55
Electricidad

Electricity Textbook kia

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Electricidad básica

Citation preview

Communication

Electricidad

Electricidad

Indice

Temas

Pgina

Efectos de la electricidad3

Diferencia de Potencial / Voltaje4

Estructura Atmica5

Movimiento de Electrones6

Conductores y Electrones Libres8

Flujo de Iones y Electrones 9

Corriente / Resistencia10

Generacin de Electricidad11

Carga Elctrica / Condensador12

Elemento Galvnico14

Magnetismo15

Magnetismo y Electricidad16

Corriente Alterna / Corriente Directa18

Electro Magnetismo y Transformadores19

Fuerza Electromotriz21

Motor Elctrico22

Actuadores23

Modulacin de Pulsos 24

Sensores

25

Seal Digital / Anloga26

Conexiones en Serie / Paralelo / Combinada27

Diagrama Elctrico28

Medicin de Voltaje, Resistencia, Corriente31

Ley de Ohm / Ley de Kirchhoff32

Potencia y Trabajo Elctrico33

Reparacin del Arns del Cableado34

Efectos de la Electricidad

Todos nosotros tenemos a diario experiencias con los efectos de la electricidad, por ejemplo, cuando encendemos la luz al entrar en un cuarto oscuro. Junto con la produccin de luz la electricidad puede producir diferentes efectos. Pueden ser efectos qumicos, trmicos, generacin de campos magnticos, ejerce influencia sobre los organismos vivos, etc. Si la corriente fluye, por ejemplo, a travs de un cuerpo humano, esto puede causar dao severo y hasta conducir a la muerte. El impacto real depende del voltaje, la corriente y el tiempo en que el cuerpo este expuesto a la electricidad. Todos nosotros conocemos muy bien los efectos de la electricidad, pero, qu es la electricidad?. Antes que todo es la diferencia en el potencial elctrico entre dos puntos.

Diferencia de Potencial / Voltaje

Si entre dos puntos (polos) existe una diferencia en la carga elctrica, los electrones se mueven desde un polo al otro hasta que la carga est nuevamente igualada. La diferencia en la carga elctrica (potencial) se llama voltaje. El voltaje o diferencia en potencial, solo puede existir al menos entre dos polos. El polo con falta de electrones se llama el polo + (positivo), y el polo con exceso de electrones se llama el polo - (negativo). A mayor diferencia de carga elctrica mayor flujo de electrones. Pero, por supuesto los electrones solo pueden fluir si ambos polos con diferente potencial estn conectados mediante un cable. Si no existe una conexin entre los polos con diferente carga, la diferencia de carga se mantendr, de manera que los electrones no podrn fluir de un polo al otro. El voltaje puede compararse con la diferencia de nivel del agua entre dos depsitos, si estos no estn conectados (abiertos), permanecern con diferencia en el nivel del agua. Tan pronto como haya una conexin entre ellos, por ejemplo con un conducto abierto, el agua fluir de un depsito al otro hasta que los niveles se igualen. El agua fluye con ms fuerza si la diferencia entre los niveles aumenta. Al igual que en el circuito con agua, el flujo de electrones aumenta si se incrementa el voltaje.

Estructura Atmica

Cualquier sustancia esta compuesta de tomos: si pudiramos dividir una sustancia en partculas cada vez ms diminutas, entonces llegaremos a un punto en que no es posible dividirla ms sin cambiar la sustancia en si. Las partculas ms diminutas de una sustancia se llaman molculas. Como se muestra en la figura, si nosotros continuamos dividiendo las molculas an ms, entonces llegaremos a los tomos. Hay diferentes tomos disponibles; se conocen ms de cien tipos individuales de tomos. La materia puede estar compuesta por una combinacin de diferentes tomos, en este caso, como ya hemos mencionado, la partcula mas pequea se llama molcula. Esta puede estar constituida de un solo tipo de tomo, entonces se llama elemento. Pero hasta el tomo puede dividirse en diferentes partes. Para entender la naturaleza de la electricidad es necesario entender la estructura de un tomo. Este esta formado por un ncleo (protones y neutrones) y electrones. Los protones estn cargados positivamente, mientras que los electrones estn cargados negativamente. Como su nombre lo indica, los neutrones son neutros en trminos de carga elctrica. De acuerdo con el modelo del tomo de Bohr, los protones y neutrones estn concentrados en el ncleo y los electrones en orbitas alrededor del ncleo. Esto puede compararse con el sistema planetario, donde los planetas orbitan alrededor del sol.

Movimiento de Electrones

La cantidad de protones, neutrones y electrones depende de cada tomo en particular, pero los principios son los mismos para todos. Veamos un tomo de oxigeno: este esta compuesto por 8 neutrones, 8 protones y 8 electrones. Por cada protn existe un electrn, mientras que el nmero de neutrones puede diferir del nmero de protones, dependiendo del tipo de tomo. Existen fuerzas entre protones y electrones. Los protones y electrones se atraen unos con otros, mientras que las partculas con la misma carga elctrica se repelen. A pesar del hecho que los protones y los electrones se atraen unos a otros los electrones no caen en el ncleo debido a su movimiento alrededor de este. Esto nuevamente puede compararse con los planetas: ellos no caen al sol debido a la fuerza centrfuga que los mantiene en sus orbitas. De manera similar a los planetas, los electrones no viajan alrededor del ncleo usando la misma orbita, si no que en orbitas diferentes para cada uno. Las diferentes orbitas de un tomo se distinguen por letras desde la K a la Q, donde la K es la orbita ms interior y la Q es la mas externa. El nivel de energa depende de la orbita. La orbita K tiene un nivel de energa menor, mientras que la Q tiene el mayor valor. Como un tomo tiene la misma cantidad de electrones y protones, este es neutro con respecto a su carga elctrica. Dependiendo del tomo es ms o menos difcil remover o agregar un electrn en l y naturalmente esto se hace ms fcil en la orbita ms externa. Un tomo al que se le ha removido un electrn se carga positivamente y si se agrega un electrn llega a estar negativamente cargado. Estos tomos se llaman iones negativos o positivos. Es posible aadir o remover ms de un electrn; en este caso podemos decir que esta doble o mltiplemente, negativamente o positivamente cargado.

Movimiento de Electrones

Junto con los electrones que estn fijos al ncleo y sus propias orbitas, hay algunos electrones existentes que pueden abandonar su orbita y moverse libremente entre los tomos sin una trayectoria fija. La cantidad de electrones libres de un material depende del material en si mismo, por ejemplo, en los metales existe una cantidad relativamente alta de electrones libres mientras que en los materiales de goma existe una cantidad pequea. Esto se debe a la estructura atmica de cada material. La estructura de un metal por ejemplo, es aquella donde existen una gran cantidad de electrones libres.

Conductores y Electrones Libres

Una sustancia con muchos electrones libres es un conductor y una sustancia con unos pocos electrones libres es un aislante. Pero an en el caso de un conductor, donde existe una gran cantidad de electrones libres, no hay electricidad sin una fuerza externa, de modo que los electrones se mueven sin una direccin especifica y el conductor es elctricamente neutro. Si se aplica una fuerza externa los electrones comienzan a moverse en una direccin especfica debido a que se produce una diferencia de potencial. La sustancia con una pequea cantidad de electrones libres pone una alta resistencia al flujo de electrones; estos materiales se llaman no conductores o tambin llamados aislantes.

Flujo de Iones y Electrones

Las cargas elctricas pueden viajar aun a travs del vaci. A diferencia del flujo de electrones dentro de una sustancia slida, el transporte de electricidad dentro de lquidos o gases no se hace mediante el movimiento de electrones, si no por el movimiento de iones.

Corriente / Resistencia

Otra analoga con el agua es el hecho que la cantidad de flujo del lquido no solo depende de la diferencia de nivel, si no tambin de la medida del conducto de conexin as como el largo de este. En el caso de la electricidad esto equivale a un mayor flujo de electrones si el conductor tiene un mayor dimetro. Si el conductor entre el polo positivo y negativo es mas corto, mayor cantidad de electrones pueden fluir entre los polos. La cantidad de electrones que se mueven se llama corriente y la restriccin al flujo de electrones se llama resistencia. La resistencia no slo depende de la medida del conductor sino que tambin del material y la temperatura.

Generacin de Electricidad

Ahora que conocemos la naturaleza y la transferencia de la electricidad, veamos como se puede crear una diferencia elctrica (diferencia de potencial). Existen varias formas: mediante el uso de magnetismo, reaccin qumica, calor, luz, presin o friccin. Por supuesto que no todos los mtodos pueden usarse con cualquier material o conductor para crear electricidad. Por ejemplo, para crear una diferencia de potencial con presin, se necesita un piezo elemento. Para producir electricidad con una reaccin qumica, se necesita un elemento galvnico.

Carga Elctrica / Condensador

Como ya hemos aprendido, la corriente puede fluir slo si los polos negativos y positivos estn unidos por un conector. Como una excepcin, la corriente (continua) puede fluir tambin por un cierto tiempo si se instala un condensador en el circuito. En principio un condensador esta compuesto por dos placas individuales que estn aisladas una de la otra por un aislante. Si no se suministra voltaje al condensador (condicin descargada), las placas estn elctricamente neutras y en cada placa esta disponible la misma cantidad de electrones. Si se aplica voltaje al condensador (una placa esta conectada al polo positivo, la otra al polo negativo), el polo positivo tambin extrae electrones desde la placa en la que esta conectado. Por otro lado el polo negativo tambin suministra la misma cantidad de electrones a la placa a la que esta conectado. Este proceso continua hasta que el voltaje en el condensador es el mismo que el de la fuente. En esta condicin no hay corriente fluyendo (para Corriente Continua), el efecto del condensador cargado es similar al de un aislador. Si ahora se desconecta el voltaje de la fuente y el condensador se conecta a un resistor (consumo), la carga entre las placas debe igualarse, por lo que fluye tanta corriente como sea la diferencia de carga. Un condensador es un dispositivo de almacenamiento de electricidad, su capacidad se llama capacitancia. El diseo de diferentes condensadores puede diferir uno de otro, pero el principio de operacin es el mismo. Un tipo comn es el condensador de papel, donde dos hojas delgadas de estao estn separadas por una cinta de papel. El papel de estao y las hojas estn enrolladas juntas e instalados dentro de un contenedor. Otros tipos son el condensador de tipo electroltico o el condensador de cermica, pero recuerde que la funcin general es siempre la misma. Es importante saber que en el caso de los condensadores electrolticos debe observarse la polaridad correcta, de otra manera el condensador podra destruirse.

El condensador permite separar las cargas elctricas. Un condensador esta compuesto por un conductor conectado al polo positivo, otro conductor conectado al polo negativo y un aislador que los separa. Si se suministra corriente a los conductores, ellos acumularan una carga elctrica en sus superficies. La cantidad de carga depende del tamao de los conductores, el material y la distancia de separacin del material (llamado dielctrico). Ya que la separacin de cargas hace posible que fluya la corriente, un condensador es un componente electrnico pasivo que almacena energa en la forma de un campo electrosttico. En su forma mas simple, un condensador esta compuesto por dos placas conductoras separadas por un material aislante llamado el dielctrico. La capacitancia es directamente proporcional al rea de la superficie de las placas e inversamente proporcional a la separacin de las placas. La capacitancia tambin depende de la constante dielctrica del material que separa las placas. La unidad normal de capacitancia es el faradio: F

Microfaradio: F (1 F = 10-6 F) nanofaradio: nF (1 nF = 10-9 F) picofaradio: pF (1 pF = 10-12 F)

Elemento Galvnico

La conduccin de electricidad se produce entre dos conductores si ellos se unen a travs de un contacto metlico. La magnitud del potencial depende de la posicin de los elementos involucrados en la serie potencial de electrodos. Note que este flujo de corriente es en un material en movimiento por el cual se remueve material de un elemento y se transfiere al otro. Tambin fluir la corriente entre dos conductores de diferente material si ellos estn sumergidos en un elemento denominado electrolito. Los electrolitos son sustancias cuya solucin o mezcla conducen la corriente (sales, cidos, bases). La conduccin electroltica involucra descomposicin de los electrodos. Esta descomposicin se llama electrlisis y los electrodos son llamados nodos (polo positivo) y ctodos (polo negativo). Cuando se disuelve el electrolito, este es disuelto en varios iones, los que se mueven libremente. Cuando se aplica voltaje, los iones positivos emigran hacia el ctodo y los iones negativos hacia el nodo. Los iones son neutralizados en los electrodos y precipitan la solucin.

Si dos metales diferentes estn sumergidos en un electrolito, se crea lo que se llama elemento galvnico. Entre los dos electrodos se crea un voltaje directo. Este principio se usa dentro de las celdas galvnicas. Las celdas galvnicas convierten la energa qumica en electricidad. Ellas constan de dos materiales diferentes en uno o dos electrolitos. El voltaje de una celda galvanica depende del material utilizado. Por ejemplo, la batera para el arranque es un elemento galvnico.

Magnetismo

Otro tema relacionado con la electricidad e importante de entender es el magnetismo o fuerza magntica. El magnetismo es una fuerza que acta a una cierta distancia y es causada por un campo magntico. Esta fuerza atrae fuertemente materiales ferromagnticos tales como el hierro, nquel y cobalto. En los imanes, la fuerza magntica atrae fuertemente el polo opuesto de otro imn y repele el polo similar. Cada imn esta rodeado por un campo magntico que es ms potente en los extremos del imn. Cada imn siempre tiene dos polos que son llamados polo norte y polo sur. Algunos materiales se pueden magnetizar, por ejemplo, al moverlos a lo largo de un imn en la misma direccin varias veces. Con esta accin la fuerza magntica existente dentro del material es canalizada de manera que el material se vuelve magntico. Los materiales que mantienen su magnetismo son llamados imanes permanentes. Tngase presente que el calor puede destruir un imn permanente, de manera que este pierde su fuerza magntica.

Magnetismo y Electricidad

Ley de induccin: los cambios en el flujo magntico inducirn un voltaje en un conductor (generalmente una bobina), si esta es expuesta al flujo magntico. Esto tambin es valido para el campo electromagntico si cambia el suministro de voltaje. Si se mueve un conductor dentro de un campo magntico de manera que corte las lneas de flujo magntico, se induce un voltaje en este. El voltaje inducido existe slo mientras se cortan las lneas de flujo magnticas. Si la direccin de movimiento dentro del flujo magntico cambia, la direccin de la corriente tambin cambia. Debido al cambio en la direccin de la corriente, la corriente creada por este se llama corriente alterna. Lo mismo es valido si el campo magntico no proviene de un imn permanente, sino que es creado por un electro imn. En lugar de mover el electro imn hacia delante y atrs, tambin es posible conmutarlo entre OFF y ON, cambiando el flujo magntico, y creando de esa manera un voltaje. Bsicamente cualquier conductor por el cual fluye corriente y que este rodeado por un campo magntico es un electro imn. Este campo puede aumentar si un cable es adoptado como una bobina, lo que aumenta an ms si se pone un ncleo de hierro a esta bobina. La ubicacin del polo norte y del polo sur depende de la direccin de la corriente. De manera similar a un imn ordinario, el campo magntico es ms fuerte en los extremos del ncleo de hierro de la bobina.

Nota: cuando se activa el flujo de corriente a travs de una bobina, este flujo de corriente es retardado por lo que se conoce como auto induccin. La corriente que fluye crea un campo magntico en la bobina. El campo magntico entonces induce un voltaje en la bobina que tiene direccin opuesta al suministro de corriente, la que entonces es retardada. Un efecto similar ocurre si el suministro de energa se interrumpe. El cambio en el campo magntico causado por esto induce un voltaje en la bobina opuesta a la previamente excitada. El valor del voltaje depende de la velocidad de desactivacin y es normalmente mucho ms alto que el voltaje originalmente suministrado. Este voltaje se conoce como voltaje de estabilizacin.

Corriente Alterna / Corriente Continua

Existen bsicamente dos tipos diferentes de corriente: la corriente directa DC, que es constante en la direccin de su flujo, y la corriente alterna AC que cambia de direccin frecuentemente. En un vehculo la aplicacin de corriente alterna esta bastante limitada, bsicamente esta se produce en el alternador por el uso de la induccin, pero inmediatamente se rectifica y cambia a corriente directa en su interior. La corriente suministrada a los consumos es corriente directa. La llamada corriente mixta es una corriente directa que cambia a corriente alterna.

Electro Magnetismo y Transformadores

El movimiento de cargas elctricas genera un campo magntico. Por lo tanto: los conductores por los que fluye la corriente estn rodeados por un campo magntico. Dos conductores paralelos a travs de los cuales fluye corriente en la misma direccin se atraen el uno al otro, si la corriente fluye en la direccin opuesta, ellos se repelen. Bsicamente, cualquier conductor a travs del cual esta fluyendo corriente esta rodeado por un campo magntico. Este campo puede aumentar si el cable es adaptado como una bobina y aumenta ms si se pone un ncleo de hierro a esa bobina. Este diseo se llama electro imn. La ubicacin del polo norte y polo sur en un electro imn depende de la direccin de la corriente. De manera similar a un imn ordinario, la fuerza del campo magntico es mayor en los extremos del ncleo de hierro de la bobina. Como hemos aprendido: al mover un imn o un campo magntico dentro de una bobina se produce electricidad. Este efecto tambin acta en forma inversa: si hay corriente circulando por una bobina, se crea un campo magntico. Mediante la combinacin de estos dos principios se puede construir un transformador. Un transformador es un dispositivo que transfiere energa de un circuito a otro usando la induccin electromagntica. El transformador normalmente convierte la energa elctrica desde un cierto valor de voltaje a otro voltaje diferente mediante un embobinado con diferente nmero de vueltas. Un transformador simple consiste en dos conductores elctricos llamados embobinado primario y secundario. Si se aplica un voltaje al embobinado primario, la corriente fluir en l, produciendo un flujo magntico. Este flujo magntico alcanza la bobina secundaria donde se induce voltaje. Mediante un acoplamiento perfecto de flujo, este flujo en el embobinado secundario ser igual al del embobinado primario, por lo que en un transformador ideal, la relacin entre el voltaje primario y secundario es igual a la relacin del nmero de vueltas de sus embobinados, o alternativamente, el voltaje por vuelta es el mismo que en ambos embobinados.

Sin considerar las prdidas, para un nivel dado de transferencia de potencia a travs de un transformador, la corriente en el circuito secundario es inversamente proporcional a la relacin entre el voltaje secundario y el voltaje primario. Por ejemplo, supongamos que se aplican 50 watts de energa a la carga resistiva desde un transformador con una relacin de vueltas de 25:2.

P = E I (potencia = fuerza electromotriz corriente) 50 W = 2 V 25 A en el circuito primario

Ahora con el cambio del transformador: 50 W = 25 V 2 A en el circuito secundario. Por esta razn en un transformador, el embobinado de alto voltaje tiene ms vueltas con menor seccin que el embobinado de bajo voltaje. Como una fuente DC no puede producir una variacin de tiempo-flujo en el ncleo, no se genera una fuerza electromotriz inversa y as el flujo de corriente en el transformador es ilimitado. En la prctica, la resistencia en serie del embobinado limita la cantidad de corriente que puede fluir, hasta que el transformador alcanza el equilibrio trmico o se destruye.

Un uso prctico del transformador de voltaje en diferentes niveles es, por ejemplo, producir alta tensin dentro de una bobina de encendido.

Fuerza Electromotriz

En un campo magntico se ejerce una fuerza en un conductor que transporta corriente. La direccin de esta fuerza se puede determinar por la regla de la mano derecha: cuando el pulgar apunta en la direccin del flujo de corriente y el dedo ndice en la direccin del campo magntico, el dedo medio indica la direccin de la fuerza. Esto significa que un conductor en un campo magntico se mover en una direccin, la que depende de la polaridad del campo magntico y la direccin de la corriente que fluye por el conductor. El cable en el ejemplo se mover hacia delante y atrs, debido al hecho de que la corriente suministrada es corriente alterna. Si el campo magntico y los conductores (incluida la direccin de la corriente) estn dispuestos de forma especfica, se obtendr un movimiento de giro constante.

Motor Elctrico

Como se menciono: un uso prctico de la relacin entre el magnetismo y la electricidad es el motor elctrico. Como se ha estudiado, si un conductor a travs del cual fluye corriente, es ubicado en un campo magntico, el conductor se mover tendiendo a dejar el campo magntico. La direccin del movimiento depende de la direccin del flujo de corriente a travs del conductor. Si el perfil del conductor tiene la forma de U (o circulo) el conductor empezar a girar, debido que la direccin del flujo en la parte superior y la parte inferior es opuesta. Si se ponen varios embobinados en un campo magntico el efecto ser el mismo, pero la fuerza del giro aumentar. Este es el principio de un motor elctrico. Un motor elctrico se usa para mover o accionar algn elemento, por lo que se clasifica como un actuador. En el automvil se utilizan muchos actuadores de diferentes tipos.

Actuadores

La diapositiva muestra la variedad de actuadores y el principio elctrico usado para su funcionamiento. Si usted entiende el principio de operacin de los ejemplos, estar capacitado para entender el funcionamiento de cualquier actuador y obtener ms detalles a partir del principio de funcionamiento. El entendimiento del principio de funcionamiento facilita el seguimiento de fallas. Los actuadores se usan para convertir las seales de salida en diferentes niveles fsicos o para amplificar la seal de salida al nivel requerido. Aqu tambin se usa una gama completa de efectos, tales como, magnetismo: motores; generacin de calor: calefactores adicionales, etc. La primera figura muestra una bobina que se usa para cambiar el voltaje en un nivel requerido. En el ejemplo se muestra una bobina de encendido que suministra un voltaje muy alto con el propsito de encender el combustible generando una chispa en la buja. La siguiente imagen muestra un rel, este es un dispositivo que es activado o desactivado por una pequea corriente y puede controlar un flujo de alto voltaje a travs de sus contactos. Cuando el interruptor se cierra, la corriente que fluye a travs de la bobina produce un campo magntico, que atrae los contactos, de manera que el circuito a travs de ellos se cierra. Si se abre el interruptor el campo magntico desaparece y los contactos se separan, por lo que el circuito que lo atraviesa se abre. El siguiente dispositivo es una resistencia variable, su funcin es la siguiente: la resistencia variable esta ubicada en la lnea de suministro de un dispositivo, por ejemplo, la ampolleta que se muestra en el circuito del rel de la izquierda. Si la aguja se mueve hacia la posicin izquierda la resistencia es baja, de manera que puede fluir un alto voltaje: la ampolleta brilla ms. Si este se mueve hacia la derecha la resistencia es alta, la corriente baja y el brillo de la ampolleta se reduce. Esto tambin se puede usar para controlar otros dispositivos, por ejemplo para controlar el motor elctrico que se muestra abajo a la izquierda. Al lado derecho se puede ver un motor paso a paso, que acta como actuador, este se puede controlar en pasos especficos, por ejemplo para mover un vstago en una cantidad especfica. Cada vez que las otras bobinas son energizadas por el voltaje, el motor se mueve adelante o atrs una posicin, dependiendo de la polaridad de la energa suministrada.

Modulacin de Pulso

Otra posibilidad de regular el voltaje en lugar de usar un receptor es aplicar la modulacin de amplitud de pulso. En la modulacin de pulsos la corriente se conmuta entre ON y OFF con cierta frecuencia. El Principio: para controlar la velocidad de un motor de corriente directa se necesita una fuente de poder DC de voltaje variable. Sin embargo si se tiene un motor de 12 volt y se le aplica energa, el motor comenzara a acelerar; los motores no responden inmediatamente si no que toman un corto tiempo para alcanzar la velocidad mxima. Si se corta la energa algn tiempo antes de que el motor alcance su velocidad mxima, entonces el motor comenzar a detenerse. Si se conmuta la energa de ON a OFF en forma suficientemente rpida, entonces el motor funcionar a con velocidad entre 0 y velocidad mxima. Esto es exactamente lo que hace un controlador PWM: enciende el motor mediante una serie de pulsos. Para controlar la velocidad del motor este varia (modula) la amplitud de los pulsos, de aqu viene la Modulacin de Amplitud de Pulsos. Si por ejemplo, la energa suministrada es de 9V y el ciclo de relacin de trabajo es 10%, resulta una seal anloga de 0.9V. En el siguiente ejemplo una batera de 9V energiza una ampolleta incandescente. Si se cierra el interruptor que conecta la batera y la ampolleta por 50ms, la ampolleta recibir 9V durante ese intervalo. Si se abre el interruptor por los siguientes 50ms, la ampolleta recibir 0V. Si se repite este ciclo 10 veces por segundo, la ampolleta estar encendida como si estuviera conectada a una batera de 4.5V (50% de 9V). Se dice que el ciclo de relacin del trabajo es 50% y que la frecuencia modulada es 10Hz.

Ntese que el tiempo completo del pulso es constante y solo la relacin entre ON y OFF cambia.

Sensores

Para conseguir informacin acerca de la condicin de funcionamiento del motor se utilizan sensores. Las seales elctricas no se usan slo para los actuadores, si no tambin para los sensores. Los sensores usan los efectos de la electricidad para convertir la condicin de funcionamiento del motor y los sistemas relacionados en seales elctricas. De manera similar se usan las diferentes propiedades elctricas para los distintos tipos de actuadores, lo mismo es aplicable para los sensores. Dependiendo del valor actual para medir, se aplican los diferentes efectos y propiedades de la electricidad. Por ejemplo, la induccin puede usarse para detectar la velocidad del motor con el sensor de ngulo del cigeal. El cambio en la resistencia se usa para detectar temperaturas, etc. La figura inferior izquierda muestra lo que se llama un rel de lminas, si la corriente fluye a travs del cable se crea un campo magntico. Este campo magntico hace que los contactos se atraigan unos a otros, de forma que se cierra el circuito. Si la corriente se detiene, el campo magntico desaparece y los contactos se abren nuevamente por la fuerza de los resortes. Este rel de lminas puede tambin ser conmutado ON y OFF por un imn permanente ubicado cerca de los contactos. Este tipo de ejemplo se usa para revisar niveles de lquidos. En la esquina inferior derecha un resistor variable se utiliza para detectar la posicin de un elemento que gira, como por ejemplo la vlvula de estrangulacin.

Seal Digital / Anloga

Las seales desde los sensores as como las seales que conducen a los actuadores pueden ser anlogas o digitales. Demos una mirada a la diferencia entre estos dos tipos. Anlogo quiere decir continuo, sin pasos. Una seal anloga es una seal continua y tiene una infinita cantidad de valores individuales, de modo que para cada punto en el tiempo existe un valor especfico. La seal del sensor de rueda en la figura es una seal anloga. Existen dos desventajas para las seales anlogas: la unidad de control no puede usar seales anlogas directamente, de manera que estas deben ser convertidas en seales digitales por un conversor anlogo digital. Pero la desventaja ms severa es el hecho de que la seal anloga puede variar, por ejemplo, debido a ruido elctrico o interrupcin del cable, por lo que puede fcilmente ser mal interpretada. La razn de esto es que la unidad de control no puede reconocer si el cambio en el valor de la seal es intencional o no. Diferente a esto es la seal digital, donde los valores existen solo por momentos especficos. Frecuentemente la seal digital tiene solo dos valores diferentes, por ejemplo, ON u OFF, 12V o 0V. Por lo tanto una seal digital puede ser restaurada fcilmente, aunque halla sido influenciada por un ruido, etc. Esto es posible porque la unidad de control no establece ninguna seal bajo cierto voltaje, como por ejemplo 0V, o superior a 12V. Y por supuesto una seal digital puede ser usada directamente por la ECU, de manera que no es necesario un conversor anlogo digital. Debido a esto actualmente la tecnologa digital se usa donde sea posible. La curva inferior muestra la seal del sensor de velocidad de la rueda la que es cambiada a seal digital por un conversor anlogo digital. Como una desventaja puede establecerse que cuando ocurre un problema entre dos pasos digitales, no puede ser reconocido completamente.

Conexin en Serie / Paralelo / Combinada

Como ya es sabido en el vehculo hay instalados varios dispositivos elctricos tales como diferentes sensores y actuadores. La conexin entre las diferentes partes de un circuito puede hacerse en serie o en paralelo. Por supuesto es posible una combinacin de esos dos mtodos. Conexin en serie quiere decir que todas las partes estn ubicadas entre el polo positivo y negativo de la fuente. Todos los electrones deben atravesar todos los componentes cuando viajan desde el polo positivo al negativo. La desconexin de un elemento llevar a la detencin del flujo de electrones. Esto significa que la corriente que circula es la misma para todos los elementos.

La figura muestra algunos ejemplos de circuitos reales usados en un vehculo. Muy comnmente la totalidad de los circuitos son circuitos combinados, pero para revisar el circuito este puede verse en secciones separadas para un seguimiento de fallas ms fcil.

Diagrama Elctrico

Como es imposible ver el total del sistema elctrico, cuando esta instalado en el automvil, es necesario hacer un plano de ese diagrama elctrico con el propsito de entender la relacin de las partes individualmente, su conexin y operacin. Este plano transforma la situacin en un formato que se puede entender y ver los sistemas elctricos de un vehculo. Este plano se llama diagrama elctrico. Como se usan smbolos para representar los componentes reales individualmente, es necesario saber interpretar un diagrama elctrico. Sin este conocimiento no es posible hacer un correcto seguimiento de fallas. Demos una mira a los smbolos usados en el diagrama.

Esta es una copia del Manual de Servicio para informarse acerca de la forma de cmo usar el diagrama elctrico.

Esta es una copia del Manual de Servicio para informarse acerca de la forma de cmo usar el diagrama elctrico, especialmente acerca de la numeracin de terminales de los diferentes tipos de conectores.

Medicin de Voltaje, Resistencia, Corriente

Con el propsito de revisar la medicin de los dispositivos y circuitos de la manera apropiada se necesita un instrumento de medicin. El voltaje se mide con un voltmetro, la resistencia se mide con un ohmimetro y la corriente se mide con un ampermetro. Actualmente estas tres funciones estn normalmente incluidas en un solo instrumento llamado multmetro (multitester). El multmetro existe en versin anloga o digital. Los instrumentos anlogos ya no son recomendados en la actualidad debido a su baja resistencia interna. El uso actual de estos instrumentos se describe en la seccin de herramientas y equipos. Generalmente el voltaje y la resistencia se miden en conexin paralela. Ntese que para medir resistencia debe desconectarse la fuente de voltaje. La corriente se puede medir en conexin en serie o con una pinza especial puesta alrededor del cable energizado (ampermetro del tipo abrazadera). Adems debe asegurarse de seleccionar la escala correcta del dispositivo a medir. Un hecho muy importante que debe conocerse y entenderse es que cada resistencia en un circuito en serie provoca cada de voltaje. La cantidad de cada de voltaje depende de la proporcin que tiene cada resistencia individual. Si hay disponible slo una resistencia, la cada total de voltaje se produce a travs de esta. Para entender de mejor forma esto, demos una mirada a la Ley de Ohm.

Ley de Ohm / Ley de Kirchhoff

La relacin entre voltaje, corriente y resistencia se describe claramente en la Ley de Ohm: la cantidad de corriente que fluye en un circuito es directamente proporcional al voltaje e inversamente proporcional a la resistencia. El cambio de uno de estos factores tiene influencia directa en los otros factores. La Ley de Ohm tambin puede expresarse como una ecuacin: por ejemplo

E= I x R donde E es el voltaje, I es la corriente y R es la resistencia. Para facilitar la memorizacin se puede usar el triangulo que se muestra en la imagen, esta es una buena herramienta para el clculo del voltaje, corriente y resistencia en un circuito. Con simplemente cubrir la parte desconocida en el triangulo, se puede ver como calcularla mediante los dos factores conocidos.

El clculo de un cierto valor en el circuito puede requerirse por ejemplo para determinar la capacidad necesaria de un fusible, la medida de los cable de conexin o simplemente para conseguir una buena base para determinar si un circuito o dispositivo esta en orden o no.

Las leyes de Kirchhoff tambin es una buena ayuda para entender los circuitos elctricos. La primera ley establece lo siguiente: la corriente que fluye a cada unin en un circuito es igual a la corriente que fluye desde ese punto. La segunda ley establece que: la suma algebraica de la cada del voltaje en cualquier senda del circuito es igual a la suma algebraica de la fuerza electromotriz en esa senda.

Energa y Trabajo Elctrico

La potencia de un dispositivo esta determinada por la corriente consumida por ste y el voltaje con que es suministrado. Por lo que la Potencia es Corriente x Voltaje, como puede leerse en la matriz. Es fcil de entender que un calentador por el cual pasan 10A produce mas calor que uno por el cual slo pasan 5A. La matriz de clculo es muy til para los clculos relacionados con la electricidad y los circuitos elctricos. Cada cuarto del crculo esta relacionada con una de las mayores caractersticas de un circuito elctrico. En la parte interior se puede seleccionar la figura que se desea calcular y en la circunferencia se puede encontrar la manera de calcularlo. Desde las posibilidades dadas se puede escoger la que incluya los factores que realmente se conocen. Trabajo es el producto de potencia multiplicado por el tiempo en que la potencia fue efectiva.

Reparacin de Arns de Cables

Si el problema es directamente con un dispositivo, la contramedida es simplemente reemplazarlo. En el caso de problemas en un arns de cables roto, generalmente es posible y recomendable la reparacin de ste. Ntese que esto no esta permitido para todos los sistemas, por ejemplo esta prohibido para el arns de cables de sistemas SRS, por lo tanto es necesario referirse al Manual de Servicio antes de ejecutar una reparacin. Es importante usar las herramientas apropiadas, partes (por ejemplo conectores a prueba de agua) y mtodos de reparacin.

Desarrollado por Kia Motors. Todos los derechos reservados.

LIN Fits in at the low end of in car multiplexing, making a LIN system a cost effective solution

10

4.5

2

1

Incremental cost per node

125K

1M

2M

20K

25.6M

CAN-C

event triggered

dual wire

CAN-B

event triggered

fault tolerant

dual wire

LIN

master-slave

single wire bus

no quartz

Rev:0 01.01.20073 GEET-1ST8K