El sistema de encendido se encarga primordialmente de aportar la energía que necesita el motor de combustión para mantener los ciclos que describe por sí mismo. Los motores de combustión describen ciclos de cuatro fases: admisión, compresión, combustión y escape; pero dicho motor únicamente entrega energía en la fase de combustión, por lo que necesita energía para el resto. Será el sistema de encendido quien se encargue de dichas fases, aportando esta energía mediante un motor eléctrico que mueve al cigüeñal o eje del motor. Además el sistema de encendido tiene otra función y es la de almacenar y generar esta energía eléctrica, mediante los acumuladores (baterías) y el alternador. Después de realizar las fases correspondientes debe producir el encendido del combustible, como el caso del motor Otto, que produce chispas en la cámara de combustión o bien se encarga de enviar el combustible diésel mediante las bombas de inyección. En la actualidad, con el avance de la electrónica , existen numerosas aplicaciones disponibles y útiles que nos presta el automóvil.
Toda combustión necesita de tres elementos fundamentales: calor, combustible y oxígeno. En los autos el calor lo da la chispa generada por cada bujía dentro del cilindro.
El sistema eléctrico de encendido del motor es el encargado de producir y distribuir la energía necesaria para la generación de esta chispa en cada bujía y con ello poder encender la mezcla y generar la combustión.
Hasta hace unos años, se utilizaba una bobina única, la cual a través del distribuidor enviaba a cada bujía la chispa. Sin embargo, este sistema no es de mucha eficiencia, pues es necesario transmitir altos voltajes, y existen pérdidas de potencia eléctrica por el calentamiento de los cables. Además, el salto de chispa en el distribuidor causaba daños y desgaste en este, causando fallas en el comportamiento del auto y haciendo necesaria su reposición periódicamente.
El siguiente sistema en desarrollarse eliminaba el distribuidor de encendido, reemplazando a la bobina única por una bobina con varias salidas (o más de una en el caso de motores de más de 6 cilindros), donde se acoplan los cables que van directamente a la bujía. Esto elimina el riesgo de fallos en el distribuidor, pero es un sistema donde al fallar la bobina, el auto puede no encender.
Un motor de arranque o motor de partida es un motor eléctrico alimentado con corriente continua con imanes de tamaño reducido y que se emplea para facilitar el encendido de los motores de combustión interna, para vencer la resistencia inicial de los componentes cinemáticos del motor al arrancar. Pueden ser para motores de dos o cuatro tiempos.
Funcionamiento
El sistema de arranque está constituido por el motor de encendido, el interruptor, el acumulador, y el cableado. El motor de arranque es activado con la energía del acumulador cuando se gira la llave de puesta en marcha, cerrando el circuito y haciendo que el motor gire. El motor de arranque conecta con el cigüeñal del motor de combustión por un piñón conocido como piñón bendix de pocos dientes con una corona dentada reductora que lleva incorporada el volante de inercia del motor térmico. Cuando el volante gira más rápidamente que el piñón, el bendix se desacopla del motor de arranque mediante rueda libre que lo desengrana, evitando daños por exceso de revoluciones.
En el caso de los automóviles, el motor de arranque se desacopla mediante una palanca activada por un solenoide (un electroimán) que está sujeto al cuerpo del motor de arranque. En otros casos (motocicletas y aviación ligera) el relé va montado separado y sólo alimenta la corriente; el acople/desacople del piñón bendix se realiza por inercia y rueda libre, con un estriado en espiral. Cuando arranca el motor térmico la diferencia de velocidades expulsa al piñón hacia atrás.
En los motores grandes (vehículos industriales, etc) el piñón se desplaza junto con el inducido o rotor, por medios electromagnéticos. En un inicio engrana mediante una alimentación en paralelo de las bobinas inductoras. Cuando se acopla la fuerza se incrementa porque se alimenta con una bobina inductora en serie. El proceso termina cuando se corta la alimentación al relé, que también está integrado con el motor de arranque.
El alternador es el encargado de proporcionar la energía eléctrica necesaria a los consumidores del automóvil (encendido, luces, motores de limpia-parabrisas, cierre centralizado, etc.), también sirve para cargar la batería. Antiguamente en los coches se montaba una dinamo en vez de un alternador, pero se dejo de usar por que el alternador tiene menor volumen y peso para una misma potencia útil. Ademas el alternador entrega su potencia nominal a un régimen de revoluciones bajo; esto le hace ideal para vehículos que circulan frecuentemente en ciudad, ya que el alternador carga la batería incluso con el motor funcionando a relentí.
El alternador igual que el motor de arranque se rodea de un circuito eléctrico que es igual para todos los vehículos.
El circuito que rodea el alternador se denomina circuito de carga que esta formado por: el propio alternador, la batería y el regulador de tensión. Este ultimo elemento sirve para que la tensión que proporciona el alternador se mantenga siempre constante aprox. 12 V. El borne positivo del alternador se conecta directamente al positivo de la batería y al borne + del regulador de tensión, cuyo borne EXC se conecta al borne EXC del alternador. La energía eléctrica proporcionada por el alternador esta controlada por el regulador de tensión, esta energía es enviada hacia la batería, donde queda almacenada, y a los circuitos eléctricos que proporcionan energía eléctrica a los distintos consumidores (encendido, luces, radio, cierre centralizado etc.).
Despiece de un alternador.
El alternador igual que el motor de arranque en la mayoría de los casos si se produce una avería se sustituye por otro de segunda mano. La excepción se produce cuando la avería viene provocada por las escobillas, fallo frecuente y que se arregla fácilmente sustituyendo las escobillas desgastadas por unas nuevas. Otra avería podría ser la provocada por un falso contacto en los componentes eléctricos que forman el alternador debido a las vibraciones del motor o a la suciedad. Este fallo se arregla desmontando el alternador para limpiarlo y comprobar sus conexiones. Otro fallo habitual es el grapado de los rodamientos o cojinetes que se arregla sustituyendo los mismos.
Regulador de tensión que forma conjunto con las escobillas
REGULADOR DE TENSIÓN
Un regulador de tensión o regulador de voltaje es un dispositivo electrico diseñado para mantener un nivel de tensión constante.
Los reguladores de contactos apropiados para alternadores trifasicos son de un solo elemento, es decir, reguladores con un elemento regulador de tensión compuesto de electroimán, inducido y contacto de regulación. Cuando la tensión del alternador sobrepasa el valor teórico, el electroimán abre el contacto (posición b), conectando una resistencia (R) en el circuito de excitación que origina un descenso de esta corriente y por lo tanto un descenso en la tensión del alternador. Si la tensión del alternador disminuye tanto que desciende por debajo del valor mínimo teórico entonces el contacto vuelve a conectarse aumentando por ello la corriente de excitación y, por tanto, la tensión del alternador.
El regulador de tensión hasta los años 80 venia separado del alternador (como se ve en el circuito de la figura del inicio de la pagina). Estaba constituido por dos o tres elementos electro-magnéticos según los casos, era voluminoso y mas propenso a las averías que los pequeños reguladores de tensión electrónicos utilizados después de los años 80 hasta hoy en día. Son reguladores electrónicos de pequeño tamaño y que van acoplados a la carcasa del alternador como se ve en la figura de la derecha.
Esquema electrico de un alternador con su regulador electrónico mas el circuito de carga que lo rodea formado por la batería, la lampara de
control, el interruptor de la llave y los circuitos de los elementos receptores (luces, encendido, elevalunas etc.).
Los reguladores electronicos tienen menos averías debido a que carecen de elementos mecánicos, sometidos siempre a desgastes y dilataciones. Los reguladores electrónicos no tienen arreglo, si se estropean se sustituyen por otro nuevo.
Una variación del regulador anteriormente descrito es el que tiene un elemento y dos contactos, que posibilita tres posiciones de conexión. En la posición de conexión "a" la resistencia de regulación se encuentra en cortocircuito, por lo que circula una elevada corriente de excitación. En la posición de conexión "b" están conectadas en serie la resistencia de regulación y el devanado de excitación, lo que reduce la corriente de excitación. En la posición de conexión "c" se cortocircuito el devanado de excitación, con lo que la corriente de excitación es casi nula. El tamaño constructivo de estos reguladores solo permiten instalarlos sobre la carrocería es decir no integrados o adosados al alternador.
Los reguladores electromagnéticos o mecánicos se montan separados del alternador, atornillados a la carrocería y separados de las zonas de temperatura elevada del vano motor
Hasta ahora hemos visto reguladores de un solo elemento (relé electromagnético) pero también existen reguladores de dos elementos o reles. El segundo elemento se utiliza para controlar la lampara de señalización que indica al conductor que el alternador esta generando tensión. En los reguladores de un solo elemento en los que no se utiliza lampara de control como hemos explicado anteriormente, esta es sustituida por un voltimetro o amperímetro.
Dado que la tensión en bornes de la batería depende de la densidad del electrolito y esta, a su vez, disminuye con la temperatura, es necesario que la tensión regulada se adapte a las variaciones térmicas para evitar cargas insuficientes o sobrecargas del acumulador. Ello se consigue mediante la implantación de una resistencia de compensación como ya se ha dicho, complementada por una lamina bimetal ubicada en la fijación del contacto móvil a la armadura. Esta lamina bimetal adquiere una determinada curvatura, que es función de la temperatura ambiente, que ayuda o contrarresta la acción del muelle antagonista, con lo cual, se modifica la fuerza de este en función de la temperatura ambiente.
La batería es un acumulador de energía cuya función principal es poner en marcha el motor del vehículo. La acumulación de energía se realiza por medio de un proceso químico entre dos placas de plomo y un líquido llamado electrolito formado por agua y ácido sulfúrico.
Baterías de bajo mantenimiento y sin mantenimiento La diferencia entre estas y la convencionales consiste en la constitución de la placas. En las convencionales las rejillas de las placas son de plomo y antimonio, siendo este ultimo el motivo de la continua evaporación de agua.
En las baterías de bajo mantenimiento Se reduce la proporción de antimonio, con lo que se disminuye la evaporación del agua y se amplían los plazos de mantenimiento: En las baterías sin mantenimiento: las placas positivas son de plomo-antimonio, de bajo contenido es éste último, y las negativas de plomo-calcio. Los separadores evitan el desprendimiento de la materia activa de las placas, con lo que se consigue reducir el espacio dedicado al deposito de los sedimentos, al disminuir estos, y así se puede aumentar el nivel de electrólito por encima de las placas, garantizando permanezcan sumergidas durante la vida de la batería, eliminado el mantenimiento.
Acoplamiento de baterías:Para conseguir mayores tensiones (V) o una capacidad de batería (Amperios-hora Ah) distintos a los estándares que tienen las baterías que encontramos en el mercado, se utiliza la técnica de unión de baterías: Esta unión puede ser mediante: - Acoplamiento serie - Acoplamiento paralelo - Acoplamiento mixto
EL acoplamiento serie tiene como característica principal que se suman las tensiones de las baterías y la capacidad permanece igual. Como punto a tener en cuenta en este acoplamiento es que la capacidad de la batería (Ah) debe ser la misma para todas las baterías. Si una de ellas tuviera menor capacidad, durante el proceso de carga de las baterías, este elemento alcanzaría la plena carga antes que los demás por lo que estaría sometido a una sobrecarga, cuyos efectos pueden deteriorar la batería. También durante el proceso de descarga la batería de menor capacidad se descargara antes por lo que se pueden sulfatar sus placas.
El acoplamiento paralelo tiene como característica principal que se suman las capacidades de la batería manteniendose invariable las tensiones. Como punto a tener en cuenta en este acoplamiento es que todas las baterías deben de tener igual valor de tensión (V) en sus bornes de no ser así la de mayor tensión en bornes se descargara a través de la de menor.
El acoplamiento mixto consiste en unir baterías en serie con otras en paralelo para así conseguir así la suma de las ventajas de cada uno de los acoplamientos.
Sabiendo la LEY DE OHM es suficiente para la mayoría de los cálculos que se hacen en los circuitos eléctricos.
Teniendo en cuenta que el voltaje en el automóvil es un valor fijo y conocido V = 12 voltios, sabiendo también que el valor de la resistencia (R) es un valor que casi no se utiliza ya que en los manuales de características de los automóviles los datos que nos ofrecen normalmente sobre los dispositivos eléctricos son el valor de la Potencia en watios (W) y de la Intensidad en amperios (A), por lo que utilizaremos la formula:
Utilizando la formula de la potencia podemos calcular un valor muy importante como es la intensidad que circula por los cables que alimentan un receptor eléctrico. Por ejemplo sabiendo que la potencia de las lamparas que se utilizan en las luces de cruce es de 55 vatios, aplicamos la formula:
Conociendo el valor de la intensidad que circula por los cables que alimentan un receptor eléctrico sabemos el grosor o sección del cable que debemos utilizar, cosa muy importante ya que si colocamos un cable de sección insuficiente, este se calentara pudiendo causar un incendio o cortocircuito. La sección de los cables que alimentan a receptores de bajo consumo suelen ser de 0,5 mm2. Pero recuerdese que, en el caso de alimentación de grandes consumidores, la sección o grosor del cable puede ser de valores muy superiores, hasta el máximo que suele llevar el motor de arranque, que se establece, por regla general, en unos 16 mm2 de sección.
La ley de Ohm
Postulada por el físico y matemático alemán Georg Simon Ohm, es una ley de la electricidad. Establece que la diferencia de potencial que aparece entre los extremos de un conductor determinado es proporcional a la intensidad de la corriente que circula por el citado conductor. Ohm completó la ley introduciendo la noción de resistencia eléctrica ; que es el factor de proporcionalidad que aparece en la relación entre :
La fórmula anterior se conoce como "fórmula general de la ley de Ohm",12 y en la misma, corresponde a la diferencia de potencial, a la resistencia e a la intensidad de la corriente. Las unidades de esas tres magnitudes en el sistema internacional de unidades son, respectivamente, voltios (V), ohmios (Ω) y amperios (A).
Otras expresiones alternativas, que se obtienen a partir de la ecuación anterior, son:
válida si 'R' no es nulo
válida si 'I' no es nula
En los circuitos de alterna senoidal, a partir del concepto de impedancia, se ha generalizado esta ley, dando lugar a la llamada ley de Ohm para circuitos recorridos por corriente alterna, que indica:3
siendo corresponde al fasor corriente, al fasor tensión y a la impedancia.
Nos sirven sirven para abreviar información los símbolos eléctricos se utilizan para representar los componentes electrónicos en los circuitos. Éstos proporcionan atajos visuales que facilitan el diseño de los circuitos o que permiten leer un esquema.
