El Generador del Automóvil.

Generalidades

El generador es el encargado de producir la electricidad para el consumo del automóvil y para reponer las pérdidas de carga en los acumuladores.Hasta los comienzos de los años 1960s se usaba un generador de corriente directa conocido como dinamo, el que producía directamente corriente directa para la carga de las baterías de acumuladores. Con la invención y desarrollo de los diodos rectificadores, empezó a utilizarse un generador de corriente alterna con diodos rectificadores incorporados para rectificar la corriente

de salida, conocido como alternador.

Dinamo típico Alternador típico

Este generador casi universalmente está montado como un agregado del motor y es accionado por este, a través de correas de goma desde una polea montada en el cigüeñal, como se muestra en la imagen siguiente:

Típico montaje del generador

Las correas de accionamiento tradicionalmente han sido correas de sección en V , como la de la figura anterior, desde hace unos años a esta parte se han comenzado a utilizar mayoritariamente las correas de tipo "serpentina" cuyo nombre surge, debido a que estas correas "serpentean" abrazando todas las poleas de los agregados del motor.Las correas de serpentina son mas planas que las de sección V y por tal motivo pueden ser utilizadas sobre poleas de pequeño diámetro donde las de sección V acortarían su vida útil, debido al excesivo doblado.

Sección de una correa de serpentina Como las dinamos han caído en desuso aquí solo nos ocuparemos de los alternadores.

Alternador elemental

El funcionamiento del alternador del automóvil se basa en el principio general de inducción de voltaje en un conductor en movimiento cuando atraviesa un campo magnético igual que cualquier generador. Un alternador consta de dos partes fundamentales, el inductor, que es el que crea el campo magnético y el inducido que es el conductor el cual es atravesado por las líneas de fuerza de dicho campo.

Figura 1.- Disposición de elementos en un alternador simple

Así, en el alternador mostrado en la Figura 1,el inductor está constituido por el rotor, dotado de cuatro piezas magnéticas cuya polaridad se indica y el inducido o estator con bobinas de alambre arrolladas en las zapatas polares . Las cuatro bobinas a-b, c-d, e-f y g-h, arrolladas sobre piezas de hierro (zapatas polares)  se magnetizan bajo la acción de los imanes del inductor. Dado que el inductor está girando, el campo magnético que actúa sobre las cuatro piezas de hierro cambia de sentido cuando el rotor gira 90º (se cambia de polo N a polo S), y su intensidad pasa de un máximo, cuando están las piezas enfrentadas como en la figura, a un mínimo cuando los polos N y S están equidistantes de las piezas de hierro. Son estas variaciones de sentido y de intensidad del campo magnético las que inducirán en las cuatro bobinas una diferencia de potencial (voltaje) que cambia de valor y de polaridad siguiendo el ritmo del campo. La frecuencia de la corriente alterna que aparece entre los terminales A-B se obtiene multiplicando el número de vueltas por segundo del inductor por el número de pares de polos del inducido (en nuestro caso 2).El alternador elemental descrito hasta aquí tiene varios problemas para su uso en el automóvil:

El valor del voltaje generado, crece con la velocidad de rotación del alternador, por lo tanto no es apropiado para el uso en el automóvil cuyo voltaje nominal de trabajo tiene un valor casi fijo ( 6, 12 y 24 Volts).

Su voltaje cambiante de polaridad, no sirve para suministrar carga a las baterías de acumuladores ni para alimentar los dispositivos eléctricos del automóvil que son todos de corriente directa.

Veamos como se resuelven estos problemas en el alternador real.

Alternador real

La figura que sigue muestra un alternador real seccionado, para mostrar sus partes internas y un alternador desarmado para mostrar todas sus piezas.

Sección de un alternador real Piezas de un Alternador

En el alternador real, el rotor está formado por dos piezas dentadas que se montan sobre le eje de rotación con ajuste a presión por lo que girarán con él. Estas piezas dentadas abrazan una bobina central que se alimenta con  electricidad desde el sistema a través de las escobillas. Las escobillas se deslizan sobre anillos colectores y conducen la electricidad de excitación a la bobina central formando un potente electroimán. Este electroimán convierte los "dedos" de las tapas dentadas del rotor en imanes de polaridad permutada (uno N y el que le sigue S).Si se regula la corriente que circula por las escobillas a la bobina central se cambiará la potencia del imantado de la bobina y con ello la de los dedos que funcionan como zapatas polares, generando mayor o menor voltaje de salida. Un dispositivo electrónico, sensa el voltaje de salida y regula esta corriente de manera automática manteniendo el valor del voltaje de salida en un valor constante con independencia de la velocidad de rotación. Este dispositivo regulador se conoce como regulador de voltaje y en la gran mayoría de los alternadores está incorporado como una pieza dentro del propio alternador.El voltaje regulado inducido en las bobinas de estator, se conduce a un juego de diodos que se encargan de rectificarlo y así obtener un voltaje, que además de constante es de polaridad fija.La corriente de exitación a la bobina del rotor se establece desde la batería de acumuladores del vehículo a través del interruptor de encendido, de forma tal que cuando se acciona este interruptor para poner en marcha el vehículo, se conecta la corriente de exitación al alternador, y así esté listo a recargar las baterías tan pronto como el motor se ponga en marcha.  Esta corriente aunque pequeña (unos 2 Amp) terminará descargando la batería si no se tiene el cuidado de cerrar el interruptor de encendido cuando se abre para pruebas o cuando el motor se detiene por alguna avería.Como los diodos del alternador conducen la electricidad en una dirección, resultarán averiados por sobre-corriente o se descargará rápidamente la batería, si se conectan los terminales de ella

invertidos, se notará que se producen chispas potentes al hacer la conexión en tal caso.El regulador de voltage del alternador es un elemento a semiconductores sensible, no es recomendable mantener el motor en funcionamiento con la batería desconectada ya que puede averiarse.

Causas de fallo

En un alternador solo hay una pieza en movimiento, el rotor, este está montado en cojinetes de bolas (uno en cada extremo) y tiene acoplado en el eje de salida la polea de donde recibirá el movimiento desde el motor a través de la correa. Otra parte vulnerable del alternador son las escobillas de deslizamiento, como funcionan deslizándose sobre los anillos colectores transmitiendo la corriente al rotor, es natural que se desgasten con el uso.El resto de las piezas tienen "teóricamente" una vida ilimitada (o extremadamente larga) y rara vez son causa de fallo del alternador.Por este motivo la reparación del alternador en caso de fallo, puede ser ejecutado por cualquiera, ya que en la inmensa mayoría de los casos se limita a la sustitución de las  escobillas, elemento con un 5-10% del valor de un nuevo alternador. Estas escobillas en muchos casos pueden sustituirse incluso, sin desmontar el alternador del coche.Un caso menos frecuente es la rotura de los cojinetes de bolas, para esto hay que separar las tapas de la carcasa y sustituirlos. Los cojinetes de bolas tienen en general una larga vida.Solo son necesarias una pocas herramientas para hacer la reparación, siendo en algunas ocasiones lo mas difícil la extracción de la polea.

Arranque del Motor del Automóvil

Generalidades

El motor de combustión interna no tiene arranque propio, hay que hacerlo girar con una fuente externa para que se completen los procesos necesarios y se produzca el encendido. Existen varias formas de hacer girar el motor para que arranque:

1. Arranque manual2. Arranque por motor de aire comprimido

3. Arranque por motor de combustión auxiliar

4. Arranque por motor eléctrico

El arranque manual se usa para los pequeños motores donde con un aceptable esfuerzo corporal se hace girar el motor para el arranque y puede ser:

1. Accionando una palanca con los pies (motocicletas y similares).2. Tirando de una cuerda arrollada en una polea en el cigüeñal.

3. Girando un eje acodado acoplado al cigüeñal.

4. Empujando el vehículo hasta el arranque.

El arranque por aire comprimido se usa para algunos grandes motores en los que la potencia necesaria hace difícil el uso del arranque eléctrico debido a las altísimas corrientes necesarias, y en algunos vehículos especiales adaptados para funcionar a muy bajas temperaturas donde las baterías de acumuladores no pueden utilizarse. También en estos grandes motores el proceso de arranque es mas complejo y por lo general, deben hacerse girar hasta que se lubriquen las partes internas antes de someterlos al funcionamiento por ellos mismos.El arranque por motor de combustión auxiliar se usa en algunas máquinas de la construcción que usan motores Diesel. Estas máquinas pueden prescindir de las baterías de acumuladores y así ser mas adaptables a condiciones climáticas de fríos severos. Usan un pequeño motor de gasolina que se arranca por el método manual o con motor eléctrico, este a su vez acciona el motor principal a través de un acoplamiento de engranajes desplazables. Estos pequeños motores pueden hacer girar por largo tiempo al motor principal para permitir la lubricación antes de la puesta en marcha.En los automóviles se usa casi universalmente el arranque por motor eléctrico, por lo que será este método el que será tratado.

Arranque por motor eléctrico

Para el arranque de los motores de automóvil se usa un motor eléctrico de corriente continua que se alimenta desde la batería de acumuladores a través de un relé. Este relé a su vez se acciona desde el interruptor de encendido del automóvil.

Esquema del sistema de Arranque

Cuando se acciona el interruptor de arranque se alimenta con electricidad proveniente de la batería a la bobina del relé, y este a su vez cierra dos grandes contactos en su interior alimentando el motor de arranque directamente desde la baterías a través de un grueso conductor (representado con color rojo).

El motor eléctricoEl motor de arranque es un motor de corriente directa tipo shunt especialmente diseñado para tener una gran fuerza de torque con un tamaño reducido, capaz de hacer girar el motor de combustión interna. Esta capacidad se logra a expensas de sobrecargar eléctricamente las partes constituyentes ya que el tiempo de funcionamiento es muy breve, por tal motivo no debe mantenerse en acción por largo tiempo, so pena de terminar averiado por sobrecalentamiento. El consumo de electricidad durante el arranque es elevado (hasta 1000 Amp para grandes motores de combustión), de manera tal que también la batería funciona en un régimen muy severo durante este proceso. Debido a estas razones es muy recomendable, cuando se intenta arrancar un motor "perezoso" usar varios

intentos de corta duración (unos 10 segundos), en lugar de un solo intento de larga duración.

Vista de un arranque típico

En la vista puede diferenciarse el relé así como los grandes tornillos de conexión para los cables procedentes de la batería.

El mecanismo de accionamientoLa transmisión de la rotación desde el motor de arranque al motor de combustión se realiza a través de engranajes. Un pequeño engrane deslizante está acoplado al eje del motor de arranque, este engrane es desplazado sobre estrías por el relé a través de una horquilla pivotante, de manera que se acopla a un engrane mayor que rodea el volante del cigüeñal del motor haciéndolo girar.

Motor de arranque seccionado

Este engrane funciona a través de un mecanismo de rueda libre (como el de las bicicletas) de manera que el torque del motor de arranque se trasmita al engrane del cigüeñal, pero una vez que el motor de combustión se ponga en marcha, no pueda arrastrar al motor de arranque. Sin este mecanismo de rueda libre, debido a la gran velocidad del motor de combustión y a la elevada relación de transmisión entre el par engranado, la velocidad de rotación del rotor del motor eléctrico llegaría a velocidades peligrosas para su integridad, especialmente en conductores demorados en soltar la llave de encendido. Una vez que el motor de combustión se ha puesto en marcha y el conductor suelta la llave de encendido, se corta la alimentación eléctrica a la bobina del relé y el muelle de recuperación retira el núcleo cortando la alimentación con electricidad y desacoplando ambos engranes.La próxima figura muestra un típico motor de arranque despiezado donde pueden observarse sus partes constituyentes.

Vista de un motor de arranque desarmado

Causas de falloComo en todo motor eléctrico de corriente continua para la transmisión de la electricidad es necesaria la presencia de un colector-permutador para el funcionamiento, y con ello el movimiento relativo entre este colector y las

escobillas. Este movimiento de rozamiento con el agravante adicional del chisporroteo por alta corriente y cambio de delgas en el colector, hace que la vida de las escobillas sea relativamente corta, principal causa de fallo del motor de arranque.También se desgastan los contactos del relé, los casquillos o cojinetes de rozamiento donde gira el rotor y en menor cuantía que las escobillas, el propio colector. Otra causa de fallo menos frecuente es el fallo del mecanismo de rueda libre.

El sistema eléctricoEl sistema eléctrico del automóvil ha evolucionado desde su surgimiento en gran medida y además, son muchas las prestaciones que pueden aparecer en uno u otro tipo de vehículo, por tal motivo resulta muy difícil, si no imposible, establecer un sistema eléctrico universal para todos.En la época en la que el generador de corriente directa (dinamo) suministraba la potencia eléctrica, y debido a su limitada capacidad, las partes accionadas eléctricamente se limitaban generalmente al arranque del motor, la iluminación y alguna que otra prestación adicional, pero con el surgimiento del alternador en los años 60s del pasado siglo y su posibilidad de producir grandes potencias, se ha ido dejando a la electricidad la mayor parte del accionamiento de los mecanismos adicionales del vehículo, y han surgido muchos nuevos. De este modo, hasta la preparación de la mezcla aire-combustible del motor de gasolina se hace de manera eléctrica con el uso del sistema de inyección.En la figura 1 se ha tratado de establecer un circuito lo mas general posible del automóvil de gasolina de serie actual con las prestaciones básicas.

Figura 11.- Acumulador  2.-Regulador de voltaje  3.-Generador 4.- Bocina o claxon  5.-Motor de arranque  6.-Caja de fusibles  7.-Interruptor de claxon  8.-Prestaciones de potencia que funcionan con el interruptor de encendido conectado y con interruptor propio; ejemplo: vidrios de ventanas, limpiaparabrisas etc.  9.-Representa los interruptores de las prestaciones 8  10.-Distribuidor  11.-Bujías  12.-Representa las prestaciones de potencia que funcionan sin el interruptor de encendido; ejemplo: seguros de las puertas, cierre del baúl de equipaje etc.  13.-Interruptor de encendido  14.- Bobina de encendido  15.-Faros de luz de carretera delanteros  16.-Interruptor de faros de luz de carretera  17.-Interruptor de faros de luz de frenos  18.-Luces indicadoras de frenado  19.-Interruptor-permutador de faros de vía (intermitentes)  20.-Tablero de instrumentos  21.-Interruptor de lámpara de cabina  22.-Lámpara de cabina  23.-Luces de vía (intermitentes)  24.-Interruptor de prestaciones especiales  25.-Luces de carretera traseras  26.-Representa las  prestaciones especiales que solo funcionan con el interruptor de encendido conectado; ejemplo: radio, antenas eléctricas etc.  27.-Sistema de inyección de gasolina  28.-Sensores de instrumentos del tablero.

Observe que en la figura 1 que los cables conectores aparecen con diferentes colores, note lo siguiente:Rojo: Conexiones directas al acumulador sin protección con fusibles.Marrón: Conexiones alimentadas a través de fusibles de protección. Estos fusibles y sus circuitos correspondientes pueden ser múltiples, aunque en el esquema se representan como uno solo. Cuando la potencia eléctrica lo requiere se utilizan relés relevadores que no han sido representados.Verde: Circuitos alimentados desde el interruptor de encendido. Estos circuitos solo tienen

tensión eléctrica cuando el interruptor está conectado. Cuando la potencia eléctrica lo requiere se utilizan relés relevadores que no han sido representados.Azul: Cables de alta tensión del sistema de encendido.

Violeta: Circuitos protegidos con fusible, para algunas de las prestaciones adicionales, con interruptor propio. Estos circuitos estan alimentados con tensión en todo momento. Cuando la potencia eléctrica lo requiere se utilizan relés relevadores que no han sido representados.Amarillo: Circuito de iluminación de carretera y tablero de instrumentos. Está protegido con fusibles y alimentado con tensión permanentemente. Tiene su propio interruptor. En algunos casos la permutación de las luces principales de carretera se hace con el uso de relés relevadores, que no han sido representados.Magenta: Cables a los sensores de los instrumentos del tablero.Negro: Conexiones de tierra.

Para poder hacer una descripción mas detallada de las diferentes partes constituyentes del sistema, se hace necesario dividir este sistema en diferentes sub-sistemas de acuerdo la función que realizan en el automóvil. De esta forma tenemos:

1. Sistema de generación y almacenamiento. 2. Sistema de encendido .

3. Sistema de arranque .

4. Sistema de inyección de gasolina .

5. Sistema de iluminación.

6. Instrumentos de control.

7. Prestaciones adicionales.

8. Prestaciones especiales.

Esta página fue modificada la última vez el: Jueves, 24 de Julio de 2008

Sistema de encendidoCuando se habla de sistema de encendido generalmente nos referimos al sistema necesario e independiente capaz de producir el encendido de la mezcla de combustible y aire dentro del cilindro en los motores de gasolina o LPG, conocidos también como motores de encendido por chispa, ya que en el motor Diesel la propia naturaleza de la formación de la mezcla produce su auto-encendido. En los motores de gasolina resulta necesario producir una chispa entre dos electrodos separados en el interior del cilindro en el momento justo y con la potencia necesaria para iniciar la combustión.

Generación de la chispa

En conocido el hecho de que la electricidad puede saltar el espacio entre dos electrodos aislados si el voltaje sube lo suficiente produciéndose lo que se conoce como arco eléctrico. Este fenómeno del salto de la electricidad entre dos electrodos depende de la naturaleza y temperatura de los electrodos y de la presión reinante en la zona del arco. Así tenemos que una chispa puede saltar con mucho menos voltaje en el vacío que cuando hay presión y que a su vez, el voltaje requerido será mayor a medida que aumente la presión reinante. De esto surge la primera condición que debe cumplir el sistema de encendido:

Condición 1: El sistema de encendido debe elevar el voltaje del sistema eléctrico del automóvil hasta valores capaces de hacer saltar la electricidad entre dos electrodos separados colocados dentro del cilindro a la presión alta de la compresión.

Momento del encendido

Durante la carrera de admisión la mezcla que ha entrado al cilindro, bien desde el carburador, o bien mediante la inyección de gasolina en el conducto de admisión se calienta, el combustible se evapora y se mezcla íntimamente con el aire. Esta mezcla está preparada para el encendido, en ese momento una chispa producida dentro de la masa de la mezcla comienza la combustión. Esta combustión produce un notable incremento de la presión dentro del cilindro que empuja el pistón con fuerza para producir trabajo útil.Para que el rendimiento del motor sea bueno, este incremento de presión debe comenzar a producirse en un punto muy próximo después del punto muerto superior del pistón y continuar durante una parte de la carrera de fuerza.Cuando se produce la chispa se inicia el encendido primero alrededor de la zona de la chispa, esta luego

avanza hacia el resto de la cámara como un frente de llama, hasta alcanzar toda la masa de la mezcla. Este proceso aunque rápido no es instantáneo, demora cierto tiempo, por lo que nuestro sistema debe producir la chispa un tiempo antes de que sea necesario el incremento brusco de la presión, es decir antes del punto muerto superior, a fin de dar tiempo a que la llama avance lo suficiente en la cámara de combustión, y lograr las presiones en el momento adecuado, recuerde que el pistón está en constante movimiento. A este tiempo de adelanto de la chispa con respecto al punto muerto superior se le llama avance al encendido.Si consideramos ahora la velocidad de avance de la llama como constante, resulta evidente que con el aumento de la velocidad de rotación del motor, el pistón se moverá mas rápido, por lo que si queremos que nuestro incremento de presión se haga siempre en la posición adecuada del pistón en la carrera de fuerza, tendremos necesariamente, que adelantar el inicio del salto de la chispa a medida que aumenta la velocidad de rotación del motor. De este asunto surge la segunda condición que debe cumplir el sistema de encendido:

Condición2: El sistema de encendido debe ir adelantando el momento del salto de la chispa con respecto a la posición del pistón gradualmente a medida que aumenta la velocidad de rotación del motor.

La consideración hecha de que la velocidad de avance de la llama es constante no es estrictamente cierta, además en dependencia del nivel de llenado del cilindro con mezcla durante la carrera de admisión y de la riqueza de esta, la presión dentro del cilindro se incrementará a mayor o menor velocidad a medida que se quema, por lo que durante el avance de la llama en un cilindro lleno y rico la presión crecerá rápidamente y puede que la mezcla de las partes mas lejanas a la bujía no resistan el crecimiento de la presión y detonen antes de que llegue a ellas el frente de llama, con la consecuente pérdida de rendimiento y perjuicio al motor. De aquí surge la tercera condición que debe cumplir el sistema de encendido:

Condición 3: El sistema de encendido debe ir atrasando el momento del salto de la chispa a medida que el cilindro se llena mejor en la carrera de admisión.

Distribución del encendido

Cuando el motor tiene múltiples cilindros de trabajo resultará necesario producir la chispa cumpliendo con los requisitos tratados hasta aquí, para cada uno de los cilindros por cada vuelta del cigüeñal en el motor de dos tiempos, y por cada dos vueltas en el de cuatro tiempos. De aquí la cuarta condición:

Condición 4: El sistema de encendido debe producir en el momento exacto una chispa en cada uno de los cilindros del motor.

Veamos ahora como se cumplen estas exigencias para el sistema de encendido.

El diagrama básico

En la figura de la derecha se muestra un diagrama de bloques de los componentes del sistema de encendido.Resulta imprescindible una fuente de suministro de energía eléctrica para abastecer al sistema, este puede ser una batería de acumuladores o un generador.Luego será necesario un elemento que sea capaz de subir el bajo voltaje de la batería, a un valor elevado para el salto de la chispa (varios miles de voltios). Este generador de alto voltaje tendrá en cuenta las señales recibidas de los sensores de llenado del cilindro y de la velocidad de rotación del motor para determinar el momento exacto de la elevación de voltaje. Para la elevación del voltaje se usa un transformador elevador de altísima relación de elevación que se le llama bobina de encendido en trabajo conjunto con un generador de pulsos que lo alimenta.Será necesario también un dispositivo que distribuya el alto voltaje a los diferentes cables de cada uno de los productores de la chispa dentro de los cilindros (bujías) en concordancia con las posiciones respectivas de sus pistones para el caso del motor policilíndrico.

Figura 1

Descripción de los componentes

Dada la diversidad y de formas en que pueden cumplimentarse en la actualidad las exigencias del sistema de encendido y a su larga historia de adaptación a las tecnologías existentes se hace difícil abarcar todas las posibilidades, no obstante, haremos un recorrido por los mas representativos.La aparición en la década de los 60s del siglo pasado de los dispositivos semiconductores y en especial los transistores, y luego los circuitos integrados, sentó pauta en la composición y estructura de los sistemas de encendido, de manera que para hablar de ellos habrá un antes, y un después, que son decisivos a la hora de describir un sistema de estos. Utilizaremos para la descripción del sistema uno de tipo clásico, de los utilizados antes de que los dispositivos electrónicos formaran parte del sistema.

Fuente de alimentaciónLa fuente de alimentación del sistema de encendido depende en muchos casos de la futura utilización a que se destine el motor, así tenemos que normalmente para el motor del automóvil que incluye, porque es requerido, una batería de acumuladores, se utiliza esta fuente para la alimentación del sistema, pero para los motores estacionarios, especialmente los pequeños, donde la batería no es necesaria para otro fin, se acude a los generadores de pulsos eléctricos conocidos como magnetos. Estos magnetos son pequeños generadores del tipo de rotor a imanes permanentes de corriente alterna movidos por el propio motor y sincronizados con él que producen electricidad para alimentar el sistema de encendido durante el tiempo necesario para generar la chispa.En ocasiones y para la mayoría de los motores mono cilíndricos pequeños de arranque manual, la electricidad la induce un imán permanente empotrado en el volante en el lugar apropiado al pasar frente a una bobina fija en el cuerpo del motor.

Generación del alto voltajeEl voltaje de alimentación del sistema de encendido, por ejemplo, alimentado con una batería suele ser de 6, 12, o 24 volts, mucho mas bajo de los 18,000 a 25,000 voltios necesarios para generar la chispa entre los electrodos de la bujía, separados hasta 2mm, y bajo la presión de la compresión. Para lograr este incremento se acude a un transformador elevador con muy alta relación entre el número de vueltas del primario y del secundario, conocido como bobina de encendido. Usted se preguntará ¿Cómo un transformador, si es corriente directa? pues sí, veamos como:

En la figura de la derecha se muestra un esquema del modo de convertir el voltaje de la batería al necesario para la chispa en el motor mono cilíndrico.Note como la corriente de la batería está conectada al primario del transformador a través de un interruptor y que la salida del secundario se conecta al electrodo central de la bujía. Todos los circuitos se cierran a tierra.El interruptor está representado como un contacto, que era lo usual antes de la utilización de los dispositivos semiconductores. Hoy en día ese contacto es del tipo electrónico de diversos tipos.Mientras el contacto está cerrado, circula una corriente eléctrica por el primario del transformador, en el momento de abrirse el contacto, esta corriente se interrumpe por lo que se produce un cambio muy rápido del valor del campo magnético generado en el

Figura 2

núcleo del transformador, y por lo tanto la generación de un voltaje por breve tiempo en el secundario. Como la relación entre el número de vueltas del primario y del secundario es muy alta y además el cambio del campo magnético ha sido violento, el voltaje del secundario será extremadamente mas alto, capaz de hacer saltar la chispa en la bujía.

Sincronizando el momento de apertura y cierre del contacto con el movimiento del motor y la posición del pistón, se puede generar la chispa en el momento adecuado al trabajo del motor en cada carrera de fuerza.Si en lugar de una batería se utiliza un magneto, el esquema es esencialmente el mismo, con la diferencia de que el magneto estará generando la corriente del primario en el momento de apertura del contacto, aunque en el resto del ciclo no genere nada. Utilizando el sincronismo adecuado, magneto-contacto-posición del pistón el encendido estará garantizado.

DistribuciónCuando el motor tiene mas de un cilindro se necesita un chispa para cada uno, puede optarse por elaborar un sistema completo independiente por cilindro y de hecho se hace, pero lo mas común es que solo haya un sistema generador del alto voltaje que produzca la elevación tantas veces como haga falta (una vez por cilindro) y otro aparato que distribuya la electricidad a la bujía del cilindro correspondiente. Este dispositivo se llama distribuidor.

A la derecha se muestra un esquema que sirve para entender como funciona el distribuidor.Hemos supuesto el sistema de encendido para un motor de seis cilindros. Como se explicó anteriormente, un contacto eléctrico interrumpe el circuito primario de la bobina de encendido y genera en el secundario el voltaje suficiente. En este caso una leva exagonal sincronizada con el motor a través de engranajes gira, y abre el contacto en seis ocasiones por cada vuelta, el voltaje generado por la bobina de encendido se conecta a un puntero que gira también sincronizado con el motor, de manera que cada vez que la leva abre el contacto, uno de los terminales que conduce a una bujía está frente al puntero y recibe la corriente. Colocando adecuadamente los cables a las bujías correspondientes se consigue que con un solo circuito generador de alto voltaje se alimenten todas las bujías en el momento propicio.En el esquema de abajo se ilustra el trabajo del distribuidor con un animado, considerando media vuelta del puntero del distribuidor. Figura 3

Figura 4

Adelanto al encendido con la velocidad del motorYa sabemos como se genera el alto voltaje y además como se distribuye a las diferentes bujías del motor, ahora veremos como se puede adelantar el encendido con el aumento de la velocidad de rotación del motor.Consideremos el esquema de la figura 3, en él una leva determina el momento de la apertura del contacto y con esto el momento en que se produce la chispa en la bujía. Hemos visto que esta leva está montada en un eje que a su vez se mueve desde el motor a través de un engranaje para garantizar el debido sincronismo. Si montamos la leva en su eje de manera que pueda girar sobre él y determinamos su posición exacta con respecto al eje a través de un mecanismo centrífugo podremos modificar la posición de la leva con respecto al eje en dependencia de la magnitud de la velocidad de su giro. De esta forma podremos ir adelantando el encendido cuando la velocidad aumenta y disminuyéndolo cuando esta velocidad baja. Como se altera la posición, la punta de la leva alcanzará a abrir el contacto con mas o menos atraso.Este simple procedimiento es el que se usa con mucha frecuencia en los sistemas de encendido de los motores de automóvil. Unos contrapesos adelantan la posición de la leva con respecto a su eje debido a la fuerza centrífuga cuando la velocidad sube, y los muelles de recuperación del mecanismo la hacen retornar cuando baja.

Atraso al encendido cuando se llena mejor el cilindro.Cuando se aprieta el acelerador se abre la mariposa del carburador o del sistema de inyección de gasolina y se llena mejor el cilindro del motor, esta apertura hace que la magnitud del vacío dentro del

conducto de admisión entre el cilindro y la mariposa se reduzca, es decir la presión absoluta en este conducto aumenta al haber mejor acceso a la presión atmosférica exterior.

Figura 4

De esta forma, la magnitud de la presión absoluta dentro del conducto de admisión sirve para conocer de manera indirecta como se ha llenado el cilindro del motor, el valor de esta presión absoluta es la que se utiliza para adelantar o atrasar el momento del encendido. Para ello la base donde está montado el contacto descrito en la figura 3 se construye de manera tal que pueda girar con respecto al eje de la leva. Observe el animado de la figura 4. Un diafragma flexible al que se le aplica la presión del conducto de admisión vence la fuerza de un resorte (no representado), haciendo girar la base del contacto en mayor o menor proporción de acuerdo a la presión y por lo tanto mueve el contacto con respecto a la leva con lo que la apertura de este se logra mas temprano o mas tarde de acuerdo al llenado del cilindro. Resulta ser el mismo efecto del mecanismo centrífugo del punto anterior, pero en este caso teniendo en cuenta el valor absoluto de la presión en el conducto de admisión.

Pongamos todo juntoTratemos ahora de poner todo junto como un conjunto, para ello utilizaremos el esquema de la figura 5 correspondiente al sistema de encendido típico por contacto, tal y como se usaba antes de la introducción de los dispositivos semiconductores.

Observe que el cable procedente de la batería pasando por el interruptor de arranque alimenta el primario de la bobina de encendido. El circuito del primario se completa a tierra con el contacto dentro del dispositivo llamado como Conjunto distribuidor.Note también como la leva y el rotor que distribuye la corriente de alto voltaje a las diferentes bujías, están montados en el eje que se conecta al motor.Un elemento nuevo es el condensador, está conectado en paralelo con el elemento móvil del contacto, este condensador ayuda a reducir las chispas en el contacto y aumenta la potencia de la chispa.El mecanismo centrífugo y el diafragma que sirven para acomodar el avance al encendido no están representados.El cable de alto voltaje que sale de la bobina de encendido entra al centro del rotor por medio de un contacto deslizante y este lo transmite a la bujía correspondiente al girar.

Figura 5

Un distribuidor real luce así como se muestra en la figura 6, en el costado izquierdo está el diafragma de avance al que se conecta una manguera procedente del carburador. La tapa de color negro donde se conectan los cables de alta tensión está construida de un material plástico resistente al calor y aislante de la electricidad que se acopla al cuerpo con la ayuda de unas presillas metálicas fácilmente desmontables. Observe el tornillo lateral, ahí se conecta el cable procedente de la bobina de encendido, el cable exterior que se muestra, es el del condensador, que en este caso está en el exterior detrás del diafragma.La pieza dorada mas inferior es el acoplamiento al engranaje del motor.

Figura 6

Sistema de iluminaciónCada vez es mas frecuente la utilización de circuitos electrónicos de control en el sistema de iluminación del automóvil, de esta forma en un auto actual es frecuente que las luces de carretera se apaguen solas si el conductor se descuida y las deja encendidas cuando abandona el vehículo, o, las luces de cabina estén dotadas de temporizadores para mantenerlas encendidas un tiempo después de cerradas las puertas, y otras muchas, lo que hace muy difícil generalizar, no obstante se tratará de describir el sistema mínimo necesario.

El la figura 3 se muestra un esquema de un sistema de iluminación típico de automóvil.Todos estos circuitos se alimentan a través de fusibles para evitar sobrecalentamiento de los cables en caso de posibles corto-circuitos.En general cualquier automóvil tiene como mínimo:1.- Seis interruptores marcados con los números del 3 al 8 en la figura 1 y cuya función es la siguiente:

Interruptor # Función

3 Encender luces de reversa

4 Iluminar la cabina

5 Encender las luces de carretera

6 Encender las luces de ciudad

7 Poner a funcionar las luces de vía

8 Encender las luces de cola al frenar

Aunque los interruptores se han representado como uno solo por circuito, en algunos casos pueden ser varios conectados en paralelo para hacer la misma función; ejemplo: puede haber un interruptor de la luz de cabina en cada puerta y uno adicional en el tablero, o en la propia lámpara. Es muy frecuente un interruptor adicional para encender las luces intermitentes de avería.

Figura 1

1.-Acumulador 2.-Caja de fusibles 3.-Interruptor de luces de reversa 4.-interruptor de luz de cabina 5.-Interruptor de luz de carretera 6.-Interruptor de luces de ciudad 7.-interruptor de Luces de vía a la derecha 8.-Interruptor de luz de frenos 9.-Luces de vía 10.-Luces de reversa 11.-Luces altas de carretera 12.-Permutador de luces de carretera 13.-Interruptor de luces de vía 14.-Luces bajas de carretera 15.-Luces de frenos16.-Luces de ciudad y tablero de instrumentos 18.-Luces de vía a la izquierda

2.- Dos permutadores de luces, uno para permutar las luces de carretera de altas a bajas y otro para seleccionar las luces intermitentes de vía de acuerdo al giro a efectuar. Como indicadores de vía en algunos vehículos se usan las propias lámparas de frenos, en otros, lámparas aparte, comúnmente de color amarillo o ámbar.

Lámparas

Las lámparas en el automóvil pueden clasificarse básicamente en tres tipos:

1. Lámparas de gran potencia para iluminar el camino. 2. Lámparas de media potencia para visualización del automóvil.

3. Lámparas de pequeña potencia para señalización de control e iluminación.

Lámparas de iluminación del caminoEn el automóvil, por norma, deben haber dos tipos de estas luces; las luces largas o de carretera y las luces de cruce ambas deben estar alineadas adecuadamente para lograr una iluminación óptima. Las primeras son luces de gran alcance y elevada potencia que sirven para lograr una visibilidad máxima del camino y sus alrededores durante la conducción nocturna, y las segundas con menos alcance y potencia se usan para alumbrar el camino durante el cruce con otro vehículo que transita en sentido contrario en vías de doble sentido sin deslumbrar al conductor.En general hay dos formas de colocar estas luces en el vehículo; en un solo faro con un el uso de dos elementos independiente generadores de luz (larga y corta) o en faros aparte, cada uno con su respectivo elemento generador de luz, uno para la luz de carretera y otro para la de cruce. En los esquemas que siguen se muestra el principio de funcionamiento de estos focos.

Punto luminoso en el foco de la parábolaFigura 2

Punto luminoso por delante del foco de la parábola

Figura 3

Para lograr aprovechar al máximo la luz procedente del punto luminoso, en este caso representado como un filamento incandescente, todos los faros de iluminación del camino están dotados de un reflector parabólico perfectamente plateado y pulido en su interior, que refleja casi el 100% de la luz que incide desde el punto luminoso. La colocación del emisor de luz dentro de la parábola determina como será reflejada la luz al exterior. Observe (figura 2) que cuando el punto brillante se coloca en el foco de la parábola la luz reflejada sale como un haz concentrado formado por lineas paralelas dirigidas rectas al frente del foco, en este caso el haz luminoso tiene el máximo alcance y representa la luz de carretera.Si el filamento luminoso se coloca por delante del foco (figura 3), los rayos reflejados salen de la lámpara con un ángulo de desviación con respecto al eje de la parábola y el alcance se reduce. En este caso si colocamos una superficie reflectora de forma adecuada por debajo del bulbo, que impida la iluminación de una zona de la parábola, nuestro haz de luz se inclina hacia abajo como muestra el dibujo de la figura 4. De esta forma se consigue la luz corta o de cruce, esto es, se concentra la iluminación en la zona próxima por delante del automóvil para garantizar la iluminación adecuada del camino mientras se coloca al chofer que circula en sentido contrario en una zona de sombra. Esta superficie reflectora no es simétrica con respecto al eje del bulbo, de manera que está diseñada para impedir la iluminación de la zona de la parábola que tiende a iluminar la senda contraria, mientras permite la iluminación del borde del camino y sus áreas adyacentes para mejorar la seguridad de conducción.Estos dos tipos de iluminación pueden conseguirse en un mismo faro utilizando el bulbo con dos filamentos en las posiciones adecuadas que se permutan por el conductor, o con un faro de luz de cruce (casi siempre permanentemente encendido) y otro de luz de carretera que se enciende y apaga a voluntad del conductor de acuerdo a la necesidad.Una adecuada construcción del lente transparente exterior del faro o la estratificación apropiada de la superficie del reflector parabólico, completan la óptima distribución de la luz al frente del camino.

Tipos de bulbos de alta potencia.Aunque se fabrican faros de iluminación del camino en los que todos los componentes están integrados como una unidad sellada,

Superficie reflectora debajo del punto luminosoFigura 4

Figura 5

nos ocuparemos aquí de aquellos en los que bulbo generador de luz es intercambiable. Hay tres tipos básicos:

1. De filamento incandescente estándar2. De filamento incandescente en atmósfera de halógeno.

3. De arco eléctrico en atmósfera de gas xenón.

Bulbo incandescente estándarLos bulbos incandescentes estándares fueron utilizados durante muchos años por todos los vehículos, comúnmente con el filamento de luz de carretera de 55 vatios y el de luz de cruce de 45 vatios para los sistemas de 12 voltios. No obstante han ido cayendo en desuso debido a las ventajas de los otros dos tipos de bulbos. La figura 5 muestra uno de estos bulbos.

Bulbo incandescente halógeno

Este tipo de bulbo incandescente halógeno ha venido reemplazando al incandescente estándar en casi todas las aplicaciones y especialmente en las luces de camino, debido a que puede tener una vida mas larga y produce una iluminación mas brillante, con lo que se mejora el alcance del faro. La figura 6 muestra un típico bulbo halógeno.

Bulbo de arco eléctrico de xenónEstos bulbos de arco son sumamente brillantes debido a que la iluminación la produce un arco eléctrico en el interior del bulbo relleno con gas xenón, esto hace que los faros dotados de estos bulbos tengan un gran alcance. Además de la intensidad luminosa, tienen otras ventajas como; una mayor economía de electricidad para producir la misma iluminación y una extensa vida útil.Tiene la desventaja de que funcionan a voltaje elevado por lo que necesitan un dispositivo elevador de voltaje que los hace mas caros y requieren mas cuidado en la manipulación. Otra desventaja es que se demoran cierto breve tiempo para alcanzar el brillo máximo, esta demora hace que exista un tiempo de oscuridad si se permutan de alta a baja como en el resto de los bulbos, por lo que su utilización está restringida solo a las luces de carretera mientras que la luz de cruce se deja a un bulbo mas convencional. Algunos automóviles mas caros están dotados de un sistema de apantallamiento mecánico que los hace útiles también para las luces de cruce, al tapar parte del haz

Figura 6

de luz producido.En la figura 7 puede verse una imagen de uno de estos bulbos.Debido a la intensidad del brillo y alcance de estos bulbos, las legislaciones de los diferentes países establecen que los faros que los utilizan, deben estar dotados de un mecanismo de compensación de la posible inclinación del vehículo por la carga y otras razones, para evitar el deslumbramiento de los conductores que circulan en sentido contrario.

Figura 7

Lámparas de posición y señalizaciónComo mínimo en el vehículo actual están incorporadas lámparas para las funciones siguientes:

1. Dos faros traseros, uno a cada lado del automóvil, de color rojo y visibles en la oscuridad hasta una distancia de mas de 1km. Llamados luces de cola o pilotos.

2. Dos faros delanteros, uno a cada lado del vehículo, de color blanco o ámbar que pueden ser iluminados a voluntad del conductor para mostrar la posición de vehículo cuando la visibilidad es baja o para señalar el ancho del vehículo en la oscuridad. En la mayor parte de los automóviles estas luces funcionan sincronizadas con las luces de cola.

3. Dos faros traseros, uno a cada lado del automóvil, de color rojo o ámbar de mas intensidad que los anteriores que se iluminan cuando el conductor acciona los frenos. Las luces de los frenos y las piloto pueden estar en un mismo faro con diferentes bulbos o con un bulbo de dos filamentos. Llamados cuarto de luz o luz de ciudad,

4. Uno o dos faros de iluminación del camino, de luz blanca, en la parte trasera, que se iluminan cuando el conductor coloca la marcha hacia atrás, sirven para visualizar el área detrás del vehículo cuando el conductor ejecuta una maniobra en esa dirección.

5. Dos luces, una trasera y otra delantera, de color rojo o ámbar, a cada lado del vehículo, que funcionan de manera simultánea e intermitente y que pueden ser puestas en funcionamiento de uno u otro lado a voluntad del conductor, para indicar que el automóvil realizará una maniobra de cambio de vía o giro en ese sentido. El conductor podrá también poner a funcionar las cuatro luces de manera simultánea e intermitente para indicar que el automóvil está detenido en la vía por alguna razón,en este caso son llamadas luces de avería.Algunas veces los bulbos para las luces de avería son diferentes y de menos potencia que los intermitentes de giro.

6. Una o dos lámparas blancas que iluminen en la noche la placa o matrícula trasera. Estas luces funciona sincronizadas con las luces de cola.

7. Un faro trasero de color rojo sincronizado con las luces de los frenos colocado en la parte alta del vehículo.

Tradicionalmente se han utilizado para estas lámparas los bulbos incandescentes convencionales de diferente potencia según la aplicación, lo mas común es que se usen las potencias siguientes:

1. Bulbos de 5 vatios para las luces piloto y las de ciudad.2. Bulbos de 21 vatios para las luces de frenos, las intermitentes de giro y las de marcha atrás.

3. Bulbos de 5 vatios o menos para la iluminación de las placas.

Tipos de bulbos de media potencia.

Estos bulbos puede contener en usa sola unidad uno o dos filamentos de diferente potencia eléctrica, con el fin de realizar dos funciones en el mismo faro. En general los bulbos de media potencia pueden clasificarse además de por su potencia, por el tipo de zócalo de montaje, hay cuatro tipos básicos:

1. De zócalo cilíndrico metálico, llamados de bayoneta de los que hay tres diámetros en el zócalo, 15, 9 y 6 mm.

2. Sin zócalo metálico.

3. De cápsula, con pines de conexión, generalmente halógenos.

4. Los cilíndricos con conectores en los extremos, llamados Festoon

Abajo en la figura 8 aparecen vistas de algunos de ellos.

De bayoneta, zócalo 15 mm doble filamento, 5 y

21 vatios. Útiles para luces piloto y de freno en un

De bayoneta, simple filamento 21 vatios y zócalo 15 mm. Muy

utilizados en las luces de

De bayoneta, zócalo 15 mm sin este a tierra y

doble contacto, 5 vatios. Útiles para cuando se

De bayoneta zócalo 6 mm y 5 vatios. De pequeño tamaño, utilizados para

iluminación de las placas.

solo faro. reversa. encienden y apagan a través de tierra.

Sin zócalo metálico, 5 vatios, los hay de doble

filamento de 5, 21 vatios. Muy utilizados en las luces

de cola y laterales.

Tipo festton, 5 vatios, los hay de diferentes

potencias, útiles para lámparas de perfil bajo.

De cápsula 21 vatios, los hay de varias potencias y

tamaños, son de uso universal.

Figura 8

Mas recientemente se están introduciendo con fuerza los faros que utilizan lámparas de emisión electrónica (LEDs), el desarrollo de estos led ha hecho que su potencia de brillo y color, sea adecuado para ser utilizados en grupos, en sustitución los bulbos incandescentes en las luces de cola, de frenos, y las intermitentes de vía. La elevada durabilidad, bajo consumo y velocidad de respuesta de estas luces las hace muy útiles en estas funciones.

Lámparas de control e iluminación del panel.Se refiere a pequeñas lámparas que se utilizan como señales de alerta en el tablero o para iluminar áreas reducidas como los porta guantes, instrumentos de control, estribos, cerraduras etc. Son casi siempre del tipo incandescente estándar, aunque en ocasiones se usan LEDs, especialmente en las señales de alerta.La potencia eléctrica de estas lámparas es por lo general de 5 vatios o menos y en ocasiones son verdaderas miniaturas.

Tipos de bulbos utilizados.En algunos casos se utilizan bulbos como los representados en la figura 8, especialmente los de zócalo 6 mm, los de cápsula, los sin zócalo y los festoon en sus variantes mas chicas. Además se encuentran con frecuencia los que se muestran en la figura 9.

De zócalo roscado

Estos bulbos son generalmente de 3 vatios y tienen una iluminación poco intensa lo que los hace de vida muy larga.

De bayoneta alargada

Sitema de generación y almacenamientoEste sub-sistema del sistema eléctrico del automóvil está constituido comúnmente por cuatro componentes; el generador, el regulador de voltaje, que puede estar como elemento independiente o incluido en el generador, la batería de acumuladores y el interruptor de la excitación del generador. En la figura 1 puede verse un esquema de este sub-sistema.El borne negativo de la batería de acumuladores está conectado a tierra para que todos los circuitos del sistemas se cierren por esa vía.Del borne positivo sale un conductor grueso que se conecta a la salida del generador, por este conductor circulará la corriente de carga de la batería producida por el generador. Esta corriente en los generadores modernos puede estár en el orden de 100 amperes.De este cable parte uno para el indicador de la carga de la batería en el tablero de instrumentos, generalmente un voltímetro en los vehículos actuales. Este indicador mostrará al conductor el estado de trabajo del sistema.Desde el borne positivo de la batería también se alimenta, a través de un fusible, el interruptor del encendido.Cuando se conecta este interruptor se establece la corriente de exitación del generador y se pone en marcha el motor, la corriente de exitación será regulada para garantizar un valor preestablecido y

estable en el voltaje de salida del generador. Este valor preestablecido corresponde al máximo valor del voltaje nominal del acumulador durante la carga, de modo que cuando este, esté completamente cargado, no circule alta corriente por él y así protejerlo de sobrecarga.Con este esquema de conexiones se garantiza que una vez puesto en marcha el motor, ya el generador tenga la corriente de exitación y comience rapidamente a generar electricidad para restituir el estado de carga completa del acumulador, y alimentar el resto de los consumidores.

Figura 1

Bujías de Precalentamiento.El las máquinas, en ocasiones es necesario calentar previamente ciertas partes antes de poner la máquina en marcha, lo mas común es calentar el aceite de lubricación o de los dispositivos hidráulicos. Esto se logra casi siempre a través de calentadores eléctricos termostatados acoplados a las partes en cuestión. Para el interés de esta página estos dispositivos son calentadores eléctricos y no bujías de precalentamiento.Las bujías de precalentamiento o bujías incandescentes son dispositivos dotados de una resistencia eléctrica y accionados desde la llave del encendido, que se utilizan para facilitar el arranque en frío de los motores de combustión interna, especialmente los Diesel. Estas bujías sirven para producir un punto incandescente (o muy caliente) dentro de la cámara de combustión, que es alcanzado por el aerosol del combustible inyectado. Al entrar en contacto parte del aerosol con la zona caliente de la bujía de precalentamiento, el combustible se evapora e inflama, produciendo el arranque del motor aun en condiciones de bajas temperaturas. Adicionalmente a esto, los materiales de que están hechas estas bujías tienen en su composición elementos como platino o iridio que tienen un efecto catalítico sobre el proceso de combustión.Una vez producido el arranque, y unos segundos después, se retira la corriente eléctrica de la bujía al no ser necesaria su función ya que la cámara de combustión se ha calentado como para producir la auto inflamación del combustible sin ayuda.Debido a la naturaleza de las cámaras de inyección directa, estas bujías de precalentamiento comúnmente no son necesarias en los motores provistos de este tipo de cámara, mientras que en los motores con inyección separada se convierten en un dispositivo indispensable para garantizar un arranque seguro en todas condiciones.Hay dos tipos básicos de bujías de precalentamiento:

1. De resistencia eléctrica desnuda utilizadas tradicionalmente.

2. De resistencia eléctrica protegida que se han introducido mas recientemente.

Bujías de resistencia desnuda

La figura 1 muestra una clásica bujía de precalentamiento con la resistencia eléctrica desnuda.En un cuerpo de acero provisto de una rosca para ser instalada en el motor, tal y como lo hace la bujía de encendido de los motores de gasolina, se coloca aislada de cuerpo, y en su centro, un conductor que termina en el extremo inferior en una resistencia eléctrica de grueso alambre en forma de lazo. El otro extremo de la resistencia se conecta al cuerpo de acero y con ello a tierra. Este conductor central termina en el extremo superior en un perno roscado para conectar el cable de alimentación.El dispositivo tiene suficiente longitud como para que la resistencia eléctrica (lazo) llegue al interior de la cámara de combustión, y el perno de conexión esté en el exterior del motor, al alcance del cable de alimentación.La resistencia eléctrica esta construida de aleaciones metálicas muy resistentes al ambiente altamente corrosivo de la cámara de combustión, y a la erosión que producen los gases de la combustión para lograr una una larga vida útil.Cuando se va a poner en marcha el motor frío, primero se conecta la corriente de la batería de acumuladores a la bujía el tiempo suficiente para que el lazo interior se caliente al rojo incandescente, usando una posición al efecto de la llave de encendido del motor. Una vez transcurrido ese tiempo, se gira la llave de encendido a la posición de arranque, con con este cambio se producen dos efectos; se alimenta el motor de arranque para hacer girar el motor de combustión y, se retira la corriente a la bujía. La gran masa del grueso alambre de la resistencia la mantiene caliente unos segundos después de retirarle la corriente, con lo que se garantiza que algunos ciclos de inyección posteriores al arranque se produzcan con eficiencia.En el motor poli-cilíndrico hay una bujía de precalentamiento por cada cilindro y otra que sirve como testigo, al alcance de la vista del conductor en el tablero de instrumentos. Como todas las bujías son iguales, observando el color de la bujía testigo, el conductor podrá saber en que momento las que están colocadas en los cilindros están a buena temperatura para proceder a intentar el arranque.

Figura 1

Bujías de resistencia cubierta

Las bujías de precalentamiento con la resistencia cubierta son una mejora tecnológica de la bujía tradicional pero su función básica es la misma.La figura 2 muestra la imagen de una bujía de precalentamiento del tipo de resistencia cubierta de manera que pueden verse las partes interiores.La diferencia principal con la bujía tradicional es que la resistencia eléctrica está constituida de dos partes, es de alambre mas fino y está cubierta con una funda resistente al ambiente para protegerla. En estas bujías, la resistencia calentadora está formada por dos resistencias eléctricas conectadas en serie, una que funciona como elemento calefactor, de resistencia casi constante con la temperatura, y la otra como elemento regulador de la corriente ya que está hecha de un material que aumenta notablemente la resistencia eléctrica con el incremento de la temperatura.Como la resistencia calefactora es de alambre muy fino, su inercia térmica es baja y se calienta muy rápidamente con peligro de avería si no fuera porque comunica el calor a la otra resistencia conectada a ella en serie, esta última aumenta rápidamente la resistencia eléctrica y limita la corriente a un valor seguro para las dos, por lo que la temperatura final queda limitada.La funda protectora está rellena de un material en polvo (óxido de magnesio) buen conductor de calor, por lo que el calor generado se transfiere rápidamente a las paredes metálicas de la funda tornándose incandescente en pocos segundos.En los vehículos con estos tipos de bujías, lo mas común es que el testigo en el tablero de instrumentos sea una lámpara de aviso.El rápido calentamiento de estas bujías y el desarrollo actual de los componentes eléctricos y electrónicos ha permitido que este tipo de bujías funcionen de manera automática sin la intervención del conductor en algunos modelos de automóviles.La figura 3 muestra una imagen real de una de estas bujías.

Figura 2

Figura 3

Causas de fallo

1. La principal causa de fallo de estas bujías es que se queden conectadas a la corriente con el motor en funcionamiento, el calor de la combustión se agrega al generado por la

electricidad por lo que la temperatura puede llegar a producir la fusión del material de la resistencia.

2. Como estas bujías están sometidas a los gases erosivos, corrosivos e incandescentes de la combustión su vida, aunque larga, puede verse afectada por elementos nocivos de combustibles de mala calidad o con contaminantes inadecuados.

Diagnóstico

Es muy fácil diagnosticar si una bujía de precalentamiento funciona o no. Estos dispositivos tienen en general un valor bajo de resistencia eléctrica, por lo que una simple lámpara de las usadas en el automóvil, colocada en serie con el cable de la bujía correspondiente encenderá si la bujía está buena y no lo hará si esta averiada.

La bujíaEs cierto que las bujías de encendido son pequeñas y baratas, pero están en la "linea de fuego" y no todas son iguales en su construcción, por eso es necesario su correcto uso y selección.Este diminuto pero importantísimo dispositivo, es el encargado de generar la chispa que comenzará el encendido del combustible dentro del cilindro en el motor de gasolina, por lo que en esencia, constituye una prolongación del cable de alta tensión procedente del distribuidor, que atraviesa el cuerpo del motor hasta el interior del cilindro, y allí tiene otro electrodo conectado al otro polo eléctrico (generalmente tierra) y entre los cuales salta la chispa, cuando el voltaje se eleva lo necesario (hasta mas de 20,000 voltios).El dibujo de la derecha muestra como se instala la bujía para hacer su trabajo en el motor. La bujía está representada en verde, en el extremo superior se conecta al cable procedente del distribuidor, y en el extremo inferior, se produce la chispa que salta entre dos electrodos como veremos mas adelante. Este salto se produce dentro de la cámara de combustión del motor para producir el encendido de la mezcla de aire y combustible. El montaje de la bujía al motor se realiza a través de una unión roscada estanca, con el uso de una junta o empaque, o con un asiento cónico.

Estructura de la bujía

Una bujía como la mostrada durante el ciclo de trabajo del motor, está en contacto por su extremo inferior primero con la mezcla de aire y combustible frío que entra al cilindro, luego con los gases y partículas incandescentes de la combustión en un ambiente oxidante, y finalmente con los gases y partículas calientes del escape. Esto supone que:

La bujía tiene que adaptarse a los constantes cambios de temperatura. Debe ser lo suficientemente refractaria para soportar temperaturas

muy altas.

Debe soportar la erosión producida por las partículas incandescentes que se mueven a gran velocidad en el cilindro

Debe ser resistente al ambiente corrosivo generado por los gases calientes en presencia de oxígeno del aire de la mezcla.

Como si todo esto fuera poco, debe mantener su aislamiento eléctrico entre el electrodo central y el lateral en todas condiciones, para impedir las fugas de electricidad y generar una chispa potente y sin pérdidas.

Para poder cumplir todas estas exigencias se apela a materiales especiales que pueden trabajar sin fallo por largo tiempo.

La figura de la izquierda muestra un esquema de una bujía simple seccionada para ver sus elementos internos.En un cuerpo de acero hueco roscado exteriormente en el extremo inferior y provisto de un hexágono de apriete, se coloca un aislador de cerámica (porcelana) que ocupa todo el interior y se prolonga  hacia arriba cubriendo un núcleo conductor que va desde una terminal de conexión para el cable del distribuidor (arriba) hasta un pequeño conductor inferior nombrado como electrodo central hecho de un material resistente a la corrosión (aleaciones de níquel) capaz de soportar la inclemencias del ambiente. El aislador de cerámica es monolítico, y se coloca dentro del cuerpo de acero, asentado sobre una junta refractaria en el apoyo inferior en el cambio de sección a la parte roscada. Este aislador cubre todo el electrodo central, incluyendo el inserto anticorrosivo final, del cual solo sobresale una pequeña porción. Entre esta porción sobresaliente y el electrodo de tierra soldado al cuerpo de acero y construido también de material resistente al ambiente de trabajo, salta la chispa de ignición del combustible en la cámara de combustión.

El alto voltaje es caprichoso

Desde hace bastante tiempo, los conductores mas experimentados se dieron cuenta que en muchos casos, una bujía que ha dejado de funcionar, vuelve al trabajo cuando previamente la chispa ha tenido que saltar un espacio de aire, así en el pasado, cuando los cables de bujías erán metálicos, fueron comunes los casos de conductores que han quitado uno de los botones plásticos de su ropa, han cortado el cable a la bujía defectuosa, han desnudado del forro un pequeño tramo de cada extremo del corte y colocados estos, por huecos diferentes del botón de manera de mantener un espacio entre ellos, lo que ha hecho que la bujía vuelva a funcionar. Este comportamiento "extraño" del alto voltaje inducido en el encendido, ha hecho que algunos fabricantes de bujías lo hayan incorporado internamente a sus producciones.

El voltaje inducido no es fijo

El voltaje inducido por el sistema de encendido no es un pico de voltaje instantáneo de valor fijo que hace saltar la chispa. Este voltaje se genera en un circuito formado por una bobina de inducción y un condensador (circuito LC), por lo que el voltaje generado es en realidad un valor oscilante a frecuencia elevada. Esta oscilación del voltaje convierte el cable de la bujía en un potente generador de ondas electromagnéticas al aire, estas ondas producen una indeseable interferencia en el funcionamiento del radio del vehículo.Para resolver este asunto, o bien el cable, o bien la bujía, están dotados de una elevada resistencia eléctrica que amortigua rápidamente la oscilación, eliminando la generación de ondas de radio al aire. Esta resistencia elevada no influye en el pico de voltaje necesario para el salto de la chispa.

Una bujía mas terminada

En el gráfico de la derecha se muestra la sección de dos tipos diferentes de bujía.A la izquierda está la bujía de núcleo de cobre convencional y a la derecha una bujía a la que se le ha colocado una resistencia supresora adicional para aumentar la efectividad de la chispa, y además amortiguar la onda de voltaje que interfiere con el radio. Observe que la resistencia está alejada de la zona mas caliente de la bujía a través de un trozo de

conductor de cobre.En la búsqueda de mayores prestaciones los fabricantes de bujías han elaborado verdaderos complejos tecnológicos, cuyas "bondades" son objeto de una feroz propaganda que atrapa muchos incautos que pagan verdaderas fortunas en sus bujías sin la menor necesidad de ello.Generalmente una bujía convencional, con el grado térmico adecuado (como veremos mas adelante) es adecuada para la mayor parte de los vehículos de serie con trabajo normal, y solo en casos especiales hay que recurrir a bujías especiales.

El calor en las Bujías

Como hemos visto, el extremo de los electrodos de la bujía está en contacto con los gases incandescentes de la combustión y del escape durante una parte del ciclo de trabajo correspondiente del motor, este contacto evidentemente calienta la bujía. La parte roscada de ella, está en íntimo contacto con las partes metálicas del motor que se refrigeran con agua, por lo que su temperatura no puede subir mucho mas allá de la temperatura del motor.No obstante el electrodo central que está cubierto en su mayor parte por el aislamiento cerámico, no tiene una vía rápida por donde disipar el calor recibido de la combustión y se calienta notablemente, especialmente cuando el motor gira a altas velocidades y los ciclos de calentamiento son mucho mayores por unidad de tiempo.Este calentamiento es hasta cierto punto deseable, porque ayuda a la combustión de los sedimentos de combustible y partículas semi-carbonizadas que se depositan en el aislamiento durante el trabajo del motor y que pueden llegar a producir una capa conductora sobre el aislamiento, que pone en corto-circuito el electrodo central con el cuerpo metálico interior de la bujía haciendo desaparecer la chispa.Sin embargo, el valor final de temperatura que puede alcanzar el electrodo central no puede crecer hasta poner en peligro la integridad de la cerámica que lo recubre ,o ponerlo incandescente, lo que tendría el negativo efecto de producir la pre-ignición del combustible con la consecuente tendencia del motor a girar en sentido contrario. Es necesario entonces controlar la temperatura, ni muy fría ni muy caliente, pero.... como el automóvil es una máquina muy versátil que lo mismo se usa como coche de reparto con constantes paradas y arrancadas que tienden a mantener las bujías muy frías, o como vehículo de tránsito a alta velocidad por autopistas por largos períodos de tiempo, la solución de la disipación de calor en las bujías es una situación de compromiso. Por tal motivo los fabricantes de bujías las producen aparentemente iguales pero con diferente capacidad para disipar el calor (grado térmico).Cuando las condiciones de uso de un automóvil se aparta notablemente de las

condiciones promedio o el motor empieza a presentar síntomas de desgaste, en posible y hasta necesario, utilizar unas bujías con grado térmico diferente a las bujías de serie.A la derecha puede verse un esquema de como se transfiere el calor desde el electrodo central a la parte roscada (fría) de la bujía.El calor entra a la bujía por el extremo inferior que está en contacto con la combustión, las flechas rojas indican el camino que debe seguir este calor para llegar a la parte fría de la bujía. Un cono de aislante cerámico mas profundo reduce notablemente las posibilidades de disipación, mientras que este cono mas corto la aumenta en mucho. Por este sencillo método se controla el valor de la temperatura final del electrodo central a un valor dentro de los rangos adecuados de trabajo, para que no se rompa la cerámica central por excesiva temperatura, ni se ponga incandescente el saliente metálico, pero que sea suficiente para que se quemen las partículas depositadas sobre la cerámica.

La bujía como elemento de diagnóstico

Una inspección visual de las bujías usadas puede suministrar importante información sobre la adecuidad de su grado térmico, e incluso sobre el estado del motor. Veamos. La tabla siguiente muestra vistas de bujías usadas, así como un comentario de la posible causa de fallo en tal caso y su posible solución.

De este modo debe lucir una bujía funcionando en buenas condiciones, observe que la cerámica y electrodo centrales están limpios de depósitos extraños, lo que indica que los depósitos que se han producido durante el trabajo del motor se han quemado sobre la superficie, sin producir sedimentos carbonizados conductores.Una pátina de color amarillo sobre la porcelana, producida por cenizas pétreas indica buena temperatura de trabajo.

Esta bujía ha estado funcionando por mucho tiempo, observe el desgaste por erosión y los bordes redondeados del electrodo metálico central, así como el color oscuro de la porcelana debido a la gruesa capa de cenizas. Esta capa de cenizas también puede verse sobre el electrodo de tierra. Puede suponerse de buen grado térmico a juzgar por el largo período de trabajo sin fallos.Debe ser sustituida por una nueva bujía.

En esta bujía puede apreciarse una gran capa de depósitos de cenizas en un período de trabajo no muy prolongado (no hay desgaste notable del electrodo central). Este problema es común con el uso de combustibles con muchos residuos de cenizas o a la penetración de mucho aceite con aditivos al cilindro. El grado térmico parece adecuado.Pruebe cambiando el tipo de gasolina, y revisando las posibles entradas de aceite a la cámara de combustión

Una capa de aceite cubriendo el interior de la bujía, denota que el grado térmico de la bujía es demasiado frío y/o que está entrando abundante aceite al cilindro.Revise las posibles averías del motor en cuanto a las posibles entradas de aceite por las guías de las válvulas o los anillo del pistón. Cambie a un grado térmico mas caliente.

La formación de depósitos semi-carbonizados en las partes activas de las bujías pueden poner en corto-circuito ambos electrodos y desactivar la chispa. Este es un fenómeno en ocasiones accidental, especialmente en el tránsito urbano intenso.La solución puede ser retirar el sedimento o cambiar la bujía, puede probarse si el incremento del grado térmico a uno mas caliente hace este fenómeno sea improbable.

Típico de la bujía de muy alto grado térmico, el cono de cerámica perfectamente blanco y los bordes erosionados irregularmente del electrodo central indican que trabaja a temperatura muy alta. Se puede prever un fallo prematura de la bujía.Debe cambiarse a un grado térmico mas frío.

La rotura del cono de cerámica y el desgaste total del electrodo central es un fenómeno común cuando el motor funciona detonando con mucha frecuencia, los grandes incrementos de presión erosionan el electrodo y rompen la porcelana.Revise la puesta a punto del encendido y/o aumente el octanaje de la gasolina que usa.

Esta bujía trabaja tan caliente que los electrodos se tornan incandescentes y se erosionan en el punto de contacto de la chispa que los semi-funde. Seguramente se ha producido durante el funcionamiento del motor la pre-ignición del combustible.Ponga bujías mas frías, revise la puesta a punto del encendido o la calidad de la mezcla de aire y combustible, probablemente sea muy pobre.