Introducción

La batería de un automóvil es la encargada de suministrar la energía al equipo eléctrico, y el alternador el encargado de recargar constantemente la batería. Antiguamente se usaba como generador de electricidad para la recarga la dinamo, ya en desuso por sus menores prestaciones y mayor peso que el alternador. La ventaja del alternador es que es más compacto, y genera mayor carga cuando el motor gira despacio. Sin embargo, produce corriente alterna, mientras que la batería necesita para recargarse corriente continua, lo que obliga a utilizar un rectificador auxiliar. Su funcionamiento se basa en la ley de Faraday, según la cual una bobina de alambre en movimiento dentro de un campo magnético se carga de energía eléctrica. En el alternador, el componente magnético se llama rotor, y gira dentro de la parte estacionaria o estátor. Para obtener su máximo rendimiento, un alternador necesita girar muy deprisa, por lo que su unión al motor, del que toma la energía para girar, se realiza mediante una relación de poleas de forma que el alternador gire al doble de la velocidad del motor.

El Alternador

La batería desempeña el papel de un acumulador de energía cuando el motor está parado, mientras que durante la marcha e incluso a ralentí el alternador es la autentica central eléctrica del vehículo. El alternador tiene una estructura robusta que resiste vibraciones, cambios de temperatura, suciedad, humedad, lubricantes y combustible. Las tareas principales que realiza el alternador en un vehículo son las siguientes: Suministra corriente

continua a todos los dispositivos consumidores de corriente (bomba eléctrica del combustible, ventilador eléctrico, radiocasete, etc.) Carga rápidamente la batería, incluso cuando todos los dispositivos eléctricos y electrónicos del vehículo están en funcionamiento con el vehículo a ralentí. Estabiliza su propia tensión en toda la gama de velocidades de rotación del motor del vehículo.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

Partimos de la base de que si un conductor eléctrico corta las líneas de fuerza de un campo magnético, se origina en dicho conductor una corriente eléctrica. La generación de corriente trifásica tiene lugar en los alternadores, en relación con un movimiento giratorio. Según este principio, existen tres arrollamientos iguales independientes entre sí, dispuestos de modo que se encuentran desplazados entre sí 120º. Según el principio, de la inducción, al dar vueltas el motor (imanes polares con devanado de excitación en la parte giratoria) se generan en los arrollamientos tensiones alternas senoidales y respectivamente corrientes alternas, desfasadas también 120º entre sí, por lo cual quedan desfasadas igualmente en cuanto a tiempo. De esa forma tiene lugar un ciclo que se repite constantemente, produciendo la corriente alterna trifásica. El alternador está en paralelo con la batería del vehículo por dos razones fundamentales, la primera es que la batería provoca la corriente de pre-excitación en el alternador cuando se arranca el vehículo y la segunda es que una vez que el alternador ha alcanzado su régimen normal de trabajo transmite energía para la carga de la batería. La corriente alterna no puede ser almacenada en una batería, ni tampoco pude emplearse para alimentar componentes electrónicos, por ello se recurre a la rectificación. El elemento fundamental de la rectificación es el diodo, que posee la propiedad de que al aplicarle una tensión permite el paso de corriente únicamente en un sentido, y bloquea el paso de la corriente en sentido inverso.

El ventilador se usa para refrigerar el alternador. El rotor de los alternadores trifásicos puede girar en ambos sentidos, el sentido de giro se determina seleccionando simplemente la correspondiente forma de ventilación para giro a la izquierda o a la derecha.

El estator fijo está compuesto por 3 arrollamientos iguales e independientes entre sí. Aquí es donde se genera la corriente alterna trifásica. El estator está formado por chapas aisladas entre sí y provistas de ranuras, estas chapas están comprimidas formando un núcleo firme. En las ranuras van alojadas las espiras onduladas.

Alternador, máquina dinamoeléctrica generadora de energía eléctrica alterna a partir de energía mecánica con medios electromagnéticos. Los elementos de un alternador elemental son: el imán que crea el campo magnético, denominado inductor; la espira móvil, gracias al consumo de energía mecánica, en la que aparece la corriente inducida y que por ello recibe el nombre de inducido, y los dos anillos colectores con sus respectivas escobillas que constituyen el sistema colector el cual se une, mediante bornas fijas a las escobillas, al circuito exterior. En la práctica el rotor o inductor está constituido por un electroimán multipolar giratorio, y el inducido contiene tantas bobinas como polos el rotor.

Los alternadores de baja velocidad se fabrican con hasta 100 polos para mejorar su rendimiento y para obtener con facilidad la frecuencia deseada. Los alternadores de alta velocidad tienen dos polos. La frecuencia de la corriente que suministra un alternador es igual a la mitad del producto del número de polos por el número de revoluciones por segundo de la armadura.

El alternador ha reemplazado la dinamo, por su mayor capacidad generadora de corriente y su mejor funcionamiento al tener menos riesgos de averías. Se llama así porque genera corriente alterna que se convierte a continua, y se trata de un adelanto derivado de la introducción de los diodos en la especialidad de la Electrónica.

El diodo es un elemento físico que aprovecha la característica que poseen ciertos metales de permitir el paso de la corriente en un solo sentido. De ese modo pueden ser fabricados diodos positivos o negativos, según se desee permitir o detener el paso de la corriente eléctrica de esas polaridades.

Por lo general, se emplean tres diodos positivos en cada alternador, y otros tantos negativos, operando ambos como rectificadores de la corriente alterna, convirtiéndola en corriente continua utilizable.

El alternador está compuesto por un estator o devanado fijo, en el que se induce la corriente alterna, pues, al contrario que en el generador, el inductor es en este caso el rotor, siendo el estator el inducido.

El rotor es una especie de electroimán giratorio, cuya fuerza magnética es el producto de un devanado, el cual recibe corriente desde un colector de doble anillo, sobre el que se deslizan sendas escobillas de carbón, una cargada con corriente positiva y la otra conectada a masa o negativo.

El alternador genera corriente de la siguiente manera: el rotor o inductor, excitadas sus bobinas más o menos por el regulador de voltaje, forma fuertes campos magnéticos, los que, al girar, son cortados por las bobinas del estator o inducido, generándose en dichas bobinas una corriente trifásica alterna. Dichos impulsos de corriente alterna van a dar a los diodos, permitiendo los positivos el paso de corriente positiva y haciendo lo mismo los negativos con la negativa, obteniéndose de esa manera la corriente bipolar continua utilizada en el vehículo para carga de la batería y consumo de los elementos eléctricos.

El alternador precisa también de un elemento regulador de voltaje y amperaje, el cual es mucho más sencillo que el utilizado con la dinamo, pues, en este caso, sólo se necesita una bobina reguladora del voltaje, lo

que se obtiene mediante la regulación de la intensidad de corriente entregada al rotor a través de la escobilla positiva o de excitación, pudiendo también emplearse un elemento electrónico. Las precauciones que deben ser consideradas al trabajar en un alternador son las siguientes: no debe funcionar desconectado de la red; no debe ser polarizado conectándole corriente exterior; no debe conectarse su salida a masa.

3.1. Tubos de vacío

 Un tubo de vacío consiste en una cápsula de vidrio de la que se ha extraído el aire, y que lleva en su interior varios electrodos metálicos. Un tubo sencillo de dos elementos (diodo) está formado por un cátodo y un ánodo, este último conectado al terminal positivo de una fuente de alimentación. El cátodo (un pequeño tubo metálico que se calienta mediante un filamento) libera electrones que migran hacia él (un cilindro metálico en torno al cátodo, también llamado placa). Si se aplica una tensión alterna al ánodo, los electrones sólo fluirán hacia el ánodo durante el semiciclo positivo; durante el ciclo negativo de la tensión alterna, el ánodo repele los electrones, impidiendo que cualquier corriente pase a través del tubo. Los diodos conectados de tal manera que sólo permiten los semiciclos positivos de una corriente alterna (c.a.) se denominan tubos rectificadores y se emplean en la conversión de corriente alterna a corriente continua (c.c.)

Rectificación, proceso que convierte una corriente eléctrica alterna que circula alternativamente en un sentido u otro de un circuito en una corriente continua, que sólo fluye en un sentido. Para ello se inserta en el circuito un dispositivo conocido como rectificador, que sólo permite que pase corriente en un sentido, bloqueando la corriente en el otro. La rectificación se lleva a cabo en todos los rangos de potencia eléctrica, desde milésimas de vatio en la detección de señales de radio de amplitud modulada hasta miles de kilovatios en el funcionamiento de maquinaria pesada eléctrica. Los primeros rectificadores comerciales convertían corriente alterna en continua para alimentar motores eléctricos y se llamaban conmutadores mecánicos. En la actualidad, la mayor parte de la rectificación se lleva a cabo mediante dispositivos electrónicos, como combinaciones de diodos, tubo de vacío y rectificadores de arco de mercurio. La mayoría de los rectificadores mecánicos están formados por un conmutador giratorio sincronizado con la corriente, dispuesto de forma que sólo conduzca la corriente en un sentido. Pueden diseñarse y fabricarse rectificadores mecánicos que manejan corrientes intensas (hasta miles de

amperios) con tensiones de varios miles de voltios; estos rectificadores todavía se utilizan en la maquinaria eléctrica pesada. Los rectificadores electrónicos conducen corriente sólo en un sentido mediante el movimiento de cargas eléctricas dentro del dispositivo. Pueden soportar corrientes de hasta 500 amperios y tensiones de hasta 1.000 voltios, por lo que pueden competir con los rectificadores mecánicos en muchas aplicaciones de potencia. En las aplicaciones de baja tensión, como en los equipos electrónicos, se emplean casi exclusivamente rectificadores de tubo de vacío o de semiconductores.

Si en un circuito de corriente alterna se coloca un condensador (también llamado capacitor) la intensidad de corriente es proporcional al tamaño del condensador y a la velocidad de variación del voltaje en el mismo. Por tanto, por un condensador cuya capacidad es de 2 faradios pasará el doble de intensidad que por uno de 1 faradio. En un condensador ideal, el voltaje está totalmente desfasado con la intensidad. Cuando el voltaje es máximo no fluye intensidad, porque la velocidad de cambio de voltaje es nula. La intensidad es máxima cuando el voltaje es nulo, porque en ese punto la velocidad de variación del voltaje es máxima. A través de un condensador circula intensidad aunque no existe una conexión eléctrica directa entre sus placas porque el voltaje de una placa induce una carga opuesta en la otra.De los efectos indicados se deduce que si se aplica un voltaje alterno a una bobina o condensador ideales, no se consume potencia. No obstante, en todos los casos prácticos los circuitos de corriente alterna presentan resistencia además de autoinducción y capacidad, y se consume potencia. Esta potencia consumida depende de la proporción relativa de las tres magnitudes en el circuito.