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2. Electricidad del Motor 1 Indice Temas Pgina Motor de Arranque
3 Mtodos de Conexin del Motor Elctrico 5 Seguimiento de Fallas 7
Balance de Energa 8 Acumulador 9 Ciclo de Carga 11 Alternador DC 13
Alternador AC 14 Mantencin y Seguimiento de Fallas 15 Rev: 0 2
Mundo Mecnica Automotriz 3. Electricidad del Motor 1 Motor de
Arranque El sistema de arranque convierte la energa elctrica de la
batera en energa mecnica para producir el giro del motor y hacer
posible el arranque. Esta conversin se hace con el motor de
arranque. La velocidad de giro del motor de arranque es de
aproximadamente 60 a 100 rpm en el motor diesel y de 80 a 200 rpm
para motores gasolina. El motor de arranque entrega una velocidad
muy superior a esta para asegurar la suficiente capacidad de
arranque. El sistema de arranque tiene 5 componentes principales.
El interruptor de encendido o botn de arranque, interruptores de
seguridad (si los hay), solenoide de arranque, motor de arranque y
batera. Cuando se gira la llave a la posicin START, o se presiona
el botn de arranque, la corriente fluye desde la batera al
solenoide de arranque y desde ah al motor de arranque. Si el
vehculo esta equipado con un interruptor de seguridad de neutro o
con un interruptor de embrague, estos deben estar activados para
permitir el flujo de corriente al solenoide. El solenoide es un
interruptor electromagntico montado en el motor de arranque. Cuando
se energizan las bobinas del solenoide un vstago es accionado hacia
atrs. En un extremo de este vstago hay una palanca que esta
conectada a un pin conductor y un conjunto de embrague en el motor
de arranque. Al tirar de la palanca el pin conductor se conecta con
el engranaje dentado del volante. Como el motor de arranque tambin
est energizado este produce el torque para el giro del volante y
mediante este al motor. El motor de arranque es un motor elctrico
pequeo pero poderoso que suministra un alto grado de potencia por
un corto periodo de tiempo. Cuando el conductor libera el
interruptor de encendido desde la posicin START a la posicin RUN,
el solenoide de arranque se desactiva y el resorte interno de
retorno hace que el pin conductor se separe de la rueda dentada del
volante, detenindose el motor de arranque. Mientras que la
descripcin anterior es para un pin del tipo desplazamiento del pin
(ms comn en los vehculos de pasajeros), hay otros tipos de motores
de arranque disponibles: tipo Bendix y tipo desplazamiento del
inducido. La funcin general es similar a la descrita anteriormente.
Rev: 0 3 Mundo Mecnica Automotriz 4. Electricidad del Motor 1
Mirando el solenoide de arranque, se puede reconocer que hay dos
circuitos que se usan para la activacin del solenoide. Los
circuitos de la bobina de traccin y bobina de retencin. Para el
acoplamiento del pin ambas bobinas se energizan para entregar
fuerza suficiente para mover el pin sobre la rueda dentada del
volante. Cuando el pin no esta completamente acoplado, el motor de
arranque gira lentamente, debido a la cada de voltaje a travs de
las bobinas. Cuando el pin esta completamente acoplado, se cierra
un contacto a travs del vstago. Esto produce que la bobina de
traccin no contine energizada y que slo la bobina de retencin
mantenga el pin en posicin de acople. Al mismo tiempo la energa es
suministrada al motor directamente y no a travs de las bobinas, de
modo que ste gira ms rpido permitiendo el arranque del motor de
combustin. Algunos motores de arranque incorporan un juego de
piones planetarios con el propsito de incrementar su torque. Como
la velocidad del motor de combustin es ms alta que la velocidad del
pin cuando ste arranca, un sistema de proteccin se encuentra
instalado para evitar dao en el motor de arranque. Este es
usualmente un embrague unidireccional, que evita que el motor de
combustin arrastre al motor de arranque, permitiendo que el pin
gire libre en direccin inversa. Esta es la solucin ms comn. Otro
sistema es el embrague del tipo multidisco: cuando el motor de
arranque esta conduciendo al motor de combustin, las placas estn
presionadas una contra la otra, de forma que el torque se pueda
transmitir para impulsar el volante. Cuando el motor de combustin
arranca, se libera el embrague multidisco, con la finalidad de
evitar el dao al motor de arranque. Rev: 0 4 Mundo Mecnica
Automotriz 5. Electricidad del Motor 1 Mtodo de Conexin del Motor
Elctrico Existen diferentes formas de conectar el motor de arranque
a la fuente de poder. Los diferentes mtodos de conexin conducirn a
diferentes caractersticas. Motor DC excitado externamente. Este
tipo de motor DC esta construido de forma que el campo no esta
conectado al inducido. Este tipo de motor DC espordicamente es
utilizado. Motor DC en derivacin Este tipo es llamado Motor en
Derivacin debido a su campo en paralelo o en derivacin con el
inducido. Aplicacin del Motor Elctrico DC Embobinado en Derivacin:
Un motor DC embobinado en derivacin provee una muy buena regulacin
de velocidad y esta clasificado como un motor de velocidad
constante, aunque la velocidad disminuye levemente en la medida que
aumenta la carga. Los motores embobinados en derivacin se usan en
aplicaciones industriales y automotrices donde se requiere un
control preciso de velocidad y torque. Un motor DC con embobinado
en derivacin provee torque reducido cuando aumenta la velocidad. La
reduccin de torque versus la velocidad se produce debido a la
resistencia del inducido, cada de voltaje y reaccin del inducido.
Con un valor de velocidad cercano a 2.5 veces la relacin de
velocidad, la reaccin del inducido se hace excesiva, provocando una
rpida reduccin del flujo del campo y una rpida disminucin del
torque hasta que se alcanza una condicin de prdida de velocidad.
Rev: 0 5 Mundo Mecnica Automotriz 6. Electricidad del Motor 1 Motor
DC en Serie Los embobinados de campo de un motor en serie estn en
serie con el inducido. La ventaja de un Motor Embobinado en Serie
es que desarrolla un alto torque y puede ser operado a baja
velocidad. Este es un motor que se acomoda bien para arranques de
carga pesada; y es generalmente usado para gras industriales y
huinches donde deben moverse cargas pesadas lentamente y cargas
livianas deben moverse rpidamente. Como el inducido y el campo en
un motor embobinado en serie estn conectados en series, la
corriente en el inducido y el campo es idntica. En la ilustracin de
la izquierda se muestran las caractersticas de torque versus
velocidad de un motor embobinado en serie con una fuente de voltaje
constante. A medida que la velocidad disminuye, el torque de un
motor embobinado en serie aumenta considerablemente. A medida que
la carga en condicin de velocidad es removida desde el motor en
serie, la velocidad aumenta considerablemente. Por estas razones,
los motores con embobinado en serie deben tener una carga conectada
para prevenir dao debido a la alta velocidad. Motor DC Compuesto Un
motor DC compuesto esta construido de forma que contiene un campo
en derivacin y en serie. Este esquema particular muestra un motor
DC acumulativamente compuesto debido a que los campos en derivacin
y en series se ayudan uno al otro. Rev: 0 6 Mundo Mecnica
Automotriz 7. Electricidad del Motor 1 Seguimiento de Fallas Junto
con revisar el interruptor de encendido, el rel de arranque, los
interruptores de seguridad, el mazo de cables, otras pruebas
importantes son: la prueba de traccin, la prueba de retencin, la
prueba de desempeo sin carga y la prueba de retorno del pin. Para
informacin detallada del seguimiento de fallas en los sistemas de
arranque, referirse al Manual de Servicio del vehculo en
particular. Rev: 0 7 Mundo Mecnica Automotriz 8. Electricidad del
Motor 1 Balance de Energa y Sistema de Carga El sistema de carga es
una parte importante del sistema elctrico. Suministra la energa
elctrica para las luces, radio, calefaccin, sistemas elctricos del
motor y otros accesorios elctricos. Tambin mantiene la batera
cargada, recargndola cuando sea necesario. Proporciona la energa
necesaria para arrancar el motor. El sistema de carga tiene tres
componentes principales: el alternador, el regulador de voltaje y
la batera. Es importante el tamao y desempeo de la batera y que el
alternador sean suficientes para el vehculo en particular para
garantizar un balance positivo de energa an bajo condiciones
adversas de operacin. El alternador genera energa elctrica para
operar los accesorios y para recargar la batera. Normalmente es
conducido por una correa conectada con el cigeal. La energa mecnica
del cigeal es convertida por el alternador en energa elctrica para
recargar la batera y para suministrar corriente para todos los
sistemas elctricos. La batera proporciona energa cuando el motor no
esta funcionando, suministrando suficiente energa para el arranque
del motor y acta como un compensador si el consumo de energa es
mayor que la suministrada por el alternador. Rev: 0 8 Mundo Mecnica
Automotriz 9. Electricidad del Motor 1 Acumulador El acumulador es
un dispositivo de almacenamiento de electricidad que es capaz de
cambiar la electricidad en energa qumica durante la carga y para
cambiar de vuelta la energa qumica en electricidad cuando un
consumo se activa. Sus principales funciones son: suministrar la
energa necesaria para el motor de arranque y para el control del
motor/sistema de encendido haciendo posible el arranque del motor,
suministrar corriente a los consumos, tales como, luz de
estacionamiento, audio, etc. cuando el motor no esta funcionando,
acta como un compensador si la corriente de carga no es suficiente
debido al exceso de consumo. En los vehculos generalmente se usa el
acumulador de plomo-cido. La ilustracin muestra el esquema tpico de
un acumulador de 12V, este consistente en seis elementos
productores de voltaje, llamadas celdas. Como una celda slo produce
y almacena 2.1V (valor nominal), se incorpora una combinacin de
seis elementos dentro del acumulador. Cada elemento individual
nuevamente esta compuesto por diversos componentes. Los componentes
principales son: la placa positiva (nodo) hecha de peroxido de
plomo, el separador que es una estructura porosa que permite el
paso del cido, la placa negativa (ctodo) de plomo puro, y el
electrolito para transportar la electricidad. Las placas estn
sumergidas en el electrolito (cido sulfrico). Durante la carga o
descarga el electrolito transfiere los iones entre la placa
positiva y la placa negativa, permitiendo el flujo de corriente.
Rev: 0 9 Mundo Mecnica Automotriz 10. Electricidad del Motor 1 Hay
otras partes adicionales instaladas como por ejemplo tapones,
conectores de las celdas, etc. Los tapones incorporan un agujero de
ventilacin para permitir la liberacin de gas que se produce durante
la carga, pero al mismo tiempo evita que el cido escape junto con
el gas. Si es necesario se puede agregar agua destilada despus de
remover los tapones para mantener el nivel requerido de
electrolito. La capacidad de la batera para almacenar carga se
expresa en amperes hora. Si una batera puede suministrar un ampere
(1A) de corriente (flujo) por una hora, tiene una capacidad de 1Ah.
Si esta puede suministrar 1A por 100 horas, entonces su capacidad
es 100Ah. Para obtener una base comn para determinar la capacidad
de la batera, este valor se mide en condiciones especficas. Debido
a la reaccin qumica dentro de las celdas, la capacidad real
disponible de una batera depende de las condiciones de descarga,
como la magnitud de la corriente, la duracin de la corriente, el
voltaje disponible en terminal de la batera, la temperatura, y
otros factores. Los fabricantes de bateras usan un mtodo estandar
para clasificar sus bateras. La batera se descarga con relacin
constante de corriente en un periodo de tiempo establecido, tales
como 10 horas 20 horas disminuyendo con un voltaje fijo por celda.
De este modo una batera de 100Ah esta clasificada para suministrar
5A por 20 horas a temperatura ambiente. La eficiencia de una batera
no es igual con distinta relacin de descarga. Cuando se descarga
con baja relacin la energa de la batera es liberada mas
eficientemente que con alta relacin de descarga. Si se conectan dos
bateras en series, el voltaje resultante es el voltaje combinado de
las bateras. Para disponer de 24V deben conectarse dos bateras en
serie. Pero si estas se conectan en paralelo el voltaje permanece
igual que si fuera una sola batera, pero aumenta la capacidad. Rev:
0 10 Mundo Mecnica Automotriz 11. Electricidad del Motor 1 Ciclo de
Carga En condicin de plena carga la densidad del cido es 1,28 g/cm3
(para reas tropicales la densidad del cido puede ser slo de 1,23 g
/cm3 ). El desempeo del arranque en fri y la capacidad se reduce,
si la batera esta sometida a baja temperatura, debido a que la
velocidad del proceso qumico disminuye en estas condiciones. Una
celda de batera completamente cargada puede alcanzar
aproximadamente 2.2V, mientras que la tensin de una celda con 1.75V
es considerada como descargada. La densidad en la condicin
descargada es solo 1,16g/cm3 , en condicin cargada las placas
positivas estn compuestas de peroxido de plomo (PBO2), las placas
negativas son de plomo puro (PB) y el electrolito es cido sulfrico
(H2SO4) diluido con agua destilada. Cuando se pone carga elctrica a
la batera, tiene lugar una reaccin qumica. Las molculas de sulfato
en el electrolito se separan y se adhieren a las placas negativas y
positivas. Al mismo tiempo los tomos de oxigeno del peroxido de
plomo de las placas positivas se mueven a la solucin del
electrolito donde se unen con los tomos de hidrgeno, formando H2O
(agua). Las molculas del sulfato que se mueven hacia las placas y
los tomos de oxgeno que se mueven hacia la solucin liberan energa,
la que se usa para suministrarla al consumo. Debido a esta reaccin,
se reduce la densidad del cido que por lo tanto puede usarse como
un indicador del estado de carga del acumulador. Cuando la batera
esta completamente descargada, ambas placas son de sulfato de cobre
(PbSO4), y la solucin es agua (por lo que una batera vaca puede
congelarse). Cuando se recarga la batera, el proceso se invierte y
el PbSO4 de las placas es cambiado de vuelta a Pb02 y Pb y el agua
cambia nuevamente a PbSO4. Rev: 0 11 Mundo Mecnica Automotriz 12.
Electricidad del Motor 1 Los estados de plena descarga son
extremos. Normalmente, una batera esta parcialmente cargada o
parcialmente descargada. Por ejemplo, una batera puede estar 25%
descargada, lo que significa que a tenido lugar el 25% de la
reaccin qumica, y el 75% de la batera esta en su condicin qumica
original. Cuando la batera esta con carga completa, pero sigue
sometida a carga, la batera libera hidrgeno (un gas explosivo),
debido a que el agua en el electrolito es descompuesta qumicamente.
Esto recibe el nombre de sobrecarga. Tambin cuando se hace un
puente de arranque a otro vehculo, la alta corriente puede causar
la rpida liberacin de grandes volmenes de hidrgeno. Si estos son
encendidos por una chispa cercana (por ejemplo, cuando se remueven
los cables de puente) puede ocurrir una explosin. Las bateras de
plomo- cido para uso automotriz no estn diseadas para descarga
profunda y deben siempre mantenerse con su mxima carga debido a que
su capacidad sufrir severamente en el ciclo profundo, debido a
sulfatacin o endurecimiento del sulfato de cobre. Debe tenerse
precaucin debido a la naturaleza extremadamente corrosiva del cido
sulfrico. Los diseos modernos tienen el electrolito capturado
dentro de un gel. Debe tenerse especial precaucin de utilizar el
cargador de bateras apropiado para evitar daos, especialmente en
las bateras de Gel. Como durante la carga de las bateras se puede
producir gas explosivo, debe mantenerse alejada de chispas y llamas
y seguir las precauciones dadas en el Manual de Servicio. Rev: 0 12
Mundo Mecnica Automotriz 13. Electricidad del Motor 1 Alternador DC
(slo referencia) En los primeros das del automvil el alternador que
se utilizaba era llamado alternador de corriente directa. La
rectificacin de la corriente se hacia por medios mecnicos, usando
un conjunto especial de polos de suministro de corriente. Este
conjunto, en combinacin con las escobillas (carbones) se llama
conmutador. Cuando la corriente cambia de direccin debido a la
polaridad del campo magntico, tambin la posicin del conmutador
(polo positivo y polo negativo) cambia, lo que finalmente conduce a
un suministro de corriente directa a la batera. Actualmente, los
alternadores de corriente directa ya no se usan, en su lugar se
usan alternadores de corriente alterna. Las razones principales son
su alta durabilidad y salida de potencia. Originalmente, un
regulador de voltaje mecnico se utilizaba para controlar la salida
del alternador y evitar la sobrecarga de la batera. Este detecta
cuando la batera requiere carga, o cuando las necesidades elctricas
del vehculo aumentan, y ajusta la salida del alternador de acuerdo
a lo anterior. El regulador de voltaje controla la fuerza del campo
magntico de la bobina excitadora, controlando de esa manera la
salida del alternador. Esto esta hecho para suministrar corriente
de excitacin a la bobina en forma directa para un alto desempeo,
suministrando la corriente a travs de un resistor o an sin
suministrar corriente. Como esta tecnologa no se usa en los
automviles hace muchos aos, no se darn mayores detalles de estos
sistemas, pero se har una descripcin acerca del alternador de
corriente alterna, utilizado actualmente. Rev: 0 13 Mundo Mecnica
Automotriz 14. Electricidad del Motor 1 Alternador AC Un alternador
automotriz moderno es un generador de tres fases, con un circuito
rectificador incorporado consistente en seis diodos (se dar una
visin mas detallada de estos en el nivel 2). Con el giro de polea
mediante la correa conectada al cigeal del motor, gira un imn a
travs de un conjunto estacionario de embobinados de tres fases
(llamado el estator), usualmente conectado en una configuracin Y.
El imn girando es ahora un electroimn, no un imn permanente. Los
alternadores estn diseados de esta forma para poder controlar la
fuerza del campo magntico, con el propsito de poder controlar la
salida de voltaje independientemente de la velocidad del rotor.
Esta bobina del rotor magntico (la bobina de campo) es energizada
por la batera, de modo que toma una pequea cantidad de energa
elctrica en la entrada del alternador para conseguir que este
genere una gran cantidad de potencia de salida. La energa elctrica
es conducida a la bobina rotatoria de campo a travs de un par de
anillos de cobre para deslizamiento montados concentricamente en el
eje, contactados por escobillas de carbn estacionarias. Las
escobillas estn sostenidas de tal forma que se contactan firmemente
con los anillos de deslizamiento mediante la presin de resortes.
Muchos alternadores modernos estn equipados con un circuito
regulador incorporado que conmuta automticamente la energa de la
batera de ON a OFF haca la bobina del rotor para regular el voltaje
de salida. Este circuito, s esta presente en el alternador que se
escogi para el experimento, es innecesario y solo impedir la
experiencia si se deja en su lugar. Sintase libre de removerlo
quirrgicamente, slo asegrese de dejar acceso a los terminales de
las escobillas de manera de poder energizar la bobina de campo con
el alternador ensamblado. Algunos alternadores estn equipados con
una polea de giro libre con la finalidad de evitar efectos
negativos en la correa. Esto se produce por el hecho que el motor
no funciona a velocidad constante, por que hay fluctuaciones de
velocidad causadas por la combustin. Rev: 0 14 Mundo Mecnica
Automotriz 15. Electricidad del Motor 1 Mantencin y Seguimiento de
Fallas Aunque existen pocas probabilidades que las fallas en el
sistema de carga puedan producir una falla total del vehculo, pero
es importante revisar la condicin del sistema regularmente. Los
puntos importantes para revisar y ajustar son el nivel del lquido,
la densidad del cido (no aplica para todos los tipos de
acumuladores) y la tensin de la correa conductora. Tambin puede
requerirse la revisin del voltaje de salida en el caso de problemas
con sistema. Nota: el principio de operacin de la rectificacin de
voltaje, etc. se describe en el nivel 2 de Electricidad, as como
los mtodos de revisin para esos elementos. Rev: 0 15 Mundo Mecnica
Automotriz LIN Fits in at the low end 104.521Increme ntal cost per
node 125K1M2M20K25.6MCAN-C event triggered dual wire CAN-B event
triggered fault tolerant LIN master- slave single wire bus
