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BIENVENIDOSCURSO ELECTRICIDAD BASICA DE LOS VEHICULOS.
1 Estructura de la materia: El electrnLa electricidad tiene su
origen en el movimiento de una pequea partcula denominada
electrn.
Los electrones pueden verse expulsados fuera de sus rbitas por
la accin de influencias de diferente tipo.
Cuando un electrn abandona su rbita, se origina en su lugar un
vaco o hueco que atrae a un electrn de un tomo vecino.
ElectrnProtn2La electricidad tiene su origen en el movimiento de
electrones:Que es un electrn? Es la partcula con carga negativa del
tomo.Que es un tomo: es la menor porcin de la materia.Como esta
compuesto el tomo? : Esta compuesto por un ncleo que contiene
protones ( que es la carga positiva del tomo y los neutrones que
contienen carga neutra), y alrededor del ncleo giran los
electrones.La diferencia existente en la concentracin de electrones
en ambos extremos del conductor determina la fuerza del flujo de
electrones, ms conocida por diferencia de potencial o tensin. As
pues: Cuanto mayor es la tensin presente en los extremos del
conductor, mayor es tambin el nmero de electrones dispuestos a
trasladarse de un extremo al otro del conductor.
Atomos con exceso de electronesAtomos con exceso de huecosFlujo
de electronesDiferencia de potencial (tensin)Diferencia de
potencial3 Materiales conductores y materiales aislantesExisten
tomos en los cuales los electrones abandonan sus rbitas con gran
facilidad originando corrientes elctricas y tomos en los cuales
esto no sucede. Existen por otra parte cuerpos, como los metales
(cobre, plata, hierro, etc.), en los cuales los electrones pueden
desplazarse con suma facilidad y otros materiales que oponen una
gran resistencia al movimiento de los electrones (madera, plsticos,
goma).
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Alambre de hierroAlambre de constantanGeneracin de tensin por
deformacin de un cristalCuarzoGeneracin de tensin por
luzSilicioGeneracin de tensin por procesos electroqumicosGeneracin
de tensin por induccin
ImnAlambre de aceroLimnAlambre cobreGeneracin de tensin por
calor El origen de la electricidad5Placa negativa
BloqueBasePared divisoria de elementosPuente de
uninTapnBorneTapa delbloquePlaca positivaSeparador de plsticoMarca
de nivel de electrolitoBarra de conexinLa bateraUno de los mtodos
utilizados frecuentemente es la generacin de corriente mediante
procesos electroqumicos:6
12V84Ah280ASVariante especialCorriente de arranqueCapacidad
nominal. Tensin nominalCaractersticas7 Conexin de baterasLas
bateras pueden conectarse entre s de dos modos diferentes,
consiguindose diferentes tensiones nominales y capacidades:
Conexin en serie: El polo positivo de una batera se conecta con
el negativo de la otra batera. Con ello se consigue una tensin
nominal que es la suma de ambas tensiones, mientras que la
capacidad resultante es la de una sola batera.
12v/40Ah12v/40Ah8Conexin en paralelo: En este caso se conectan
entre s polos positivos con polos positivos y polos negativos con
polos negativos. La tensin nominal es la de una sola batera y la
capacidad resultante es la suma de las capacidades de todas las
bateras conectadas.
12v/40Ah12v/40Ah9En la prctica, la carga elctrica (p.ej. de un
acumulador) se indica frecuentemente en amperios-hora [Ah].
Ejemplo: Una bateria de 60 Ah nos entrega una corriente de:
60 Amp durante 1 hora 30 Amp durante 2 horas 120 Amp durante 0,5
horasCarga elctricaCarga = Intensidad de corriente x Tiempo10Batera
de plomo-calcio, libre de mantenimiento
Novedades
Plomo-CalcioIndicador de estado
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Negro Sin carga o carga demasiado bajaSin color / Amarillo
Estado crtico del electrlito / Reponer agua destiladaVerde Batera
con suficiente carga12Equipos para la comprobacin y el
mantenimiento de bateras
Botella de Ilenado VAS 5045Cargador de baterias VAS
5095Comprobador de baterias VAS 509613
CARGA14
DESCARGA15
Diversos tipos de bateras
Plomo calcio: Electrlito liquidoVRLA: Electrlito fijadoGel:
Electrlito fijadoAGM: Electrlito fijado
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Circuito de agua ResistenciaAlturaCircuito elctricoIntensidad de
corrienteResistencia de cargaFuente de tensinFlujo de
lquidoIntensidad de corrienteFuente de tensinResistencia de carga
Las magnitudes elctricasObservando estos modelos es posible definir
las magnitudes elctricas bsicas: tensin, intensidad de corriente y
resistencia.22La tensin elctrica (V)
La tensin elctrica es la fuerza potencial (atraccin) existente
entre dos puntos con diferente nmero de electrones. En los polos de
una batera existe una tensin elctrica. La unidad de tensin es el
voltio (V).
La intensidad elctrica (I)
Es la cantidad de electrones o la intensidad con la que los
electrones pueden circular por unidad de tiempo a travs de una
seccin de conductor al darse una tensin en los extremos del mismo.
Su unidad de medida es el amperio (A).
La resistencia elctrica (R)
Los electrones que circulan por un conductor encuentran una
cierta resistencia, la cual depende de la longitud,seccin y
material del conductor. Cuanto mayor es la seccin y menor la
longitud, mejor fluye la corriente. La unidad de medida de la
resistencia elctrica es el ohmio ( )23La tensin elctrica
Tensin continua
El circuito elctrico puede compararse con un circuito de agua.
Se trata del camino por el cual circula la corriente (el agua) para
llegar de un generador de tensin (la fuente) a un consumidor o a
una carga. Carga es todo lo que consume energa para poder trabajar:
la carga del circuito puede ser una lmpara, un motor, etc (en el
ejemplo de la figura la carga es la sierra, que aporta un
trabajo).
24Tensin alterna
La corriente alterna (c.a.) no puede almacenarse en las bateras.
Sin embargo, puede generarse de forma ms sencilla y barata con la
ayuda de alternadores. La tensin alterna cambia peridicamente su
polaridad. Los polos son alternativamente positivos y negativos. La
forma de onda viene dada por el alternador. Sin embargo, siempre
existe una lnea de 0 voltios en torno a la cual se reparten dos
curvas simtricas.Las caractersticas de la tensin alterna son la
frecuencia (perodos por segundo) y la tensin de cresta a cresta.
Sin embargo, el valor utilizado es el valor eficaz de la tensin
(tensin RMS).
25Modelo hidrulico:Generador de corriente alterna(diferencia de
potencial)
Diferencia de potencialTrabajoGenerador de corriente
alterna26Formas de onda frecuentes
Existen diferentes formas de onda. La definicin serefiere a la
forma o caracterstica de una nica onda:
1. Onda sinusoidal
2. Onda en diente de sierra
3. Onda rectangular
4. Impulso
5. Onda sinusoidal amortiguada
6. Onda triangular
7. Onda escalonada
8. Forma de onda compleja27Definicin de las formas de onda
Caractersticas de las ondas sinusoidales:
Amplitud
T= perodo en Seg1 segundoAmplitud
F= 3Hzt(seg)28Ejemplos de formas de onda
La onda sinusoidal es la forma de onda tpica de la tensin
presente en las redes elctricas domsticas con tensiones de 220 V y
frecuencias de 50 Hz.
La onda rectangular es la forma de onda tpica de la tensin del
transmisor Hall.
Una onda escalonada se origina cuando se detecta la transicin de
un estado elctrico a otro diferente (p.ej. al conectar un
elemento).
Un impulso se genera cuando se reconoce la activacin momentnea
de un elemento (p.ej. la intermitencia de una lmpara).
Las formas de onda complejas son combinaciones de diferentes
formas de onda (rectangular, sinusoidal amortiguada, etc.), este es
el caso de las ondas de encendido.29
Los impulsosAnchura de impulso trabajo mximoAnchura de impulso
trabajo mnimo30Corriente elctricaLa corriente elctrica es el
movimiento de cargas elctricas. Si se unen los polos de una fuente
de tensin mediante un conductor elctrico, se produce entonces el
movimiento de electrones entre el polo negativo y el positivo por
la accin de la tensin elctrica.Las corrientes fluyen siempre de
puntos de mayor potencial a puntos de menor potencial.La corriente
circula slo mientras el circuito est cerrado y durante tanto tiempo
mientras exista una separacin de cargas en el interior de la fuente
de tensin.
Flujo de electrones Polo + Polo - V electrn =31INTENSIDAD DE
CORRIENTE
Signo de frmula: I
Unidad: Amperio [A]
La intensidad de corriente en un conductor es de 1 amperio
cuando se mueven6,242 . 1018 electrones por segundo a travs del
mismo.
32SENTIDO DE LA CORRIENTE
Sentido electrnico real y convencional
Al trabajar con esquemas de conexiones y esquemas de circuitos
hay que observar el sentido convencional de la corriente.
Convencional Real33
Derivacin de corriente (Primera Ley de Kirchhoff):
La suma de las corrientes que entran en una unin de conductores
(nudo) es igual a la suma de las corrientes que salen de l.
Ejemplo: Bujas de incandescencia en motores
Diesel34Resistencia
El movimiento de los electrones a travs de un conductor sufre
obstculos. Los electrones deben vencer la resistencia de rozamiento
que sufren en la rejilla espacial del conductor. Esta resistencia
de rozamiento se denomina resistencia elctrica.
La resistencia elctrica obstaculiza el movimiento de los
electrones.
Resistencia elctrica35
La resistencia elctrica provoca que los troncos atmicos en la
rejilla espacial metlica queden expuestos a fuertes vibraciones, lo
cual provoca un aumento de la temperatura.
En una resistencia se transforma energa elctrica en energa
calorfica.
Transformacin de energa:ResistenciaSigno de frmula: RUnidad:
ohmio ( )
Energa calorficaEnergaelctricaResistencia elctrica36Resistencias
fijasEstructura de una resistencia:Las resistencias son elementos
pasivos que sirven para limitar la corriente que circula por un
circuito o para configurar divisores de tensin de modo que la
tensin pueda ajustarse a un valor concreto en un punto
determinado.
Cuando la corriente fluye por las resistencias de un circuito,
en los extremos de stas se produce una cada o prdida de tensin que
corresponde a su valor de resistencia. Las resistencias se fabrican
con materiales con unos coeficientes de resistencia especficos muy
altos (p.ej. devanados de alambre, carbn o capas metlicas); de este
modo se obtienen los valores de resistencia deseados en un pequeo
componente.
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Ejemplo en la hidrulica:
Para una mejor comprensin, las resistencias podran compararse
con la longitud, seccin y forma de las tuberas de una instalacin de
fuerza hidrulica. Segn la longitud, seccin y forma de las tuberas
se reducir correspondiente mente el caudal de agua perdiendo sta
una parte de su energa.38Cdigo de colores para resistencias
fijas
Para poder interpretar el cdigo internacional de colores debe
observarse la resistencia de modo que la lnea dorada o plateada
(identificacin de la tolerancia) quede a la derecha. Las lneas de
color se leen de izquierda a derecha. La primera lnea corresponde a
la primera cifra, el segundo anillo a la segunda cifra y el tercero
indica el multiplicador (nmero de ceros). Las tolerancias estndar
son: 20 %, 10%, 5%, 2% y 1 %. Para tolerancias inferiores al 5 % se
utilizan resistencias de pelcula metlica.
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42Conexin en serie y en paralelo
Conexin en serie
La conexin en serie se utiliza cuando hay que regular o limitar
la corriente de un circuito. Intercalando una o ms resistencias
puede frenarse el flujo elctrico ya que ante una cada de tensin se
reduce la corriente que llega al consumidor.
Conexin en serie43
La figura siguiente muestra un circuito con conexin en serie
tomando como ejemplo el control de la velocidad del ventilador (4
velocidades):
44Conexin en paralelo
La conexin en paralelo se emplea con ms frecuenciaya que se
utiliza cuando toda la tensin de la bateradebe aplicarse a los
consumidores, lo cual es el casoen la mayora de circuitos de la red
de a bordo: faros, luces traseras y de posicin, intermitentes,
limpiacristales, elevalunas, etc.. Prcticamente todos los elementos
delsistema elctrico de un vehculo se conectan en paralelo.El
ejemplo que se muestra a continuacin muestra elesquema de circuitos
de corriente para las luces traserasy de posicin y para los faros.
Las bombillas conectadasen paralelo reciben la corriente de la
batera mediantela lnea directa (30) a travs del conmutador (E1)
paralas luces traseras y de posicin, y del conmutador (E4) para los
faros.
R total = R1 x R2 R1 + R2La frmula solo tiene validez para
unidades formadas por dos resistencias45
Esquema de circuitos de corriente de las luces del vehculo46La
Ley de OhmLa tres unidades elctricas (voltio, amperio y ohmio) se
hallan en relacin la una con la otra, de tal modo que cada unidad
puede definirse a partir de las otras dos.
Un amperio es la corriente que circula por un conductor con una
resistencia de un ohmio cuando se aplica una tensin de un voltio.La
ecuacin matemtica de esta relacin es la siguiente:
I = V / R
1A = 1V / 1Ohmio A partir de esta ecuacin puede calcularse
cualquier valor a partir de dos valores conocidos.
La Ley de Ohm puede representarse grficamente mediante un
tringulo con las tres unidades (voltio,amperio y ohmio). El valor
de la parte superior se divide por los dos valores de la parte
inferior, y los valores de la parte inferior se multiplican.47VRIV
= I . RVRI=VIR=48Tensin Voltio ( V ) V Unidad
SignoIntensidadAmperio ( A ) IResistencia Ohmios ( )
RVoltioOhmAmperio =VoltioAmperioOhm =Voltio = Amperio . Ohm49R112VI
(A)v3v2 v1R3R2v4Datos:R1: 20 R2: 50 R3: 10 Tensin: 12V
Determinar:
Resistencia Total Intensidad TotalTensiones v1 v2 v3 v4Circuitos
Serie50R3R1R2 v1 v2I1I2I312VITOTAL v3Circuitos ParaleloDatos:R1:
100 R2: 20 R3: 5 Tensin: 12V
Determinar:
Resistencia Total Intensidades I1 I2 I3 ITotalTensiones v1 v2 y
v3
51La potencia elctrica
La potencia se define como el trabajo o la energa consumida o
producida en un determinado tiempo. La unidad de medida de la
potencia elctrica es el Vatio Watt. La potencia se define a travs
de la tensin aplicada y de la intensidad de corriente que circula
por un circuito. As, un vatio es la potencia a que da lugar la
tensin de un voltio si circula la corriente de un amperio.
La frmula es la siguiente:
P = V x I( 1 W = 1 V x 1 A )
La unidad de la potencia elctrica, el vatio (W),se halla en una
determinada relacin con otras unidades utilizadas en la tcnica del
automvil como, por ejemplo, el caballo de potencia (CV): 1 CV
corresponde a 736 W52Potencia Vatio / W P Unidad SmboloP = I x
VPIVTensin Voltio / V VIntensidad Amperio / A II = P/VV =
P/I53Ejercitacin de Potencia
Motor de arranque estabilizado 70A Motor del electroventilador
20A Calcular, potencia y resistencia de ambos con una tensin
aplicada de 12V54
55R3R5R4I4I3I5R112VITotal (A)v2 v1R2 v4 v5 v3Circuito
combinado56
Multmetros57
Medicin de la tensin Medicin de la intensidad
Medicin de la resistencia58
Multmetros Digitales y Analgicos59El electromagnetismoFenmenos
electromagnticos:
60Aplicaciones del electromagnetismo
61El funcionamiento de los generadores de corriente alterna, de
las mquinas dinamoelctricas o de los volantes magnticos se basa en
el principio de la corriente inducida en un bobinado por la
variacin de un campo magntico. El campo magntico puede ser un campo
magntico natural o estar formado por imanes permanentes (p.ej. el
volante magntico de las motocicletas) o por electroimanes
alimentados con corriente continua.
Volante magnticoImanes permanentesDnamoElectroimanesCorriente
inducida Generadores de corriente62Transformadores
El principio de funcionamiento del transformador se basa en el
fenmeno de la autoinduccin y de la induccin mutua. El transformador
consta de dos bobinas o arrollamientos, denominados primario y
secundario, dispuestos en un ncleo comn de hierro o de otro
material ferromagntico.Cuando la corriente circula por el bobinado
primario se genera en el ncleo un campo magntico. Si se interrumpe
la corriente, el campo magntico desaparece bruscamente. En el
bobinado primario se genera por autoinduccin una tensin de aprox.
100 V mientras que en el secundario se induce una tensin de varios
miles de voltios. La tensin inducida en el bobinado secundario
queda definida por la relacin entre el nmero de espiras de los
bobinados primario y secundario, y por la intensidad de la
corriente que flua por el bobinado primario en el momento de la
interrupcin. 63
Transformadores y solenoides64El alternador
El alternador genera una alta intensidad de corriente. Sin
embargo, la corriente generada es una corriente alterna que debe
ser rectificada. La regulacin es necesaria ya que el rgimen del
alternador vara continuamente en funcin de la velocidad del motor;
as pues, resulta necesario mantener la tensin del alternador
prcticamente constante independientemente del esfuerzo y del
rgimen. El alternador de un automvil consta bsicamente de las tres
unidades siguientes:
1. La UNIDAD INDUCTORA (rotor), accionada mediante polea, es la
que contiene la bobina excitadora. Cuando esta bobina es alimentada
con la corriente de la batera a travs del regulador genera un
fuerte campo magntico.
2. La UNIDAD ESTATRICA, dispuesta en la parte fija del
alternador. Tambin se denomina estator. En el bobinado del estator
se induce la corriente.
3. La UNIDAD RECTIFICADORA, formada por las placas de diodos
rectificadores. Tiene la funcin de transformar la corriente alterna
en corriente continua.65
RotorEstatorPlaca de diodosBateraReguladorRegulacin de la
carga66El alternador
Diodos de excitacinDiodos de potenciaEscobillas de carbnBobinado
estatricoAnillos colectores
Bobinado estatricoDiodoEstatorAnillo colectorBobinado de
excitacinVentiladorRotor de polosintercaladosBobinado de
excitacin67Componentes y smbolos:
AlternadorSmboloRotor(Inductor)Estator(Estator)Placa de
diodosDiodos68
Nmero de circuito amperimtrico
30 + Bat31 Masa15 + Contx Accesorios69FINAL MODULOHoja1Mltiplos
y
SubmltiplosMEGAKILOHECTODECAUNIDADdecicentimilimicroMKHDdcm0.00030.3003303003,00030,000300,000300,000,0000.00000020.00020.0020.020.200220200200,0000.0000010.0010.010.11101001,0001,000,0000.000150.1501.5151501,50015,000150,000150,000,0000.0015381.53815.38153.81,53815,380153,8001,538,0001,538,000,0000.0000000530.0000530.000530.00530.0530.535.35353,0000.0000000020.0000020.000020.00020.0020.020.222,0000.123536123.5361,235.3612,353.6123,5361,235,36012,353,600123,536,000123,536,000,0000.0089568.95689.56895.68,95689,560895,6008,956,0008,956,000,000
Hoja2
Hoja3
