cable de alimentación cortado.



Cable alimentación piloto cortado.



Lámpara fundida.

Comprobar lámpara.

Cambiar lámpara.

Interruptor general defectuoso.



Cable alimentación cortado.



Lámpara fundida.

Comprobar lámpara.

Sustituir lámpara.


SINTOMAS

CAUSAS POSIBLES

PRUEBAS A REALIZAR

Las luces tienen poco brillo, en particular las de carretera y cruce.

Conexiones defectuosas.

Verificar caídas de tensión.

Reparar conexiones.

Bornes de batería flojos o defectuosos.

Comprobar estado bornes.

Reparar conexión y bornes.

Toma de masa de batería defectuosa.

Comprobar conexión de masa.

Limpieza de la conexión.


Comprobar batería.

Cargar batería.

Mal estado de parábolas o reflectores.

Comprobar en regloscopio.

Sustituir reflectores.

Mando de luces defectuoso.

Comprobar caídas de tensión en el mismo.

Sustituir mando de luces.

Mal tarado del reguladar de tensión (excesiva).

Verificar circuito de carga.

Reparar o sustituir regulador.

Conexiones defectuosas (resistencias de contactolo


Reparar conexiones.

Lámparas se funden frecuentemente.

REMEDIOS

369

12 Circuito de maniobras. Intermitencias y claxon 12.1. CIRCUITO DE INTERMITENCIAS

Aunque las luces de freno y marcha atrás pudieran considerarse comprendidas en el circuito de maniobras, se ha dado en llamar así solamente al circuito de luces intermitentes, que funcionan cuando el vehículo va a realizar un cambio de dirección, adelantamiento, detención, etc. Los primeros tipos de indicadores de cambio de dirección empleados fueron los semafóricos, en los cuales se levantaba en el lateral del vehículo un brazo provisto de una luz para hacerlo visible de noche. Posteriormente se extendió el empleo de luces intermitentes en el frente y la trasera del vehículo, que es el sistema empleado en la actualidad. Tanto las luces intermitentes delanteras como las traseras, se disponen en los mismos pilotos de situación, en los cuales se destina un espacio a esta luz, tapada con un plástico transparente que reglamentariamente debe ser de color ámbar. Algunas veces se disponen también luces intermitentes en ambos laterales del vehículo, situadas en pequeños pilotos colocados en las aletas delanteras. Las señales intermitentes son producidas por el destello intermitente de unas lámparas, que indican a los demás usuarios de la vía pública la intención de cambio de dirección, detención del vehículo, etc. Estas luces son accionadas por medio de un conmutador dispuesto generalmente en la columna de la dirección, de manera que el conductor pueda manejarlo sin necesidad de soltar las manos del volante. Cuando se acciona el conmutador, se produce el encendido intermitente de las lámparas de uno u otro costado del vehículo, 10 que se consigue por medio de una «central» llamada de intermitencias, que es la productora de los destellos que hacen más perceptibles estas luces. Las centrales de intermitencias son capaces de producir de 40 a 90 destellos por minuto, 10 que consiguen por medio de un ruptor automático que funciona de manera electromagné-

tica o termostática y se pone en marcha en cuanto se acciona el conmutador. En la Fig. 12.1 se ha representado esquemáticamente un circuito de intermitencias, donde el conmutador A tiene tres posiciones: una de parada y dos de marcha. Si la palanca de mando se coloca en cualquiera de las posiciones marcadas de trazos, desde él pasa la corriente a los pilotos. En una posición va a los delanteros y traseros de un costado y en la otra a los del costado contrario. Estos pilotos no se han representado en la figura por simplificar el esquema. El conmutador de intermitencias recibe la corriente de la llamada «central de intermitencias» que, como se ve en la figura, tiene tres bornes, de los cuales, el marcado con el signo positivo es el de llegada de corriente a través del interruptor o llave de encendido. La salida para el mando de intermitencias es L, y P da salida a la corriente para una lámpara testigo situada en el tablero de instrumentos. 371

CIRCUITO DE MANIOBRAS. INTERMITENCIAS Y CLAXON

Pilotos izquierdos ·~IIt--~r---" p

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L

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A ''o-.-Pilotos derechos

H

e

K

G Fig. 12.1.

Con la llave de contacto cerrada, al mover el conmutador de intermitencias a cualquiera de las posiciones de marcha, la corriente que llega a la central de intermitencias por el borne positivo, pasa a la armadura B y contactos e y D. Como éstos están abiertos, desde D pasa por el hilo E y la resistencia F al contacto G, de donde va a la bobina de hilo grueso H y, por el borne L llega al conmutador de intermitencias. De éste, según la posición en que se encuentre, va la corriente a los pilotos de uno u otro lado del coche. El paso de la corriente por la resistencia F provoca en ella una caída de tensión tal, que la corriente que llega a los pilotos es tan pequeña, que su filamento no se pone incandescente y, por tanto, la lámpara no luce. Cuando pasa la corriente por la resistencia F, se calienta por efecto Joule y el hilo E se dilata, permitiendo que los contactos D y G se junten debido a la acción magnética de la bobina H. En este caso, la corriente que llegaba al contacto D por la armadura B, pasa directamente al contacto G y de aquí a la bobina H, borne L y conmutador de intermitencias, de donde va a los pilotos. La tensión que queda aplicada ahora a los pilotos, no ha sufrido caída de tensión alguna y produce el encendido de las lámparas. El paso de la corriente por la bobina H, crea en su núcleo un campo magnético suficiente para atraer el contacto e, que se junta con el K. En este momento, la corriente de la armadura B, además de seguir el circuito antes expresado, puede pasar desde el contacto e al K y de allí al borne P y lámpara testigo, que se enciende. Estando pasando la corriente por este camino, llega un momento en que la resistencia F y el hilo E se enfrían, con lo que dicho hilo se comprime, tirando del contacto D, que se separa del G. Entonces la corriente ya no puede pasar de uno a otro contacto directamente y tiene que seguir desde el contacto D por el hilo E y la resistencia F al contacto G, y de aquí por la bobina H y el borne L al conmutador de intermitencias. Al pasar nuevamente la corriente por la resistencia F, hay una caída de tensión y las lámparas de los pilotos se apagan. Al mismo tiempo, como la corriente que pasa ahora por la bobina H es de poco valor, no tiene la fuerza suficiente para mantener los contactos e y K cerrados, por lo que éstos se separan interrumpiendo el paso de corriente al piloto testigo, que se apaga también. Cuando ha pasado de nuevo la corriente por la resistencia F y el hilo E, ambos se calientan y el hilo se dilata, lo que permite a los contactos D y G juntarse de nuevo, en cuyo caso vuelve a ocurrir lo ya explicado. El movimiento de los contactos D y G interrumpe periódicamente la corriente en el conmutador de intermitencias, o mejor dicho, provoca una caída de tensión suficiente para que en ese momento no se enciendan las lámparas de los pilotos de intermitencias.

372

DISPOSICION DEL CIRCUITO DE INTERMITENCIAS

Según que sea más rápido o más lento el movimiento de estos contactos, los destellos de los pilotos serán más o menos frecuentes. Si el hilo E se pone muy tirante, tendrá que pasar más tiempo la corriente por él para que se cierren los contactos, luego, tensándolo más o menos se consigue que los contactos se abran más deprisa o más despacio, con lo cual, los destellos de las lámparas son más rápidos o más lentos. El ritmo o cadencia del encendido y apagado de las lámparas es ajustado por el fabricante. En la generalidad de los casos, las centrales de intermitencias están ajustadas para producir sesenta destellos por minuto. Esta es la cadencia más adecuada de los destellos para conseguir un funcionamiento regular del sistema. Comúnmente, los circuitos de intermitencias funcionan de la manera reseñada, aunque existen variantes como pueden ser las de centrales de doble efecto, con las que se consigue el parpadeo alternativo de dos luces en vez de una en cada piloto. En cualquier caso, para asegurar la buena visión de los pilotos indicadores de intermitencias a plena luz del día, se emplean lámparas de 15 a 20 W de potencia. Algunas veces se disponen resistencias en la alimentación de la central, que son puestas en circuito cuando se acciona el mando de luces, atenuando el brillo de los pilotos intermitentes durante la noche. Con ello se evita el deslumbramiento de los demás usuarios de la vía pública.

12.2.

DISPOSICION DEL CIRCUITO DE INTERMITENCIAS

En cuanto se refiere a la implantación en el vehículo de los componentes del circuito de intermitencias, la central puede ir situada en cualquier lugar debajo del salpicadero, aunque lo general es que vaya montada en la llamada «platina de servicios», que como ya veremos, agrupa una serie de componentes eléctricos y constituye el verdadero corazón de la instalación eléctrica. El conmutador de intermitencias, por el contrario, ha de situarse necesariamente cerca del volante de la dirección, para que el conductor pueda accionarlo sin soltar las manos del mismo (al igual que ocurre con el mando de luces). En la Fig. 12.2 puede verse este conmutador montado sobre la caña de la dirección y al lado del mando de luces. La palanca de mando puede ocupar dos posiciones además de la de reposo (la que ocupa en la figura), a las que puede llegar cuando es accionada por el conductor. La vuelta a su posición de reposo se consigue de forma automática por medio de un dispositivo accionado por el eje de la dirección, que es movido por el volante. Cuando éste vuelve a su posición de línea recta después de un giro, el eje del volante arrastra consigo una ruedecilla que está en contacto con él y que a su vez hace retornar a la palanca del conmutador de intermitencias a su posición de reposo.

Fig. 12.2.

373


12.3.

CENTRAL ELECTRONICA DE INTERMITENCIAS

El parpadeo de las luces de intermitencias puede conseguirse también por medios electrónicos, lo que resulta más racional que el empleo de centrales del tipo electromagnético o termostático, en las que se encomienda esta función a la dilatación y contracción de un hilo conductor.

El circuito electrónico más adecuado para realizar las maniobras periódicas de conexión y desconexión es el multivibrador, aunque dado el valor relativamente alto de las corrientes a gobernar por los transistores (las de alimentación de las lámparas), se recurre a la ayuda de relés para conmutar estos valores de corrientes. En la Fig. 12.3 se ha representado esquemáticamente un circuito multivibrador para intermitencias. Cuando el conmutador de intermitencias A se encuentra en su posición de reposo, T l no conduce y, en consecuencia, tampoco lo hace T 2 • Al pasar el conmutador a cualquiera de las posiciones de marcha, la base de T l queda puesta a masa a través de la resistencia R 1 , conmutador A y lámparas de intermitencias de uno de los costados del vehículo. En estas condiciones conduce T l y su tensión de colector queda aplicada a la base de T 2 polarizándole y logrando su paso al estado de conducción. Entonces queda alimentada la bobina del relé B a través del circuito colector-emisor de T 2 , provocando el cierre de los contactos D, a través de los cuales pasa la corriente hasta el borne e (por H), desde donde llega a las lámparas de intermitencia a través del conmutador A, encendiéndose las mismas. En este instante, pues, conducen T l y T 2 , haciendo llegar la corriente a los pilotos de intermitencias.

T,

+

R, C,

C

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H

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Fig. 12.3.

374

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DISPOSITIVO INTERMITENTE DE EMERGENCIA

Mientras tanto, la conducción de T 1 provoca la carga del condensador e l ' Pasados unos instantes, el condensador queda cargado aplicando una tensión positiva a la base de T 1 (que de otra parte también la recibe a través de H), con lo que éste cambia su estado de conducción por el de bloqueo. En estas condiciones, T 2 sigue conduciendo hasta que se descarga e2 (que se había cargado durante el tiempo de conducción de T 1). Finalizada esta descarga, T2 cambia su estado de conducción por el de bloqueo, quedando interrumpida la corriente en la bobina del relé B, cuyos contactos se abren cortando la corriente de alimentación de las lámparas de intermitencias (que llegaba al conmutador desde H) que, por tanto, se apagan. En este instante están bloqueados T 1 y T 2 Y no llega corriente a los pilotos. Estando T1 y T2 bloqueados, se produce la descarga del condensador el' finalizada la cual, la base de T 1 queda puesta a masa otra vez, iniciándose un nuevo ciclo como ya se explicó. De otra parte, estando el conmutador A en una de las posiciones de funcionamiento, el transistor T 4 conduce, pues su base está polarizada a través de R 2 y el emisor queda puesto a masa a través de H, conmutador A y lámparas de intermitencias. En este caso, también conduce T 3 , puesto que su base se pone a masa a través del circuito colector-emisor de T4 , con 10 cual, la lámpara L testigo del funcionamiento de las intermitencias, está luciendo. Esto ocurre mientras los contactos D del relé estén abiertos, pues cuando se cierran, en el punto H hay una tensión positiva (aplicada al emisor de T4 ) que impide la conducción de T4 , pasando al estado de bloqueo, lo que provoca asimismo el bloqueo de T 3 y, en consecuencia, el apagado de la lámpara L, que solamente se enciende cuando conduce el transistor T3 , a cuyo circuito emisor-colector está conectada. Por tanto, mediante este circuito electrónico se obtiene el parpadeo intermitente de las lámparas de intermitencias, que es acusado también por el testigo L situado en el tablero de instrumentos. Cuando se produce un fallo en el circuito (por ejemplo al fundirse una de las lámparas), aumenta la resistencia de este circuito, con lo cual, el divisor de tensión formado por la resistencia R3 y la propia de las lámparas de intermitencias, hace aumentar la tensión positiva aplicada al colector de T4 bloqueándole, con lo que de inmediato deja de conducir T3 y la lámpara testigo L permanece apagada constantemente, avisando al conductor de que existe una anomalía. En el esquema de la figura se han representado, además, una serie de resistencias cuya función es la de equilibrar los circuitos electrónicos. De entre todas ellas destacaremos R 2 y R4 , que junto con el diodo D mantiene la base de T4 a potencial fijo.

12.4. DISPOSITIVO INTERMITENTE DE EMERGENCIA El sistema generador de destellos para el caso de emergencia, está previsto para que sirva como señalizador a los demás usuarios de la vía pública, de que el vehículo está detenido por avería o cualquier otra causa grave. Cuando se acciona el interruptor de mando, las cuatro luces de intermitencias comienzan a producir sus destellos simultáneamente. Para esta misión se emplea la misma central del circuito de intermitencias, disponiéndose una instalación como la representada en la Fig. 12.4, cuyo interruptor general permite un funcionamiento normal del circuito de intermitencias cuando está en posición de reposo, o el encendido intermitente y simultáneo de las cuatro luces cuando está en posición de marcha. En la figura se ha representado la posición de reposo en trazo lleno y la de marcha en trazos discontinuos. Efectivamente, en la posición del interruptor marcada de trazos en la figura, la corriente le llega directamente por el punto 2, saliendo por 3 hasta la central de intermitencias, en la que llega al borne + y sale por e hasta el borne 4 del interruptor, saliendo por 5 y 7 375


hasta los pilotos delanteros y traseros de ambos lados del vehículo y por 6 a la lámpara testigo W. En esta posición se produce el funcionamiento intermitente de todas las lámparas a la vez. En la posición de parada (la de trazo grueso en la figura), queda interrumpida la corriente en el borne 4, no encontrando salida hacia las lámparas de intermitencias. En esta posición, la alimentación de la central se realiza a través del interruptor de encendido 1 y los bornes 1 y 3 del interruptor general de luces de emergencia (también llamado «warning»). Mediante el conmutador de intermitencias P, se consigue el funcionamiento normal de este circuito .

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+

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l· Fig. 12.4.

12.5. EL CLAXON

Existe una disposición regulada en el Código de la circulación, que obliga a todo vehículo a llevar un medio de producir un sonido audible de aviso para los casos de necesidad, lo que se logra mediante el empleo de la bocina eléctrica o claxon, cuyo sonido está debidamente reglamentado en el Código. La bocina debe poder ser oída a una distancia mínima de cien metros. No debe producir un sonido estridente ni demasiado agudo. Las sirenas, silbatos y trompas de varios sonidos sucesivos, están reservadas para ciertos servicios oficiales y, por consiguiente, prohibidas en los vehículos particulares. Las bocinas utilizadas en éstos son homologadas por la Administración a través del propio fabricante. Aunque este elemento no está comprendido en el circuito de maniobras, suele incluirse en él, ya que antiguamente estaba establecido que las maniobras de marcha atrás del vehículo, fuesen avisadas mediante toques cortos y repetidos de claxon. Prácticamente en todas las bocinas, el sonido se produce por las vibraciones a frecuencia audible de una membrana de acero, que hace resonar el aire confinado en un pabellón acústico. La Fig. 12.5 muestra la disposición comúnmente empleada en las bocinas, donde puede distinguirse la carcasa o envoltura R, a la que se une la tapa M sujetando en los extremos la membrana D, fabricada de un material flexible (generalmente acero) con el que pueda conseguirse una vibración. La tapa M lleva unas aberturas para dejar paso hacia el exterior a la onda sonora. En el interior de la carcasa y sujetas a ella, van dispuestas las bobinas B y C, cuyos arrollamientos se conectan en serie, comenzando en el borne J para finalizar en K. Entre los dos arrollamientos se encuentran intercalados los contactos E, que normalmente están cerrados. 376

EL CLAXON

E

N

A

o

e

B R J

-P

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T •

--!..-

Fig. 12.5.

Cuando se acciona el pulsador P, la corriente llega desde la batería al borne J, bobina B, contactos E y bobina C, saliendo por K a cerrar circuito a masa. El paso de esta corriente por las bobinas, crea en ellas un campo magnético suficiente para que sea atraída la armadura A, unida a la membrana D, que por su elasticidad se deforma, bajando el conjunto hasta que la armadura queda aplicada contra los núcleos de las bobinas. En este movimiento, el empujador N separa los contactos E quedando interrumpido el circuito eléctrico, con lo que desaparece el campo magnético y, en consecuencia, la membrana vuelve a su posición de reposo debido a su elasticidad, con lo cual, vuelven a cerrarse los contactos E, estableciéndose de nuevo la corriente en las bobinas B y C, repitiéndose el proceso. El movimiento de la membrana de una a otra posición es tan rápido que constituye una vibración, lo que provoca la formación de una onda sonora, que determina una tonalidad peculiar del sonido emitido. Cuanto más rápida sea la vibración, más alta será la nota emitida (más agudo el sonido). En la Fig. 12.6 se ha representado el despiece de este mismo tipo de bocina, donde pueden verse la disposición y forma de la membrana, las aberturas practicadas en la tapa y la realización práctica de montaje de los contactos. En cuanto se refiere al circuito eléctrico, el pulsador puede disponerse a la salida de corriente del claxon, en cuyo caso, se hace llegar la corriente al borne J directamente desde la batería, para salir por el borne K hasta el pulsador y masa. El tipo de instalación mencionado, se emplea en los vehículos cuyo pulsador de claxon está incorporado en el volante de la dirección, pues en estos casos, uno de los bornes está unido a masa. Por el contrario, el tipo de instalación representado en la Fig. 12.5, se utiliza en los vehículos cuyo pulsador de claxon forma parte del mismo mando de luces. En estos casos, el mismo borne de entrada de corriente al mando constituye uno de los bornes del pulsador. La estructura y componentes del claxon en cualquiera de los casos es la misma. Exteriormente pueden diferenciarse porque uno de ellos (el primero) dispone de un solo borne, al que se conecta el cable que viene del pulsador situado en el propio mando de luces; mientras en el segundo caso, se disponen dos bornes, de los cuales, a uno llega corriente directa desde la batería y al otro se conecta el cable que da salida a la corriente y cierra el circuito a masa en el pulsador situado en el volante de la dirección. En algunos casos se canaliza la onda sonora que produce la membrana, para que el sonido tenga una tonalidad diferente. A este efecto se dispone una trompeta (Fig. 12.7) proyectada según el mismo principio de los instrumentos musicales. El dispositivo eléctrico es similar a los reseñados anteriormente.

377


Fig. 12.6.

Fig. 12.7.

Como consecuencia de la interrupción de la corriente en los contactos de la bocina, aparece una f.e.m. de autoinducción en las bobinas, cuyo efecto es producir una chispa en los contactos, que los deteriora progresivamente. Para paliar este inconveniente, se recurre a conectar en paralelo con dichos contactos, un condensador o una resistencia. La sujección de las bocinas al chasis del vehículo, se realiza mediante un montaje elástico que impide la transmisión a ella de las vibraciones propias de la marcha. Generalmente suelen colocarse en la parte delantera, por detrás de la calandra del radiador. 12.6. DISPOSICION DE LAS BOCINAS Algunos vehículos disponen dos bocinas de diferentes tonos, que funcionan al unísono, consiguiéndose de esta manera un sonido fuerte y agradable. Otras veces se realiza un montaje de manera que puedan funcionar las dos bocinas a la vez o solamente una. En la Fig. 12.8 puede verse que si está abierto el interruptor 1, solamente funciona la bocina A cuando se acciona el pulsador P, 10 que se utiliza en circulación por ciudad. Por el contrario, si el interruptor 1 está cerrado, funcionan las dos bocinas, lo cual se utiliza en circulación por carretera. Cuando el tipo de bocina empleado necesita para su funcionamiento una corriente importante (superior a 8 A), suele disponerse un relé para su accionamiento, que evita el deterioro rápido de los contactos del pulsador. En la Fig. 12.9 puede verse esta disposición, que es similar a la empelada en los circuitos de alumbrado para el mando de las luces de carretera y cruce. Los relés también se utilizan en los tipos de bocina de aire comprimido, que emplean un pequeño motor eléctrico, cuyo rotor mueve unas aspas encerradas en un recinto, en el cual se comprime un determinado volumen de aire, que posteriormente se hace llegar a la bocina.

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VERIFICACION y CONTROL DEL CIRCUITO DE INTERMITENCIAS Y EL CLAXON

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Fig. 12.9.

Fig. 12.8.

En la Fig. 12.10 se muestran los esquemas eléctrico y de aire de este tipo de bocina. El giro del motor eléctrico cuando se acciona el pulsador arrastra las aspas A, que giran dentro de una recámara aspirando el aire por el orificio B y empujándolo a salir por C, desde donde llega a incidir sobre la membrana elástica D, a la que hace vibrar produciendo una onda sonora que es canalizada por la trompeta.

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Fig. 12.10.

Las vibraciones de la membrana se producen debido a que el aire comprimido llega a ella en impulsos periódicos. Algunas veces se emplean dos o más trompetas para conseguir varias tonalidades de sonido y entonces se conectan al circuito de aire en paralelo entre sÍ.

12.7. VERIFICACION y CONTROL DEL CIRCUITO DE INTERMITENCIAS Y EL CLAXON

Cuando se produce una anomalía en el funcionamiento del circuito de intermitencias, se procede a su verificación. La pauta a seguir es la misma explicada para el circuito de alumbrado; pero aquí debe tenerse presente, que a partir de la central de intermitencias no se tiene una corriente continuada, sino impulsos de corriente. Según el tipo de anomalía encontrado, deben realizarse distintas pruebas. En los casos de que no luzca alguna de las lámparas (o todas), las verificaciones a realizar son similares a las explicadas en el circuito de alumbrado, incluida la comprobación de las caídas de tensión. Para facilitar estas comprobaciones, puede anularse el funcionamiento de la central de intermitencias, puenteando desde el borne de llegada de corriente hasta el de salida para el mando. De esta manera, las distintas lámparas quedan encendidas sin producirse el parpadeo 379


correspondiente, con lb que pueden realizarse las verificaciones al igual que en el circuito de alumbrado. En cuanto al claxon se refiere, se comprobará si el sonido que produce es el adecuado. Si no fuera así se procederá al reglaje correspondiente, que se efectúa actuando sobre el tornillo G (Fig. 12.5), que acerca o separa los contactos E del tope N de la membrana, lo cual supone que la amplitud de las vibraciones varíe dependiendo de la posición del tornillo. Si no se produce sonido alguno, se comprobará el circuito, verificando si llega tensión al borne J y si hay buena conexión a masa del borne K. En los casos de existencia de relé, se comprobará el buen funcionamiento de éste. Cuando la avería no sea del circuito, se desmontará el claxon del vehículo para proceder a su despiece y verificación individual de componentes; pero dado que en la actualidad no existen recambios, si se encuentran quemadas las bocinas o deteriorados los contactos, es necesario sustituir el claxon completo.

380

VERIFICACION y CONTROL DEL CIRCUITO DE INTERMITENCIAS Y EL CLAXON

Cuadro sinóptico de averías (Intermitencias y claxon) SINTOMAS Una de las lámparas no se enciende.

CAUSAS POSIBLES

PRUEBAS A REALIZAR

REMEDIOS

Cable cortado.

Comprobar con lámpara de pruebas SI llega tensión al piloto.

Reparar instanción.

Lámpara fundida.

Comprobar en batería

Sustituir lámpara.

Portalámparas defectuoso.

Comprobar laminillas de contacto con lámpara.

Sustituir portalámparas.

Toma de masa defectuosao

Comprobar con voltímetro.

Reparar conexión.

Conmutador de intermitencias defectuoso.

Comprobar cambiando conexiones al borne de salida del lado que funciona.

Sustituir conmutador.

Cable de alimentación pilotos cortado entre ellos y conmutador.



Fusible fundido.

Comprobar fusible.

Sustituir fusible.

Conmutador de intermitencias defectuoso.

Comprobar si llega tensión al conmutador y si sale de él.

Sustituir conmutador.

Cable de llegada al conmutador cortado.



Central de intermitencias defectuosa.

Puentear desde el borne de llegada al de salida para el conmutador.

Sustituir central intermitencias.

Cable de llegada a central de intermitencias cortado.

Comprobar si llega tensión a la central.


No hay parpadeo de las lámparas. Lucen fijas.


Probar con una central nueva.

Sustituir central.

Los destellos son muy rápidos o muy lentos.

Lámparas de mayor o menor potencia de la debida.

Verificar potencia de lámparas marcada en sus casquillos.

Sustituir lámparas.

Caídas de tensión debidas a conexiones defectuosas.


Reparar conexiones.

Central defectuosa.

Probar con una central nueva.

Sustituir central.

No se encienden ninguna de las lámparas de un mismo costado del vehículo.

No luce ninguna de las lámparas.

381


SINTOMAS

CAUSAS POSIBLES

PRUEBAS A REALIZAR

Luz testigo de intermitencias no funciona.

Lámpara de intermitencias de uno de los pilotos fundida o avería en el circuito.

Verificar circuito como en apartados anteriores.

Reparar averías.

Lámpara testigo fundida.

Comprobar con batería.

Sustituir lámpara.


Comprobar nueva.

Sustituir central.

Pulsador defectuoso.

Comprobar con lámapra de pruebas.

Sustituir pulsador.

Relé de claxon defectuoso.


Sustituir relé.

Contactos o bobinas del claxon defectuosos.

Verificar con batería y lámpara de pruebas.

Sustituir claxon o reparar avería interna.

Reglaje defectuoso.

Comprobar girando el tornillo.

Efectuar reglaje.

Reglaje defectuoso.

Comprobar girando el tornillo.

Efectuar reglaje.

Toma de masa defectu osa.

Comprobar con voltímetro.

Reparar conexión.

Pulsador defectuoso.

Comprobar caída tensión en él.

El claxon no funciona.

El claxon funciona a veces.

382

con

otra

de

REMEDIOS


13 Circuito de accesorios. Limpiaparabrisas y calefactor 13.1.

LIMPIAPARABRISAS

Circulando con un vehículo en tiempo lluvioso, el agua que cae sobre el parabrisas dificulta la visibilidad del conductor, por lo que se hace necesario retirarla de esta zona, para lo cual se utiliza el limpiaparabrisas, que está constituido por un pequeño motor eléctrico y una transmisión mecánica propiamente dicha, que pasa el movimiento del motor a unas «rasquetas» o «escobillas» que se desplazan por delante del parabrisas, quitando el agua que en él se deposita. Antiguamente las rasquetas se movían aprovechando el vacío que provocan los cilindros en el colector de admisión. Posteriormente se empleó un enlace, que utilizando el movimiento de los piñones de la caja de velocidades del vehículo las arrastrase, y actualmente se emplea el medio eléctrico, que sustituye con ventaja a los anteriores. El limpiaparabrisas forma parte del llamado circuito de accesorios, el cual incluye todos los elementos que, aunque no son esenciales para la marcha del vehículo, hacen más cómoda su conducción y habitabilidad. En realidad, cada uno de estos componentes es totalmente independiente de los demás y no guarda con ellos ninguna relación. La necesidad de una buena visibilidad para el automovilista en cualquier circunstancia (nieve, lluvia, barro, etc.), hacen al limpiaparabrisas imprescindible en los vehículos actuales. El motor eléctrico del que disponen, lleva un sistema de reducción incorporado, que transforma la velocidad del rotor (2.500 a 3.000 r.p.m.), en otra necesaria en las rasquetas de 50 a 70 oscilaciones por minuto. El motor ha de vencer el rozamiento que existe entre las rasquetas y el parabrisas en cualquiera de las condiciones de funcionamiento. Los limpiaparabrisas de los primeros tiempos trabajaban en cistales planos y solamente limpiaban una zona pequeña, por lo que bastaba con el empleo de motores de poca potencia; pero actualmente se ha ido aumentando el tamaño de los parabrisas yel área barrida y, como de otra parte la zona a limpiar en el parabrisas no es completamente plana, para obtener una buena limpieza de ella es necesario que la rasqueta se aplique contra el cristal con una cierta presión, lo que dificulta su movimiento y obliga al empleo de motores con cierta potencia y elementos de transmisión más perfectos. En la Fig. 13.1 se ha representado el despiece de un limpiaparabrisas completo, con los mecanismos que transforman el movimiento giratorio del motor, en otro alternativo de las rasquetas por delante del parabrisas. La Fig. 13.2 muestra en sección el ensamble de este conjunto., Como puede verse, el eje del inducido del motor termina en un sinfín, en el cual engrana una corona dentada, que recibe movimiento de él y, a su vez, lo proporciona a una biela, cuyo movimiento giratorio es transformado en alternativo de las rasquetas del parabrisas, por medio de un sistema de biela-manivela y palancas apropiadas. La Fig. 13.3 muestra el conjunto ensamblado en una vista fotográfica. 383

CIRCUITO DE ACCESORIOS. LIMPIAPARABRISAS Y CALEFACTOR

'· r· ,',,.I

Fig. 13.1.

Fig. 13.2.

384

Fig. 13.3.

LIMPIAPARABRISAS

Generalmente, el motor empleado es del tipo shunt, parecido en su naturaleza a la dinamo y al motor de arranque. Se compone de un inducido o rotor, unas inductoras o estator y las correspondientes tapas de escobillas y trasera. Actualmente las bobinas inductoras se sutituyen por unos imanes permanentes (como en el caso tratado), con la ventaja de que así el motor consume menos corriente. Al igual que en todos los motores, cuando se cierra el interruptor 1 (Fig. 13.4), se establece la corriente en el motor procedente de la batería, entrando por el borne A, de donde pasa a las bobinas inductoras (que crean el campo magnético) y al colector por mediación de la escobilla positiva. Del colector va pasando a las bobinas del inducido, donde, como ya se sabe, se crea otro campo magnético, con lo cual, el inducido se pone a girar.

Fig. 13.4.

El giro del inducido es transmitido por el sinfin (labrado en su eje) a una corona, que a su vez mueve un sistema de palancas (Fig. 13.1), que desplazan las rasquetas por delante del parabrisas en un movimiento alternativo de vaivén. En otras disposiciones, el inducido A da movimiento a una rueda dentada e (Fig. 13.5), que a su vez, y por medio de B, con la que forma una pieza, lo transmite a D, en una cadena de desmultiplicación de la que se obtiene un giro más lento en la salida y, en consecuencia, mayor potencia.

o

Fig. 13.5.

385


El movimiento giratorio de la rueda D es convertido en otro de vaivén en la cremallera E, dado que el extremo libre de ésta se encuentra articulado en la periferia de D. Este movimiento se transmite a otra rueda, en este caso la F, de la que forma parte el brazo P. Al girar la rueda F en un sentido unas veces y en el contrario otras, el brazo P describe un movimiento de arco como lo indican las flechas, por delante del parabrisas y, por medio de la rasqueta Q unida a este brazo, quita el agua allí depositada. Normalmente se disponen dos brazos, tomando el segundo movimiento del primero, tal como puede verse en la figura. Otras veces, la cremallera E se sustituye por un cable flexible con funda y el movimiento de la rueda D tira y empuja de este cable, que por su otro extremo se une a los brazos de las rasquetas, haciéndoles seguir su movimiento, que se traduce en oscilaciones de un lado a otro del parabrisas. En la Fig. 13.6 se ha representado este modelo, en el cual, la rueda A (que recibe movimiento del inducido), lleva montado en su periferia un eje B, sobre el que articula la biela e, a la que a su vez se une el cable flexible D, que por su otro extremo (no representado en la figura) se articula en los ejes de giro de los brazos de las rasquetas. El giro de la rueda A es transformado en un movimiento alternativo longitudinal del cable D por medio de la biela e, que se mantiene guiada en la caja E practicada en la carcasa.

Fig. 13.6.

El motor limpiaparabrisas suele ir montado sobre tacos de goma (como los F de la figura) en el salpicadero del vehículo, debajo del tablero de instrumentos. Con ello se consigue amortiguar las vibraciones a que pudiera estar sometido por parte del propio vehículo. 386

DISPOSITIVOS DE PARADA AUTOMATICA

Es de hacer notar, que no todos los motores son iguales en lo que a mando eléctrico se refiere. Por lo descrito hasta ahora, al abrir el interruptor se para el motor, quedando las rasquetas del parabrisas en la posición que corresponde a la parada del motor, que puede ser cualquiera, dependiendo, como es lógico, de la posición en que se haya detenido el inducido. La posición de parada en que queden las rasquetas, puede entorpecer la buena visibilidad de que debe disponer el conductor y, por ello, se utilizan los limpiaparabrisas de parada automática, en los que el giro del inducido se detiene cuando las rasquetas del parabrisas están en uno de los extremos de su recorrido. 13.2. DISPOSITIVOS DE PARADA AUTOMATICA Los motores limpiaparabrisas hasta aquÍ tratados, exigen que el conductor los pare en el momento exacto en que las rasquetas ocupen una posición que no estorbe la visión, lo que le obliga a estar pendiente de esta maniobra, con el riesgo de distracción que ello entraña, al descuidar la conducción. Por esta razón se han desarrollado diferentes modelos de interruptores giratorios, que interrumpen el circuito solamente cuando las rasquetas ocupan la posición más baja de su recorrido. ASÍ, cuando se quiere detener el limpiara brisas, se acciona el interruptor y é~te se detiene en cuanto las rasquetas lleguen a su posición de reposo. En la Fig. 13.7 se ha representado el esquema de conexiones de un limpiaparabrisas dotado de interruptor de parada automática. La corriente puede llegar al motor por dos caminos diferentes: directamente desde la batería por el borne B y contactos e del interruptor automático, cuando están cerrados, o bien desde el borne A a través del interruptor de mando l. Los contactos e deben su apertura o cirre al movimiento de la leva L, que gira accionada por una de las ruedas a las que da movimiento el inducido del motor. Corresponde su apertura al momento en que las rasquetas ocupan la posición más baja de su recorrido. El interruptor de mando 1 va situado generalmente en la columna de la dirección, junto a los mandos de luces y de intermitencias. El conjunto del interruptor de parada automática está incorporado en el mismo motor limpiaparabrisas, de manera que su rotor, además de dar movimiento a la timonería que manda las rasquetas, 10 hace a la leva L, ocupando ésta la posición representada en la figura, cuando las rasquetas pasan por la posición más baja de su recorrido. La figura 13.8 muestra la implantación del dispositivo de parada automática correspondiente al limpiaparabrisas de la Fig. 13.1. En este caso, la rueda dentada de transmisión del movimiento desde el inducido, está provista de una leva en su cara posterior, capaz de accionar el juego de contactos emplazado en la tapa que cierra el mecanismo (véase también la Fig. 13.1). En el funcionamiento del motor, cuando se cierra el interruptor de mando 1 (Fig. 13.7), comienza el giro del mismo, siendo alimentado a través del borne A. Si el conductor acciona el interruptor 1 para parar el limpiaparabrisas, la corriente de alimentación sigue pasando al motor desde el borne B y contactos e, hasta que las rasquetas ocupen la posición de reposo (la más baja de su recorrido), en cuyo instante, la leva L separa dichos contactos quedando interrumpida la corriente, con 10 que se para el motor. Otra forma de lograr este propósito se detalla en la Fig. 13.9. La corriente llega directamente al motor desde la batería, o en otros casos a través de la llave de contacto. Cuando se cierra el interruptor de mando F, queda establecido el circuito y comienza el giro del inducido del motor, el cual, a su vez, arrastra el dedo móvil e, que gira haciendo contacto eléctrico con el sector S, cuya zona rayada en la figura está puesta a masa. Si se abre el interruptor F, el circuito sigue cerrado hasta que el dedo e salga de la zona metálica del sector S (la rayada) y, por tanto, el inducido continúa girando. Este dispositivo está situado en el propio motor limpiaparabrisas, en un acoplamiento similar al detallado anteriormente. En este caso, la rueda 387


dentada (Fig. 13.10) presenta un sector metálico adosado a su cara exterior, sobre el que se desliza la lámina flexible que constituye el contacto de masa.

A

Fig. 13.8.

Fig. 13.7.

Cuando las rasquetas pasan por la posición de reposo, el dedo e (Fig. 13.9) ha salido de la zona metálica del sector, quedando aislado de masa (posición representada de trazos), en cuyo caso, el circuito queda interrumpido deteniéndose el motor en su giro.

Ip

1 Fig. 13.9.

Fig. 13.10.

Este sistema de parada automática es el que corresponde al limpiaparabrisas representado en la Fig. 13.6. El sector está alojado en la carcasa G y contra él se aplica el dedo H, que va unido al eje B, al igual que la biela e, y gira con ellos, manteniéndose aplicada la lámina H por su elasticidad contra el sector. En la misma figura puede verse este conjunto montado sobre el motor limpiaparabrisas. En la Fig. 13.9 se ha representado un segundo interruptor P, que generalmente es del tipo «pulsador» y forma parte del mando de una bomba, que vierte sobre el parabrisas un chorro de agua cuando se acciona. De esta manera se consigue el funcionamiento del limpiaparabrisas, al mismo tiempo que se vierte el chorro de agua para la limpieza del cristal parabrisas.

388

LIMPIAPARABRISAS DE DOS VELOCIDADES

En algunas ocasiones se dispone un conmutador de doble posición de marcha para el mando de limpiaparabrisas (Fig. 13.11). En una de las posiciones se logra su funcionamiento normal, mientras en la otra se da salida a la corriente a través de un dispositivo electrónico de intermitencia e, que determina un funcionamiento de barridos espaciados del limpiaparabrisas.

Fig. 13.11.

13.3.

LIMPIAPARABRISAS DE DOS VELOCIDADES

Actualmente se ha extendido el uso de limpiaparabrisas con dos velocidades, lo que supone una gran ventaja en los casos de fuerte lluvia, pues la velocidad de las rasquetas puede aumentarse en beneficio de la mejor visibilidad, sin que por ello haya de prescindirse de la velocidad lenta, que se utiliza con lluvia débil, ya que en estas condiciones el parabrisas no llega a mojarse completamente y las rasquetas frotan casi en seco, con la dificultad que esto supone para el funcionamiento en una velocidad rápida. En la Fig. 13.12 puede verse el esquema de uno de estos modelos, en el que destacan las tres escobillas de que dispone el colector, una de las cuales está desfasada de las otras y con ella se obtiene la velocidad rápida. Las inductoras son imanes permanentes en este caso.

2 6.

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3

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Fig. 13.12.

389


El interruptor general de mando tiene tres posiciones, de las cuales, la A corresponde a la parada y las otras dos B y e son de marcha. Si se lleva el interruptor a la posición B, la corriente de la batería pasa por él hasta 5, escobilla 10, colector y escobilla 11, saliendo por 2 a masa, cerrando el circuito. El campo magnético creado en el inducido, junto con el propio del imán permanente del inductor, hacen girar al rotor, que por mediación del mecanismo correspondiente de engranajes y palancas, provoca el movimiento de las rasquetas por delante del parabrisas. Si se vuelve el interruptor a la posición de parada A, queda interrumpido el circuito antes reseñado y, por ello, la corriente de la batería que llega hasta 3, pasa desde el contacto 6 a la palanca móvil 8 y de aquí por 1 hasta A, que ahora tiene los contactos juntos y permite el paso de esta corriente hasta 5, escobilla 10, colector, escobilla 11 y masa. Cuando las rasquetas del parabrisas llegan al final del recorrido en uno de los extremos, la leva 9 (que gira con el inducido) presenta su saliente a la palanca 8, separándola del contacto 6 y juntándola al 7. En estas condiciones queda interrumpido el circuito antes explicado, pues la corriente que llegaba por 3 no puede pasar ahora por la palanca 8 y con ello el motor deja de funcionar. La segunda velocidad se obtiene al pasar el interruptor a la posición e, desde la cual, la corriente de la batería puede pasar a la escobilla 12 y a través del inducido y escobilla 11 a masa por 2. Debido a la colocación de la escobilla 12 en el colector, el campo magnético formado ahora en el inducido hace girar a éste con mayor velocidad que antes, lo que supone la velocidad rápida de este limpiaparabrisas. Si cuando está funcionando el limpiaparabrisas se coloca el interruptor en la posición de parada A, se suceden las fases ya explicadas, parándose el motor. En este tipo de limpiaparabrisas, para detener al inducido en su giro no basta con cortar la corriente, pues dado que el inductor es un imán permanente, la acción de su campo magnético continúa, propiciando que el inducido siga girando. Si a esto unimos la inercia propia del motor que le impulsa a seguir en movimiento, puede ocurrir que éste no cese antes de que la leva 9 vuelva a juntar los contactos 6, en cuyo caso se cierra de nuevo el circuito, estableciéndose otra vez la corriente y funcionando de nuevo el motor. Se hace necesario, por tanto, disponer un sistema de frenado del motor, que actúe cuando se corta la corriente.

En algunos motores este dispositivo es puramente mecánico, aplicándose una «zapata» contra el tambor del rotor cuando se corta la corriente de alimentación, siendo frenado así. En el caso de la Fig. 13.12, se dispone un <1reno eléctrico» que consiste en que después de cortada la corriente de alimentación (interruptor en la posición A), cuando la leva 9 junta los contactos 7 y 8, queda cerrado el circuito del rotor, con 10 que en su giro (debido a su propia inercia), las bobinas van cortando el campo magnético inductor, induciéndose en ellas una f.e.m. que supone la formación de una corriente inducida, que sale desde la escobilla 10 a través de 5, contactos A, borne 1, contactos 8 y 7 y escobilla 11, cerrando circuito. Esta corriente dura todo el tiempo que está girando el rotor y crea en las bobinas del mismo un campo magnético que se opone al del inductor (creado por el imán permanente), lo que supone una acción de frenado del inducido.

13.4. DISPOSITIVO INTERMITENTE PARA LIMPIAPARABRISAS

En casos de lluvia débil, niebla, e incluso humedad ambiental intensa, sucede que la cantidad de agua que se deposita en el parabrisas es pequeña, con lo cual, en el funcionamiento normal del limpiaparabrisas las rasquetas frotan casi en seco en el cristal y la limpieza del mismo no es buena, teniendo que optar por conectarlo y desconectarlo manualmente cuando la cantidad de agua depositada en el parabrisas se hace suficiente. Ello, aparte de suponer una 390

DISPOSITIVO INTERMITENTE PARA LIMPIAPARABRISAS

incomodidad, puede distraer inútilmente la atención del conductor con los consiguientes riesgos de accidente. Para paliar este inconveniente, se disponen unos sistemas de conexión y desconexión a intervalos de tiempo determinados, que ponen en marcha el limpiaparabrisas para lograr uno o dos barridos seguidos y después lo detienen, manteniéndolo parado durante un tiempo determinado, que puede ser regulado a voluntad del conductor. Esta secuencia se repite continuamente mientras esté accionado el interruptor correspondiente. Los dispositivos que realizan esta función suelen ser en la generalidad de los casos de tipo electrónico, empleándose los circuitos de multivibrador comúnmente.

K

p

Fig. 13.13.

En la Fig. 13.13 se muestra el esquema de un dispositivo electrónico para el funcionamiento intermitente del limpiaparabrisas, que está basado en el multivibrador. El circuito oscila a una frecuencia muy baja, es decir, los transistores T 1 y T 2 alternan sus condiciones de conducción y bloqueo a muy baja velocidad. Cuando T 1 conduce, el relé K se excita cerrando sus contactos P, que hacen pasar la corriente desde el borne + hasta el motor del limpiaparabrisas que, de esta manera, se pone en funcionamiento. Cuando T 1 se bloquea, se abren los contactos P y el motor del limpiaparabrisas deja de funcionar (cuando las rasquetas lleguen a su posición de reposo) hasta que T 1 vuelva a conducir. Véase que la bobina del relé K está situada en el circuito colector-emisor de T1. Los períodos de tiempo en que T 1 se mantiene conduciendo, pueden ser ajustados mediante el potenciómetro R 1 , que permite fijar intervalos generalmente comprendidos entre 5 y 50 segundos. De este modo, con la ayuda de un botón de mando adaptado al potenciómetro, es factible ajustar los intervalos de funcionamiento del limpiaparabrisas a las condiciones meteorológicas más diversas. Este dispositivo de mando está situado en el tablero de instrumentos, al alcance del conductor. El paso de los estados de bloqueo a conducción y viceversa de los transistores T 1 y T 2 , se logra por mediación de los condensadores C 1 y C 2 • Efectivamente, cuando T 1 conduce, se carga el condensador C2 , el cual hace a la base de T 2 negativa respecto al emisor, bloqueando este transistor. Finalizada la carga de C 2 , se bloquea T 1 y comienza la descarga de C 2 , con la que se consigue polarizar la base de T 2 que pasa al estado de conducción, durante el cual se carga Cl' que a su vez mantiene bloqueado a T 1 , que comenzará a conducir de nuevo cuando se descargue C2 . El proceso se repite continuamente mientras esté cerrado el interruptor general. Los períodos de conducción de estos transistores dependen evidentemente de la capacidad de los condensadores C 1 y C2' que están calculados de antemano para que la frecuencia de 391


la oscilación sea la más adecuada. Con el potenciómetro Rl se consigue aumentar o disminuir el tiempo de descarga de el y con ello se logra variar el período de oscilación. La Fig. 13.14 muestra el esquema de conexionado de un limpiaparabrisas con sistema intermitente, representado en la posición de funcionamiento de este dispositivo, en la cual, el doble interruptor ocupa la posición B, permitiendo que la corriente pase desde la batería al limpiaparabrisas a través del dispositivo intermitente, como muestran las flechas. Al mismo tiempo, la otra sección del doble interruptor conecta a masa uno de los bornes del dispositivo intermitente, lo cual es necesario para el funcionamiento del mismo. La Fig. 13.15 muestra la posición de funcionamiento continuo del limpiaparabrisas, en la cual, el doble interruptor ocupa la posición e, en la que deja fuera de servicio el dispositivo intermitente, enviando la corriente de batería directamente al limpiaparabrisas.

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Fig. 13.15.

Fig. 13.14.

En la Fig. 13.16 se ha representado un sistema de conexionado similar al anterior, donde el dispositivo intermitente es, en este caso, del tipo electromecánico de contactos. Entonces, en la posición de marcha cadenciada (la representada en la figura), el motor del limpiaparabrisas es alimentado desde el dispositivo intermitente, a través del borne 2, correspondiente

Intermitente

Limpiaparabrisas

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F-

Conmutador

P --~----~I~~~~~+

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Fig. 13.16.

392

LA VAP ARABRISAS

al contacto de parada automática, de manera que el escaso tiempo que dura la conexión eléctrica en el dispositivo intermitente sea suficiente para arrancar el motor eléctrico del limpiaparabrisas, que posteriormente seguirá funcionando alimentado por el borne 3, hasta que la leva de parada automática vuelva a separar los contactos, ocupando nuevamente la posición representada en la figura. En la posición de marcha intermitente, el conmutador de marcha conecta a masa el borne negativo del dispositivo intermitente, con lo cual, la corriente que llega al borne + pasa a través de los contactos hasta el borne F y de allí al motor del limpiaparabrisas, al mismo tiempo que una parte de la misma recorre la resistencia para salir por el borne negativo a cerrar circuito a masa a través del conmutador. En el transcurso del tiempo, el calentamiento de la resistencia por el paso de esta corriente, deforma el contacto móvil separándolo del fijo, con lo cual se interrumpe la corriente de alimentación del limpiaparabrisas, que no se establece de nuevo hasta que la resistencia se haya enfriado y vuelvan a juntarse los contactos. Este período de tiempo supone el ritmo de cadencia del funcionamiento del limpiaparabrisas.

13.5.

LA VAP ARABRISÁS

Cuando el piso de la carretera por la que se circula está mojado, el paso de los vehículos por ella levanta una nube de agua y barro, que ensucia los parabrisas hasta el punto que se hace imposible su limpieza utilizando solamente las rasquetas. Para ayudar a éstas en su labor de limpieza, se dispone un sistema de lavado del parabrisas, que consiste en enviar un chorrito de agua contra el parabrisas al mismo tiempo que se hacen mover las rasquetas. Generalmente, esto se consigue con una simple bomba que acciona el conductor con el pie izquierdo y que recoge el agua de un depósito para hacerla salir por unos surtidores situados en el capot delantero, frente al cristal del parabrisas. En algunos casos, como en el de la Fig. 13.9, cuando se acciona esta bomba, se manda corriente además al motor del limpiaparabrisas, cuyas rasquetas efectúan un barrido. Actualmente suele disponerse este sistema de limpiado de manera que sea un motorcillo eléctrico el que envíe el agua contra el parabrisas, disponiéndose de manera similar al motor de las bocinas de aire comprimido. En la Fig. 13.17 puede verse el depósito de agua, que va colocado en el compartimento del motor y en el que se sumerge el tubo de aspiración A, en el cual va alojada la bomba de agua, que, como hemos dicho, la constituye un pequeño motor eléctrico. El agua recogida en este depósito, es enviada por conductos de plástico hasta los surtidores situados frente al parabrisas. El sistema de mando de esta bomba se dispone de manera que funcione al mismo tiempo que lo hace el limpiaparabrisas y así, el agua lanzada a éste queda barrida por las rasquetas efectuándose la limpieza. En el despiece de esta figura puede verse que el motor eléctrico lo forman el inducido 10, escobillas 7 y 9, piezas polares 6 y el inductor 3; todo ello acoplado en la tapa superior del depósito. El motor eléctrico se une a la bomba por medio del eje 16. Dicha bomba está situada en el fondo del depósito y aspira el agua en él contenida haciéndola salir por el tubo 20 hasta el parabrisas. La carcasa 19 encierra a este conjunto y va provista de un tamiz que impide a la bomba aspirar suciedad del fondo del depósito. 393


13.6. LIMPIA-LA VA LUNETAS Y LIMPIA-LAVA PROYECTORES

En los vehículos de tipo familiar, dado que su luneta trasera se mancha en exceso con la cortina de barro que levantan las ruedas traseras del propio vehículo, se disponen mecanismos apropiados de limpieza del cristal, que de otro modo impediría la visión de la carretera a través del espejo retrovisor del interior del vehículo.

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Fig. 13.17.

El mecanismo dellimpialuneta trasero es similar al de los limpiaparabrisas, con la variante de que aquí no es precisa más que una sola rasqueta, que toma movimiento generalmente del mismo motor eléctrico, el cual va fijado al portón trasero. En la Fig. 13.18 se ha representado uno de estos limpialunetas. En cuanto allavaluneta se refiere, es similar allavaparabrisas y suele situarse en la parte trasera del vehículo, generalmente en un lateral, a la altura del paso de rueda. El circuito eléctrico se dispone de manera que pueda accionarse solamente el limpialuneta o ambos aparatos a la vez. En la Fig. 13.19 se muestra un esquema de conexiones de estos dispositivos. El interruptor general de mando es del tipo de pulsador y dispone de dos posiciones de marcha y una de parada (posición A), en la cual, queda cerrado el circuito del motor limpialuneta para que actúe el freno eléctrico. En la primera posición de marcha, pulsando levemente el interruptor, se establece la conexión B y la corriente puede pasar al motor del limpialuneta obteniéndose el funcionamiento del mismo hasta que se suelte el interruptor y vuelva a su posición de reposo A. La segunda posición de marcha se logra al pulsar un poco más fuerte el interruptor, consiguiéndose además de la conexión B, que se efectúe la e, con lo cual, la corriente pasa a la bomba lavaluneta además de al motor, vertiéndose un chorro de agua sobre el cristal, que contribuye a la mejor limpieza del mismo. También puede disponerse una posición de funcionamiento intermitente, similar a la descrita para el limpiaparabrisas. 394

LIMPIA-LAVA LUNETAS Y LIMPIA-LAVA PROYECTORES

Fig. 13.18.

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------I Fig. 13.19.

En la Fig. 13.20 se ha representado un conjunto de limpia-lava faros, cuya misión es la de limpieza del cristal de los proyectores de las salpicaduras de barro que proyectan sobre él los 395


vehículos que circulen por delante, manteniéndolo limpio para que no se vea reducida la luz proyectada por el faro y, en consecuencia, que no disminuya la iluminación.

Fig. 13.20.

En cuanto al circuito eléctrico se refiere, suele combinarse con el mando de luces, de manera que el motor limpiafaros no funciona más que cuando están encendidas las luces. El interruptor de mando suele ser el mismo empleado para el limpiaparabrisas y acciona a la vez el limpia y el lavafaros, de manera similar a la empleada en el limpia-lava luneta. 13.7. SISTEMA CALEFACTOR DEL VEHICULO

Los vehículos actuales están dotados de un sistema de calefacción con el que se consigue mantener la temperatura del interior del habitáculo en unos niveles aceptables de confort. Para ello se aprovecha el sistema de refrigeración del motor, donde el agua puesta en circulación es tomada a la salida del motor, ya caliente, y enviada a un pequeño radiador implantado en el interior del habitáculo, a través del cual se hace pasar una corriente de aire, que posteriormente es canalizada convenientemente. El aire se calienta a su paso por el radiador de agua y luego es dirigido a los diferentes puntos del interior del habitáculo, como muestra la Fig. 13.21, en una circulación forzada por la propia marcha del vehículo o por un pequeño motor eléctrico. El conjunto climatizador se implanta generalmente en la parte inferior del tablero de bordo, disponiéndose en éste las correspondientes aberturas y ventanas para la salida del aire (como muestra la figura), que se orienta convenientemente hacia los lugares adecuados, como el parabrisas, las ventanas de puerta o la parte inferior, hacia los pies de los pasajeros. Las flechas A muestran las entradas de aire frío del exterior, las B corresponden al aire ya caliente después de su paso a través del radiador de agua y las e son las salidas del aire del interior del habitáculo. Un conjunto de trampillas accionadas desde los correspondientes mandos en el tablero de bordo, permiten desviar el aire hacia los lugares más convenientes en cada momento, como es el parabrisas, para lograr un desempañado rápido en invierno. Otras trampillas permiten mezclar el aire caliente a la salida del radiador, con el frío que entra del exterior, consiguiéndose con ello regular la temperatura del interior. 396

SISTEMA CA LE FACTOR D EL VEHICULO

nit

397


La Fig. 13.22 muestra en esquema las posiciones de las trampillas de regulación de temperatura y distribución de aire que corresponden a temperatura intermedia y salida de aire para el parabrisas únicamente, como muestra el anagrama del mando. La Fig. 13.23 muestra el sistema de mando de las trampillas mediante palancas y cables de acero.

Fig. 13.22.

Fig. 13.23.

Por lo que se refiere al desempañado de la luneta trasera, suele disponerse en ella un sistema de caldeo, consistente en un hilo conductor que recorre la luna en su totalidad, por el que se hace pasar la corriente eléctrica. El paso de ésta produce el calentamiento del hilo, que a su vez, realiza el desempañado. El hilo conductor suele montarse de forma impresa en la misma luneta trasera, de manera que ocupe la totalidad de su superficie, en líneas sucesivas que van de izquierda a derecha. 13.8. MOTOVENTILADOR DEL CALEFACTOR

Como ya se ha dicho, la corriente de aire que pasa a través del radiador del calefactor, puede ser provocada por un pequeño motor eléctrico que da movimiento a una turbina. La Fig. 13.24 muestra una de las disposiciones de motor y turbina utilizadas para impulsar el aire, a través del radiador de calefacción, hacia el interior del habitáculo. También en la Fig. 13.21 puede verse la implantación del motor eléctrico y la forma de la turbina, en este caso de diseño diferente. En algunos vehículos este motor suele ser del tipo de imanes permanentes (Fig. 13.25), haciéndose llegar la corriente al inducido por medio de las correspondientes escobillas, obteniéndose así el giro del mismo. Para disponer de dos velocidades, se intercala una resistencia en serie que provoca la correspondiente caída de tensión, con lo que se consigue una velocidad de rotación más lenta. En cuanto a su composición se refiere, puede verse que el inducido o rotor acopla en el interior de unos imanes permanentes que constituyen el inductor, cuyo campo magnético permanente, junto con el creado en las bobinas del rotor cuando se les hace pasar la corriente, producen el giro de éste. En el extremo posterior del eje puede verse un rebaje que se utiliza para fijar en él la turbina a la que tiene que dar movimiento para crear la corriente de aire necesaria. El rotor apoya por sus dos extremos en sendos cojinetes alojados en las tapas delantera y trasera, que se unen entre sí por medio de tornillos, dejando al rotor perfectamente centrado entre los imanes permanentes. En la Fig. 13.26 puede verse la instalación eléctrica de este tipo de motor, donde el conmutador A puede ocupar dos posiciones de marcha, en las cuales se hace llegar la corriente al inducido, bien directamente, o bien a través de la resistencia R. 398

MOTOVENTILADOR DEL CALEFACTOR

Fig. 13.25

Fig. 13.24.

En otros casos, el motor empleado es del tipo de devanado inductor, como el representado en la Fig. 13.27, donde la corriente pasa primero por el devanado inductor y a continuación por el inducido, creándose los correspondientes campos magnéticos que harán girar al rotor. Para conseguir dos velocidades en estos tipos de motor, se dispone el bobinado inductor como se indica en la Fig. 13.28.

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-¡I

T Fig. 13.26.

Fig. 13.27.

399


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8

A

Fig. 13.28.

Si el interruptor F se coloca en la posición A, la corriente pasa desde la batería a través de este interruptor a la bobina e, de ésta a la D y de aquí a la bobina E, pues por B no tiene circuito. De la bobina E pasa a la escobilla positiva F y al colector, donde a través de sus bobinas pasa a la escobilla G, para llegar a la bobina H y salir por ella a masa en 1. Esta corriente ha atravesado todas las bobinas y al pasar ha creado en ellas un campo magnético, que en oposición con el del inducido, hace que éste gire a gran velocidad, ya que el campo de las inductoras es muy grande. Si el interruptor E se coloca en la posición B, la corriente de la batería pasa desde aquí a la bobina E y escobilla F, de donde llega al colector y bobinas del inducido, para salir por la escobilla G a la bobina H y masa en 1. Desde el borne B no puede seguir por la bobina D y e, por estar cortado este circuito, ya que el interruptor se encuentra en la posición B; por tanto, la corriente pasa ahora por una sola pareja de bobinas y el campo magnético creado es menor que en la ocasión anterior, con lo que el inducido gira más lento. La corriente de aire caliente que entra en todo momento en el interior del vehículo, depende de la velocidad que se le dé al motor eléctrico; por tanto, si se quiere calentar el interior rápidamente, se dará al motor del calefactor la mayor velocidad de rotación. 13.9. REGULACION ELECTRONICA DE LA CALEFACCION

En el interior del habitáculo de un automóvil se producen oscilaciones de la temperatura, debido a la velocidad de circulación del vehículo y a la temperatura exterior cambiante, que obligan al conductor a regular continuamente la calefacción interior a mano. No obstante, esta regulación sistemática puede ser encomendada a un sistema electrónico, donde el conductor selecciona la temperatura interior que desea y ésta es mantenida independientemente de la velocidad de circulación y la temperatura externa, obteniendo una rápida reacción a toda variación de la temperatura interior programada. En la Fig. 13.29 se muestra esquemáticamente un sistema de regulación electrónica de la calefacción, donde puede verse que en la entrada de agua caliente al radiador 5, se ha instalado 400

VERIFICACION y CONTROL DE LOS SISTEMAS LIMPIAPARABRISAS Y CALEFACTORES

una válvula electromagnética 4, controlada por el dispositivo electrónico de regulación 9, que a su vez recibe señales del selector de temperatura 6 y de las sondas 3 y 7, de las cuales, una va instalada por debajo del radiador calefactor 5 y la otra en el interior del habitáculo, generalmente en el mismo tablero de bordo, como muestra la figura.

5

Regulación electrónica de la calefacción

1 2 3 3a

Aire frío Ventilador Sonda del habitáculo al colector de admisión o al ventilador Válvula electromagnética Intercambiador de calor Actuador del valor teórico Sonda del circuito de ventilación Aire caliente Dispositivo regulador

4 5 6 7 8 9

9

Fig. 13.29.

En el funcionamiento, las sondas miden las temperaturas del habitáculo y del aire de calefacción, enviando una señal eléctrica al módulo 9 que compara estas señales con la recibida del mando selector 6. En el caso de no coincidencia, se envían desde el módulo los impulsos de tensión necesarios para activar la válvula electromagnética 4, cerrando o abriendo más el paso de agua para el radiador 5 de la calefacción, con 10 que se logra variar la temperatura del habitáculo en el sentido que corresponda en cada caso. 13.10. VERIFICACION y CONTROL DE LOS SISTEMAS LIMPIAPARABRISAS Y CALEFACTORES

En la verificación de un limpiaparabrisas, debe atenderse a que el motor funcione correctamente, no se produzcan ruidos anormales y las rasquetas limpien perfectamente. En una primera revisión ocular, se verificará el estado de las rasquetas, cuyas gomas deben encontrarse en perfecto estado, sin roturas ni agrietamientos. El mecanismo de palancas que transmiten el movimiento a las rasquetas no debe presentar deformaciones y sus articulaciones deben estar perfectamente engrasadas. Deberá comprobarse que el recorrido de las rasquetas es el correcto (de tope a tope) y que el número de oscilaciones en cada una de las velocidades es el estipulado. Generalmente, la 401


velocidad lenta debe dar entre 35 y 50 oscilaciones por minuto y la rápida entre 60 y 70. La diferencia entre ambas debe ser en todo caso superior a 15 oscilaciones por minuto. Es imprescindible que el parabrisas se encuentre mojado en el transcurso de esta verificación. Durante la comprobación, deberá medirse la intensidad de corriente para cada una de las velocidades, que en el peor de los casos no debe exceder de 6 A para cualquiera de ellas. Si no se obtiene un funcionamiento correcto del motor, deberá verificarse en primer lugar que la tensión aplicada a los bornes de entrada de cada una de las velocidades del motor es la correcta, pues en caso contrario indicaría que existe alguna conexión defectuosa, en cuyo caso, deben comprobarse las caídas de tensión, siguiendo el circuito en sentido contrario al de la corriente y atendiendo a las pautas dadas para la verificación de otros circuitos. Cuando el motor del limpiaparabrisas no funcione, se comprobará con la lámpara de pruebas si llega corriente a los bornes correspondientes a cada una de las velocidades. En caso afirmativo, la avería estará en el propio motor, el cual deberá desmontarse para la verificación individual de sus componentes, no sin antes haber comprobado que existe una correcta toma de masa, para lo cual, basta conectar un cable entre la parte metálica del motor y masa, comprobando a continuación si funciona el motor. Si se comprueba que no llega corriente a los bornes de entrada al motor, se verificará si sale de los correspondientes del conmutador. En caso afirmativo, existe un cable cortado, y en el contrario es el conmutador el defectuoso o está cortado el cable de alimentación del mismo, lo cual se comprobará igualmente con la lámpara de pruebas. En algunos vehículos, la corriente de alimentación del limpiaparabrisas se hace pasar a través de un fusible que, por tanto, debe verificarse en primer lugar. Cuando se ha comprobado que llega corriente a los bornes de entrada al motor y sin embargo éste no funciona, deberá procederse a la verificación individual de sus componentes. En cuanto al inducido se refiere, no debe limpiarse con ningún tipo de disolvente. La superficie del colector debe encontrarse en perfecto estado y completamente limpia. El eje no debe estar deformado y el sifin labrado en uno de sus extremos ha de presentar un buen aspecto, sin desgastes ni deformaciones. Inmediatamente se realizarán las pruebas eléctricas de cortocircuito, continuidad y derivaciones a masa, de la misma forma que ya se explicó para las dinamos o los motores de arranque. Por lo que se refiere a las bobinas inductoras, las pruebas a realizar en los motores que van dotados de ellas, son similares a las de otros motores eléctricos. Comprobado el motor y reparada la avería si la hubiere, se procederá a su montaje y verificación de funcionamiento antes de incorporarlo al vehículo. El consumo de corriente debe ser inferior a 6 A. Las pruebas eléctricas detalladas hasta aquí, son aplicables a la verificación de los limpialunetas y limpiafaros, cuya constitución y circuitos eléctricos son similares a los limpiaparabrisas. En cuanto al motor del calefactor, puede igualmente seguirse esta pauta. En los sistemas de caldeo de la luneta trasera por medio de hilos conductores, se comprobará que se produce el desempañado en toda la luneta. Si alguna zona no desempaña, indica que hay un hilo cortado, lo cual se comprueba con la ayuda de un óhmetro que se conecta entre los extremos del hilo estando el sistema sin recibir corriente. Si no hay desempañamiento, debe verificarse con la lámpara de pruebas si llega corriente hasta la luneta y si hay una buena masa. En las bombas lavaparabrisas o lavalunetas, solamente se comprobará que les llega corriente cuando se acciona el interruptor correspondiente, y que existe una buena toma de masa. Si no se produce su funcionamiento, es necesario sustituirla, pues no existen piezas de recambio para efectuar su reparación. 402

VERIFICACION y CONTROL DE LOS SISTEMAS LIMPIAPARABRISAS Y CALEFACTORES

Cuadro sinóptico de averías (Limpiaparabrisas y calefactor) SINTOMAS

CAUSAS POSIBLES

PRUEBAS A REALIZAR

REMEDIOS

masa

Verificar conectando un cable entre la carcasa del motor y masa.

Realizar una buena toma de masa.

El motor del limpiaparabrisas continúa funcionando aún con el conmutador en posición de parada.

Conexión de interrumpida.

Interruptor automático de parada no desconecta.

Verificar estado del contacto móvil y aislamiento de masa de la tapa sobre la que desliza.

Sustituir contacto deslizante o tapa.

El motor del Iimpiaparabrisas o calefactor no funciona.

Cable de llegada de corriente cortado.



Interruptor defectuoso.


El motor no gira y el consumo de corriente es elevado.

El motor gira muy lentamente.

Ruidos anormales en el funcionamiento del motor.


Inducido o inductores quemados.

Desmontar y verificar continuidad, cortocircuito y derivaciones a masa.


Escobillas en mal estado o desgastadas.


Limpiar o sustituir.

Inducido blocado.


Limpiar o sustItUIr el componente defectuoso.

Rueda reductora blocada.


Limpiar o sustituir.

Inducido en cortocircuito o derivado a masa.

Verificar cortocircuito y derivación a masa.

Sustituir inducido.


Verificar caídas de tensión en el circuito.

Reparar conexiones.

Excesiva resistencia entre las escobillas y el colector.

Verificar el estado de estos componentes.

Limpieza de componentes.

Inducido roza en la carcasa.

Comprobar posicionamiento del inducido y holguras.


El inducido no gira Iibremente y roza con la carcasa.

Comprobar posicionamiento del inducido y holguras.


Husillo sin fin del inducido defectuoso.


Sustituir inducido.

Rueda dentada defectuosa.


Sustituir rueda dentada.

Falta de engrase en los cojinetes de apoyo del eje del inducido.


Engrasar cojinetes apoyo.

Ejes de articulación del varillaje de mando parcialmente agarrotados.


Limpiar y engrasar articulaciones.

de

403

14 Circuito de accesorios. Cuadro de instrumentos. Indicadores 14.1. INDICADORES DE CONTROL Para que el conductor de un automóvil tenga en todo momento una información precisa del funcionamiento de los distintos sistemas mecánicos y eléctricos del mismo, se disponen en el tablero de instrumentos una serie de aparatos de control, que indican el estado de los diferentes mecanismos, detectando las posibles averías en los mismos y avisando al conductor de las anomalías que se presenten en la marcha, evitando que las averías alcancen proporciones tan elevadas, que el coste de la correspondiente reparación sea excesivo. Con estos dispositivos se tiene un control preciso del buen funcionamiento de los más importantes sistemas del vehículo, evitándose en gran parte los riesgos de accidente que pudieran ocasionar determinados tipos de averías, que sin estos controles no hubieran sido detectadas con la suficiente antelación. Generalmente los dispositivos de control se agrupan en el «cuadro de instrumentos», que va situado en el tablero del vehículo, para que el conductor tenga la correspondiente información con un simple golpe de vista, sin que distraiga su atención de la conducción. Los distintos sistemas toman la forma de indicadores de aguja, lámparas testigo o avisadores acústicos, dependiendo del tipo de control a realizar para que sean de uno u otro tipo. En la Fig.14.1 se ha representado un cuadro de instrumentos que agrupa en este caso el velocímetro A, cuentarrevoluciones B, indicador de combustible e, e indicador de temperatura de agua D. Además se disponen una serie de lámparas testigo T a ambos lados del cuadro, de entre las que podemos destacar las de carga, presión de aceite, intermitencias, luz de carretera, etc.

Fig. 14.1.

405

CIRCUITO DE ACCESORIOS. CUADRO DE INSTRUMENTOS. INDICADORES

El conjunto de estos indicadores va alojado en la carcasa E de plástico y cubierto por un cristal. En la parte posterior de la carcasa se disponen los bornes de conexión, que van unidos al circuito impreso F, al cual se conecta la instalación como ya se verá. De esta manera, y aunque los indicadores poseen circuitos independientes entre sí, se aprovechan las tomas de corriente y de masa que les son comunes y se reúnen en un solo bloque, agrupando un conjunto de avisadores del funcionamiento de los más diversos sistemas. El cuadro de instrumentos va montado sobre el tablero de bordo, en un alojamiento apropiado (Fig. 14.2), fijándose a él por medio de tornillos o grapas especiales, quedando todos los indicadores a la vista del conductor. En su parte posterior se realizan las conexiones eléctricas apropiadas, que es preciso retirar en la operación de desmontaje del cuadro (Fig. 14.3), así como la conexión del cable del velocímetro.

I

¡

~, \

\

Fig. 14.2.

Fig. 14.3.

14.2. INDICADOR DE NIVEL DE COMBUSTIBLE

Se emplea este indicador para conocer en todo momento la cantidad de combustible que hay en el depósito del vehículo. Para ello se dispone de dos elementos, de los cuales, uno se coloca en el tablero de instrumentos a la vista del conductor, tal como se vio en la Fig. 14.1, y el otro en el depósito de gasolina. El del tablero de instrumentos lo constituye una escala graduada por la que se desplaza una aguja, que indica la cantidad de combustible que hay en el depósito con respecto al lleno total. Como complemento es necesario que en el depósito se sitúe un reóstato mandado por un flotador, cuya posición depende del nivel alcanzado por el combustible y, en consecuencia, por la cantidad de éste. El esquema eléctrico es el que se representa en la Fig. 14.4, en la que, además, se incluye una vista fotográfica del reóstato. La tensión existente en el punto A queda aplicada a las bobinas B y e, de las cuales, la B está conectada a masa, lo que determina una corriente en ella de valor constante y, en consecuencia, el campo magnético creado por esta bobina puede considerarse de intensidad constante. Conectado en serie con la bobina e se encuentra el reóstato R, dispuesto en el depósito de combustible. La aguja E de su cursor es movida por el flotador P, que ocupa una posición tanto más alta, cuanto mayor sea la cantidad de combustible encerrada en el depósito. Así, pues, la resistencia conectada en serie con la bobina e es tanto mayor, cuanto más lo sea la cantidad de combustible y, en consecuencia, el campo magnético creado en esta bobina depende del nivel de combustible en el depósito. La acción conjunta de estos dos campos magnéticos sobre la aguja del indicador, determina la posición que ésta ha de tomar sobre la escala graduada. 406

INDICADOR DE NIVEL DE COMBUSTIBLE

A

R

Fig. 14.4.

Cuando el depósito de combustible se encuentra lleno, el flotador P ocupa su posición más alta y la aguja E del cursor intercala una gran resistencia en serie con la bobina e (su posición es próxima al punto H). En estas condiciones, la corriente que atraviesa esta bobina es pequeña yel campo magnético creado en ella es más débil que el formado en la bobina B, que tira con mayor fuerza de la aguja del indicador, desplazándola sobre la escala graduada para marcar hacia el lleno. Si hay poca cantidad de combustible en el depósito, el flotador P ocupa una posición baja y la aguja E del cursor (próxima a D) intercala poca resistencia, con lo que la corriente en la bobina e es importante y el campo magnético creado en esta bobina es superior al de la B, tirando con mayor fuerza de la aguja del indicador, que se desplaza sobre la escala graduada en la dirección al vacío. Cuando el depósito de combustible se encuentra a la mitad de su llenado, la resistencia intercalada en el reóstato es tal, que los campos magnéticos creados en las bobinas B y e son similares, en cuyo caso, la aguja del indicador encuentra su posición de equilibrio hacia el centro de la escala graduada. En su ejecución práctica, las divisiones de la escala del indicador están referidas al total de combustible que tiene cabida en el depósito, disponiéndose generalmente divisores para estados de depósito lleno, 3/4 de su capacidad, 1/2 depósito, 1/4 y vacío. El interruptor 1 representado en el esquema lo constituye el propio interruptor de encendido en la mayor parte de los casos. Algunos indicadores de combustible incluyen una luz testigo, que se enciende cuando en el depósito queda una cantidad mínima de combustible (reserva). En la Fig. 14.5 se representa uno de estos esquemas donde, como puede verse, la única variante consiste en la luz de reserva, que se enciende cuando en el depósito queda una cantidad de aproximadamente el 10 % del combustible total. La lámpara B toma corriente de la misma llegada del marcador y se une a la patilla reóstato.

e del

Cuando el depósito está casi vacío, el cursor del reóstato ocupa la posición cercana a la entrada de corriente, como ya se ha dicho y, por tanto, la aguja del cursor, además de tocar en la resistencia del reóstato, lo hace en la lámina metálica e, con lo que la corriente pasa por los circuitos del marcador y por la lámpara B hasta la placa metálica e, de donde va a la aguja del cursor y a masa. El paso de corriente por este circuito hace que se encienda la lámpara B, indicando al conductor que queda muy poco combustible.

407


A B

Fig. 14.5.

En otras ocasiones se dispone un flotador adicional encerrado en un recipiente cilíndrico, que puede cerrar un contacto eléctrico cuando el nivel de combustible en el depósito baja de un cierto valor. Con esta acción se consigue el encendido de la lámpara testigo de reserva como en el caso anterior.

14.3.

OTROS INDICADORES DE NIVEL

Basados en el mismo principio de flotador de los indicadores de combustible, suelen disponerse en algunos vehículos otros indicadores de nivel, como ocurre, por ejemplo, en el circuito hidráulico de frenos. En este sistema existe un pequeño depósito de líquido en la propia bomba de frenos, que es utilizado para accionar el sistema, conteniendo a las ruedas en su giro. Si llegase a existir una fuga en el circuito, el líquido se iría perdiendo paulatinamente en cada frenada, llegando un momento en que la bomba de frenos no enviaría al sistema más que aire, con 10 cual, no se conseguiría la frenada. Para avisar al conductor de esta anomalía, se dispone un flotador en el depósito, cuyo contacto eléctrico se establece cuando el líquido contenido en éste sobrepasa un nivel mínimo, en cuyo caso, se cierra el circuito eléctrico de una lámpara situada en el cuadro de instrumentos, que avisa al conductor de la anomalía En la Fig. 14.6 puede verse la situación del depósito de líquido de frenos y la unidad aforadora contenida en él, a la que se conectan los correspondientes cables. De manera similar se disponen en otros casos los indicadores de nivel del líquido de refrigeración del motor en el vaso expansor del sistema, que avisan al conductor mediante el encendido de una lámpara en el cuadro de instrumentos de que falta líquido refrigerante. Actualmente se ha extendido el uso de indicadores de nivel de aceite en el cárter motor, que funcionan un instante antes de poner en marcha el vehículo, cuando el conductor acciona la llave de contacto manteniéndola en esa posición sin llegar todavía a efectuar el arranque, y se desconectan automáticamente al ponerse en marcha el motor. Es de la mayor importancia que el nivel de aceite del motor no baje en exceso y, por ello, el conductor ha de comprobarlo frecuentemente, para lo cual, utiliza una varilla medidora de la que dispone el propio motor. Sin embargo, con el empleo de los indicadores eléctricos de nivel de aceite, se dispensa al conductor de levantar el capot y realizar manualmente esta verificación.

408

OTROS INDICADORES DE NIVEL

Fig. 14.6.

El sistema comúnmente empleado para realizar esta función 10 constituye un indicador situado en el tablero de instrumentos, similar al indicador de combustible, y una unidad aforadora sumergida en el cárter motor, cuya resistencia varía en función del aceite allí contenido. Otras veces, la resistencia es sustituida por un doble hilo conductor que forma un termopar, en cuyo extremo se induce una pequeña tensión en función del nivel alcanzado por el aceite. Dicha tensión es amplificada en un circuito electrónico integrado y transmitida en forma de corriente eléctrica a la bobina del indicador del tablero que, por tanto, da una indicación del nivel de aceite existente. La Fig. 14.7 muestra la implantación del indicador de nivel A en el cuadro de instrumentos, en el cual se dispone también el módulo electrónico B, mientras que la sonda de nivel e queda sumergida en el cárter motor.

Fig. 14.7.

409


La sonda de nivel, en este caso, está formada por un hilo de alto coeficiente de resistividad, que presenta la peculiaridad de que su conductibilidad térmica es distinta cuando el hilo se sumerge en un líquido o cuando está al aire libre. Cuando se acciona el interruptor de encendido, el circuito electrónico B deja pasar hacia la sonda e una pequeña corriente eléctrica, mediante la cual se obtiene una caída de tensión en los bornes de la sonda, después de transcurrido un corto espacio de tiempo, y que es función de la inmersión del hilo en el aceite. Esta caída de tensión es detectada por el circuito electrónico, que en función de ella envía al indicador una corriente eléctrica capaz de desviar la aguja indicadora, tanto más cuanto más nivel de aceite haya en el cárter. Cuando el motor se pone en marcha, el circuito electrónico se bloquea y el indicador deja de funcionar. El bloqueo se produce gracias a la señal que envía el captador de presión de aceite, situado en este caso por encima de la sonda de nivel, roscado en la canalización de aceite del bloque motor. 14.4.

INDICADORES DE PRESION y TEMPERATURA DEL ACEITE MOTOR

Sabido es que para lograr un buen funcionamiento del motor de un automóvil, es necesario que su sistema de engrase se encuentre en perfectas condiciones, es decir, que la bomba envíe el aceite a los distintos puntos a engrasar con una presión conveniente y que la temperatura del mismo no sobrepase ciertos valores preestablecidos. Para controlar en todo momento este sistema, se disponen en el automóvil los indicadores de presión y temperatura del aceite. Cuando existe una avería en el circuito de engrase del motor, las piezas móviles del mismo frotan en seco entre sÍ, con el consiguiente desgaste y producción de calor que deteriora de manera inmediata el motor. Por esta causa se establecen los dispositivos de control de este circuito, que el conductor del vehículo debe vigilar atentamente y con la debida frecuencia durante la marcha del mismo. La presión del aceite en el circuito de engrase, suele controlarse comúnmente con un dispositivo de lámpara de control en el cuadro de instrumentos, que se enciende cuando la presión no alcanza unos valores mínimos. La unidad de envío que gobierna el encendido de esta lámpara la constituye un «manocontacto», que va situado en la canalización principal de engrase del motor, como se vio en la Fig. 14.7. En la Fig. 14.8 se ha representado esquemáticamente este dispositivo. El encendido de la lámpara B se logra cuando los contactos D y E se juntan, lo que ocurre cuando la presión de aceite del engrase ( que llega por F) no es suficiente para vencer la acción de un muelle (no representado en la figura), que tiende a mantener los contactos cerrados.

B

e

1,

--!.-

Fig. 14.8.

410

INDICADORES DE PRESION y TEMPERATURA DEL ACEITE MOTOR

El manocontacto se rosca en A a la canalización principal del sistema de engrase y se conecta a la lámpara por medio del terminal e, realizando el retorno por masa (parte metálica del motor). Cuando se acciona el interruptor de encendido, la lámpara B permanece encendida hasta que el motor se ponga en marcha, en cuyo instante, la presión del circuito de engrase separa los contactos D y E interrumpiendo el circuito, con lo cual, la lámpara se apaga. El encendido de la misma estando en marcha el motor indica una anomalía en el circuito de engrase, por cuya causa debe pararse el motor de inmediato. Otras veces se dispone un indicador similar al de nivel de combustible, que determina la presión con que se efectúa el engrase del motor. Se dispone para ello de un indicador en el tablero de instrumentos y una unidad manométrica que se rosca en una canalización de aceite, de manera similar a la anterior. Esta unidad de envío lleva un orificio que comunica con la parte inferior de la membrana e (Fig. 14.9), en cuya cara superior hay un espacio relleno de una especie de carboncillo, que tiene la particularidad de que cuanto más comprimido está es mejor conductor y, cuanto más suelto, mayor dificultad presenta al paso de la corriente eléctrica. Esta cápsula ejerce la misma función que un reóstato, ya que constituye una resistencia variable.

o

8

Fig. 14.9.

El funcionamiento es similar al del indicador de combustible. La corriente procedente de la batería se hace pasar por la llave de encendido y de allí va al borne D del indicador, de donde puede seguir dos caminos: uno a través de la bobina E a masa y otro desde la bobina H hasta la unidad de envío y a través del polvo de carbón a masa. La resistencia de la bobina E es fija; pero la que opone el polvo de carbón es variable, dependiendo en todo momento de la presión que se ejerza sobre la membrana e, por lo que cuando se pone en marcha el motor, si la presión de aceite que manda es elevada, la membrana aprieta mucho el polvo de carbón; su resistencia es entonces pequeña y, por tanto, la corriente que pasa por la bobina H y la unidad de envío a masa es grande, con lo cual, el campo magnético creado por esta bobina es mayor que el debido a la bobina E y la aguja del indicador se desplaza, acercándose a la posición G, que indica mucha presión de aceite. Si el motor manda poca presión, las partículas de carbón están muy libres en la cámara A, por lo que presentan una gran resistencia al paso de la corriente eléctrica. En ese caso, la corriente que se deriva por la bobina E (cuya resistencia es ahora menor que la del otro

411


circuito), es mayor que la de H y dicha bobina crea el campo más potente, con lo que la aguja es atraída con más fuerza por ella que por la bobina H; por tanto, la aguja se desplaza a la posición J, indicando que el motor no recibe suficiente aceite para su engrase y hay que pararlo inmediatamente. En la escala graduada del indicador, el cero corresponde a la posición J y el máximo de presión a la posición G. Generalmente la presión obtenida en ralentí es de 1 a 2 kgjcm 2 y en marcha acelerada llega hasta 4 ó 5 kgjcm 2 • La temperatura alcanzada por el aceite en el circuito de engrase es otro de los factores que interesa conocer durante el funcionamiento del motor, debiendo parar el mismo o reducir su régimen cuando se sobrepasen unos valores determinados (en la mayor parte de los casos 150 oC). El dispositivo empleado en la realización de este control suele estar constituido por la misma lámpara testigo de presión, a la que se conecta en paralelo con el manocontacto una segunda unidad de envío (termocontacto), similar a la representada en la Fig. 14.8, cuyo contacto móvil forma parte de una lámina bimetal que se incurva, juntando los contactos, cuando la temperatura que le transmite el aceite sobrepasa los valores reseñados. En estas condiciones, queda establecido el circuito y la lámpara se enciende avisando al conductor de la anomalía. Otras veces se dispone un indicador en el cuadro similar al empleado para medir la presión, que se conecta a una unidad de envío constituida por una termistancia, que hace variar la resistencia eléctrica en función de la temperatura alcanzada por el aceite. Estas variaciones de resistencia determinan la posición que toma la aguja del indicador en la escala graduada del mismo. 14.5. INDICADOR DE LA TEMPERATURA DEL AGUA La temperatura alcanzada en cualquier momento del funcionamiento de un motor, no debe exceder de unos valores determinados. El circuito de refrigeración se encarga de evacuar el exceso de calor producido, manteniendo la temperatura dentro de unos valores convenientes. Para realizar esta misión se emplea el líquido refrigerante, que es enfriado en el radiador y devuelto al motor nuevamente siguiendo el ciclo. La temperatura alcanzada por este líquido es otro de los valores a controlar en el automóvil y para realizar esta función se disponen los indicadores de temperatura de agua. Como en el caso del aceite, la unidad de envío se coloca en el motor, en un punto del circuito de refrigeración. En esta unidad de envío se disponen unos contactos, uno de los cuales está formado por dos láminas de metales de diferentes coeficientes de dilatación, que al calentarse excesivamente se dilatan y los contactos, que normalmente están separados, se juntan. En la Fig. 14.10 se ha representado el esquema de este indicador, cuyo termocontacto lo constituye la lámina bimetal A, que junta los contactos cuando la temperatura que le transmite la cápsula B sobrepasa unos valores determinados (generalmente 115 oC). De esta manera se cierra el circuito y la lámpara L se enciende, advirtiendo al conductor de la anomalía. Otras veces, en vez de la lámpara testigo se utiliza un termómetro indicador, similar al ya descrito para la temperatura del aceite. La unidad de envío está constituida igualmente por una cápsula termométrica, cuya resistencia varía en función de la temperatura alcanzada por el líquido de refrigeración. Esta termistancia suele situarse en la culata del motor o cualquier otra zona alta del mismo, donde se alcanzan las mayores temperaturas durante el funcionamiento. Tanto en los casos de avisador de lámpara, como en los de medidor, la unidad de envío (termocontacto o termistancia) va situada en el lugar apropiado en el motor y no puede ser cambiada de lugar, pues el encendido de la lámpara o entrada en zona roja de la aguja del 412

OTROS AVISADORES LUMINOSOS Y ACUSTICOS

medidor, se produce en consonancia con la temperatura de la zona donde va situada la unidad de envío. Igualmente, no deben intercambiarse entre sí distintas unidades de envío.

L

1 Fig. 14.10.

14.6.

OTROS AVISADORES LUMINOSOS y ACUSTICOS

Además de los indicadores y lámparas de control hasta aquí detallados, en los automóviles suelen disponerse lámparas testigo del funcionamiento de los más diversos sistemas. De entre todas ellas podemos destacar las de accionamiento del freno de mano, desgaste de plaquetas de freno, funcionamiento del sistema de arranque en frío, etc. Cualquiera de ellas es gobernada por un interruptor, que se acciona cerrando el circuito cuando entra en funcionamiento el mecanismo correspondiente. Así, por ejemplo, cuando se tira de la palanca del freno de mano, es accionado un interruptor que cierra el circuito de una lámpara situada en el cuadro de instrumentos, la cual se enciende avisando al conductor de la situación de frenado del vehículo. Igualmente, la luz testigo del funcionamiento del sistema de arranque en frío permanece encendida mientras el conductor mantiene accionado el tirador manual de este dispositivo. Actualmente existe una tendencia en algunas marcas de vehículos para sustituir los indicadores luminosos por otros acústicos, disponiéndose en lugar de las lámparas testigos unos «zumbadores», que producen un leve sonido cuando existe anomalía en el circuito correspondiente. En la Fig. 14.11 se ha representado esquemáticamente uno de estos sistemas, donde la base del transistor T es puesta a masa por mediación del interruptor correspondiente al mecanismo que se desea controlar (por ejemplo el freno de mano). En estas condiciones se produce la conducción, con la que se logra un sonido audible en el zumbador Z instalado en el circuito del colector de este transistor.

+

T

Fig. 14.11.

413


Este mismo zumbador puede ser aprovechado para varios circuitos a la vez, para lo cual, basta disponer en paralelo con el interruptor 1 los que sean necesarios, cada uno de los cuales es accionado por el correspondiente mecanismo a controlar. 14.7.

VELOCIMETRO y CUENTARREVOLUCIONES

El cuadro de instrumentos de un automóvil se completa con el velocímetro y, en algunos casos, el cuentarrevoluciones. En la Fig. 14.12 puede verse el emplazamiento y la forma que adopta el mecanismo del velocímetro A de un vehículo. El movimiento se toma generalmente de la caja de velocidades y se transmite al velocímetro por mediación de un cable flexible, que acopla en el reloj del velocímetro como muestra la Fig. 14.13, donde hace girar al imán permanente 1 (Fig. 14.14), que está situado dentro del tambor T de chapa magnética, al que se encuentra unida la aguja A, que se desplaza por la escala graduada, indicando la velocidad adquirida por el vehículo. Al movimiento del tambor T se opone un muelle M. La acción del campo magnético del imán 1 arrastra al tambor, tanto más, cuanto más rápido sea su giro, con lo que la aguja indicará más velocidad en la escala graduada.

Fig. 14.12.

Fig. 14.13.

Fig. 14.14.

En el mismo mecanismo del velocímetro y aprovechando su sistema de arrastre, suele disponerse un sistema cuentakilómetros, constituido por una serie de engranajes que dan movimiento a un tambor, cuyas cifras van saltando paulatinamente, indicando los kilómetros 414

VELOCIMETRO y CUENTARREVOLUCIONES

que van recorriéndose. En algunas ocasiones se dispone en el mismo mecanismo un cuentakilómetros parcial, que puede ser puesto a cero por el conductor. El tacómetro o cuentarrevoluciones de un vehículo suele ser del tipo electrónico. Se monta en el cuadro de instrumentos junto al velocímetro, tal como se muestra en B de la Fig. 14.12. En principio, el sistema elemental del tacómetro electrónico se basa en un microamperímetro dispuesto en el circuito de colector de un transistor (Fig. 14.15). A la base del transistor se aplican los impulsos de control que se obtienen en el ruptor del sistema de encendido. En tales condiciones, la corriente de colector es función de la cantidad de impulsos de control que llegan a la base por unidad de tiempo, lo que a su vez depende del régimen del motor. Dicho de otra forma, el transistor conduce durante el tiempo que los contactos del ruptor permanecen cerrados, pues su base queda puesta a masa en estos instantes. Cuanto más frecuentes sean los tiempos de conducción, mayor es la corriente de colector que se hace llegar al microampefímetro M y, por tanto, más desviación se obtiene en la aguja de éste. Calibrando la señal convenientemente puede hacerse corresponder la marcación de la aguja del micro amperímetro con el régimen del motor, obteniéndose así un cuentarrevoluciones.

M

+

...,----11·

Fig. 14.15.

M

+ z e

,

'---'

,,

Fig. 14.16.

415


El sistema electrónico de tacómetro así obtenido tiene el inconveniente de su precaria precisión, toda vez que la corriente de colector del transistor no sólo depende del número de impulsos, sino, en igual medida, de su duración y amplitud. En la Fig. 14.16 se muestra el esquema de un cuentarrevoluciones que posee una mayor precisión. En primer lugar, la tensión de alimentación está estabilizada por el diodo zener Z. De otra parte, en el circuito de base del transistor T se dispone un sistema de diferenciación que homogeiniza la magnitud de los impulsos que alcanzan la base del transistor desde el ruptor. Estos impulsos, una vez amplificados en el transistor, se aplican desde su colector a un rectificador formado por los diodos D, a través del condensador e, con 10 cual, la indicación del micro amperímetro M es función exclusivamente del número de impulsos por unidad de tiempo que llegan a la base del transistor. En su ejecución práctica, el circuito electrónico va encerrado en una caja de plástico que forma parte del cuadrante que constituye el microamperímetro.

14.8. CONJUNTO DEL CUADRO DE INSTRUMENTOS La totalidad de los indicadores y luces testigo aquí tratados, suelen agruparse formando el conjunto del cuadro de instrumentos, tal como se vio en las Figs. 14.1 y 14.12. Como cada uno de los elementos que 10 integran tiene encomendada una función bien determinada, ha de disponer de su propio circuito eléctrico, 10 que supone una gran cantidad de conexiones y cables. En la actualidad, para simplificar al máximo estas conexiones se disponen los circuitos impresos en la parte trasera del cuadro de instrumentos y adosados a éste (Fig. 14.17), suprimiéndose el cableado que habría que realizar para conexionar cada uno de los indicadores y pilotos testigo.

Fig. 14.17.

La placa del circuito impreso se fija a la carcasa del cuadro de instrumentos y a ella se conectan cada uno de los componentes del mismo. En esta placa se disponen unos conectores a los que se conecta el cableado. En la Fig 14.18 se ha representado esquemáticamente uno de estos circuitos impresos, que corresponde al cuadro de la Fig. 14.1. En el conector A hay ocho vías, de las cuales, la 2 corresponde a la llegada de corriente desde el contacto y alimenta a las lámparas e, D, E, G YH Y a los indicadores F e J. La lámpara e es la testigo del funcionamiento del estrangulador y tiene su salida por 4 del conector A. La D es la testigo de presión de aceite y su salida es 5 416

EL ORDENADOR DE VIAJE

del mismo conector. La E es testigo de temperatura de agua y su salida es 6 del conector A. G es una lámpara no utilizada en este caso y H es la testigo de freno, cuya salida es por 6 del conector B. El indicador F es el de temperatura del agua y su salida se realiza directamente desde el mismo. Elles de nivel de combustible y su salida para el aforador se realiza por 7 del conector B. La otra conexión común a lámparas e indicadores es la de masa, que se realiza en este caso por 3 del conector B y da masa a los indicadores de nivel de combustible 1 y de temperatura de agua F. Además da masa a las lámparas J, K, L, M, N, O Y P, de las cuales, la J es de intermitencias y tiene su entrada por 2 del conector B; la K es testigo de luz de carretera y tiene su entrada por 4 del mismo conector; la L es testigo de luces de emergencia y tiene su entrada por 1 del mismo conector; la M y la N son de iluminación del cuadro y tienen su entrada por 8 del mismo conector; la O es testigo de funcionamiento de luneta térmica y tiene su entrada por 7 del conector A; y la P es testigo de luz de cruce y tiene su entrada por 8 de este mismo conector. El borne 3 del conector A es la conexión al ruptor del cuentarrevoluciones. La lámpara R testigo de carga tiene sus bornes aislados y se conectan directamente a la instalación.

A Fig. 14.18.

En esta disposición puede observarse que el diodo Q está conectado entre las salidas de agua y aceite. De esta forma, cuando hay avería en el circuito de engrase, gracias a este diodo las dos lámparas se encienden pues cierran circuito a través de 5 del conector A que va conectado al termocontacto del aceite. 14.9.


Desde hace algunos años vienen siendo utilizados en los vehículos los ordenadores de viaje, también llamados ordenadores de a bordo, mediante los cuales, el conductor puede controlar con precisión el consumo de combustible, velocidad media, disponibilidad de combustible, etc., durante el viaje. El módulo de información está constituido por una pantalla de cristal líquido que se incorpora en el tablero de a bordo, junto al cuadro de instrumentos, o en otros casos formando parte de él, como muestra en 11a Fig. 14.19. En un lateral se instalan los mandos de selección 417


de las distintas funciones 2 y el de parada y puesta en marcha 4. Para mayor facilidad de maniobra, el mando de selección se instala en otros casos en la propia maneta del mando limpiaparabrisas 3.

Fig. 14.19.

Esquema del ordenador del viaje con los bloques del microordenador

I~.~.~.~.I Señales de entrada

Nivel de combustible en el depósito Encendido Temperatura del aire

Microordenador

... Visualización

[-----_._-----

--,

¡Memoria RAM ROM

Ordenes

I

i

~----.

.1-------+t>I Micro.-1---_ _ _-1-+1 procesador

Transmisor de velocidad (inductivo o Hall)

I--I-+~

Consumo de combustible

L. Bateria Fig. 14.20.

418

~~t:>

Contador

Teclado

y con· mutadores

~


El ordenador propiamente dicho es un conjunto electrónico, al que generalmente va adosada la pantalla de cristal líquido, que recibe informaciones básicamente de cantidad de combustible en el depósito, consumo instantáneo de combustible y velocidad del vehículo. Estas señales son procesadas por circuitos integrados, como se muestra en el diagrama de la Fig. 14.20 Y enviadas posteriormente a la pantalla de cristal líquido, donde pueden ser visualizadas en forma de dígitos. La Fig. 14.21 muestra la secuencia de lecturas que puede obtenerse en la pantalla a medida que se pulsa el interruptor de mando.

Carburante restante Consumo instantáneo

Autonomía

l. [1 L/tOO

~

'-'1 U O _,::) KM ~

-, Consumo medio

-, ,-

l.

, ,-, :' O KM/H

..... iil

Velocidad media

I U L.U

9.... ~

,-,

CI

LdOO

9 .... ~

11

Distancia recorrida

o 9.... ~

O _,, :' L:' KM LI _,

Fig. 14.21.

Así, pues, mediante el empleo del ordenador de a bordo, el conductor puede controlar el consumo instantáneo y medio de combustible, la velocidad media del vehículo, la distancia recorrida y la autonomía de marcha. Para ello, es preciso enviar al módulo electrónico las oportunas señales, que son proporcionadas por sensores adecuados. La señal de consumo de combustible es proporcionada por un caudalímetro F (Fig. 14.22) instalado en el circuito de alimentación de combustible (entre la bomba de alimentación y el carburador) que se fija a la carrocería por medio del soporte D y al que llega el combustible por e desde la bomba y sale por E al carburador. El paso de combustible por su interior hace girar a una pequeña turbina, que a su vez mueve un generador de impulsos eléctricos, cuya señal es enviada al módulo electrónico por el conector A. En los vehículos dotados de sistemas de inyección electrónica, este caudalímetro no es necesario, puesto que la señal se toma directamente del módulo de inyección. La señal de velocidad del vehículo la proporciona generalmente un sensor taquimétrico (Fig. 14.23), instalado en el cable flexible del velocímetro, que genera una señal eléctrica proporcional a la velocidad del vehículo, que es enviada al módulo electrónico para su procesamiento. En función de esta señal de velocidad y del tiempo transcurrido, se genera la información de distancia recorrida por el vehículo. 419


Fig. 14.23.

Fig. 14.22.

Finalmente, la información de combustible en el depósito es proporcionada por un aforador de combustible de alta precisión (Fig. 14.24), donde el reóstato ha sido sustituido por una pista de resistencia pelicular e, sobre la que se desplaza el cursor movido por el flotador D. El conjunto se acopla en A al depósito, enviándose el combustible por el tubo B. El conector E se une al indicador de combustible y al módulo electrónico del ordenador de a bordo.

Fig. 14.24.

14.10.

VERIFICACION y CONTROL DEL CUADRO DE INSTRUMENTOS

El funcionamiento de los distintos componentes que integran un cuadro de instrumentos ha de ser comprobado individualmente, dado que cada uno de ellos lleva su propio circuito independiente. Solamente en el caso de anormalidad en el funcionamiento de varios indicadores a la vez, cabe pensar que la anomalía sea común, en cuyo caso se verificaría si llega corriente de alimentación y si existe una buena toma de masa. Por lo demás, las comprobaciones se realizarán individualmente. En cuanto se refiere a los indicadores de aguja, la causa del mal funcionamiento de los mismos puede ser debida al propio indicador o a su correspondiente unidad de envío. Para _ comprobar cuál de los dos elementos es el defectuoso, se desconectará el cable de llegada a r~~ la correspondiente unidad de envío y se pondrá directamente a masa. En estas condiciones, -~

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VERIFICACION y CONTROL DEL CUADRO DE INSTRUMENTOS

la aguja del indicador debe desplazarse al máximo, 10 que indicará el buen estado del marcador y la instalación. Así pues, en este caso, la avería está en la unidad de envío. Si no ocurre esto, la avería está en el indicador o el cable de unión entre éste y la unidad de envío, que está cortado. Para determinar cuál de los dos defectos es el causante, se hará la misma prueba directamente en la salida del indicador. En los aforadores de combustible, se comprobará la resistencia intercalada en el reóstato cuando la boya ocupa sus posiciones extremas y algunas intermedias. Es indispensable para esto disponer de los datos de control necesarios. Comúnmente, el valor de la resistencia intercalada cuando la boya está en su posición más alta, está comprendido entre O y 7 ohmios. A 3/4 de depósito es de 40 a 50 ohmios. Para 1/2 depósito es de 80 a 100 ohmios. Con 1/4 de depósito, 150 a 170 ohmios y con depósito vacío, 260 a 290 ohmios. No obstante, puede también realizarse una verificación del funcionamiento del indicador de combustible teniendo fuera del depósito el aforador pero conectado al circuito. Moviendo a mano la boya debe observarse el desplazamiento de la aguja del indicador, que se corresponderá en todo momento a las posiciones que tome la boya. En cuanto al indicador de temperatura de agua se refiere, la verificación de la termistancia se realiza sumergiéndola en un recipiente con agua, que se va calentando paulatinamente. Teniendo conectado el circuito y asegurada una buena toma de masa, las lecturas deben ir en aumento a medida que se calienta más el agua del recipiente, debiendo llegar la aguja del indicador a la zona roja de su escala, cuando comience la ebullición del agua del recipiente. El indicador de presión de aceite se comprueba de manera similar, proporcionando a la unidad de envío una presión de aire, que se va aumentando paulatinamente mediante una válvula de regulación del aire a presión de la red que se dispone en cualquier taller de automóviles. En cuanto a las lámparas testigo del funcionamiento de cualquier circuito se refiere, las verificaciones se realizan de manera similar. Suelto el cable de la unidad de envío y puesto a masa, debe encenderse la lámpara correspondiente. Si no es así, la avería está en el cuadro de instrumentos, en la propia lámpara, o en la instalación, 10 cual deberá ser comprobado con la lámpara de pruebas o el voltímetro, siguiendo el circuito en sentido contrario a la dirección de la corriente. En cuanto al cuadro de mandos se refiere, debe verificarse el circuito impreso y cada uno de los conectores que 10 unen eléctricamente a la instalación, que deben encontrarse en perfecto estado. En los sistemas de ordenador de viaje, las únicas verificaciones posibles son las relativas a las diferentes señales que llegan al módulo de control, las cuales pueden ser medidas con un voltímetro de corriente alterna, estando el sistema en funcionamiento. La ausencia de señal indica avería del componente que se verifica.

421


Cuadro sinóptico de averias: Cuadro de instrumentos. Indicadores SINTOMAS

CAUSAS POSIBLES

PRUEBAS A REALIZAR

El indicador de nivel de presión combustible, aceite, temperatura de agua, etc., marca siempre cero.

Cable de salida para la unidad de envío cortado.

Al poner a masa la salida del indicador debe marcar máximo.


Conexiones del indicador del tablero o la unidad de envío defectuosas.

Revisar conexionado.

Reparar conexiones.

Indicador del defectuoso.

tablero

Verificar poniendo a masa su borne de salida.

Sustituir indicador.

Bobinas del indicador del cuadro defectuosas.

Verificar indicador del cuadro. Al soltar el cable de salida debe marcar cero.


Derivación a masa del cable de unión entre salida del indicador y la unidad de envío o en esta misma.

Al soltar el cable de salida del indicador debe marcar cero. La misma lectura debe repetirse al soltar el cable de llegada a la unidad de envío.

Reparar instalación o sustituir unidad de envío.


Revisar conexionado.

Reparar conexiones.

Indicador del defectuoso.

cuadro

Comparar indicaciones conectando una unidad de envío nueva, cuidando de efectuar en ella una buena toma de masa.


Unidad de envío defectuosa.

Comprobar unidad de envío fuera del vehículo.

Sustituir unidad de envío.

Lámpara fundida, conexión defectuosa o cables cortados.

Al poner a masa el cable de llegada a la unidad de envío debe encenderse la lámpara.

Sustituir lámpara o corregir defecto de instalación.

El indicador de nivel de combustible, presión de aceite, temperatura de agua, etc., marca siempre el máximo.

El indicador de nivel de combustible, presión de aceite, temperatura de agua, etc., da indicaciones inexactas.

Anomalías en el encendido o apagado de alguna luz testigo.

422

REMEDIOS

15 Circuito de accesorios. Otros mecanismos eléctricos 15.1.

CERRADURAS ELECTROMAGNETICAS DE LAS PUERTAS

Dentro de la gran variedad de los mecanismos eléctricos que equipan a los automóviles modernos, en la actualidad se ha impuesto el uso de las cerraduras electromagnéticas de las puertas, que permiten efectuar el bloqueo de cierre o apertura de las mismas a partir de una sola de las puertas delanteras, girando la cerradura con la llave correspondiente. Igualmente puede lograrse este resultado desde el interior del vehículo accionando un interruptor situado en el tablero de mandos. En algunos casos, el circuito eléctrico de este mecanismo va unido a un dispositivo de seguridad (contactor de inercia) que desenclava automáticamente las cuatro puertas si se produce un choque del vehículo a más de 15 km/h. En la Fig. 15.1 se ha representado el dispositivo de que van provistas cada una de las puertas, que consiste fundamentalmente en el mecanismo propio de la cerradura, al que se añade una unidad electromagnética de mando. Dicha unidad está constituida por dos bobinas 5 y 6 (como puede verse en el detalle de la figura) entre las que se interpone un disco de ferrita 7, cuya posición contra cada una de las bobinas la determina el que pase corriente por una de ellas. Así, cuando se hace pasar la corriente por la bobina 5, el disco de ferrita 7 es atraído por ella desplazando hacia arriba a la varilla 8, la cual acciona mediante el correspondiente mecanismo de palancas representado en la figura a la leva 2, que produce el enclavamiento de la cerradura. Al mismo tiempo y debido al dispositivo mecánico de esta cerradura, la palanca 3 hace subir a la correspondiente varilla unida a ella, apareciendo en 10 el testigo de que la cerradura se encuentra enclavada. Lo contrario de este proceso ocurre cuando se hace pasar la corriente por la bobina 6. La corriente que alimenta a las bobinas 5 ó 6, se hace llegar a ellas mediante el conmutador 4, que es activado por la propia llave de la cerradura. Si ésta se gira hacia un lado, el conmutador envía corriente a la bobina 5; girando la llave en sentido contrario, se envía la corriente a la bobina 6. Al mismo tiempo, desde este conmutador se hace llegar la corriente a los dispuestos en el resto de las puertas del vehículo, produciéndose simultáneamente el enclavamiento o desenclavamiento de todas las puertas. La misma acción puede lograrse mediante el interruptor dispuesto en el tablero de instrumentos. En la Fig. 15.2 se ha representado esquemáticamente la instalación completa de este mismo sistema de cerraduras electromagnéticas. Las parejas de bobinas A, B, e y D corresponden respectivamente a cada una de las cuatro puertas del vehículo. Los conmutadores F y G corresponden a las puertas delanteras y son accionados por la propia llave de la cerradura. El conmutador H está situado en el tablero de instrumentos del vehículo. Cuando se acciona cualquiera de los conmutadores F, G y H, se envía un impulso de corriente a todas las bobinas superiores o inferiores de los dispositivos electromagnéticos, lográndose el enclavamiento o desenclavamiento de las respectivas cerraduras. 423

CIRCUITO DE ACCESORIOS. OTROS MECANISMOS ELECTRICOS

Componentes: 1. Cerradura con llave para ambas puertas delanteras. 2. Leva de accionamiento que produce el blocaje del pulsador de la cerradura cuando está activada. 3. Palanca de mando del testigo de cierre. 4. Conmutador de apertura y cierre de la cerradura, que es activado por la llave. 5. Bobina activadora del cierre. 6. Bobina activadora de la apertura. 7. Disco de ferrita que constituye la armadura del relé. 8. Varilla de mando del relé. 10. Testigo del cierre o apertura. Fig. 15.1

424

CERRADURAS ELECTROMAGNETICAS DE LAS PUERTAS

H

Fig. 15.2.

En algunas ocasiones se dispone un interruptor de inercia adicional, instalado en la misma llegada de la corriente de alimentación, que activa el sistema desenclavando las puertas cuando se produce una colisión violenta del vehículo, evitando que los pasajeros del mismo queden atrapados en su interior, al no poder abrirse las puertas estando las cerraduras enclavadas. En ocasiones se dota al sistema de un disyuntor térmico que corta el circuito cuando está sometido a tensión un tiempo superior a un minuto. La comodidad que supone el empleo de cerraduras electromagnéticas en un vehículo, ha hecho que este sistema se extienda grandemente, y en la actualidad son numerosos los modelos de automóviles que lo adoptan. Dado que por cuestiones de seguridad de los vehículos, el grosor de sus puertas es importante, no existen dificultades para la incorporación de este mecanismo en los huecos de las puertas, por detrás de los paneles, estando protegidos convenientemente del polvo y la humedad. La Fig. 15.3 muestra un sistema de cierre centralizado de puertas cuya característica fundamental estriba en que se disponen solenoides de enclavamiento para las cerraduras de todas las puertas, excepto la del conductor e, la cual está provista de un conmutador activado por la llave de esta cerradura, que es la que gobierna el mando de los solenoides de cada puerta trasera B, maletero D y puerta delantera derecha A. Cada uno de los solenoides de puertas está conectado a un conjunto de relés cuyas bobinas de mando se conectan a su vez al conmutador de la cerradura de puerta del conductor, tal como muestra la Fig. 15.4. Dicho conmutador conecta a masa un grupo de relés para bloquear el cierre de puertas y otro grupo para desbloquearlo, como puede verse en la figura. El sistema puede ser activado también por medio de otro conmutador situado en el interior del vehículo, en la consola de mandos o en el tablero de bordo. En algunos casos, el sistema de bloqueo de las cerraduras de puertas puede ser activado por medio de un transmisor portátil de mando a distancia, capaz de emitir una señal infrarroja codificada que es captada por un receptor emplazado en el interior del habitáculo, generalmente en las proximidades del espejo retrovisor interior. Este receptor transforma la señal recibida en un impulso de corriente que es enviado a los solenoides de cada una de las puertas 425


®

Fig. 15.3.

Ó

I Fig. 15.4.

426

SISTEMA ELECTRICO DE ELEVALUNAS

para su activación. La Fig. 15.5 muestra un conjunto de emisor y receptor para el mando a distancia de bloqueo de las cerraduras de puertas. Este conjunto es inseparable, de manera que a cada emisor corresponde un receptor, cuyo código de señal viene grabado sobre su carcasa. Luz Transmisor

avisadora Ubicación del número del código de la señal

//<----- Receptor

Pulsador

Fig. 15.5.

15.2. SISTEMA ELECTRICO DE ELEV ALUNAS El accionamiento de las lunas de puertas puede conseguirse por medio de sistemas eléctricos; para ello se dispone un pequeño motor similar al de los limpiaparabrisas, que va fijado en el interior del panel de la puerta y provisto de un dispositivo de protección contra sobrecargas, que lo desconecta automáticamente si se produce resistencia en el movimiento de las lunas de puerta, antes de que se dañe la unidad. La Fig. 15.6 muestra la implantación de un sistema elevalunas eléctrico en la puerta, donde la luna de puerta se fija al soporte 1, que está unido por la timonería 2 al conjunto motor 3, que se fija al panel de puerta.

Fig. 15.6.

427


En la Fig. 15.7 puede verse la disposición de montaje de este mecanismo. El conjunto del motor eléctrico y su correspondiente soporte se fija en los puntos 3 al panel de la puerta. El motor da movimiento a un sector dentado (por medio de un engranaje) que es solidario de la horquilla 4, cuyos extremos se alojan en las correderas 5 dispuestas en el soporte fijado a la luna de puerta. El extremo 6 de la articulación se fija en 2 al panel de la puerta. De esta manera, el movimiento giratorio del motor eléctrico en uno u otro sentido se traduce en un desplazamiento arriba o abajo de la luna de puerta.

4

5 6

3----itru Fig. 15.7.

En la Fig. 15.8 puede verse el despiece de este mismo mecanismo. La luna de ventanilla va fijada en el soporte 9 por interposición de la goma 10, que la hace entrar a presión. El motor eléctrico 3 da movimiento al sector por medio del engranaje 4. El conjunto se fija al soporte 1 y éste a su vez 10 hace al panel de la puerta por medio de tornillos.

34'

10

Fig. 15.8.

El giro en uno u otro sentido del motor eléctrico se consigue por medio de un doble conmutador, que hace llegar a un lado del motor la corriente al mismo tiempo que pone el 428

BOMBA ELECTRICA DE GASOLINA

otro a masa. En el esquema de la Fig. 15.9 puede verse esta disposición. Cuando el conmutador ocupa la posición A, la corriente llega al motor por D, quedando E puesto a masa en el mismo conmutador. Si éste ocupa la posición B, la corriente llega al motor por E y es D, en este caso, el que está puesto a masa. En consecuencia, según sea la posición del conmutador, se obtiene el giro en uno u otro sentido del motor, mediante el cual, se consigue subir o bajar la luna de ventanilla.

Fig. 15.9.

La transmisión del movimiento del motor a la luna de ventanilla puede lograrse también por medio de un cable de acero, tal como muestra la Fig. 15.10. En este caso, el motor transmite su movimiento al cable por medio de un engranaje y estrías labradas en el cable. Uno de los extremos de éste se une al soporte de la luna de ventanilla, tirando o empujándole para hacerle subir o bajar según sea el sentido de giro del motor.

Fig. 15.10.

15.3.

BOMBA ELECTRICA DE GASOLINA

Para llevar el combustible desde el depósito hasta el carburador, en algunos vehículos se utiliza una bomba eléctrica en lugar de la convencional de tipo mecánico. Dicha bomba está constituida por un electroimán a cuyo núcleo va unido un contacto móvil que abre o cierra 429


el circuito eléctrico. Los movimientos del núcleo se aprovechan para accionar una membrana elástica, que bombea la gasolina desde el depósito hasta el carburador. En la Fig. 15.11 se ha representado esquemáticamente este dispositivo. El paso de corriente por la bobina B del electroimán provoca el desplazamiento de su núcleo N, que entra en la bobina. Con este movimiento se consiguen dos fines:

l·

Fig. 15.11.

a)

Que baje la membrana M produciendo una aspiración de gasolina que entra en la cámara situada por encima de ella a través de la válvula e, y

b)

Que se separen los contactos P y Q quedando interrumpido el circuito, en cuyo caso, la acción del muelle R tiende a hacer subir la membrana M empujando a la gasolina contenida en la cámara, para hacerla salir a través de la válvula D hasta el carburador.

La salida de gasolina de la cámara, permite el movimiento ascendente del núcleo, llegando un momento en que los contactos P y Q vuelven a juntarse, en cuyo instante se establece nuevamente el circuito, con lo cual, la bobina B vuelve a atraer a su núcleo haciendo bajar nuevamente a la membrana y separando los contactos. Esta secuencia se repite constantemente. Es fácil deducir que el movimiento ascendente del núcleo provocado por el resorte R, se ve dificultado por la gasolina contenida en la cámara superior, que va saliendo de ella proporcionalmente a las necesidades del motor. Si el consumo de gasolina en unos instantes determinados es bajo (dadas unas peculiares condiciones de marcha del vehículo), la gasolina sale lentamente de la cámara y el núcleo sube muy despacio. Lo contrario ocurre cuando el consumo es alto. Las bombas eléctricas de gasolina se emplean generalmente en vehículos equipados con motores de gran potencia, cuyo consumo de combustible es grande y requieren una bomba capaz de dar un caudal importante (mayor que el de las convencionales). Con este fin se utilizan actualmente las bombas de célula de rodillos accionadas por motor eléctrico, como se ha representado en la Fig. 15.12. El giro del inducido B, que se logra de manera convencional, impulsa a la bomba D, que aspira el combustible por E y lo envía a presión por A, como indican las flechas. Como puede verse, el combustible rodea al rotor, sobre cuyo colector apoyan las correspondientes escobillas, que en el funcionamiento producen chispas. Sin embargo, el combustible no se inflama dado que a su paso por la bomba es un líquido y no una mezcla inflamable. 430

MOTOVENTILADOR DE REFRIGERACION

Fig. 15.12.

15.4.

MOTO VENTILADOR DE REFRIGERACION

En los sistemas de refrigeración de los vehículos, actualmente se ha sustituido el clásico ventilador montado en la propia bomba de agua, por un motoventilador eléctrico, cuyo interruptor de mando lo constituye un termocontacto, que va montado en el radiador del sistema de refrigeración. Cuando el agua del circuito de refrigeración alcanza la temperatura adecuada (generalmente 90 oC), el termo contacto cierra el circuito, poniéndose en marcha el motoventilador, cuya hélice provoca una corriente de aire forzada a través del radiador, que enfría el agua que pasa por él. El motor eléctrico es de constitución similar al del sistema calefactor, tal como puede verse en la Fig. 15.13, donde además se aprecia la disposición de montaje del mismo en el radiador.

Fig. 15.13.

El giro del motor produce el arrastre de la hélice montada en el eje del inducido, la cual, a su vez, provoca la corriente de aire necesaria a través del radiador para lograr el enfriamiento del agua. La orientación de las aspas es la más adecuada para lograr la mayor velocidad del 431


aire. De otra parte, la separación entre las aspas y el número de ellas está calculado para evitar que en el giro se produzcan silbidos o ruidos anormales. El electro ventilador se para cuando la temperatura del agua en el radiador baja de un cierto valor (generalmente 80 oC), en cuyo instante el termocontacto abre el circuito eléctrico del motor. En otros casos, el ventilador se monta sobre el eje de mando de la propia bomba de agua, en un acoplamiento electromagnético, de forma que sólo es arrastrado por el eje de bomba cuando se produce el enclavamiento del dispositivo. La Fig. 15.14 muestra en esquema esta disposición, en la que puede verse que la corriente de alimentación del electroimán se establece a través del termocontacto instalado en el radiador. Cuando llega corriente al electroimán, el ventilador se hace solidario en el giro de la polea de arrastre de la bomba de agua, mientras que si el electroimán no es activado, la polea de la bomba de agua gira sin arrastrar al ventilador.

Fig. 15.14.

15.5. ENCENDEDOR DE CIGARRILLOS Y RELOJ HORARIO Dos de los accesorios de que van provistos la mayor parte de los vehículos actuales son el encendedor de cigarrillos y el reloj horario. Se sitúan generalmente en el tablero de instrumentos, al alcance del conductor y de manera que resulten perfectamente visibles, sin que el 432

ENCENDEDOR DE CIGARRILLOS Y RELOJ HORARIO

mismo tenga que desviar la vista en exceso, por el peligro que entraña una distracción en la conducción. El primero de ellos 10 constituye una resistencia bobinada en forma de espiral, que al paso de la corriente eléctrica por ella se pone incandescente. Se completa el mecanismo con un dispositivo que expulsa el encendedor de su alojamiento cuando está dispuesto para ser utilizado. En la Fig. 15.15 puede verse un encendedor clásico para automóvil, constituido por un soporte en el que entra el encendedor propiamente dicho. Cuando se pulsa introduciéndolo hasta el fondo del alojamiento, se establece el circuito eléctrico calentándose la resistencia hasta ponerse al rojo, en cuyo momento quedan libres (por la dilatación sufrida) unas lengüetas que 10 mantienen en posición, produciéndose la desconexión.

Fig. 15.15.

Fig. 15.16.

El reloj horario (Fig. 15.16) suele ser de tipo electromagnético, en el cual, un dispositivo similar a un relé es accionado por el paso de corriente a través de una bobina, desconectando· el circuito al mismo tiempo. La fuerza de un muelle tiende a volverlo a su posición, haciendo girar a un engranaje que pone en marcha el mecanismo de relojería, como ocurre en los relojes convencionales con la «cuerda». Cuando el núcleo del relé llega a su posición de reposo se establece de nuevo el circuito, produciéndose nuevamente el rearme. Actualmente se emplean también los relojes horarios de tipo electrónico de cuarzo, que sustituyen con ventajas a los convencionales, fundamentalmente en cuanto a precisión se refiere. La Fig. 15.17 muestra la implantación de uno de éstos en el techo, junto a la luz interior.

Fig.15.17.

433


Dado que en cualquiera de ellos el consumo de corriente es mínimo, están conectados permanentemente a la batería sin que ésta sufra deterioro alguno.

15.6. SISTEMA DE ALARMA PARA EL CINTURON DE SEGURIDAD La finalidad de un cinturón de seguridad estriba en retener al pasajero en caso de accidente. Una colisión frontal del vehículo, por ejemplo, provoca la detención brusca del mismo. En tales casos, los ocupantes son lanzados hacia adelante por la propia inercia, que les hace conservar su impulso, hasta golpearse contra el parabrisas o el propio tablero de instrumentos. En cambio, si se llevan puestos los cinturones de seguridad, serán retenidos contra los asientos y no resultarán proyectados contra ninguna parte del vehículo. Para avisar al conductor del vehículo de la colocación de los cinturones de seguridad por parte de los demás pasajeros del mismo, se disponen unos sistemas de alarma que comprenden un zumbador y una luz roja en el tablero de instrumentos, que se ponen en funcionamiento cuando se arranca el motor sin tener abrochados los cinturones de seguridad. El dispositivo eléctrico es sumamente sencillo, conectándose el zumbador y la luz roja a unos interruptores situados en los cierres de los cinturones, de manera que abren el circuito únicamente si éstos se abrochan, permaneciendo el circuito cerrado cuando alguno de ellos queda suelto. En algunos casos se dispone además un circuito accionado por un relé, cuyo interruptor está igualmente situado en el cierre de los cinturones, que impide la puesta en marcha del motor si se tienen sueltos los cinturones de seguridad.

15.7. SISTEMA DE ALARMA DE SEGURIDAD Numerosos son los sistemas de alarma que se montan en los vehículos opcionalmente, con objeto de evitar el robo de los mismos. Los más sencillos disponen un interruptor conectado en serie con la corriente de alimentación de la bobina de encendido, que impiden la puesta en marcha del motor estando desconectados. Generalmente este interruptor se sitúa en un lugar oculto y solamente conocido por el conductor, que lo activa antes de proceder a la puesta en marcha del motor. Otras veces se montan los llamados desconectado res de batería, cuya función consiste en anular la toma de masa de la misma cuando se desconecta. También en estos casos suele ocultarse dicho desconectador. En ocasiones se utilizan temporizadores, que estando activados cortan la corriente de encendido al cabo de unos minutos de funcionamiento del motor, simulando una avería del mismo; pero los más sofisticados sistemas antirrobo son las alarmas de seguridad. Los sistemas de alarma consisten en un dispositivo que emite un sonido de alarma si se intenta forzar alguna de las puertas del vehículo para entrar en él. Con ello se combina generalmente el encendido intermitente de faros y pilotos. Para activar el dispositivo de alarma se sitúan en varios puntos estratégicos del vehículo unos interruptores de inercia, que cierran el circuito en cuanto se ejerce una acción violenta para abrir alguna de las puertas, e incluso cuando se manipula una cerradura. Estos sistemas son desactivados mediante una cerradura especial instalada en alguna parte oculta y accesible desde el exterior. La Fig. 15.18 muestra los puntos de emplazamiento de los componentes de un sistema de alarma, concebido de manera que en caso de apertura de alguna puerta o rotura de cristales, se active el sistema funcionando las luces y el claxon de manera intermitente. También quedan bloqueados los sistemas de arranque y encendido, imposibilitando la puesta en marcha del motor.

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BUJIAS DE CALDEO PARA MOTORES DIESEL

Fig. 15.18.

Otros sistemas de alarma aseguran una protección volumétrica del vehículo mediante un campo de ultrasonidos. Cualquier modificación del volumen interior activa la alarma. Con este sistema se combina otro convencional de protección perimétrica que se activa al abrir alguna de las puertas o maletero. El emisor de ultrasonidos se emplaza junto al retrovisor interior, generalmente junto a la luz interior (Fig. 15.19), de manera que cuando es activado emite ondas de ultrasonido en todas las direcciones hacia el habitáculo, como muestra la Fig. 15.20, reflejándose en las paredes interiores para ser captadas de nuevo en un receptor que forma parte del propio emisor. Si la señal reflejada procede únicamente de objetos fijos, su frecuencia y amplitud son constantes; pero si la reflejan objetos móviles (una puerta que se abre o una persona que entra), la frecuencia y amplitud cambian activando la alarma. La puesta en vigilancia de este sistema de alarma se efectúa con la condenación de puertas con el mando de infrarrojos, cuya señal de cierre activa el dispositivo electrónico de la alarma. 15.8. BUJIAS DE CALDEO PARA MOTORES DIESEL El ciclo de funcionamiento de los motores Diesel es esencialmente distinto a los de gasolina. En ellos se hace entrar al cilindro solamente aire en el tiempo de admisión, que posteriormente se comprime en el tiempo de compresión elevando su temperatura considerablemente. En estas condiciones se inyecta el combustible a presión, produciéndose la combustión del mismo a medida que va entrando en el cilindro, al contacto con el aire caliente. Cuando el motor del vehículo está frío, por ejemplo después de un largo tiempo de parada, el aire que se comprime en el interior del cilindro no alcanza la temperatura adecuada para 435


que pueda realizarse una buena combustión y es necesario, por tanto, calentar el interior del cilindro con anterioridad a la puesta en marcha del motor. Para realizar esta función se utilizan las bujías de caldeo o calentadores, que son de construcción similar a las bujías de encendido y ocupan un lugar adecuado en la cámara de combustión, de manera parecida a la disposición de montaje de las bujías de encendido.

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3

4

1 Sonda de ultrasonidos con emisor y receptor 2 Parabrisas 3 Ventanillas laterales 4 luneta trasera

Fig. 15.19.

Fig. 15.20.

En la Fig. 15.21 puede verse uno de estos calentadores, cuya característica fundamental es que el electrodo central aquí no está cortado, sino que forma una especie de bucle que se une a masa por el extremo libre. De esta forma, la corriente que llega a través del electrodo central, cierra circuito a masa después de recorrer el bucle formado, produciéndose un calentamiento en esta zona por efecto Joule, que es suficiente para acondicionar la temperatura del interior del cilindro, facilitando de esta manera el arranque.

Fig. 15.21.

El circuito eléctrico se dispone de manera que llevada la llave de contacto a la posición de encendido, se hace pasar corriente a los calentadores y al mismo tiempo se enciende una lámpara testigo situada en el cuadro de instrumentos, que avisa al conductor de esta circunstancia. 436

EMBRAGUE ELECTROMAGNETICO

Cuando se pasa la llave a la posición de arranque, automáticamente se corta la corriente de los calentadores, que no pueden ser conectados de nuevo hasta tanto no se detenga el motor. Si se mantiene la llave en posición de contacto, la corriente está pasando a los calentadores durante un cierto tiempo (generalmente inferior a 30 segundos), transcurrido el cual, se produce la desconexión automática del circuito, que podrá ser activado de nuevo si se vuelve la llave a posición de reposo y se acciona otra vez. El temporizador necesario para realizar esta misión lo constituye un circuito electrónico similar al de los temporizadores de limpiaparabrisas, a través del cual se alimentan los calentadores. 15.9.

EMBRAGUE ELECTROMAGNETICO

El dispositivo de embrague de un automóvil permite transmitir el movimiento del motor a la caja de velocidades, a voluntad del conductor. Para realizar esta función se emplea actualmente en algunos vehículos el embrague electromagnético, que puede verse esquemáticamente en la Fig. 15.22.

e

Fig. 15.22.

Sobre el volante de inercia V del motor, se monta una corona de acero e, en cuyo interior está alojada una bobina A, que al paso de la corriente eléctrica a su través concentra el flujo magnético que aparece en la zona del entrehierro E, formado entre la corona e y el disco de acero D. Este disco se monta estriado sobre el árbol primario B de la caja de velocidades, que se encuentra apoyado en el volante de inercia V del motor, quedando de esta manera perfectamente centrado en el interior de la corona C. El espacio existente en el interior de esta corona se cierra mediante chapas de acero F, rellenándose de polvo magnético, que se aglomera en el entrehierro E por la acción del campo magnético, haciendo solidarios la corona e y el disco D. De esta manera, cuando pasa corriente por el arrollamiento A, se produce la aglomeración del polvo magnético en el entrehierro E, haciéndose solidarios la corona y el disco, 10 que permite la transmisión del movimiento del motor a las ruedas a través de la caja de velocidades. Por el contrario, si no pasa corriente por el arrollamiento, el polvo magnético permanece sin aglomerar en el entrehierro, lo que permite girar en vacío a la corona e, sin 437


que se produzca el arrastre del disco, con lo cual, el giro del motor no es transmitido a las ruedas. En el instante en que comienza a pasar corriente por el arrollamiento, se inicia la aglomeración, que tarda en completarse un cierto tiempo, lo que además se ve favorecido por el retardo a la aparición del flujo magnético que se produce en todas las bobinas. Este efecto tiene como consecuencia una progresividad en la acción de embrague y, por tanto, en la transmisión del movimiento desde el motor a las ruedas, lo cual resulta beneficioso al realizar la maniobra de salida del vehículo estando detenido y en los cambios de velocidad. 15.10. FRENO ELECTROMAGNETICO Con el fin de complementar los frenos normales del vehículo, en algunos casos (preferentemente en vehículos pesados) se emplea un sistema de frenado de tipo electromagnético, que es utilizado para ayuda del sistema convencional de frenos, fundamentalmente en descensos de puertos de montaña, pues en tales condiciones puede llegar a producirse la fatiga del sistema convencional si se hace un uso abusivo de él. Esta fatiga propicia una avería del sistema, con el consiguiente riesgo de accidente. Sobre el árbol de transmisión se dispone un disco de acero que gira entre los polos de un electroimán, de manera que cuando se activa éste por el paso de una corriente por sus bobinas, la trayectoria del flujo magnético que se produce, pasa por el disco que gira con el árbol de transmisión. Los cambios de flujo que se producen en su sección cuando atraviesa los polos del imán, originan corrientes de Foucault en la masa metálica, debido a las cuales, el disco queda sometido a una acción de frenado, tanto mayor, cuanto más 10 sea el campo magnético creado. Incrementando la intensidad de corriente en las bobinas del electroimán, puede conseguirse mayor fuerza de frenado y, es por esta causa, que para el mando de este dispositivo suele emplearse un conmutador de varias posiciones, mediante las cuales, puede variarse la corriente en los electroimanes consiguiéndose diferentes fuerzas de frenado, adecuándose éstas a las pendientes por las que desciende el vehículo. Como las fuerzas puestas en acción son únicamente eléctricas y magnéticas, no existen rozamientos y el desgaste de las piezas es nulo. No obstante, es necesaria una buena refrigeración del disco, que se ve sometido al calentamiento propio de la formación de las corrientes de Foucault. 15.11. DISPOSITIVOS ELECTRONICOS DE AYUDA A LA CONDUCCION En los automóviles modernos han comenzado a utilizarse diferentes dispositivos para ayudar al conductor a realizar una conducción más económica o más cómoda. De entre los primeros cabe destacar el «económetro», que consiste en situar en el tablero de instrumentos tres diodos luminiscentes (tipo LED) de diferentes colores (Fig. 15.23), cuyo encendido se logra en función de las condiciones de marcha del vehículo. Un módulo electrónico B (Fig. 15.24) recoge informaciones del régimen motor en el módulo de encendido D o en la bobina; posición del acelerador mediante el captador e del carburador; y relación seleccionada en la caja de velocidades, por el interruptor E, transformándolas en impulsos de corriente que son enviados a uno de los tres diodos LED, que con su encendido indican al conductor si el régimen del motor es el más adecuado a una conducción económica, o la relación seleccionada en la caja de velocidades es la más conveniente. Generalmente, el encendido del diodo verde indica que las condiciones de marcha del vehículo son las más adecuadas. El diodo ámbar se enciende cuando el acelerador sobrepasa los 3/4 de su recorrido, 10 que corresponde a una apertura de la mariposa de gases importante, que implica gran consumo de gasolina. En estas condiciones, el conductor deberá seleccionar 438

DISPOSITIVOS ELECTRONICOS DE AYUDA A LA CONDUCCION

una relación más corta en la caja de velocidades, pues el hecho de pisar casi a fondo el pedal del acelerador, supone que se requiere un aumeto de potencia para incrementar la velocidad del vehículo (por ejemplo subiendo una pendiente o al efectuar un adelantamiento).

1

2

3

Fig. 15.23.

El diodo rojo se enciende cuando el régimen de giro del motor sobrepasa un cierto límite (generalmente 3.000 r.p.m.), en cuyo caso, el conductor debe seleccionar una relación más larga en la caja de velocidades. El encendido de este diodo queda anulado cuando se selecciona la velocidad más larga del vehículo (la 4. a o la 5. a), pues en este caso, es accionado un interruptor en la propia caja de velocidades que abre en el módulo electrónico el circuito para el diodo rojo. Los dispositivos de ayuda para la conducción como son los reguladores de velocidad, facilitan al conductor esta labor y son utilizados preferentemente en circulación por autopistas o carreteras de trazado fácil en terreno llano. Mediante el empleo de estos dispositivos se consigue mantener constante la velocidad del vehículo previamente programada por el conductor, sin necesidad de mantener el pie sobre el acelerador, corrigiéndose automáticamente el régimen del motor, cuando el vehículo sube o baja pequeñas pendientes. El mando del acelerador lo realiza un pequeño motor eléctrico, cuya corriente de mando es gobernada por un módulo electrónico, que a su vez recibe diferentes señales desde diversos puntos, como ocurre en el «económetro». Para programar la velocidad deseada, se acciona un interruptor situado en el tablero de instrumentos y se pone el vehículo a la velocidad deseada. Una vez lograda, se pulsa otro interruptor que pone en marcha el ordenador y quedan grabadas las condiciones de marcha, pudiendo soltar ya el pedal del acelerador, pues el módulo electrónico corrige las diferencias que pudieran ocasionarse. Teniendo la velocidad ajustada, el dispositivo queda fuera de servicio en los casos de emergencia, cuando se actúa en el pedal del freno, el de embrague, o el acelerador. 439

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Positivo, una vez dado el contacto .

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A. Luz del cuadro de mandos. B. Caja electrónica. C. Conmutador de carburador. D. Módulo de encendido electrónico o Bobina. E. Conmutador de la última relación de la caja de velocidades.

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Fig. 15.24.

DISPOSITIVOS ELECTRONICOS DE AYUDA A LA CONDUCCION

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1 Fig. 15.25.

441


La Fig. 15.25 muestra el esquema de principio de un sistema regulador de velocidad y los componentes que lo integran. En este modelo, el cable acelerador está partido en dos mitades entre las que se intercala un mecanismo 11, que es gobernado por el calculador electrónico 6, de manera que permite que la mariposa de gases 13 pueda variar su posición sin que se mueva el pedal del acelerador 9. Ello ocurre cuando se activa el sistema por medio del interruptor 7 y se programa la velocidad deseada por medio de los mandos situados en el volante de dirección 8. El calculador electrónico recibe señal de velocidad del vehículo desde la caja de cambios 1, a través del generador taquimétrico 2, y de los pedales de embrague 4 y freno 5. También está conectado al cuadro de instrumentos 3, que dispone en el velocímetro una serie de diodos luminiscentes que marcan la velocidad seleccionada en cada caso. La Fig. 15.26 muestra el mecanismo de mando del acelerador, constituido por un carrete A que enlaza ambas mitades del cable del acelerador, de manera que puede variar su longitud. El carrete de mando es activado por un pequeño motor eléctrico B y su posición es detectada

por el potenciómetro e, que está conectado al calculador y le informa de esta posición y, por tanto, de la que ocupa la mariposa de gases. La Fig. 15.27 muestra el enlace de ambas mitades del cable acelerador al carrete y la variación de longitud que puede producirse.

Variación de longitud del cable de acelerador

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B Fig. 15.26.

Fig. 15.27.

En el funcionamiento, cuando el conductor desea programar una determinada velocidad, activa el interruptor de mando 7 (Fig. 15.25) y acelera hasta alcanzar la velocidad deseada, lo que será indicado por los diodos luminiscentes del cuadro de instrumentos. En ese instante, pulsa la tecla del volante de dirección y queda seleccionado el sistema de regulación, bloqueándose el acelerador. En estas condiciones, el vehículo mantiene la velocidad seleccionada y cualquier variación de la misma que pueda producirse (subida de pendiente, por ejemplo) es corregida automáticamente por el mecanismo de mando del acelerador, sin que el conductor tenga que intervenir. Si se desea modificar la velocidad seleccionada, basta actuar sobre la tecla izquierda del volante de dirección para subirla o bajarla. 442

INYECCION ELECTRONICA DE COMBUSTIBLE

El sistema sélector de velocidad se desbloquea cuando se activan los pedales de freno o embrague, en cuyo caso se envía al módulo la oportuna señal de corrección. Por el contrario, si se está circulando con velocidad programada y se desea aumentar rápidamente de velocidad, basta con apretar fuerte el acelerador. Al soltarle de nuevo se vuelve a la velocidad anteriormente programada. 15.12.

INYECCION ELECTRONICA DE COMBUSTIBLE

Convencionalmente, la mezcla de aire y combustible que se introduce en los cilindros se obtiene en el carburador. Sin embargo, en los sistemas de inyección de combustible de los motores de gasolina, la inyección se realiza en el colector de admisión, junto a la válvula de admisión, un momento antes de la apertura de ésta. La cantidad de combustible inyectada debe ser controlada minuciosamente, debiendo ser mayor cuando el motor trabaja en frío, en aceleraciones, o aperturas grandes de la mariposa de gases. Este control lo realiza una unidad electrónica. En comparación con la carburación, la inyección electrónica presenta las siguientes ventajas: a)

Mayor potencia del motor.

b)

Menor consumo de combustible.

e)

Menores residuos contaminantes en los humos del escape.

El sistema electrónico de inyección permite adaptar la alimentación de combustible a las condiciones de funcionamiento del motor, tomándose en consideración una serie de factores de gran importancia, como la temperatura del motor, carga, temperatura y presión del aire de admisión, etc., que son captados mediante los correspondientes sensores y aplicados en forma de tensiones a la unidad electrónica de control, que determina la cantidad de combustible que es necesario inyectar en cada una de las condiciones por las que atraviesa el funcionamiento del motor. En la Fig. 15.28 se ha representado esquemáticamente el circuito de alimentación de combustible de un sistema de inyección. La bomba eléctrica 2 recoge el combustible del depósito 1 a través del filtro 3 y lo envía a la canalización 9, de donde es tomado por los inyectores 8 en el momento de la inyección. Gracias a la presión con que es enviado el combustible, se consigue una circulación continuada del mismo, descargándose al depósito por medio del regulador de presión 4, en cuanto se alcanza la presión adecuada en el circuito.

4

Fig. 15.28.

443


El aire necesario para la combustión llega hasta los cilindros a través de los colectores de admisión 6 (Fig. 15.29), en cuya entrada se encuentra la mariposa de regulación de admisión,

Fig. 15.29.

que es solidaria al conmutador 12 y está gobernada por el pedal del acelerador. Antes de esta mariposa se encuentra el palpador de temperatura del aire 14, que transmite la temperatura captada a la unidad electrónica de control. El palpador de presión 5 dispuesto en el conducto de admisión informa a la unidad de control de la presión existente en este conducto. Esta presión (depresión) es un factor determinante de las condiciones de carga a que está sometido el motor durante su funcionamiento y, junto con el parámetro anterior, determina las condiciones de inyección de combustible. La inyección del combustible se consigue cuando es enviado un impulso eléctrico desde la unidad de control hasta el inyector 8, en el cual, el paso de corriente por un devanado levanta una aguja que deja libre el orificio por el que sale el combustible finamente pulverizado. La unidad electrónica de control fija el tiempo de inyección del combustible en correspondencia con las necesidades de consumo del motor. Generalmente se inyecta el combustible un instante antes de abrirse la válvula de admisión, formándose de esta forma una niebla de combustible pulverizado, que es rápidamente absorbida por el cilindro en cuanto se abre la válvula de admisión. Las condiciones de marcha en ralentí están determinadas por el orificio 13, ajustable mediante un tornillo. La mariposa de estrangulador 16 fija las condiciones para el funcionamiento en frío del motor. Este estrangulador está controlado a su vez por el captador 15 de temperatura del agua del motor y el temporizador térmico 17.

EL AUTOR RADIO

Para facilitar el arranque en frío se utiliza el inyector 11, que es mandado por el temporizador térmico 17, funcionando solamente cuando el motor está frío. El inicio de la inyección se determina mediante dos contactos de control, que generalmente se disponen en el mismo distribuidor de encendido, por debajo de los contactos del ruptor, proporcionando impulsos de control al compás del giro del motor, que se envían a la unidad de control, donde son amplificados para aplicarlos después al inyector produciendo la apertura del mismo. De otra parte, estos mismos impulsos dan una información del régimen de giro del motor. Constituido el sistema de esta manera, se obtiene un funcionamiento del motor de combustión adecuado a cada una de las circunstancias de marcha del vehículo, que aventaja en rendimiento al sistema convencional de carburación, por cuya causa es empleado cada día más en los vehículos. Indudablemente existen en el mercado otros sistemas de inyección que difieren del reseñado en la estructura y disposición de los distintos elementos que lo integran, pero en lo esencialmente básico, son todos similares. 15.13. EL AUTORRADIO Dentro del campo del automóvil, uno de los accesorios más apreciados por gran cantidad de conductores, es el autorradio. En la actual situación del tráfico por carretera, las noticias sobre el estado de las mismas, así como las informaciones metereológicas, son de una gran utilidad para el conductor y de ahí el empleo masivo de este accesorio. En cuanto se refiere a su circuito electrónico, el aparato de radio empleado en los automóviles es similar al de un receptor doméstico (transistorizado). Las diferencias más notables son las dimensiones y formas externas, la disposición del altavoz, la antena y la alimentación del receptor. Dado que en la instalación eléctrica de cualquier vehículo hay presente una buena cantidad de señales de perturbación, se impone la utilización de filtros de alimentación, que atenúen la influencia de estas perturbaciones sobre las etapas más sensibles del receptor. Por la misma razón debe utilizarse un cable de antena del tipo apantallado. El receptor de radio suele emplazarse en el tablero de instrumentos del vehículo, en el que generalmente se dispone un lugar apropiado para su instalación con las fijaciones convenientes. La conexión de alimentación está prevista generalmente en la instalación eléctrica del vehículo, al igual que ocurre en muchos casos con el cableado para los altavoces, que también va incluido en la propia instalación eléctrica. De esta forma resulta sencillo su conexionado. Es importante destacar que la mayor parte de los receptores, van provistos de un sistema de ajuste de antena (trimmer), que una vez instalado el radiorreceptor, debe ser ajustado girando el tornillo en uno u otro sentido hasta conseguir el máximo nivel de recepción, estando sintonizada una emisora de señal débil. En la correcta recepción, la antena juega un papel de primera importancia y el montaje de la misma en el automóvil debe realizarse preferentemente en la parte más alta de éste, por lo que se preferirá el techo a cualquier otro lugar. También es importante emplazar la antena lo más cerca posible del receptor y lo más alejada que se pueda del sistema de encendido del vehículo. Los cables de antena de gran longitud introducen pérdidas elevadas, que implican la llegada al receptor de pequeñas fracciones de la señal captada por la antena. En el mercado existen antenas de las más diversas características, dispuestas para las formas más adecuadas de montaje. Como quiera que la recepción de señal varía grandemente según la situación de la antena, en algunos casos se llega a la necesidad de instalar amplificadores intermedios entre la antena y el receptor. En algunos casos, estos amplificadores van incorporados en la misma antena. 445


La Fig. 15.30 muestra el emplazamiento de un autorradio en la consola, donde está previsto el cableado de altavoces, con sus conectores 1, 2 Y 3, de los cuales, el 1 corresponde a la alimentación (positivo y masa), mientras que los otros dos son los de salida de señal para los altavoces de ambos lados.

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Fig. 15.30.

Las conexiones del aparato de radio suelen estar dispuestas en la parte trasera del mismo (Fig. 15.31), donde A es el conector del cable de antena, B el de masa, D la entrada de corriente y e las salidas para altavoces (generalmente dos vías). El borne E se conecta al motor de elevación de antena, en los casos que así se disponga.

Fig. 15.31.

Cuando la radio solamente dispone de una vía de salida para altavoces, si se desea montar dos se conectan como muestra el esquema de la Fig. 15.32, teniendo cuidado de mantener el criterio de polaridad en los altavoces, es decir, el hilo 1 se conecta a los positivos de ambos altavoces (borne más grande) y el hilo 2 a los negativos.

446

EL AUTOR RADIO

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5

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Fig. 15.32.

Los altavoces suelen situarse en las puertas delanteras, en los alojamientos previstos (Fig. 15.33), fijándose con tornillos y tapándolos después con una rejilla que los preserva de posibles golpes y suciedad. En otros casos, también se disponen en la tableta trasera (Fig. 15.34), en la que se fijan igualmente por tornillos.

Fig. 15.33.

Fig. 15.34.

447


La antena se sitúa generalmente en el techo, por las ventajas que reporta de facilidad de montaje y poder de captación de señal, bajando el cable de la misma hasta la radio por el montante del parabrisas, como muestra la Fig. 15.35. En otros casos, se dispone en la aleta trasera (Fig. 15.36), quedando dentro del maletero preservadas del polvo y la suciedad. Este tipo de montaje se utiliza preferentemente en las antenas con motor eléctrico de elevación, como es el caso reseñado.

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Fig. 15.35.

La fijación a la aleta se muestra en la Fig. 15.37, donde puede verse la junta de estanqueidad D y el espaciador e, que permite el desplazamiento de la varilla de antena para lograr la inclinación adecuada. El embellecedor B y la tuerca de fijación A completan el sistema.

15.14. DESPARASITAJE

Como ya se ha dicho, en la instalación eléctrica de un automóvil existen una cantidad de elementos susceptibles de crear perturbaciones en la audición de un autorradio. Todo el sistema de encendido, el alternador o la dinamo, el limpiaparabrisas, el motor del calefactor, etc., producen perturbaciones que se ponen de manifiesto en un receptor de radio por la formación de ruidos. 448

DESPARASIT AJE

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Fig. 15.36.

De otra parte, tanto la línea de alimentación del autorradio, como las de conexión entre éste y los altavoces, constituyen verdaderas antenas capaces de captar todo tipo de ruidos. Por estos motivos se disponen los receptores de radio dentro de una caja metálica, que atenúa o elimina estas perturbaciones. No obstante, la captación de ruidos por la propia antena es inevitable y de entre ellos, los generados por señales electromagnéticas procedentes del propio automóvil o de los demás que circulen en su proximidad, tienen una parte importante.

Fig. 15.37.

En la Fig. 15.38 puede verse la disposición de condensadores y resistencias antiparasitarias comúnmente empleadas en un automóvil. En la entrada de corriente al borne de baja tensión de la bobina, se dispone un condensador (en paralelo), al igual que ocurre en los bornes de corriente del regulador y alternador o dinamo. Los cables de bujía presentan una resistencia determinada, que actúa de antiparasitaria, y lo mismo ocurre en el rotor del distribuidor. 449


4

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Fig. 15.38.

Es muy importante que el contacto de masa entre los diferentes elementos del vehículo sea bueno. En caso necesario se realizarán unos buenos puentes de masa con cinta multifilar de cobre. El desparasitaje de limpiaparabrisas, motor del calefactor, reloj horario, intermitentes, etc., se logra conectando en su entrada de corriente un condensador en paralelo.

16 Disposición de la instalación eléctrica. Cableado 16.1.

CABLEADOS ELECTRICOS

Debido al incremento del número de dispositivos eléctricos empleados en los automóviles modernos, la instalación eléctrica de los mismos se ha hecho cada vez más complicada. En la Fig. 16.1 se representan algunos componentes del equipo eléctrico de un automóvil y la instalación eléctrica que los interconexiona. Los cables o conductores están reunidos entre sí y rodeados de cinta plástica, formando «mazos» que reciben el nombre de cableados. Cada uno de los conductores se distingue por el color de su funda aislante, lo que permite identificarlos en la entrada y salida del mazo correspondiente.

Fig. 16.1.

El cableado sigue el recorrido más conveniente a lo largo y ancho de la carrocería, a la cual se fija por mediación de grapas de plástico. En la Fig. 16.2 puede verse uno de los recorridos típicos, que está condicionado a la situación de los componentes eléctricos que han de interconexionarse, de manera que fuera del mazo de cables quede la menor longitud de conductor posible. El cableado debe pasar lo más cerca posible de los distintos componentes que necesitan ser interconexionados. 451


Fig. 16.2.

Al objeto de facilitar las reparaciones que eventualmente puedan producirse en los automóviles y el desmontaje de componentes, la instalación eléctrica se divide en partes, cuyos cableados se interconexionan entre sí por medio de conectores adecuados. En la Fig. 16.3 se ha representado la disposición de una instalación, en la que pueden observarse los conectores mencionados de interconexión entre los distintos cableados y los que conectan éstos a los diversos componentes eléctricos. 1

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Fig. 16.3.

452

5

CENTRAL DE CONEXIONES Y CAJA DE FUSIBLES

Generalmente se disponen: a)

«Cableado delantero», que comprende los elementos eléctricos de la parte delantera del vehículo (cofre motor) que van fijados a la carrocería y los del tablero de instrumentos. Este cableado es el marcado 4 en la figura.

b)

«Cableado motor» (marcado 3), que se conecta al anterior y conexiona los elementos eléctricos que van montados en el motor del vehículo, como el alternador, contactor de presión de aceite, termistancia, etc.

e)

«Cableado trasero» (marcado 5), que comprende los aparatos eléctricos del habitáculo y parte trasera del vehículo.

d)

«Cableados auxiliares», que interconectan a los anteriores aquellos elementos eléctricos que por su situación en el vehículo requieren un cableado especial e independiente de la instalación general, que no implique el desmontaje de ésta en caso de necesidad de sustitución del componente por avería. De entre éstos podemos destacar los cableados de elevalunas y cerraduras electromagnéticas.

16.2.

CENTRAL DE CONEXIONES Y CAJA DE FUSIBLES

Gran parte de los automóviles modernos disponen de una «central de conexiones» o «platina de servicios», donde se interconectan entre sí los distintos cableados y se centraliza la instalación. La llamada platina de servicios es una placa de circuito impreso (Fig. 16.4), que sirve al mismo tiempo de soporte a diferentes relés y a los fusibles que se disponen en la instalación para la protección de los diversos circuitos. Es por esta causa que a través de ella debe pasar casi la totalidad del cableado, el cual se conecta por medio de conectores apropiados, que generalmente se disponen de manera que no puedan conectarse erróneamente, en otro lugar que no sea el que les está destinado.

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Fig. 16.4.

453

D1SPOSICION DE LA INSTALACION ELECTRICA. CABLEADO

En la platina de servicios de la Fig. 16.4 puede verse el lugar destinado a los fusibles, central de intermitencias y diferentes relés. La parte posterior de esta platina queda visible en un lugar accesible del interior del vehículo, para que pueda ser sustituido un fusible con facilidad en caso de que se funda. En la Fig. 16.5 puede verse esta disposición en la parte inferior del tablero de instrumentos.

Fig. 16.5.

En otras ocasiones se disponen en el compartimento del motor la caja de fusibles por un lado y el conjunto de relés por otro, agrupándolos en una misma zona, como muestra la Fig. 16.6.

Fig. 16.6.

454

CONDUCTORES ELECTRICOS

16.3.

ESQUEMAS ELECTRICOS

Dada la complejidad de las instalaciones eléctricas de los vehículos actuales, se hace imprescindible la utilización de esquemas eléctricos en el momento de localizar una avería, pues el recorrido de los cables a veces no es sencillo. Una de las maneras de dar los esquemas correspondientes a los vehículos, consiste en separarlos por circuitos. En la Fig. 16.7 (ver páginas de la 456 a/la 459) se da el esquema de los circuitos de carga, arranque y encendido, así como las claves ele identificación de cables y componentes. Otras veces se da el esquema completo de la instalación, tal Cumu se muestra en la Fig. 16.8 (ver páginas 460 y 462), en la que el seguimiento de un circuito requiere la utilización de la correspondiente clave de identificaciones, tal como se explica.

16.4.

CONDUCTORES ELECTRICOS

La unión entre los diferentes elementos del equipo eléctrico de un automóvil se realiza, como hemos dicho, por medio de conductores eléctricos, constituidos por un alma de hilos de cobre y una protección aislante que suele ser de plástico. La resistencia eléctrica de los mismos debe ser lo más pequeña posible, a fin de evitar las caídas de tensión que se producen con el paso de la corriente por ellos y que son perjudiciales para el buen funcionamiento de los aparatos receptores. Como la longitud de los conductores viene impuesta por el emplazamiento de los aparatos eléctricos que interconexionan, su sección debe ser suficiente para admitir la intensidad necesaria para el buen funcionamiento del receptor, sin que se produzcan calentamientos por exceso de resistencia eléctrica. Recuérdese que ésta es directamente proporcional a la longitud e inversamente proporcional a la sección. Los conductores se clasifican por su sección, que se expresa en milímetros cuadrados generalmente, o en otros casos, en función del diámetro expresado en décimas de milímetro. Las secciones normalizadas son: 1-1,5-2,5-4-6-10-16-25-35-50-70-95-120, todas ellas expresadas en mm 2 ; o bien las equivalentes 9-12-14-16-20-22, etc., expresadas en 1/10 mm. En general se tolera una caída de tensión en el cable del 3 % del valor de la tensión de la instalación, aunque este porcentaje aumenta hasta el 4 % en el cable de lanzamiento del motor de arranque. Las secciones o diámetros de los conductores empleados en las instalaciones eléctricas de los automóviles suelen ser: Lámparas de alumbrado ordinario ................................. . 1,5 mm 2 Luz de carretera o cruce ............................................ . 2,5 mm 2 Bocina, limpiaparabrisas, etc ........................................ . 2,5 mm 2 Luces y testigos ...................................................... . 1 mm 2 Indicadores de tablero ............................................... . 1 mm 2 Carga de alternador o batería ...................................... . 4 mm 2 Relé de arranque ..................................................... . 2,5 mm 2

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25/10 Ó 25/10 Ó 12/10 Ó 12/10 Ó 50/10 Ó 25/10

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Los conductores eléctricos deben poseer cualidades mecánicas que les permitan resistir, ya sean esfuerzos de torsión o de tracción, ya las vibraciones a que están sometidos en el propio automóvil. A este fin, el alma de los mismos está formada por un conjunto de hilos de cobre, generalmente de menos de una décima de milímetro en diámetro. El aislamiento debe ser lo más perfecto posible, resistiendo al calor y al ataque de los agentes exteriores de degradación (gasolina, aceite, etc.). Por estas razones, los aislantes están constituidos por un tubo de caucho recubierto con una trenza de algodón. Corrientemente se utilizan fundas flexibles barnizadas. 455


16.5. FUSIBLES Y LIMITADORES DE INTENSIDAD En la protección de los circuitos eléctricos se emplean como ya se sabe los fusibles, que interrumpen el paso de corriente cuando se produce un cortocircuito. El fusible está constituido por un hilo de plata, que permite el paso normal de la corriente sin calentarlo. En cuanto la intensidad aumenta anormalmente, el hilo se funde interrumpiendo el circuito. Como este material resulta caro en exceso para su uso en el automóvil, los fusibles aquí empleados suelen ser de aleación de plomo y estaño. Los fusibles se agrupan en la llamada caja de fusibles. Pueden ser del tipo «abierto» o «cerrado». El primero de ellos está constituido por un cilindro de porcelana con una ranura en el sentido longitudinal, en la que se aloja el hilo. En el segundo caso, el hilo va encerrado en un tubo de vidrio. El calibre de un fusible (que está grabado en él) expresa en amperios la corriente que admite sin que se funda. Las cajas de fusibles se protegen con una tapa, para que en el momento de fundirse alguno de ellos, la chispa que se origina no provoque explosiones de los vapores de gasolina cercanos. En algunos circuitos eléctricos se disponen limitado res de intensidad, que están formados por un relé, a través de cuyos contactos se establece el circuito. El contacto móvil del relé está formado por una lámina bimetal, que en cuanto se calienta (por el paso excesivo de corriente a través de los contactos), se produce la dilatación del bimetal y, en consecuencia, la separación de los contactos, con la consiguiente interrupción del circuito.

Fig. 16.7, a.

456

FUSIBLES Y LIMITADORES DE INTENSIDAD

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EQUIPO NORMAL Núm. comp. Descripción 6. Satería 7. Cable de enlace de fusibles Caja principal de fusibles y relés 8. Fusible NR.4 = 8A (Luz de posición derecha) (Luz de matrícula) Fusible NR.5 = 8A Luz de posición izquierda Fusible NR.7 = 8A Luz larga izquierda Fusible NR.8 = 8A Luz larga derecha Fusible NR.10 = 8A Luz corta izquierda Fusible NR.11 = 8A Luz corta derecha 9. Seguro de la dirección/interruptor del encendido O - Desconectado 1 - Accesorios 2 - Conectado 3 - Arranque 10. Grupo de instrumentos - modelo Ghia solamente /2 - Luz testigo de luz larga 10a. Grupo de instrumentos - modelo GL solamente /2 - Luz testigo de luz larga 19. Interruptor multifuncional A - Destello de faros B - Luces largas Luz de aparcamiento 20. Interruptor de alumbrado 1 - Luces de posición 2 - Faros 21. Conjuntos de faro/luz de posición 22. Conjuntos combinados de luces de cola S - Luz de cola/pare C - Luz de cola 23. Luz de matrícu la REQUISITOS LEGALES 19a. Intercambiado para F. I solamente 24. Interruptor de luces auxiliares para 1, DK, N, CH EQUIPO OPCIONAL EXTRA 8. Caja principal de fusibles y relés Relé 11 - Luces de conducción auxiliares Fusibles NR.6 = 8A Luces auxiliares 25. Luces de carretera 26. Conjuntos combinados de luces de cola (familiar sólo) S - Luces de cola/pare

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Fig. 16.7, b.

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Sección del cable en mm'. Los cables sin marca tienen una sección de 0,50 mm' Clave de color del cable - colores secundarios _ _ _ _ Clave de color del cable - color primario _ _ _ _ Número del cable

Clave

Color de cableado

Clave

Color de cableado

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Fig. 16.8, a.

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Fig. 16.8, b.

461


Cada hilo de este esquema se identifica por su número, seguido de letras que indican su color, de una cifra que indica su diámetro, y del número del órgano hacia el cual se dirige este hilo.

Color del hilo (Negro) Identificación del . ~ ( diámetro N.O de hilo", (09/10) del hilo , 214 - N - 2 - 41

Ejemplo:

, ~O (contacto de O sea, ~n e.ste esquema, el organo puerta Izquierda) de donde sale el hilo: 214-N-2-41 que va al órgano 41.

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40

J1-::'-

Este hilo va al órgano 4 1 / L En el órgano 41 (contacto de puerta derecha), hallamos el hilo, pero identificado: 214-N-2-40.

Identificación del cableado (Cableado luz de techo)

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714-N-240

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41

Este hilo va al órgano 40

Color de los hilos Beige Be

Blanco Azul Bc B

Cristal C

Gris Amarillo G J

Marrón M

Negro N

Naranja Or

Diámetro de los conductores

REPERTORIO DE LOS CABLES A B D K L P

Cableado Cableado Cableado Cableado Cableado Cableado Q Cableado R Cableado

delantero. trasero. encendedor. arranque. luz de techo. enclavamiento puerta. portón. motor. C-102

Fig. 16.8, c.

462

Rojo R

Salmón S

Verde V

Violeta Vi

Tecnicas Del Automovil (Equipo Electrico)

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