El Generador del Automóvil.

Generalidades

El generador es el encargado de producir la electricidad para el consumo del automóvily para reponer las pérdidas de carga en los acumuladores.Hasta los comienzos de los años 1960s se usaba un generador de corriente directaconocido como dinamo, el que producía directamente corriente directa para la carga delas baterías de acumuladores. Con la invención y desarrollo de los diodos rectificadores,empezó a utilizarse un generador de corriente alterna con diodos rectificadoresincorporados 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 esaccionado 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 , comola de la figura anterior, desde hace unos años a esta parte se han comenzado a utilizarmayoritariamente las correas de tipo "serpentina" cuyo nombre surge, debido a queestas 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 puedenser 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 deinducción de voltaje en un conductor en movimiento cuando atraviesa un campomagnético igual que cualquier generador.Un alternador consta de dos partes fundamentales, el inductor, que es el que crea elcampo magnético y el inducido que es el conductor el cual es atravesado por las líneasde fuerza de dicho campo.

Así, en el alternador mostrado en laFigura 1,el inductor está constituido porel rotor, dotado de cuatro piezasmagnéticas cuya polaridad se indica y elinducido o estator con bobinas dealambre arrolladas en las zapataspolares .Las cuatro bobinas a-b, c-d, e-f y g-h,arrolladas sobre piezas de hierro(zapatas polares) se magnetizan bajo laacción de los imanes del inductor. Dadoque el inductor está girando, el campomagnético que actúa sobre las cuatropiezas de hierro cambia de sentidocuando el rotor gira 90º (se cambia depolo N a polo S), y su intensidad pasade un máximo, cuando están las piezasenfrentadas como en la figura, a unmínimo cuando los polos N y S estánequidistantes de las piezas de hierro.Son estas variaciones de sentido y de

Figura 1.- Disposición de elementos en unalternador simple

intensidad del campo magnético las queinducirán en las cuatro bobinas unadiferencia de potencial (voltaje) quecambia de valor y de polaridadsiguiendo el ritmo del campo.La frecuencia de la corriente alterna queaparece entre los terminales A-B seobtiene multiplicando el número devueltas por segundo del inductor por elnúmero de pares de polos del inducido(en nuestro caso 2).El alternador elemental descrito hastaaquí tiene varios problemas para su usoen el automóvil:

El valor del voltaje generado,crece con la velocidad derotación del alternador, por lotanto no es apropiado para el usoen el automóvil cuyo voltajenominal de trabajo tiene unvalor casi fijo ( 6, 12 y 24Volts).

Su voltaje cambiante depolaridad, no sirve parasuministrar carga a las bateríasde acumuladores ni paraalimentar los dispositivoseléctricos del automóvil que sontodos de corriente directa.

Veamos como se resuelven estosproblemas en el alternador real.

Alternador real

La figura que sigue muestra unalternador real seccionado, para mostrarsus partes internas y un alternadordesarmado para mostrar todas suspiezas.

Sección de un alternador real Piezas de un Alternador

En el alternador real, el rotor está formado por dos piezas dentadas que se montan sobrele eje de rotación con ajuste a presión por lo que girarán con él. Estas piezas dentadasabrazan una bobina central que se alimenta con electricidad desde el sistema a través delas escobillas. Las escobillas se deslizan sobre anillos colectores y conducen laelectricidad de excitación a la bobina central formando un potente electroimán. Esteelectroimán convierte los "dedos" de las tapas dentadas del rotor en imanes de polaridadpermutada (uno N y el que le sigue S).Si se regula la corriente que circula por las escobillas a la bobina central se cambiará lapotencia del imantado de la bobina y con ello la de los dedos que funcionan comozapatas polares, generando mayor o menor voltaje de salida.Un dispositivo electrónico, sensa el voltaje de salida y regula esta corriente de maneraautomática manteniendo el valor del voltaje de salida en un valor constante conindependencia de la velocidad de rotación. Este dispositivo regulador se conoce comoregulador de voltaje y en la gran mayoría de los alternadores está incorporado como unapieza dentro del propio alternador.El voltaje regulado inducido en las bobinas de estator, se conduce a un juego de diodosque se encargan de rectificarlo y así obtener un voltaje, que además de constante es depolaridad fija.La corriente de exitación a la bobina del rotor se establece desde la batería deacumuladores del vehículo a través del interruptor de encendido, de forma tal quecuando se acciona este interruptor para poner en marcha el vehículo, se conecta lacorriente de exitación al alternador, y así esté listo a recargar las baterías tan prontocomo 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 deencendido 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, resultaránaveriados 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 laconexión en tal caso.El regulador de voltage del alternador es un elemento a semiconductores sensible, no esrecomendable mantener el motor en funcionamiento con la batería desconectada ya quepuede averiarse.

Causas de fallo

En un alternador solo hay una pieza en movimiento, el rotor, este está montado encojinetes de bolas (uno en cada extremo) y tiene acoplado en el eje de salida la polea dedonde recibirá el movimiento desde el motor a través de la correa.Otra parte vulnerable del alternador son las escobillas de deslizamiento, como funcionandeslizándose sobre los anillos colectores transmitiendo la corriente al rotor, es naturalque 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 porcualquiera, ya que en la inmensa mayoría de los casos se limita a la sustitución de lasescobillas, elemento con un 5-10% del valor de un nuevo alternador. Estas escobillas enmuchos 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 separarlas tapas de la carcasa y sustituirlos. Los cojinetes de bolas tienen en general una largavida.Solo son necesarias una pocas herramientas para hacer la reparación, siendo en algunasocasiones lo mas difícil la extracción de la polea.

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Arranque del Motor del Automóvil (vienede sistema eléctrico)

Generalidades

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

1. Arranque manual2. Arranque por motor de aire comprimido3. Arranque por motor de combustión auxiliar4. Arranque por motor eléctrico

El arranque manual se usa para los pequeños motores donde con un aceptable esfuerzocorporal 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 lapotencia necesaria hace difícil el uso del arranque eléctrico debido a las altísimascorrientes necesarias, y en algunos vehículos especiales adaptados para funcionar a muybajas temperaturas donde las baterías de acumuladores no pueden utilizarse. Tambiénen 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 alfuncionamiento por ellos mismos.El arranque por motor de combustión auxiliar se usa en algunas máquinas de laconstrucción que usan motores Diesel. Estas máquinas pueden prescindir de las bateríasde acumuladores y así ser mas adaptables a condiciones climáticas de fríos severos. Usanun pequeño motor de gasolina que se arranca por el método manual o con motoreléctrico, este a su vez acciona el motor principal a través de un acoplamiento deengranajes desplazables. Estos pequeños motores pueden hacer girar por largo tiempo almotor principal para permitir la lubricación antes de la puesta en marcha.En los automóviles se usa casi universalmente el arranque por motor eléctrico, por loque 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 corrientecontinua que se alimenta desde la batería de acumuladores a través de un relé. Este reléa 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 provenientede la batería a la bobina del relé, y este a su vez cierra dos grandes contactos en suinterior alimentando el motor de arranque directamente desde la baterías a través de ungrueso conductor (representado con color rojo).

El motor eléctricoEl motor de arranque es un motorde corriente directa tipo shuntespecialmente diseñado para teneruna gran fuerza de torque con untamaño reducido, capaz de hacergirar el motor de combustióninterna. Esta capacidad se logra aexpensas de sobrecargareléctricamente las partesconstituyentes ya que el tiempo defuncionamiento es muy breve, portal motivo no debe mantenerse enacción por largo tiempo, so pena determinar averiado porsobrecalentamiento. El consumo deelectricidad durante el arranque eselevado (hasta 1000 Amp paragrandes motores de combustión),de manera tal que también labatería funciona en un régimen

Vista de un arranque típico

muy severo durante este proceso.Debido a estas razones es muyrecomendable, cuando se intentaarrancar un motor "perezoso" usarvarios intentos de corta duración(unos 10 segundos), en lugar de unsolo intento de larga duración.En la vista puede diferenciarse elrelé así como los grandes tornillosde conexión para los cablesprocedentes de la batería.

El mecanismo de accionamientoLa transmisión de la rotación desdeel motor de arranque al motor decombustión se realiza a través deengranajes. Un pequeño engranedeslizante está acoplado al eje delmotor de arranque, este engrane esdesplazado sobre estrías por el reléa través de una horquilla pivotante,de manera que se acopla a unengrane mayor que rodea elvolante del cigüeñal del motorhaciéndolo girar.Este engrane funciona a través deun mecanismo de rueda libre (comoel de las bicicletas) de manera queel torque del motor de arranque setrasmita al engrane del cigüeñal,pero una vez que el motor decombustión se ponga en marcha,no pueda arrastrar al motor dearranque.Sin este mecanismo de rueda libre,debido a la gran velocidad delmotor de combustión y a la elevadarelación de transmisión entre el parengranado, la velocidad de rotacióndel rotor del motor eléctricollegaría a velocidades peligrosaspara su integridad, especialmenteen conductores demorados ensoltar la llave de encendido.

Motor de arranque seccionado

Una vez que el motor de combustión se ha puesto en marcha y el conductor suelta lallave de encendido, se corta la alimentación eléctrica a la bobina del relé y el muelle derecuperación retira el núcleo cortando la alimentación con electricidad y desacoplandoambos engranes.La próxima figura muestra un típico motor de arranque despiezado donde puedenobservarse sus partes constituyentes.

Vista de un motor de arranque desarmado

Causas de falloComo en todo motor eléctrico de corriente continua para la transmisión de laelectricidad 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 derozamiento con el agravante adicional del chisporroteo por alta corriente y cambio dedelgas en el colector, hace que la vida de las escobillas sea relativamente corta, principalcausa de fallo del motor de arranque.También se desgastan los contactos del relé, los casquillos o cojinetes de rozamientodonde gira el rotor y en menor cuantía que las escobillas, el propio colector. Otra causade fallo menos frecuente es el fallo del mecanismo de rueda libre.

El sistema eléctrico (viene de automóviles)

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

Figura 11.- Acumulador 2.-Regulador de voltaje 3.-Generador 4.- Bocina oclaxon 5.-Motor de arranque 6.-Caja de fusibles 7.-Interruptor declaxon 8.-Prestaciones de potencia que funcionan con el interruptor deencendido conectado y con interruptor propio; ejemplo: vidrios deventanas, limpiaparabrisas etc. 9.-Representa los interruptores de lasprestaciones 8 10.-Distribuidor 11.-Bujías 12.-Representa lasprestaciones 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 decarretera delanteros 16.-Interruptor de faros de luz de carretera 17.-Interruptor de faros de luz de frenos 18.-Luces indicadoras de frenado19.-Interruptor-permutador de faros de vía (intermitentes) 20.-Tablerode instrumentos 21.-Interruptor de lámpara de cabina 22.-Lámpara decabina 23.-Luces de vía (intermitentes) 24.-Interruptor de prestacionesespeciales 25.-Luces de carretera traseras 26.-Representa lasprestaciones especiales que solo funcionan con el interruptor deencendido conectado; ejemplo: radio, antenas eléctricas etc. 27.-Sistema de inyección de gasolina 28.-Sensores de instrumentos deltablero.

Observe que enla figura 1 quelos cablesconectoresaparecen condiferentescolores, note losiguiente:Rojo:Conexionesdirectas alacumulador sinprotección confusibles.Marrón:Conexionesalimentadas através defusibles deprotección.Estos fusibles ysus circuitoscorrespondientespueden sermúltiples,aunque en elesquema serepresentancomo uno solo.Cuando lapotenciaeléctrica lorequiere seutilizan relésrelevadores queno han sidorepresentados.Verde: Circuitosalimentadosdesde elinterruptor deencendido. Estoscircuitos solotienen tensióneléctrica cuandoel interruptorestá conectado.Cuando lapotenciaeléctrica lo

requiere seutilizan relésrelevadores queno han sidorepresentados.Azul: Cables dealta tensión delsistema deencendido.

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 sidorepresentados.Amarillo: Circuito de iluminación de carretera y tablero de instrumentos. Estáprotegido con fusibles y alimentado con tensión permanentemente. Tiene su propiointerruptor. En algunos casos la permutación de las luces principales de carretera sehace 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 constituyentesdel sistema, se hace necesario dividir este sistema en diferentes sub-sistemas de acuerdola función que realizan en el automóvil. De esta forma tenemos:

Sitema de generación yalmacenamiento (viene de sistema eléctrico)

Este sub-sistema del sistema eléctrico del automóvil está constituidocomúnmente por cuatro componentes; el generador, el regulador devoltaje, que puede estar como elemento independiente o incluido en elgenerador, la batería de acumuladores y el interruptor de la excitación delgenerador. En la figura 1 puede verse un esquema de este sub-sistema.

El bornenegativo de labatería deacumuladoresestá conectadoa tierra paraque todos loscircuitos delsistema secierren por esavía.Del bornepositivo saleun conductorgrueso que seconecta a lasalida delgenerador, poreste conductorcirculará lacorriente decarga de labateríaproducida porel generador.Esta corrienteen losgeneradoresmodernospuede estar enel orden de100 amperes.De este cableparte uno parael indicador dela carga de labatería en eltablero deinstrumentos,generalmenteun voltímetroen losvehículosactuales. Esteindicadormostrará alconductor elestado detrabajo delsistema.

Figura 1

Desde el bornepositivo de labateríatambién sealimenta, através de unfusible, elinterruptor delencendido.Cuando seconecta esteinterruptor seestablece lacorriente deexcitación delgenerador y sepone enmarcha elmotor, lacorriente deexcitación seráregulada paragarantizar unvalorpreestablecidoy estable en elvoltaje desalida delgenerador.Este valorpreestablecidocorresponde almáximo valordel voltajenominal delacumuladordurante lacarga, demodo quecuando este,estécompletamentecargado, nocircule altacorriente por ély asíprotegerlo desobrecarga.Con esteesquema de

conexiones segarantiza queuna vez puestoen marcha elmotor, ya elgeneradortenga lacorriente deexcitación ycomiencerápidamente agenerarelectricidadpara restituir elestado decarga completadelacumulador, yalimentar elresto de losconsumidores.