2. Electricidad
Índice
Temas
Página
Efectos de la electricidad
3
Diferencia de Potencial / Voltaje
4
Estructura Atómica
5
Movimiento de Electrones
6
Conductores y Electrones Libres
8
Flujo de Iones y Electrones
9
Corriente / Resistencia
10
Generación de Electricidad
11
Carga Eléctrica / Condensador
12
Elemento Galvánico
14
Magnetismo
15
Magnetismo y Electricidad
16
Corriente Alterna / Corriente Directa
18
Electro Magnetismo y Transformadores
19
Fuerza Electromotriz
21
Motor Eléctrico
22
Actuadores
23
Modulación de Pulsos
24
Sensores
25
Señal Digital / Análoga
26
Conexiones en Serie / Paralelo / Combinada
27
Diagrama Eléctrico
28
Medición de Voltaje, Resistencia, Corriente
31
Ley de Ohm / Ley de Kirchhoff
32
Potencia y Trabajo Eléctrico
33
Reparación del Arnés del Cableado
34
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3. Electricidad
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.
electricidad puede producir diferentes efectos.
Junto con la producción de luz la
Pueden ser efectos químicos, térmicos,
generación de campos magnéticos, ejerce influencia sobre los organismos vivos, etc.
Si la
corriente fluye, por ejemplo, a través de un cuerpo humano, esto puede causar daño 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, ¿qué es la electricidad?.
Antes que todo es la diferencia en el potencial
eléctrico entre dos puntos.
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4. Electricidad
Diferencia de Potencial / Voltaje
Si entre dos puntos (polos) existe una diferencia en la carga eléctrica, los electrones se mueven
desde un polo al otro hasta que la carga está nuevamente igualada. La diferencia en la carga
eléctrica (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 eléctrica
mayor flujo de electrones.
Pero, por supuesto los electrones solo pueden fluir si ambos polos con
diferente potencial están conectados mediante un cable. Si no existe una conexión entre los
polos con diferente carga, la diferencia de carga se mantendrá, de manera que los electrones no
podrán fluir de un polo al otro. El voltaje puede compararse con la diferencia de nivel del agua
entre dos depósitos, si estos no están conectados (abiertos), permanecerán con diferencia en el
nivel del agua. Tan pronto como haya una conexión entre ellos, por ejemplo con un conducto
abierto, el agua fluirá de un depósito al otro hasta que los niveles se igualen.
El agua fluye con
más 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.
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5. Electricidad
Estructura Atómica
Cualquier sustancia esta compuesta de átomos: si pudiéramos dividir una sustancia en partículas
cada vez más diminutas, entonces llegaremos a un punto en que no es posible dividirla más sin
cambiar la sustancia en si.
Las partículas más diminutas de una sustancia se llaman moléculas.
Como se muestra en la figura, si nosotros continuamos dividiendo las moléculas aún más,
entonces llegaremos a los átomos.
tipos individuales de átomos.
Hay diferentes átomos disponibles; se conocen más de cien
La materia puede estar compuesta por una combinación de
diferentes átomos, en este caso, como ya hemos mencionado, la partícula mas pequeña se llama
molécula.
Esta puede estar constituida de un solo tipo de átomo, entonces se llama elemento.
Pero hasta el átomo puede dividirse en diferentes partes. Para entender la naturaleza de la
electricidad es necesario entender la estructura de un átomo.
(protones y neutrones) y electrones.
Este esta formado por un núcleo
Los protones están cargados positivamente, mientras que
los electrones están cargados negativamente. Como su nombre lo indica, los neutrones son
neutros en términos de carga eléctrica.
De acuerdo con el modelo del átomo de Bohr, los
protones y neutrones están concentrados en el núcleo y los electrones en orbitas alrededor del
núcleo. Esto puede compararse con el sistema planetario, donde los planetas orbitan alrededor
del sol.
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6. Electricidad
Movimiento de Electrones
La cantidad de protones, neutrones y electrones depende de cada átomo en particular, pero los
principios son los mismos para todos. Veamos un átomo de oxigeno: este esta compuesto por 8
neutrones, 8 protones y 8 electrones.
Por cada protón existe un electrón, mientras que el número
de neutrones puede diferir del número de protones, dependiendo del tipo de átomo.
fuerzas entre protones y electrones.
Existen
Los protones y electrones se atraen unos con otros,
mientras que las partículas con la misma carga eléctrica se repelen.
A pesar del hecho que los
protones y los electrones se atraen unos a otros los electrones no “caen” en el núcleo debido a su
movimiento alrededor de este. Esto nuevamente puede compararse con los planetas: ellos no
“caen” al sol debido a la fuerza centrífuga que los mantiene en sus orbitas.
De manera similar a
los planetas, los electrones no viajan alrededor del núcleo usando la misma orbita, si no que en
orbitas diferentes para cada uno.
Las diferentes orbitas de un átomo se distinguen por letras
desde la K a la Q, donde la K es la orbita más interior y la Q es la mas externa.
energía depende de la orbita.
tiene el mayor valor.
El nivel de
La orbita K tiene un nivel de energía menor, mientras que la Q
Como un átomo tiene la misma cantidad de electrones y protones, este es
neutro con respecto a su carga eléctrica.
Dependiendo del átomo es más o menos difícil remover
o agregar un electrón en él y naturalmente esto se hace más fácil en la orbita más externa.
Un
átomo al que se le ha removido un electrón se carga positivamente y si se agrega un electrón
llega a estar negativamente cargado. Estos átomos se llaman iones negativos o positivos. Es
posible añadir o remover más de un electrón; en este caso podemos decir que esta doble o
múltiplemente, negativamente o positivamente cargado.
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7. Electricidad
Movimiento de Electrones
Junto con los electrones que están fijos al núcleo y sus propias orbitas, hay algunos electrones
existentes que pueden abandonar su orbita y moverse libremente entre los átomos 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 pequeña.
atómica de cada material.
Esto se debe a la estructura
La estructura de un metal por ejemplo, es aquella donde existen una
gran cantidad de electrones libres.
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8. Electricidad
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 aún 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 dirección especifica y el conductor es eléctricamente neutro.
Si se
aplica una fuerza externa los electrones comienzan a moverse en una dirección específica debido
a que se produce una diferencia de potencial.
La sustancia con una pequeña cantidad de
electrones libres pone una alta resistencia al flujo de electrones; estos materiales se llaman no
conductores o también llamados aislantes.
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9. Electricidad
Flujo de Iones y Electrones
Las cargas eléctricas pueden viajar aun a través del vació.
A diferencia del flujo de electrones
dentro de una sustancia sólida, el transporte de electricidad dentro de líquidos o gases no se hace
mediante el movimiento de electrones, si no por el movimiento de iones.
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10. Electricidad
Corriente / Resistencia
Otra analogía con el agua es el hecho que la cantidad de flujo del líquido no solo depende de la
diferencia de nivel, si no también de la medida del conducto de conexión así 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 diámetro. 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 restricción al flujo de electrones se llama resistencia.
La resistencia no sólo
depende de la medida del conductor sino que también del material y la temperatura.
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11. Electricidad
Generación de Electricidad
Ahora que conocemos la naturaleza y la transferencia de la electricidad, veamos como se puede
crear una diferencia eléctrica (diferencia de potencial).
Existen varias formas: mediante el uso de
magnetismo, reacción química, calor, luz, presión o fricción.
Por supuesto que no todos los
métodos pueden usarse con cualquier material o conductor para crear electricidad.
Por ejemplo,
para crear una diferencia de potencial con presión, se necesita un piezo elemento. Para producir
electricidad con una reacción química, se necesita un elemento galvánico.
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12. Electricidad
Carga Eléctrica / Condensador
Como ya hemos aprendido, la corriente puede fluir sólo si los polos negativos y positivos están
unidos por un conector. Como una excepción, la corriente (continua) puede fluir también por un
cierto tiempo si se instala un condensador en el circuito.
En principio un condensador esta
compuesto por dos placas individuales que están aisladas una de la otra por un aislante.
Si no
se suministra voltaje al condensador (condición descargada), las placas están eléctricamente
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
también extrae electrones desde la placa en la que esta conectado.
Por otro lado el polo
negativo también 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 condición 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 diseño de diferentes
condensadores puede diferir uno de otro, pero el principio de operación es el mismo. Un tipo
común es el condensador de papel, donde dos hojas delgadas de estaño están separadas por una
cinta de papel. El papel de estaño y las hojas están enrolladas juntas e instalados dentro de un
contenedor.
Otros tipos son el condensador de tipo electrolítico o el condensador de cerámica,
pero recuerde que la función general es siempre la misma.
Es importante saber que en el caso
de los condensadores electrolíticos debe observarse la polaridad correcta, de otra manera el
condensador podría destruirse.
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13. Electricidad
El condensador permite separar las cargas eléctricas. 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 eléctrica en
sus superficies. La cantidad de carga depende del tamaño de los conductores, el material y la
distancia de separación del material (llamado dieléctrico).
Ya que la separación de cargas hace
posible que fluya la corriente, un condensador es un componente electrónico pasivo que almacena
energía en la forma de un campo electrostático. En su forma mas simple, un condensador esta
compuesto por dos placas conductoras separadas por un material aislante llamado el dieléctrico.
La capacitancia es directamente proporcional al área de la superficie de las placas e inversamente
proporcional a la separación de las placas.
La capacitancia también depende de la constante
dieléctrica del material que separa las placas.
La unidad normal de capacitancia es el faradio: F
Microfaradio: µF (1 µF = 10-6 F)
nanofaradio: nF (1 nF = 10-9 F)
picofaradio: pF (1 pF = 10-12 F)
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14. Electricidad
Elemento Galvánico
La conducción de electricidad se produce entre dos conductores si ellos se unen a través de un
contacto metálico.
La magnitud del potencial depende de la posición 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.
También fluirá la corriente entre dos conductores de diferente material si ellos están sumergidos
en un elemento denominado electrolito. Los electrolitos son sustancias cuya solución o mezcla
conducen
la
corriente
(sales,
descomposición de los electrodos.
ácidos,
bases).
La
conducción
electrolítica
involucra
Esta descomposición se llama electrólisis y los electrodos son
llamados ánodos (polo positivo) y cátodos (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 cátodo y los iones negativos hacia el ánodo.
Los iones son
neutralizados en los electrodos y precipitan la solución.
Si dos metales diferentes están sumergidos en un electrolito, se crea lo que se llama elemento
galvánico. Entre los dos electrodos se crea un voltaje directo.
las celdas galvánicas.
Este principio se usa dentro de
Las celdas galvánicas convierten la energía química 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 batería para el arranque es un
elemento galvánico.
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15. Electricidad
Magnetismo
Otro tema relacionado con la electricidad e importante de entender es el magnetismo o fuerza
magnética.
El magnetismo es una fuerza que actúa a una cierta distancia y es causada por un
campo magnético.
níquel y cobalto.
Esta fuerza atrae fuertemente materiales ferromagnéticos tales como el hierro,
En los imanes, la fuerza magnética atrae fuertemente el polo opuesto de otro
imán y repele el polo similar.
Cada imán esta rodeado por un campo magnético que es más
potente en los extremos del imán. Cada imán 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 imán en la misma dirección varias veces. Con esta acción la fuerza magnética existente
dentro del material es canalizada de manera que el material se vuelve magnético. Los materiales
que mantienen su magnetismo son llamados imanes permanentes. Téngase presente que el
calor puede destruir un imán permanente, de manera que este pierde su fuerza magnética.
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16. Electricidad
Magnetismo y Electricidad
Ley de inducción: los cambios en el flujo magnético inducirán un voltaje en un conductor
(generalmente una bobina), si esta es expuesta al flujo magnético. Esto también es valido para el
campo electromagnético si cambia el suministro de voltaje.
Si se mueve un conductor dentro de
un campo magnético de manera que corte las líneas de flujo magnético, se induce un voltaje en
este. El voltaje inducido existe sólo mientras se cortan las líneas de flujo magnéticas. Si la
dirección de movimiento dentro del flujo magnético cambia, la dirección de la corriente también
cambia.
Debido al cambio en la dirección de la corriente, la corriente creada por este se llama
corriente alterna.
Lo mismo es valido si el campo magnético no proviene de un imán permanente,
sino que es creado por un electro imán. En lugar de mover el electro imán hacia delante y atrás,
también es posible conmutarlo entre OFF y ON, cambiando el flujo magnético, y creando de esa
manera un voltaje.
Básicamente cualquier conductor por el cual fluye corriente y que este
rodeado por un campo magnético es un electro imán. Este campo puede aumentar si un cable
es adoptado como una bobina, lo que aumenta aún más si se pone un núcleo de hierro a esta
bobina.
La ubicación del polo norte y del polo sur depende de la dirección de la corriente. De
manera similar a un imán ordinario, el campo magnético es más fuerte en los extremos del núcleo
de hierro de la bobina.
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17. Electricidad
Nota: cuando se activa el flujo de corriente a través de una bobina, este flujo de corriente es
retardado por lo que se conoce como auto inducción.
La corriente que fluye crea un campo
magnético en la bobina. El campo magnético entonces induce un voltaje en la bobina que tiene
dirección opuesta al suministro de corriente, la que entonces es retardada.
Un efecto similar
ocurre si el suministro de energía se interrumpe. El cambio en el campo magnético causado por
esto induce un voltaje en la bobina opuesta a la previamente excitada.
El valor del voltaje
depende de la velocidad de desactivación y es normalmente mucho más alto que el voltaje
originalmente suministrado.
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Este voltaje se conoce como voltaje de estabilización.
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18. Electricidad
Corriente Alterna / Corriente Continua
Existen básicamente dos tipos diferentes de corriente: la corriente directa DC, que es constante en
la dirección de su flujo, y la corriente alterna AC que cambia de dirección frecuentemente.
En un
vehículo la aplicación de corriente alterna esta bastante limitada, básicamente esta se produce en
el alternador por el uso de la inducción, 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.
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19. Electricidad
Electro Magnetismo y Transformadores
El movimiento de cargas eléctricas genera un campo magnético.
Por lo tanto: los conductores
por los que fluye la corriente están rodeados por un campo magnético.
Dos conductores
paralelos a través de los cuales fluye corriente en la misma dirección se atraen el uno al otro, si la
corriente fluye en la dirección opuesta, ellos se repelen.
Básicamente, cualquier conductor a
través del cual esta fluyendo corriente esta rodeado por un campo magnético.
Este campo
puede aumentar si el cable es adaptado como una bobina y aumenta más si se pone un núcleo de
hierro a esa bobina.
Este diseño se llama electro imán. La ubicación del polo norte y polo sur
en un electro imán depende de la dirección de la corriente.
De manera similar a un imán
ordinario, la fuerza del campo magnético es mayor en los extremos del núcleo de hierro de la
bobina.
Como hemos aprendido: al mover un imán o un campo magnético dentro de una bobina
se produce electricidad. Este efecto también actúa en forma inversa: si hay corriente circulando
por una bobina, se crea un campo magnético. Mediante la combinación de estos dos principios
se puede construir un transformador.
Un transformador es un dispositivo que transfiere energía
de un circuito a otro usando la inducción electromagnética.
El transformador normalmente
convierte la energía eléctrica desde un cierto valor de voltaje a otro voltaje diferente mediante un
embobinado con diferente número de vueltas.
Un transformador simple consiste en dos
conductores eléctricos llamados embobinado primario y secundario.
Si se aplica un voltaje al
embobinado primario, la corriente fluirá en él, produciendo un flujo magnético.
Este flujo
magnético alcanza la bobina secundaria donde se induce voltaje. Mediante un acoplamiento
perfecto de flujo, este flujo en el embobinado secundario será igual al del embobinado primario,
por lo que en un transformador ideal, la relación entre el voltaje primario y secundario es igual a la
relación del número de vueltas de sus embobinados, o alternativamente, el voltaje por vuelta es el
mismo que en ambos embobinados.
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20. Electricidad
Sin considerar las pérdidas, para un nivel dado de transferencia de potencia a través de un
transformador, la corriente en el circuito secundario es inversamente proporcional a la relación
entre el voltaje secundario y el voltaje primario.
Por ejemplo, supongamos que se aplican 50 watts de energía a la carga resistiva desde un
transformador con una relación 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 razón en un transformador, el embobinado de alto voltaje tiene más vueltas con menor
sección que el embobinado de bajo voltaje.
Como una fuente DC no puede producir una
variación de tiempo-flujo en el núcleo, no se genera una fuerza electromotriz inversa y así el flujo
de corriente en el transformador es ilimitado.
En la práctica, la resistencia en serie del
embobinado limita la cantidad de corriente que puede fluir, hasta que el transformador alcanza el
equilibrio térmico o se destruye.
Un uso práctico del transformador de voltaje en diferentes niveles es, por ejemplo, producir alta
tensión dentro de una bobina de encendido.
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21. Electricidad
Fuerza Electromotriz
En un campo magnético se ejerce una fuerza en un conductor que transporta corriente.
La
dirección de esta fuerza se puede determinar por la regla de la mano derecha: cuando el pulgar
apunta en la dirección del flujo de corriente y el dedo índice en la dirección del campo magnético,
el dedo medio indica la dirección de la fuerza. Esto significa que un conductor en un campo
magnético se moverá en una dirección, la que depende de la polaridad del campo magnético y la
dirección de la corriente que fluye por el conductor.
El cable en el ejemplo se moverá hacia
delante y atrás, debido al hecho de que la corriente suministrada es corriente alterna.
Si el
campo magnético y los conductores (incluida la dirección de la corriente) están dispuestos de
forma específica, se obtendrá un movimiento de giro constante.
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22. Electricidad
Motor Eléctrico
Como se menciono: un uso práctico de la relación entre el magnetismo y la electricidad es el
motor eléctrico. Como se ha estudiado, si un conductor a través del cual fluye corriente, es
ubicado en un campo magnético, el conductor se moverá tendiendo a dejar el campo magnético.
La dirección del movimiento depende de la dirección del flujo de corriente a través del conductor.
Si el perfil del conductor tiene la forma de U (o circulo) el conductor empezará a girar, debido que
la dirección del flujo en la parte superior y la parte inferior es opuesta.
Si se ponen varios
embobinados en un campo magnético el efecto será el mismo, pero la fuerza del giro aumentará.
Este es el principio de un motor eléctrico.
Un motor eléctrico se usa para mover o accionar algún
elemento, por lo que se clasifica como un actuador.
En el automóvil se utilizan muchos
actuadores de diferentes tipos.
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23. Electricidad
Actuadores
La diapositiva muestra la variedad de actuadores y el principio eléctrico usado para su
funcionamiento.
Si usted entiende el principio de operación de los ejemplos, estará capacitado
para entender el funcionamiento de cualquier actuador y obtener más 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 señales de salida en diferentes niveles físicos o
para amplificar la señal de salida al nivel requerido.
Aquí también se usa una gama completa de
efectos, tales como, magnetismo: motores; generación 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
propósito de encender el combustible generando una chispa en la bujía.
La siguiente imagen
muestra un relé, este es un dispositivo que es activado o desactivado por una pequeña corriente y
puede controlar un flujo de alto voltaje a través de sus contactos.
Cuando el interruptor se cierra,
la corriente que fluye a través de la bobina produce un campo magnético, que atrae los contactos,
de manera que el circuito a través de ellos se cierra. Si se abre el interruptor el campo magnético
desaparece y los contactos se separan, por lo que el circuito que lo atraviesa se abre.
El
siguiente dispositivo es una resistencia variable, su función es la siguiente: la resistencia variable
esta ubicada en la línea de suministro de un dispositivo, por ejemplo, la ampolleta que se muestra
en el circuito del relé de la izquierda.
Si la aguja se mueve hacia la posición izquierda la
resistencia es baja, de manera que puede fluir un alto voltaje: la ampolleta brilla más.
Si este se
mueve hacia la derecha la resistencia es alta, la corriente baja y el brillo de la ampolleta se reduce.
Esto también se puede usar para controlar otros dispositivos, por ejemplo para controlar el motor
eléctrico que se muestra abajo a la izquierda. Al lado derecho se puede ver un motor paso a
paso, que actúa como actuador, este se puede controlar en pasos específicos, por ejemplo para
mover un vástago en una cantidad específica. Cada vez que las otras bobinas son energizadas
por el voltaje, el motor se mueve adelante o atrás una posición, dependiendo de la polaridad de la
energía suministrada.
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24. Electricidad
Modulación de Pulso
Otra posibilidad de regular el voltaje en lugar de usar un receptor es aplicar la modulación de
amplitud de pulso.
En la modulación 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 energía,
el motor comenzara a acelerar; los motores no responden inmediatamente si no que toman un
corto tiempo para alcanzar la velocidad máxima.
Si se corta la energía algún tiempo antes de
que el motor alcance su velocidad máxima, entonces el motor comenzará a detenerse. Si se
conmuta la energía de ON a OFF en forma suficientemente rápida, entonces el motor funcionará a
con velocidad entre 0 y velocidad máxima.
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 aquí viene la Modulación de Amplitud de Pulsos.
Si por ejemplo, la energía suministrada es de 9V y el ciclo de relación de trabajo es 10%, resulta
una señal análoga de 0.9V.
En el siguiente ejemplo una batería de 9V energiza una ampolleta
incandescente. Si se cierra el interruptor que conecta la batería y la ampolleta por 50ms, la
ampolleta recibirá 9V durante ese intervalo.
ampolleta recibirá 0V.
Si se abre el interruptor por los siguientes 50ms, la
Si se repite este ciclo 10 veces por segundo, la ampolleta estará
encendida como si estuviera conectada a una batería de 4.5V (50% de 9V).
Se dice que el ciclo
de relación del trabajo es 50% y que la frecuencia modulada es 10Hz.
Nótese que el tiempo completo del pulso es constante y solo la relación entre ON y OFF cambia.
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25. Electricidad
Sensores
Para conseguir información acerca de la condición de funcionamiento del motor se utilizan
sensores.
Las señales eléctricas no se usan sólo para los actuadores, si no también para los
sensores.
Los sensores usan los efectos de la electricidad para convertir la condición de
funcionamiento del motor y los sistemas relacionados en señales eléctricas.
De manera similar
se usan las diferentes propiedades eléctricas 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 inducción puede usarse para detectar la
velocidad del motor con el sensor de ángulo del cigüeñal.
para detectar temperaturas, etc.
El cambio en la resistencia se usa
La figura inferior izquierda muestra lo que se llama un relé de
láminas, si la corriente fluye a través del cable se crea un campo magnético.
Este campo
magnético hace que los contactos se atraigan unos a otros, de forma que se cierra el circuito. Si
la corriente se detiene, el campo magnético desaparece y los contactos se abren nuevamente por
la fuerza de los resortes.
Este relé de láminas puede también ser conmutado ON y OFF por un
imán permanente ubicado cerca de los contactos. Este tipo de ejemplo se usa para revisar
niveles de líquidos.
En la esquina inferior derecha un resistor variable se utiliza para detectar la
posición de un elemento que gira, como por ejemplo la válvula de estrangulación.
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26. Electricidad
Señal Digital / Análoga
Las señales desde los sensores así como las señales que conducen a los actuadores pueden ser
análogas o digitales. Demos una mirada a la diferencia entre estos dos tipos.
decir continuo, sin pasos.
Análogo quiere
Una señal análoga es una señal continua y tiene una infinita cantidad
de valores individuales, de modo que para cada punto en el tiempo existe un valor específico. La
señal del sensor de rueda en la figura es una señal análoga.
Existen dos desventajas para las
señales análogas: la unidad de control no puede usar señales análogas directamente, de manera
que estas deben ser convertidas en señales digitales por un conversor análogo digital.
Pero la
desventaja más severa es el hecho de que la señal análoga puede variar, por ejemplo, debido a
ruido eléctrico o interrupción del cable, por lo que puede fácilmente ser mal interpretada.
La
razón de esto es que la unidad de control no puede reconocer si el cambio en el valor de la señal
es intencional o no.
Diferente a esto es la señal digital, donde los valores existen solo por
momentos específicos. Frecuentemente la señal digital tiene solo dos valores diferentes, por
ejemplo, ON u OFF, 12V o 0V. Por lo tanto una señal digital puede ser restaurada fácilmente,
aunque halla sido influenciada por un ruido, etc. Esto es posible porque la unidad de control no
establece ninguna señal bajo cierto voltaje, como por ejemplo 0V, o superior a 12V.
Y por
supuesto una señal digital puede ser usada directamente por la ECU, de manera que no es
necesario un conversor análogo digital.
Debido a esto actualmente la tecnología digital se usa
donde sea posible.
La curva inferior muestra la señal del sensor de velocidad de la rueda la que es cambiada a señal
digital por un conversor análogo digital.
Como una desventaja puede establecerse que cuando
ocurre un problema entre dos pasos digitales, no puede ser reconocido completamente.
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27. Electricidad
Conexión en Serie / Paralelo / Combinada
Como ya es sabido en el vehículo hay instalados varios dispositivos eléctricos tales como
diferentes sensores y actuadores.
hacerse en serie o en paralelo.
La conexión entre las diferentes partes de un circuito puede
Por supuesto es posible una combinación de esos dos métodos.
Conexión en serie quiere decir que todas las partes están 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 desconexión de un elemento llevará a la detención
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 vehículo.
Muy comúnmente
la totalidad de los circuitos son circuitos combinados, pero para revisar el circuito este puede verse
en secciones separadas para un seguimiento de fallas más fácil.
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28. Electricidad
Diagrama Eléctrico
Como es imposible ver el total del sistema eléctrico, cuando esta instalado en el automóvil, es
necesario hacer un plano de ese diagrama eléctrico con el propósito de entender la relación de las
partes individualmente, su conexión y operación.
Este plano transforma la situación en un
formato que se puede entender y ver los sistemas eléctricos de un vehículo.
diagrama eléctrico.
Este plano se llama
Como se usan símbolos para representar los componentes reales
individualmente, es necesario saber interpretar un diagrama eléctrico. Sin este conocimiento no
es posible hacer un correcto seguimiento de fallas.
Demos una mira a los símbolos usados en el
diagrama.
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29. Electricidad
Esta es una copia del Manual de Servicio para informarse acerca de la forma de cómo usar el
diagrama eléctrico.
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30. Electricidad
Esta es una copia del Manual de Servicio para informarse acerca de la forma de cómo usar el
diagrama eléctrico, especialmente acerca de la numeración de terminales de los diferentes tipos
de conectores.
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31. Electricidad
Medición de Voltaje, Resistencia, Corriente
Con el propósito de revisar la medición de los dispositivos y circuitos de la manera apropiada se
necesita un instrumento de medición.
El voltaje se mide con un voltímetro, la resistencia se mide
con un ohmiómetro y la corriente se mide con un amperímetro.
Actualmente estas tres funciones
están normalmente incluidas en un solo instrumento llamado multímetro (multitester).
multímetro existe en versión análoga o digital.
El
Los instrumentos análogos ya no son
recomendados en la actualidad debido a su baja resistencia interna. El uso actual de estos
instrumentos se describe en la sección de herramientas y equipos.
resistencia se miden en conexión paralela.
desconectarse la fuente de voltaje.
Generalmente el voltaje y la
Nótese que para medir resistencia debe
La corriente se puede medir en conexión en serie o con una
pinza especial puesta alrededor del cable energizado (amperímetro del tipo abrazadera).
Además 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 caída de voltaje.
La cantidad de caída de voltaje depende de la proporción que tiene
cada resistencia individual.
Si hay disponible sólo una resistencia, la caída total de voltaje se
produce a través de esta.
Para entender de mejor forma esto, demos una mirada a la Ley de
Ohm.
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32. Electricidad
Ley de Ohm / Ley de Kirchhoff
La relación 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 también puede expresarse como una ecuación: por
ejemplo
E= I x R donde E es el voltaje, I es la corriente y R es la resistencia.
Para facilitar la memorización se puede usar el triangulo que se muestra en la imagen, esta es una
buena herramienta para el cálculo 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 cálculo 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 conexión o simplemente para
conseguir una buena base para determinar si un circuito o dispositivo esta en orden o no.
Las leyes de Kirchhoff también es una buena ayuda para entender los circuitos eléctricos.
La
primera ley establece lo siguiente: la corriente que fluye a cada unión en un circuito es igual a la
corriente que fluye desde ese punto.
La segunda ley establece que: la suma algebraica de la
caída del voltaje en cualquier senda del circuito es igual a la suma algebraica de la fuerza
electromotriz en esa senda.
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33. Electricidad
Energía y Trabajo Eléctrico
La potencia de un dispositivo esta determinada por la corriente consumida por éste y el voltaje con
que es suministrado.
matriz.
Por lo que la Potencia es Corriente x Voltaje, como puede leerse en la
Es fácil de entender que un calentador por el cual pasan 10A produce mas calor que uno
por el cual sólo pasan 5A.
La matriz de cálculo es muy útil para los cálculos relacionados con la electricidad y los circuitos
eléctricos. Cada cuarto del círculo esta relacionada con una de las mayores características de un
circuito eléctrico.
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.
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34. 4.5 1M
25.6M
10 2M
1 20K
125K
Increme
LIN2Fits
CAN-B
CAN-C
LIN
ntal at Electricidad
in cost
event low
masterper node
the
triggered Reparación
slave
end of
de Arnés de Cables
Si el problema es directamente con un dispositivo, la contramedida es simplemente reemplazarlo.
En el caso de problemas en un arnés de cables roto, generalmente es posible y recomendable la
reparación de éste.
Nótese que esto no esta permitido para todos los sistemas, por ejemplo esta
prohibido para el arnés de cables de sistemas SRS, por lo tanto es necesario referirse al Manual
de Servicio antes de ejecutar una reparación. Es importante usar las herramientas apropiadas,
partes (por ejemplo conectores a prueba de agua) y métodos de reparación.
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