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Fundamentos Eléctricos
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2 Fundamentos Eléctricos
Guía de aprendizaje
Lograr el entendimiento de la electricidad y obtener experiencia relevante es un elemento importante
en el servicio de un vehículo. De hecho, este será cada vez más importante en el futuro.
Para desarrollar destrezas, es necesario comprender con claridad y “aprender con solidez el
conocimiento básico” en este capítulo.
¿Qué se aprenderá en este capítulo?:
[1] ¿Qué es la electricidad?
[2] Composición de un circuito eléctrico
[3] Medición de un circuito eléctrico
Comprobar cuanto conocimiento se ha adquirido a través de los ejercicios adjuntos y proceder con el
siguiente capítulo después de la prueba.
(Los semiconductores, diodos y transistores serán considerados en el Step 2).
Contenidos
1. Fundamentos electricos
(1) Dispositivos electricos del vehículo..........................2
(2) ¿Qué es la electricidad?.............................................3
(3) Corriente, resistencia, voltaje, fuerza electromotriz,
energia electrica..........................................................5
(4) Las tres funciones de la correinte.............................6
(5)¿Qué es el magnetivos?..............................................7
(6) Fuerza electromagnética ..........................................8
(7) Induccion electromagnética.......................................9
(8) Corriente y resistencia..............................................12
(9) Ejercicios.....................................................................14
2. ¿Qué es un circuito eléctrico?
(1) Símbolos claves utilizados para los circuitos........16
(2) Composición y conexión de un circuito electrico.17
(3) Ejercicios.....................................................................19
3. Componentes del circuito eléctrico de un vehículo
(1) Clasificación de los cables.......................................21
(2) Clasificación de las fuentes de energía.................23
(3) Dispositivos de protección de un circuito eléctrico24
(4) Dispositivos de conexión y desconexion de un
circuito eléctrico.........................................................26
4. Como interpretar un diagrama eléctrico
(1) Identificación de los conectores .............................27
(2) Símbolos y números de los conectores ................28
(3) Identificación de los interruptores y relés..............28
(4) Símbolos de conductor a tierra...............................28
(5) Conector blindado.....................................................29
(6) Par torcido..................................................................29
(7) SMJ (conexión super múltiple)................................29
(8) Ejercicios ....................................................................30
5. Seguimiento básico de fallas de un circuito
eléctrico
(1) Procedimiento de seguimiento de fallas ...............31
(2) Métodos de revisión..................................................32
(3) Ejercicios ....................................................................34
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Fundamentos Eléctricos
< ¿Por qué es importante adquirir conocimiento eléctrico? >
? Casi todos los dispositivos de control incluyendo la operación de conducción son controlados eléctricamente.
? Para revisar los dispositivos eléctricos , no solamente se debe dominar algunas técnicas de medición sino que también
comprender que es la electricidad.
1. Fundamentos eléctricos
(1) Dispositivos eléctricos de un vehículo
El “generador” (alternador) accionado por el motor produce un “corriente alterna”, la que es convertida en “corriente
continua” y almacenada en la batería. Desde aquí es donde proviene la energía de un vehículo. La batería suministra
energía a todos los dispositivos eléctricos .
De hecho, suministrar energía es conectar la batería con las partes eléctricas a través de cables y hacer que la corriente fluya a
través del circuito.
La carrocería es el electrodo negativo (+), conectado al Terminal negativo de la batería (-). La corriente fluye desde el Terminal
positivo (+) de la batería y acciona las partes eléctricas conmutando a ON y OFF las unidades de control (interruptores, relés,
unidades de control, etc); los elementos eléctricos están conectados al electrodo negativo (-) de la carrocería. Así, se produce
el siguiente “circuito cerrado”:
Terminal positivo de la batería (+) ? unidad de control ? dispositivo eléctrico ? electrodo negativo de la carrocería ( -) ?
Terminal negativo de la batería (-).
La electricidad acciona el motor y produce que los indicadores iluminen o calienten. Esta se utiliza como “fuente de energía”
en algunos casos , mientras que en otros casos como “señal”.
¿Cómo debe revisarse, “Cuando un circuito como este falla?,. Para responder esta pregunta, es necesario entender
las propiedades y características de la electricidad”.
Tierra de la carrocería
Unidad de
control
Tierra de la
carrocería
Tierra de la
carrocería
Alternador
Batería
Nota: Este es solamente un diagrama esquemático.
El cableado real es diferente.
Unidad de
control
Fundamentos Eléctricos
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(2) ¿Qué es la electricidad?
Existen demasiados electrones (-) en el electrodo negativo de la batería (-), mientras que faltan electrones en el electrodo
positivo (+); cuando se utiliza un conductor para conectar el electrodo negativo (-) con el electrodo positivo (+), el exceso de
electrones se moverá desde el electrodo negativo (-) al electrodo positivo (+). Tal movimiento de electrones es llamado
corriente y la fuerza que conduce la corriente se llama voltaje.
Molécula y átomo
Todas las sustancias que nos rodean están compuestas por uno o más de 92 elementos (hidrógeno, carbono, etc). Cuando
una sustancia se subdivide hasta su unidad mínima al punto que ya no pueda dividirse más , esa unidad es una “molécula”.
Una molécula es un agregado del “átomo”.
Los elementos varían en sus propiedades. Esto es debido a su estructura atómica.
Estructura atómica
El centro de un átomo es el “núcleo atómico”, que tiene cargas positivas (+). El núcleo atómico esta rodeado por “electrones”,
que tiene una carga negativa (-).
Por ejemplo, un átomo de hidrogeno posee un electrón y un átomo de uranio tiene 92 electrones. El número de electrones
varía de elemento en elemento.
Orbita
Orbita K
Orbita L
Electrón: gira
alrededor del núcleo
atómico, con una
carga negativa T
Molécula
Orbita L
Átomo
Átomo
Átomo
Átomo
Átomo
Átomo
Átomo
Átomo
Orbita K
Átomo
Protón
La figura de la derecha ilustra la estructura de
un átomo de carbono. El núcleo contiene 6
protones, que esta rodeado por 6 electrones.
Como el número de carga negativa y positiva
es igual, todo el átomo es eléctricamente
neutro.
2 de los 6 electrones giran en la orbita más
próxima al núcleo atómico, mientras que los
otros 4 lo hacen en la orbita adyacente exterior.
El número de electrones contenido en cada
orbita es el siguiente:
Núcleo atómico
Átomo
Electrón
El tamaño de un
átomo es alrededor
de 1/100
millonésima de cm
Estructura del átomo de carbono
El tamaño de un
electrón es
aproximadamente
1/10.000 de átomo
Núcleo atómico:
esta compuesto por
protones y
neutrones, con
cargas positivas
Orbita M
# máx. de electrones
Propiedades de los electrones
Los electrones tienen una carga negativa (-) y son atraídos por las cargas
positivas (+) del núcleo atóm ico central para ser distribuidos en la orbita
interior.
Para un átomo de carbono, los cuatro electrones que no pueden contenerse
en la orbita 1 están distribuidos en la orbita 2 (orbita L), la que puede contener
un máximo de 8 electrones, de modo que existe una falta de 4 electrones.
Tales electrones que están ausentes en la orbita exterior alejados del núcleo
atómico son llamados “electrones de valencia”. Un átomo de carbono tiene
4 electrones de valencia.
La fuerza de unión entre los electrones de valencia y el núcleo atómico es muy
débil. Los electrones de valencia no se unen a ciertos átomos , pero se
mueven entre los átomos en la sustancia.
Electrón de valencia
Núcleo atómico
Por el contrario, cualquier sustancia en la que la orbita exterior alejada del
núcleo atómico es esta llena de electrones (con 0 electrón de valencia) es muy
estable. Aún bajo cierto grado de estimulación los electrones no se
separaran.
Electrón de
valencia
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Fundamentos Eléctricos
Conductor, aislador, electrón libre
Los electrones de valencia tienden a separarse de los electrones.
Cualquier sustancia compuesta por átomos con tales electrones de
valencia es conocida como “conductor”, y cualquier electrón que se
mueve entre los átomos de un conductor es conocido como “electrón
libre”.
Los conductores incluyen metales, carbón, electrolítos, etc.
Por otro lado, para cualquier sustancia sin electrones de valencia los
electrones no se separaran bajo una estimulación leve. Tal sustancia
es conocida como “no conductor (aislador)”.
Los no conductores incluyen fibras, cerámica, vidrio, goma, telas y se
utilizan como aisladores.
Las sustancias cuyas propiedades están entre “conductor” e
“aislador” son conocidas como “semiconductores”, las que en
ocasiones se comportan como conductores y en ocasiones como no
conductores dependiendo de las condiciones ambientales.
La
información detallada se considerará en el Step 2.
Flujo de la electricidad (corriente)
Cuando no se aplica voltaje a un conductor, como se muestra en la
figura (a), los electrones libres se mueven de forma desordenada.
Sin embargo, una vez aplicado el voltaje, los electrones libres serán
acelerados en la dirección del electrodo positivo (+), desacelerados en
dirección del electrodo negativo (-) y se moverán generalmente hacia
el electrodo positivo (+), como se m uestra en la figura (b).
Existe un exceso de electrones negativos en el electrodo negativo de
la batería (-) y faltan electrones en el electrodo positivo (+); cuando se
utiliza un conductor para conectar el electrodo negativo (-) con el
electrodo positivo (+), el exceso de electrones se moverá desde el
electrodo negativo (-) al electrodo positivo (+). Tal movimiento de
electrones es llamado “corriente”.
Generalmente se especifica que el electrodo positivo (+) tiene un
potencial más alto y el electrodo negativo (-) tiene potencial menor y la
corriente fluye desde el electrodo positivo (+) al electrodo negativo (-).
Por lo tanto, los electrones fluyen en dirección opuesta a la corriente.
Mientras los electrones libres se mueven desde el electrodo negativo
(-) al electrodo positivo (+) en el conductor, colisionan con otros
electrones en ocasiones se mueven en ocasiones se detienen y a
veces se mueven en la dirección diferente, como se muestra a la
derecha. La energía producida por la colisión de los electrones libres
genera vibración del átomo.
Cuando los átomos vibran, se produce calor, calentando al conductor;
mientras con más fuerza viajan los electrones libre, a través del
conductor, mayor será la temperatura y la perdida de energía
(resistencia) de los electrones libres.
Separación de
electrones
Átomo
<Referencia> Corriente en un liquido
En un electrolito (electrolito de la batería, etc), los electrones libres en
ocasiones están separados de los átomos que componen el electrolito
y en ocasiones se combinan con ellos.
Después que los electrones libres negativos se separan, generalmente
los átomos positivos (+) o moléculas son conocidos como “iones
positivos”. Cuando se combinan con electrones libres negativos,
generalmente los átomos negativos (-) o moléculas son conocidos
como “iones negativos”; con estos iones negativos y positivos
moviéndose hacia el electrodo positivo (+) y el electrodo negativo (-),
los electrones se moverán y se producirá una reacción química.
Fundamentos Eléctricos
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(3) Corriente, resistencia, Voltaje, fuerza
electromotriz, energía eléctrica
Cuando se aplica un voltaje a un conductor, se producirá una
corriente.
Sin embargo, la corriente varia con el material del
conductor, espesor, largo y voltaje (diferencia de potencial).
Fuerza electromotriz, la
batería y el generador
levantan agua con una
bomba y mantiene la
diferencia de voltaje
(diferencia de potencial)
Material conductor: Mientras más electrones libres contiene el
conductor, más fácil será el flujo de corriente.
Espesor del conductor: Mientras mayor sea el área de sección, más
fácil fluirá la corriente.
Voltaje: Mientras más alto el voltaje, más fácil fluirá la corriente.
Once a
voltage
(potential
difference)
is present,
there will be
a corrient e
La propiedad de impedir el paso de corriente es llamada
“resistencia”.
La figura de la derecha utiliza el agua como ejemplo para explicar la
relación entre “corriente”, “Voltaje” y “resistencia”.
Ley Ohm:
La relación entre la corriente, voltaje y resistencia se expresa en una
formula aritmética, conocida como ley de Ohm.
Corriente
La corriente varia con el voltaje y la
resistencia del circuito.
Resistencia - capacidad
de impedir el paso de la
corriente
? La corriente es directamente proporcional al voltaje.
? La corriente es inversamente proporcional a la resistencia.
I (corriente) =
E (Voltaje)
R (Resistencia)
Una vez
que no hay
voltaje
(diferencia
potencial)
no habrá
corriente
Unidad de corriente:
Ampere (A): La corriente producida cuando se aplica voltaje de 1V a una resistencia de 1O, es 1A.
Unidad de voltaje:
Volt (V): El voltaje aplicado para producir una corriente de 1A en una resistencia de 1O es 1V.
Unidad de resistencia:
Ohm (O): Cuando la corriente producida es 1A bajo una diferencia de potencial de 1V, la resistencia es de 1O.
Basado en estas definiciones: La corriente esta en ampere. Cuando 6.25×1018 electrones pasan en un segundo, la corriente es
1A.
Fuerza electromotriz
Unidad: volt (V)
Cuando pasa una corriente, los electrones fluyen desde el electrodo (-) al electrodo positivo (+). Sin embargo, una vez que los
electrones están distribuidos uniformemente, estos ya no fluirán (la diferencia de potencial desaparece) y ya no habrá más
corriente. Con el fin de que siempre exista corriente, debe asegurarse de mantener constante la diferencia de potencial. La
“fuerza electromotriz” realiza esta función. Un generador o batería se utilizan para mantener una diferencia de potencial
constante.
Potencia eléctrica
Unidad: watt (W) (eficiencia de trabajo eléctrico)
La cantidad de trabajo realizada por la electricidad en la unidad de tiempo es conocida como “potencia eléctrica”, expresada
en watt (W) (dirigirse a “unidades SI” en “Conocimiento básico”).
Cuando se aplica voltaje de 1V en un segundo y se produce una corriente de 1A, la potencia eléctrica generada es 1W.
Potencia eléctrica (W) = Voltaje (V) corriente (A)
Trabajo eléctrico
Unidad: watt-segundo (Ws)
Cuando la electricidad aplica trabajo continuamente en cierto periodo de tiempo, la cantidad total de trabajo producido es
conocida como “trabajo eléctrico”, expresado en watt segundo (Ws) o Joule (J) (el consumo de potencia de una casa
ordinaria se expresa en kWh).
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Fundamentos Eléctricos
(4) Tres funciones de la corriente
La corriente que fluye en un conductor tiene tres funciones: “acción de calentamiento”, “acción química” y “acción
magnética”.
Acción de calentamiento
El flujo de corriente en un conductor es en realidad un flujo de electrones.
Cuando los electrones libres se mueven desde el electrodo negativo (-) hacia
el electrodo positivo (+) en el conductor, estos colisionan con otros
electrones, a veces se detienen y en ocasiones se mueven en una dirección
diferente. La energía producida por la colisión de los electrones libres
producirá vibración en el átomo.
El calor producido por la vibración atómica calentara el conductor.
Mientras mayor es la resistencia (mayor dificultado de flujo de electrones
libres), más alta será la corriente (más electrones libres fluirán), más
temperatura se producirá en cierto espacio de tiempo y mayor será la
temperatura del conductor.
El elemento afectado puede ser calentado desde rojo encendido hasta el
estado de incandescencia para mayor iluminación al aumentar la corriente.
(Ejemplo: ampolleta, encendedor de cigarros, desempañador, fusible).
Acción química
El electrolito se encuentra entre la barra central de carbón y el contenedor
exterior (plomo) de una “batería seca”. Debido a la reacción del electrolito
muchos electrones se concentraran en el contenedor exterior, convirtiéndolo
en el electrodo negativo (-) y la barra de carbón se convertirá en el electrodo
positivo (+) al liberar electrones.
Al conectar el electrodo positivo (+) al electrodo negativo (-) con un
conductor, la corriente fluye a través de este, los electrones negativos (-)
concentrados en el contenedor exterior fluirán hacia la barra de carbón, de
modo que la diferencia de potencial desaparece. Por la acción química de
la corriente, el contenedor exterior (plomo) removerá el mismo número de
electrones como los perdidos desde el electrodo positivo (+) y los electrones
perdidos del electrodo negativo (-) pueden ser repuestos , de modo que se
mantiene cierta fuerza electromotriz para mantener el flujo de corriente.
Batería (acumulador)
Plomo esponjoso (-) y dióxido de plomo (+) están incluidos en un electrolito
común de batería (acido sulfúrico diluido) y están separados por una placa de
división.
La solución de acido sulfúrico diluido esta descompuesta en iones negativos
con más electrones negativos (SO42) y iones positivos (2H) con menos
electrones. Descarga de la batería (conectando ambos electrodos con un
conductor), el electrodo negativo (plomo) reaccionara en sulfato de plomo y la
concentración de electrones fluirá hacia el electrodo positivo; el electrodo
positivo recibirá electrones negativos, el dióxido de plomo reaccionará en
agua y sulfato de plomo y liberará electrones. Esta reacción se utiliza para
mantener la polaridad de los electrodos.
Al continuar la descarga, el plomo y el dióxido de plomo se convertirán
gradualmente en sulfato de plomo, mientras que el agua producida diluirá el
acido sulfúrico, por lo tanto, la fuerza electromotriz se reducirá gradualmente.
“Medir el peso especifico del electrolito de la batería es observar el
porcentaje de aumento de agua”
Cuando la fuerza electromotriz se reduce, otra fuente de energía causa el
flujo de corriente desde el electrodo positivo al electrodo negativo. El sulfato
de plomo producido en la descarga se disolverá y el plomo y dióxido de
plomo originales se restauraran, la concentración de acido sulfúrico aumenta
y la fuerza electromotriz se recupera. Este proceso se llama “carga”.
Acción de calentamiento
Si se aumenta
esta resistencia,
el calor será
mayor
Corriente
Teoría de la batería seca
Producción de electrones
(electrodo negativo)
Ion de hidrogeno
Molécula de
hidrogeno
Sin electrones
suficientes
(electrodo
positivo)
Átomo de
plomo
Átomo de
carbono
Plomo
Barra de
carbono
Batería seca
Corriente
Electrón
Electrolito
Contenedor
Barra de
carbón
Batería
Corriente
Electrón
Solución de acido
sulfúrico diluido
Ion negativo
Ion positivo
Carga
Fuente de energía
Batería
Referencia: Detalles de la reacción química en la batería
Electrodo negativo (-): El plomo (Pb) se combina con iones negativos (SO42) en la solución en sulfato de plomo (PbSO4).
Electrodo positivo (+): Bajo el flujo de electrones negativos, el PbO2 se convierte en iones negativos y se combina con los iones
positivos (2H) en la solución para producir plomo (Pb) y agua (H2O). Entonces, el plomo (Pb) se combina con iones negativos
(SO42) en la solución para producir sulfato de plomo (PbSO4).
Fundamentos Eléctricos
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Acción magnética
La acción magnética convierte la energía eléctrica en energía mecánica o
viceversa según la finalidad.
(Ejemplo: motor, generador, bocina, válvula solenoide, etc).
Hoja de papel
Como se muestra a la derecha, si se atraviesa un conductor a través de una
hoja de papel y esparce polvo de hierro sobre esta, al pasar un flujo de
corriente a través del conductor, el polvo de hierro se distribuirá regularmente
en círculos concéntricos sobre la hoja de papel.
Si el polvo de hierro se reemplaza por una aguja magnética con polos N y S,
la dirección de la aguja variara de manera semejante al polvo de hierro;
adicionalmente, si la dirección de la corriente cambia, también cambiara la
dirección de la aguja.
Las líneas en las cuales se dispone el polvo de hierro son llamadas “líneas
magnéticas”. Puede observarse que la corriente tiene la siguiente función:
“Se producen líneas magnéticas cuando la corriente pasa a través de
un conductor”.
“La dirección de las líneas magnéticas varia con la dirección de la
corriente”.
Polvo de hierro
Campo magnético producido por la corriente
Cable
Dirección de espiral
Direccón de
la corriente
Línea
Magnética
(5) ¿Qué es el magnetismo?
Dirección de
apriete del tornillo
La electricidad es esencialmente lo mismo que el magnetismo. Ambos son
producidos por el movimiento de electrones.
Relación entre la corriente y las líneas magnéticas
Regla del tornillo de la mano derecha:
Cuando hay corriente en un conductor se producirán líneas magnéticas.
Asumiendo que la dirección de la corriente es la de un espiral hacia la
derecha, la dirección del espiral será la dirección de las líneas magnéticas .
(Se estipula que las líneas magnéticas apuntan desde el polo N al polo S).
Línea
magnética
Bobina y electromagnetismo
Cuando un conductor esta enrollado en un solenoide, al pasar la corriente a
través de este, las líneas magnéticas se concentran en la bobina y apuntan
en la misma dirección; el campo magnético puede ser fortalecido aún más
aumentando el número de vueltas de la bobina.
(Si hay una línea magnética presente en algún lugar, allí hay presenta un
campo magnético).
La distribución de las líneas magnéticas de una barra de imán es similar a la
de una bobina. La bobina es semejante a una barra de imán con polos en
ambos extremos.
Bobina
Núcleo
Si se inserta un núcleo en la bobina, el núcleo se magnetizara
inmediatamente y se convertirá en un fuerte imán que puede atraer una
lámina de hierro.
Esto se debe a que los “imanes moleculares” en el hierro están dispuestos
en la misma dirección ordenadamente por la líneas magnéticas y la placa de
hierro se convierte completamente en un imán. Este es un electro imán.
Bobina
No puede
atraer la
lámina de
hierro
Atrae la
lámina de
hierro
Lámina de
hierro
(Un imán permanente puede mantener siempre ordenados sus “imanes moleculares”)
Los pequeños
imanes están
orientados en
desorden
Línea
magnética
Pequeños imanes en el hierro
Hierro
Imán
En un campo magnético, los
pequeños imanes están orientados en
la dirección del campo
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Fundamentos Eléctricos
(6) Fuerza electromagnética
Si otro conductor electrificado se ubica en el campo magnético, el conductor será forzado. Tal fuerza es llamada “fuerza
electromagnética”.
Como se muestra a la derecha, las corrientes de dos conductores se
dirigen hacia el interior perpendicularmente al papel y la corriente del
otro conductor viaja hacia fuera perpendicularmente al papel. La
figura muestra la interacción entre las fuerzas electromagnéticas de
los conductores.
(U denota una corriente que ingresa y ¤ denota una corriente de
salida simulando los extremos trasero U y delantero ¤ de una
flecha).
Como la corriente en los dos conductores de arriba se mueve hacia
dentro, se producen líneas magnéticas hacia la derecha alrededor de
ellas ; las líneas magnéticas entre los conductores están en
direcciones opuestas y los conductores son atraídos entre ellos.
Como el conductor de abajo tiene una corriente opuesta, las líneas
magnéticas entre los conductores están en la misma dirección, de
modo que los conductores se repelen.
Las líneas
magnéticas se
desvian unas a otras,
de modo que son
menos densas y los
cables se atraen
Cuando las líneas magnéticas
se hacen densas, los cables
se repelen entre ellos
Cuando se ubica un conductor en las líneas magnéticas de los polos
N – S y se energiza, de manera similar la dirección forzada invertirá
las líneas magnéticas .
Fuerza que actúa sobre un conductor electrificado en un campo magnético
Dirección forzada
Esta relación se expresa por la “Regla de la mano izquierda de
Fleming”. Como se muestra abajo, el dedo índice apunta hacia la
dirección de la línea magnética y el dedo medio indica la dirección de
la corriente, el pulgar apuntara a la dirección de la fuerza
electromagnética.
Dirección forzada
Corriente
Fuerza (N)
Campo magnético
Esta regla aplica a los “motores” que giran por corriente, etc.
Principio del motor
Como se muestra a la derecha, se ubica un conductor en forma de U
en un campo magnético, en el que una corriente que permanece en la
misma dirección que la del campo magnético pasa a través bajo la
acción de una escobilla y un anillo deslizante. El conductor cercano
al polo S estará siempre sujeto a una fuerza electromagnética hacia
arriba. Sin embargo, el cercano al polo N estará sujeto a una fuerza
electromagnética hacia abajo, de modo que el conductor en forma de
U girara siempre hacia la izquierda.
Imán
Imán
Los detalles acerca del motor se consideraran en la sección Commutador
“dispositivos eléctricos del motor”.
Escobilla
Corriente
Fuente de energía
Fundamentos Eléctricos
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(7) Inducción electromagnética
Al contrario del caso anterior, el movimiento de un conductor en el
campo magnético producirá una corriente en el conductor.
La dirección de la corriente esta determinada por la dirección del
movimiento y la dirección de las líneas magnéticas .
Esta relación puede determinarse por la “regla de la mano derecha de
Fleming”.
El dedo pulgar apunta a la dirección de movimiento del conductor y el
dedo índice a la dirección de las líneas magnéticas , el dedo medio
indicara la dirección de la corriente.
La única diferencia entre la “regla de la mano izquierda de Fleming” y
la “regla de la mano derecha de Fleming ” es la dirección de la
corriente indicada por el dedo medio.
Amperimetro
Dirección
de movimiento
del conductor
Dirección de la
línea magnética
Dirección de la fuerza
electromotriz
Si el conductor se
mueve verticalmente,
se producirá una
fuerza
electromagnética
Una fuerza electromotriz se produce en un conductor cuando este se mueve en un campo magnético, lo que es llamado
“inducción electromagnética”.
De manera similar, una fuerza electromotriz se producirá también si el conductor esta fijo y las líneas magnéticas se mueve.
La dirección de la corriente que se produce por la inducción electromagnética es la dirección en la cual el campo magnético
cambia producida por el movimiento del conductor al al cortar el campo magnético.
El principio de la inducción electromagnética ha sido aplicado en el “alternador”.
En los polos N y S de un electroimán mostrado abajo, al girar el conductor en la dirección de la flecha, pasara una “corriente
alterna” a través del circuito (los conductores b-a están conectados al Anillo Deslizante B2 y los conductores c-d al Anillo
Deslizante B1).
(a) Posición: Basado en la regla de la mano derecha de Fleming, la dirección de la fuerza electromotriz producida en a-b-c-d
esta indicada por la flecha.
(b) Posición: La velocidad de la línea magnética resultante del corte del imán es “cero”, de modo que la fuerza electromotriz es
cero.
(c) Posición: La dirección de la fuerza electromotriz resultante es opuesta a (a).
La forma de onda de la fuerza electromotriz producida en un giro del conductor es como la que se muestra abajo.
Escobilla
Anillo deslizante
Corriente
Fuerza
electromotriz
Corriente
Ángulo de rotación
- 10 Fundamentos Eléctricos
Autoinducción
La figura de la mano derecha ilustra la corriente producida en
una bobina cuando se inserta y se remueve un imán en la
bobina.
Amperimetro
Acercamiento del imán
<Cuando el imán se acerca>
Para desviar las líneas magnéticas del imán, se produce una
corriente hacia la derecha en la bobina y la líneas magnéticas
producidas están dirigidas hacia la derecha.
<Cuando el imán se aleja de la bobina>
Para evitar la reducción de las líneas magnéticas del imán, se
produce una corriente hacia la izquierda en la bobina y las
líneas magnéticas producidas están dirigidas hacia la
izquierda.
Para impedir la variación del flujo magnético en la bobina, se
produce una corriente de la dirección correspondiente en la
bobina; la auto inducción se refiere la fenómeno de producir
una fuerza electromotriz en una bobina de acuerdo con su
propia variación del flujo magnético.
Los cambios que ocurren cuando la corriente es conmutada
de ON a OFF en la bobina se describen más abajo.
(Momento de activación de la corriente a ON)
En este momento, el flujo magnético resultante de la auto
inducción se muestra en la figura 1 de la derecha, se produce
una fuerza electromotriz en la dirección de prevención de paso
de la corriente; la fuerza electromotriz producto de la variación
del flujo magnético actúa para desviar la corriente original,
esta es también llamada fuerza contra electromotriz.
Dirección del polo magnético producido en la bobina
Amperimetro
Alejamiento del imán
Dirección del polo magnético producido en la bobina
(Fuerza contra
electromotriz)
Switch
Momento de activación de la corriente
(Momento de desactivación de la corriente a OFF)
En este momento el flujo magnético resultante de la auto
inducción se muestra en la figura 2 de la derecha, se produce
una fuerza electromotriz en la dirección de prevención de
desactivación a OFF de la corriente.
Momento de desactivación de la corriente
Fundamentos Eléctricos
- 11
Inducción mutua
Al enrollar una bobina primaria y una bobina secundaria en un
mismo núcleo y al producir corriente intermitente en la bobina
primaria, se producirá una fuerza electromotriz en la bobina
secundaria debido a la variación de flujo magnético.
Esta es llamada “inducción mutua”. Este principio ha sido
aplicado a la bobina de encendido del igniter del motor.
Interruptor
Principio del igniter del motor:
(El dispositivo que produce una chispa potente en la bujía del motor)
En el momento de activar a OFF (ON) el interruptor (platino o
igniter), debido a que una fuerza electromotriz de 200-300V se
produce en la bobina primaria debido a auto inducción, se producirá
un voltaje de 10.000-20.000V en la bobina secundaria que tiene
muchas vueltas, esto producirá una potente chispa entre los
electrodos de la bujía.
Bobina primaria
Amperimetro
Bobina secundaria
Voltaje secundario
Voltaje primario
¿Por qué no utilizar el momento de activar a ON (OFF) el
interruptor?
Aunque también se produce una fuerza electromotriz en el
momento de activar el interruptor a ON, esta fuerza se utiliza para
prevenir el voltaje de suministro de energía, de modo que el voltaje
más alto de la fuerza contra electromotriz resultante puede llegar a
ser igual al voltaje de suministro.
Principio del transformador:
El transformador también funciona basado en la inducción mutua.
Para transmitir alta energía eléctrica a través de una larga distancia,
es necesario reducir la corriente para disminuir la perdida resultante
por el calentamiento del cable. Por esta razón, un transformador
cuyo voltaje AC es libremente ajustable esta fabricado basado en la
inducción mutua.
La “Corriente alterna” se utiliza en aplicaciones caseras debido a
que su dirección esta siempre cambiando y el voltaje puede
fácilmente modificarse basado en la inducción mutua.
Un ciclo
Fuerza
electromotriz
Voltaje AC
Ángulo de rotación
Suministro
de energía
DC
Suministro de
energía AC
Contacto
- 12 Fundamentos Eléctricos
(8) Corriente y resistencia
Clasificación de la corriente
Clasificación de las resistencias
Resistencia de conductor : La resistencia del conductor se opone al
paso de la corriente
Resistencia de aislamiento: Es la resistencia de un aislador que no esta
o no puede ser energizado
Resistencia de contacto: Existe también una resistencia en el contacto
de un interruptor, conector de cables o
contacto del conductor. Tal resistencia puede
ser la causa de varios problemas. Por lo
tanto, los conectores debe ser soldados con
soldadura confiable y pulidos suavemente.
Deberá aplicarse una presión para asegurar
un contacto confiable y reducir la resistencia.
Dirección constante
Tiempo
Corriente
— Corriente Alterna: AC
La dirección de la corriente varía cíclicamente. El alternador genera
corriente AC, la que es rectificada a DC para ser utilizada por el
cargador del vehículo.
Corriente
La corriente se divide en corriente continua y corriente alterna.
— Corriente Directa: DC
la dirección de la corriente y el voltaje siempre permanecen sin cambio,
incluyendo la DC con magnitud variable y DC con magnitud constante.
Muchos dispositivos eléctricos de un vehículo operan basados en la DC.
<DC>
Resistencia de contacto
Resistencia producida por el diseño de un conductor:
Mientras mayor sea el área de sección de un conductor, con más facilidad
fluirán los electrones libres; mientras más largo es el conductor, con más
dificultad fluirán los electrones.
La resistencia de un conductor es proporcional a su largo e inversamente
proporcional a su área de sección.
l
Resistencia = ?
(O), donde ? es la capacidad resistiva
A
La capacidad resistiva de un material es la resistencia en 1cm 2.
Capacidad resistiva ?
O · cm
Material
Capacidad resistiva ?
O · cm
Plata
1.62
Bronce
5.7
Cobre
1.69
Hierro
10.0
Oro
2.40
Acero
20.6
Aluminio
2.62
Plomo
21.9
Tungsteno
5.84
Nicromio
100~110
Tiempo
<AC>
Resistencia del conductor
Material
Cambio de dirección
Largo cm
Área de
sección
Fundamentos Eléctricos
Temperatura y resistencia
Grande?
Resistencia (O)
?
Pequeña
Como se muestra en la curva a de la derecha, al aumentar la
temperatura, la resistencia de un metal generalmente aumenta
linealmente; sin embargo, la característica de temperatura del
carbón, semiconductor, electrolito, etc. Es como la que se
muestra en la curva b, su resistencia caerá al aumentar la
temperatura.
La característica de resistencia de un conductor mostrada en
la curva a es llamada “coeficiente de característica positiva de
temperatura”.
La característica de resistencia de un conductor mostrada en
la curva b es llamada “coeficiente de característica negativa de
temperatura”.
Baja ?
Temperatura
(? )
? Alta
- 13
- 14 Fundamentos Eléctricos
(9) Ejercicios
(1) Para los circuitos en los dispositivos eléctricos de automóvil, llenar el casillero con la respuesta apropiada
Electrodo positivo de la batería ?
unidad de control ?
(2) Llenar el casillero con la respuesta apropiada
partes eléctricas ?
?
.
Electrodo negativo de la batería ?
.
Cuando se aplica voltaje a un conductor,
se mueve en el conductor. Como
tiene una carga negativa,
ellos son atraídos por el electrodo positivo con insuficientes cargas negativas, resultando de ese modo en un flujo de
electrones.
Ese flujo de electrones es llamado
.
Cuando se descubrió la carga, se estipuló que el potencial en el lado del electrodo positivo era mayor y que el del lado del
electrodo negativo era menor, y que la corriente fluida desde el electrodo positivo al electrodo negativo, de modo que el
sentido del flujo de
es opuesto al de
.
(3) Explicar porqué aumenta la temperatura cuando una corriente fluye a través de un conductor.
(4) Explicar qué ocurrirá cuando se aplique un voltaje a un electrolito.
(5) Explicar porqué puede producirse corriente continua en la batería seca.
(6) Explicar porqué el voltaje original puede restaurarse cuando una batería está siendo cargada.
(7) ¿Por qué puede un electroimán convertirse en un imán? Favor hablar acerca del imán permanente.
Fundamentos Eléctricos
- 15
2. ¿Qué es un circuito eléctrico?
Como se muestra en la figura (a), un indicador esta conectado
a una batería, el indicador se iluminará: la corriente fluye
desde el electrodo positivo de la batería a través del indicador
y el cuerpo (electrodo negativo) de vuelta al electrodo negativo
de la batería.
La senda de la corriente indicada arriba es llamada “circuito
eléctrico”.
Cuando este circuito se simboliza, el diagrama eléctrico se
indica en la figura (b).
Batería
ry
Batería
y
Figura (a)
El circuito eléctrico de un vehículo es como el que se indica en
la figura (c).
Figura (b)
Electrodo positivo de la batería (+) ? carga (unidad de control, elemento eléctrico) ? electrodo negativo de la carrocería ( -)
? electrodo negativo de la batería (-).
De ese modo, habrá una corriente y la
carrocería se utilizara como conductor de
tierra (electrodo negativo (-)).
El indicador, motor y otros elementos que
funcionan eléctricamente son conocidos
como “cargas”.
Cuando este circuito es simbolizado, el
diagrama eléctrico es como el que se
muestra en la figura (d).
Carga
Carga
Batería
Batería
La carrocería o el motor se utilizan como conductor a tierra
en el circuito (electrodo negativo (-)? ).
Figura (c)
Figura (d)
- 16 Fundamentos Eléctricos
(1) Símbolos claves utilizados en los circuitos
Para representar los complicados circuitos eléctricos con gráficos simples, los siguientes símbolos se utilizan para indicar los
elementos que componen un circuito.
Nombre
Símbolo
Nota
Cruce de cables
(sin conexión)
Cruce de cables
(conectados)
Conector blindado
Interruptor
giratorio
Terminal de
Contacto NO
tierra
Par torcido
Relé
Contacto por
transferencia
Contacto NC
Resistencia
Luz
Altavoz
Resistencia variable
Diodo rectificador
Bobina
Diodo Zener
Bobina con núcleo
Transistor PNP
Bobina regulable
Transistor NPN
Transformador
Termistor
Transformador con
núcleo
Circuito ADN
Condensador o
capacidad
electrostática
Circuito OR
Batería
Notas
Interruptor
Terminal
Condensador de
acondicionador de
aire
Símbolo
Interruptor de
botón
Cable (ordinario)
Tierra (conductor a
tierra)
Nombre
El símbolo recto se
utiliza donde el
motor debe ser
marcado
especialmente
El lado más largo
indica el electrodo
positivo
DC
AC
Fusible
Amperímetro
Enlace de fusible
Voltímetro
Motor
La flecha indica la
dirección de la
corriente
Fundamentos Eléctricos
- 17
(2) Composición y conexión de un circuito eléctrico
Cuando la corriente fluye a través de una carga en un circuito eléctrico, la carga emitirá calor, luz o girara, etc; tal carga es una
resistencia que consume energía eléctrica.
Como las resistencias (cargas) están conectadas en un circuito eléctrico,
la “ley de Ohm” descrita anteriormente se puede utilizar para calcular la
relación entre el voltaje, corriente y resistencia en el circuito.
I(Corriente) =
E (Voltaje)
Corriente
R (Resistencia)
Dependiendo del “modo de conexión de las diferentes resistencias en
el circuito (serie, paralelo)”, se produce variación de corriente.
Circuito en serie
La corriente suministra energía a las resistencias (indicador, etc) a través
de un conductor. Tal conexión es llamada “conexión en serie”, cuyas
características son las siguientes:
[1] La corriente que fluye a través de cada resistencia es la misma.
(Como existe solamente un circuito de corriente, los electrones libres
fluyen en el mismo sentido).
[2] La energía consumida por dos cargas de diferente resistencia es
diferente, por lo que la suma de los voltajes aplicados sobre todas las
Corriente
resistencias es igual al voltaje de la fuente de energía.
[3] La resistencia total del circuito es igual a la suma de todas sus
resistencias.
En la figura de la derecha, la resistencia total es = 3O+2O+1O= 6O
12V
Voltaje
De acuerdo con la ley de Ohm, la corriente
=
= 2A
es =
6O
Resistencia
El voltaje aplicado a todas las resistencias: Voltaje = corriente × resistencia = 2ª×3O = 6V, 2A×2O = 4V, 2A×1O = 2V.
Circuito paralelo
Como se muestra a la derecha, dos o más resistencias están conectadas
en paralelo. Tal conexión es llamada “conexión en paralelo”, cuyas
características son las siguientes:
[1] El voltaje aplicado sobre las diferentes resistencias es el mismo.
[2] La suma de todas las corrientes que fluyen a través de todas las
resistencias es igual a la corriente de la fuente de energía.
[3] La resistencia total de circuito se calcula como sigue.
Corriente
Corriente
La corriente (electrones libres) se distribuye basada en la resistencia de
cada carga. Una carga con mayor res istencia tiene una menor corriente
y viceversa.
De acuerdo con la ley de Ohm, la corriente en la resistencia de 3O en la
figura de la derecha es:
Voltaje
12V = 4A. Similarmente, las corrientes en las resistencias de 2O y 1O son 12V = 6A, 12V = 12A
Corriente
=
=
2O
Resistencia
3O
1O
Como la corriente total es la suma de las corrientes que fluyen a través de todas las resistencias, entonces 4A+6A+12A= 22A,
sumarizado como sigue:
1
Voltaje
Corriente
= 12V + 12V + 12V = 12 ( 1 + 1 + 1 ) = 12 (0.3333+0.5+1) = 12×1.83333=22A,
3O
2O
1O
3
2
1
=
Resistencia
Resistencia
1 + 1 + 1 , entonces, la resistencia total del circuito paralelo puede calcularse como sigue, en la que las resistencias
3O 2O 1O
están
Indicadas por R1, R 2 y R3, la resistencia total por R, entonces : 1 = 1 + 1 + 1 ,
1
R R1 R2 R3 R = 1 1 1
=
+ +
R1 R2 R3
- 18 Fundamentos Eléctricos
Caída de voltaje de la conexión en serie
Para la conexión en serie, una corriente aplica trabajo mientras pasa
a través de la carga y se consumirá energía eléctrica, de modo que
el voltaje aplicado a la próxima carga será inferior.
Tal reducción de voltaje es llamada “Caída de voltaje”.
Se ha descrito a una resistencia como una carga (resistencia que
aplica trabajo). Sin embargo, en un circuito eléctrico practico,
también existe la “resistencia del conductor”, “resistencia de
contacto” y otras resistencias inútiles. Debido a la presencia de la
caída de voltaje, el voltaje aplicado sobre la carga en ocasiones
caerá (la figura de la derecha es un ejemplo de conexión a tierra
defectuosa).
Por ejemplo, en el circuito entre la batería y el motor de arranque, se
utiliza un conducto grueso donde circula una alta corriente para
reducir su resistencia. Si este circuito tiene un mal contacto, no
solamente el voltaje aplicado al motor de arranque caerá, sino que
además tal contacto aplicara trabajo inútil, resulta ndo en aumento de
la temperatura.
De acuerdo con la ley de Ohm , mientras más alta es la corriente en
el circuito, mayor será la caída de voltaje a través de la resistencia
de contacto.
Como esta presente una resistencia sin carga, el
voltaje aplicado sobre la carga cae a 11.28V.
Fuible
Interruptor
Conector
Corriente
Load
Conductor a tierra
desconectado
El principio de caída de voltaje generalmente se utiliza para la revisión del cableado, por lo que debe comprenderse
totalmente.
Conexión en paralelo
Para conectar varias cargas en paralelo, debe aplicarse un voltaje
a cada carga y conseguir la corriente requerida, de modo que
debe utilizarse una fuente de energía de alta capacidad.
Todos los dispositivos eléctricos del vehículo son atendidos por
una batería de alta capacidad y generalmente adoptan la conexión
en paralelo.
Para un vehículo pequeño normal, la resistencia es 0.1-0.2O
cuando todas las cargas están siendo utilizadas simultáneamente
durante la conducción.
Mientras más cargas de alta resistencia están en uso, menor será
la resistencia total y mayor la corriente producida.
Carga
Carga
Carga
Carga
Batería
¿Es necesario el entendimiento del circuito paralelo en la revisión de la corriente de un circuito?.
Posición del interruptor
El interruptor en un circuito eléctrico puede estar instalado de dos formas, en el lado próximo a la fuente de energía o próximo al
conductor de tierra.
Dependiendo de la carga del circuito y su composición, el interruptor deberá instalarse de modo que un fusible puede fundirse en
caso de un corto circuito sin dañar ningún componente.
El interruptor esta en el lado de la fuente de energía
Carga
El interruptor esta en el lado del conductor de tierra
Carga
Fundamentos
Eléctricos
- 19
(3) Ejercicios
(1) Llenar el casillero con la respuesta apropiada
.
En los circuitos eléctricos de los automóviles, la carrocería se utiliza como el circuito
, de modo que la corriente
fluya a
. Para un vehículo pequeño, la corriente producida cuando se utilizan todas las cargas eléctricas
simultáneamente es de alrededor de
A. La carrocería no estará caliente aún si tal corriente fluye a través de ella
debido a
.
(2)
En un diagrama de circuitos como el que se muestra abajo. Calcular la corriente cuando se aplica un voltaje de 5V, 12V,
24V a las resistencias (30O, 80O).
Voltaje
5V
12V
30O
80O
Formula
(3)
¿Qué corriente se produce en el siguiente circuito en serie?
(4)
¿Cuál es la corriente en el siguiente circuito paralelo?
Corriente
Formula
Corriente ?
Corriente ?
Corriente ?
Corriente ?
Corriente ?
Corriente ?
Corriente ?
Corriente ?
Formula
Formula
24V
- 20 Fundamentos Eléctricos
(5) Calculo de la caída de voltaje
¿Cuál es el valor de la corriente y el voltaje en el siguiente circuito?
Corriente del circuito
Formula
Voltaje aplicado a la resistencia 20O
Voltaje aplicado a la resistencia 200O
Punto A Punto B
Terminal Voltaje aplicado al Punto A
Terminal Voltaje aplicado al Punto B
Voltaje Terminal: Voltaje entre el Punto A y el conductor de tierra
¿Cuál es el valor de la corriente y el voltaje en el siguiente circuito?
Resistencia total de la sección paralela
Terminal B
Resistencia total del circuito
Corriente ?
Corriente ?
Corriente ?
Corriente
?
Corriente
?
Corriente
?
Voltaje aplicado a la resistencia 30O
Total Voltaje aplicado a las resistencias 50O y 200O
Voltaje aplicado a la resistencia 20O
Voltaje aplicado a la resistencia 50O
Voltaje aplicado a la resistencia 200O
Terminal Voltaje aplicado al Punto A
Terminal A
Terminal Voltaje aplicado al Punto B
Fundamentos
Eléctricos
- 21
3. Componentes del circuito eléctrico de un vehículo
En los circuitos eléctricos de los vehículos, se utilizan “arneses
de cables” para empaquetar todos los cables utilizados en los
circuitos de bajo voltaje con excepción del circuito de alto voltaje
del sistema de encendido y el circuito de corriente que acciona
el motor de arranque.
Como se ha descrito anteriormente, el circuito de un vehículo
utiliza la carrocería como conductor de tierra (electrodo negativo
(-)). Si el cable del lado de la fuente de energía contacta con la
carrocería, se producirá una baja resistencia incluida en e
circuito alimentado por la batería, en el cual “la corriente
producida puede ser excesivamente alta, el cable puede
calentarse seriamente, de modo que la funda se encienda y
el cable se queme”. Debe ejercerse extremo cuidado en este
caso.
Arnés de cables
(1) Clasificación de los cables
El tipo de cable esta generalmente indicado por un símbolo.
Ejemplo.: AV - 0.85 BR
Tipo de cable
Tipo de cable y su símbolo
Tipo
Color del cable
símbolo
Cable de baja tensión para vehículo
AV
Cable de baja tensión de polietileno
AEX
degradado resistente a la
temperatura para vehículos .
Este estándar debe observarse en el cable de baja tensión de vinilo
AVX
degradado resistente a la
reemplazo y reparación de cables .
temperatura
El símbolo de tipo de un cable esta
Cable de baja tensión de pared
impreso en su superficie.
AVS
delgada para vehículos.
Cable de baja tensión de pared
CAVS
delgada con núcleo comprimido
AVSS
para vehículos
? Principalmente se utilizan cables AVS y CAVS.
Resistencia
a la
temperatura
80oC
A: Para vehículos
Grosor del cable
110oC
90oC
80oC
120oC
V: Aislante de vinilo
EX: Aislante de
polietileno
degradado
VX: Aislante de vinilo
degradado
VS: Cable de voltaje
de pared delgada
Espesor del cable y corriente permitida (A)
Clasificación de los cables
Temperatura ambiental
AV
AVX
AEX
40oC
60oC
60oC
80oC
80oC
100oC
2
Área de sección
nominal en mm y número de
alambres
0.5f
0.5
0.75f
0.85
1.25f
1.25
0.18mm×20
0.32mm×7
0.18mm×30
0.32mm×11
0.18mm×50
0.32mm×16
12
12
12
16
21
21
8
9
10
11
14
14
9
9
11
12
16
16
4
5
6
7
9
9
8
8
10
11
15
15
4
5
6
6
8
8
2
3
5
8
0.32mm×26
0.32mm×41
0.32mm×65
0.45mm×50
28
38
51
67
20
27
36
47
21
29
40
53
12
17
23
31
20
28
39
51
12
16
22
29
Nota: La letra “f” después del área de sección nominal indica cordón flexible
- 22 Fundamentos Eléctricos
Color de identificación de los cables
Muchos cables se utilizan en un vehículo y se diferencian por su color para los diferentes circuitos. Los cables de circuitos
complicados pueden diferenciarse utilizando una combinación de colores auxiliares.
Los colores de los cables están indicados en los diagramas eléctricos .
Para los cables con dos colores, se utilizan dos letras para denotar su color (Lg y Sb son dos palabras cada uno). La primera
letra indica el color base (color de la funda) y la segunda letra, el color de marca.
Código de
color
L
B
Y
G
R
W
Br
Color del cable
Azul
Negro
Amarillo
Verde
Rojo
Blanco
Marrón
Código de
color
Lg
Gr
P
Or
V
Sb
Lb
Color del cable
Verde claro
Gris
Rosado
Anaranjado
Violeta
Azul cielo
Azul claro
Color de marca: Negro B
Color base: Amarillo Y
Fundamentos
Eléctricos
- 23
(2) Clasificación del suministro de energía
[1]
Suministro de energía de la batería
El suministro de energía que entrega energía directamente desde la
batería sin pasar a través del interruptor de encendido es llamado
“suministro de energía de la batería” o “suministro de energía B”,
en ocasiones indicado como “VB”.
El suministro de energía de la batería se utilizara para cualquier carga
necesaria en cualquier momento sin ser afectada por la posición del
interruptor de encendido.
[2]
Suministro de energía de accesorios
Cuando el interruptor de encendido esta en posición ACC u ON, el
suministro de energía entregado por el Terminal ACC es llamado
“suministro de energía de accesorios” o “suministro de energía
ACC”.
Cuando el interruptor del motor de arranque se activa a ON, el Terminal
ACC es desactivado a OFF con el fin de reducir la carga de la batería.
[3]
Suministro de energía de encendido
Cuando el interruptor de encendido es activado a ON, la energía
entregada por el Terminal IG, es llamado “suministro de energía de
encendido” o “suministro de energía IG”.
[4]
Suministro de energía de control
Existen varios dispositivos de control electrónico que requieren de
control complicado. Estos controles se suministran por un computador
llamado “Unidad de Control” respectivamente, el que suministra la
energía a todas las partes dispositivo, recibe las señales eléctricas y
controla el mecanismo.
Los voltajes suministrados por la unidad de control a todos los
componentes (sensor, motor) del dispositivo incluyen 5V y 12V.
Esto se debe a que existen componentes que funcionan con 5V en el
dispositivo. En ocasiones el suministro de energía de 5V es llamado
“Vcc” y el de 12V “VB”.
Unidad de control
Carga Carga
Conexiones del interruptor de
encendido
Hay corriente en el circuito ACC
Suministro de energía
de la batería vía
circuitos
Suministro de energía de la batería
Limpia parabrisas, lava
parabrisas, audio, encendedor de
cigarros
Suministro de energía a casi
todos los componentes eléctricos
Motor de arranque
Condición OFF
Hay corriente en el
circuito ACC e IG
Hay corriente en el
circuito IG y motor
de arranque
- 24 Fundamentos Eléctricos
(3) Dispositivo de protección de un circuito eléctrico
Cuando la corriente en un circuito eléctrico es excesivamente alta, la funda del cable puede encenderse; por lo tanto, debe
instalarse un “fusible” , el que se fundirá cuando la alta corriente exceda cierto valor para proteger el circuito.
Fusible
El fusible esta fabricado con una aleación de plomo-estaño y se fundirá debido al calentamiento cuando la corriente es
excesivamente alta; una “corriente nominal” (capacidad, corriente máxima para funcionamiento continuo) esta marcada en el
fusible.
La resistencia indicada para el fusible es la más apropiada para ese circuito. Asegurarse de utilizar un fusible de la
corriente nominal especificada.
Clasificación por uso:
[1] Fusible cilíndrico (tubo de vidrio transparente)
Su capacidad esta marcada en la superficie del Terminal
cilíndrico, pero como esta es ilegible, el fusible o tubo de vidrio
es también en ocasiones coloreado para facilitar su
identificación.
El fusible cilíndrico no se aplica en vehículos pero se utiliza
para los tester de circuito y otros instrumentos de medición.
Tubo de vidrio
Fusible
Terminal cilíndrico (tapa)
Soldadura
[2] Fusible plano
En comparación con el fusible cilíndrico, su peso es 30%
menos, es pequeño y compacto y cinco veces más durable.
En los años recientes, ha sido aplicado un fusible plano más
pequeño y compacto.
Fusible mini
[3] SBF (fusible de fundición lenta)
Este es un producto desarrollado en los años recientes para
mejorar el desempeño de protección de los arneses eléctricos .
Este posee características mejoradas de fundido, puede
prevenir corto circuitos secundarios después de fundirse y
tiene un pequeño impacto térmico sobre los elementos que lo
rodean.
Cuerpos aislador diferenciados por Placa terminal integrada
su color se utilizan dependiendo de
con el fusible
la corriente
Fusible
Fusible
Extremo de
estaño
Fusible
Terminal
Terminal
Terminal
Tipo de fusible y corriente nominal (capacidad)
Tipo
Corriente nominal (A)
Fusible cilíndrico
1, 2, 3, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35
Fusible tipo plano 5, 10, 15, 20, 30
SBF
25, 30, 45, 65, 75, 100
<Corriente nominal del fusible apropiada para la carga>
Cuando se instala un componente eléctrico nuevo y se aplica un
fusible de corriente, es necesario calcular la corriente del circuito.
La corriente nominal del circuito (tipo de fusible) se determina de
acuerdo con la tabla de la derecha.
Capacidad de fusible apropiada para la carga
Carga de corriente (A) Capacidad del fusible (A)
<3.5
5
<7
10
>7, <11
15
>11, <14
20
>14, <21
25
Fundamentos
Eléctricos
- 25
Revisión de un fusible fundido
<fundición producto de corriente excesivamente alta>
La figura de la derecha muestra un fusible fundido debido a
corriente excesivamente alta. En este caso, verificar primero
si el circuito esta en corte o si algún elemento eléctrico esta
anormal. Ubicar la causa y luego reparar o reemplazar el
fusible.
<fundición por fatiga térmica producto de corriente
repetida>
La figura de la derecha muestra la fundición por fatiga térmica
debido a corriente intermitente repetida. Generalmente, esto
se producirá después de un tiempo muy largo y es poco
frecuente. En este caso, reemplazar inmediatamente el
fusible por uno de la misma capacidad. Sin embargo, si esto
se produce dentro de un año de servicio, asegurarse de revisar
la característica de la corriente en el circuito.
Corriente
Fundido al
centro
Separación: pequeña
Grande
Fundido en la raiz del
Terminal en un lado
Separac ión
grande
Terminal
Lejos
Suministro
de energía
Distancia desde la fuente de energía
Cerca
<Nota>
En el reemplazo de un fusible, si se utiliza un fusible de alta capacidad para mantener cierta tolerancia, las partes
eléctricas pueden funcionar mal y los cables pueden quemarse antes que se funda el fusible, esto es muy peligroso.
Asegurarse de utilizar un fusible cuya capacidad sea apropiada con la carga de corriente.
Enlace fusible
En el caso de colisión, etc, si el cable entre la batería y el fusible
es corto circuitado, este puede quemarse y provocar un
incendio. Por lo tanto, se ha instalado un enlace fusible en el
extremo trasero de la batería para proteger el circuito.
Para cualquier “circuito de alta corriente” que no puede ser
protegido por la capacidad del fusible, se utiliza un enlace
fusible.
Recientemente se ha desarrollado SBF de alta capacidad y
aplicado en algunos modelos como una sustitución para el
enlace fusible.
Medida
Elemento
Característica
de fundido
0.5mm 2G
Fusión entre 15s al ingreso
de corriente de 80A
Terminal
Terminal
Protección de goma
Núcleo conductor
FSVGS
(Tubo de vidrio con barniz
silicona)
Valor estándar
0.85mm 2R
1.25mm 2B
Fusión dentro de 15s al
Fusión dentro de 15s al
ingreso de corriente de 130A ingreso de corriente de 190A
flexible de
- 26 Fundamentos Eléctricos
(4) Conexión y desconexión de dispositivos de un circuito eléctrico
Los interruptores o relés se instalan en cualquier circuito eléctrico cuya alimentación deba ser conmutada entre ON y OFF.
Los interruptores se utilizan cerca (conexión) del circuito cuando el conductor lo acciona o la presión o temperatura varían.
Sin embargo, los relés han sido aplicados más extensamente en los vehículos recientemente.
Rele
El Relé abre y cierra el contacto de cualquier otro circuito
utilizando la fuerza electromagnética que actúa sobre la
bobina para conmutar a ON y OFF la fuente de energía.
Debido a que el Relé tiene las siguientes características,
es ampliamente aplicado en los circuitos.
[1] Reduce (diámetro) el cable de un circuito en el cual
fluye alta corriente;
El interruptor que controla la bobina se ubica alejado
de cualquier punto donde el circuito deba ser
conmutado ON/OFF.
[2] Realiza la función automática o remota de cada
dispositivo;
[3] Utiliza un interruptor de pequeña capacidad de
contacto.
Contacto
Bobina
Carga
Interruptor
Estructura y clasificación de los relés:
Una lámina de resorte de contacto esta instalada en el
Relé para realizar la conexión entre los contactos;
también cuenta con un electroimán.
Núcleo
Cuerpo
Bobina
Tipo vástago:
Puede realizarse el contacto para conseguir una
conexión de alta presión y se utiliza para circuitos de alta
Placa del
corriente
inducido
Bobina
Inducido
Núcleo
Contacto
Resorte
Contacto
Resorte espiral
Contacto
Brida
Base
Tipo articulación:
La distancia entre el núcleo y el inducido es pequeña, de
modo que puede utilizar efectivamente el campo
magnético, siendo compacto y es utilizado para cargas
pequeñas.
Terminal
Resorte de
contacto (a) Tipo vástago
(b) Tipo articulación
Los relés están instalados centralmente en la caja de fusibles principal del compartimiento del motor o cerca de la caja de
fusibles en el vehículo.
Fundamentos
Eléctricos
- 27
4. Como interpretar un diagrama eléctrico
En el diagrama eléctrico de SUBARU, con excepción de los símbolos de diagrama de circuito mencionados anteriormente y
colores de los cables, la forma y el número de polos (terminales) de un conector, o la diferencia de un conector macho o hembra
también se expresan simbólicamente.
Marca de derivación del cable
Conectar con la
misma marca
Nº del fusible y
su capacidad
Nº del conector, Nº del terminal, color del
cable, extremo macho o hembra
Interruptor de encendido
2 polos, gris
Marca SMJ
Unión super
múltiple
Luz de paso
iluminación F/B.
Luz de
advertencia
unidad de control
6 polos
Controlador de
bloqueo de
cambios AT
Distribuidor del
conector
Unidad de
control de
A/C
Circuito de
autmatico iluminación
Marca del conductor
a tierra
Destino después de la derivación
(1) Identificación de los conectores
8 polos, azul
8 polos Azul
Un conector se identifica por su número, número
de polos y color. Se especifica la dirección de
observación y también la posición del Terminal del
Número de polos del conector
Código del conector
conector en el diagrama del circuito.
[1] La dirección de observación del conector esta
marcada por la del arnés de cables que se
Color del conector
(color natural si no tiene
identificación)
Dirección de observación B
muestra a la derecha.
[2] Se utiliza una estructura de doble ensamblaje
Doble acoplamiento
para identificar los conectores hembra (con
Terminal hembra) y los conectores macho (con
Terminal macho).
Dirección de observación B
[3] El número de un conector denota su número (Conector macho)
de polos y el digito central denota la posición
del Terminal.
[4]La protuberancia en la parte superior del
conector indica que este tiene un mecanismo
de bloque.
Conector macho
Posición del
Terminal
Conector hembra
(Conector hembra)
Dirección de observación A
Dirección de observación A
Con mecanismo de
bloqueo
Acoplamiento
simple
- 28 Fundamentos Eléctricos
(2) Símbolos y números de los conectores
Los símbolos de un conector en el diagrama
del circuito deben corresponder con aquellos
en el diagrama eléctrico.
Donde se encuentra realmente un conector en
el diagrama del circuito en el vehículo se puede
encontrar en el diagrama eléctrico de este.
F
E
B
i
D
R
Adelante
Motor, transmisión
Valve stem
Panel de instrumento
Rear gate cord and door cord
Compartimiento de la guantera
Correspondencia de los símbolos de los
conectores
Señal lateral de
viraje, faro derecho
Señal delantera de
viraje, faro derecho
Señal delantera de
viraje, faro izquierdo
(3) Identificación de los interruptores
(INT) y relés
Ejemplo de Relé
Ejemplo de interruptor
En un diagrama de circuito, la condición con todos los
suministros de energía desactivados a OFF deben ser
identificadas para todos los interruptores y relés.
N.O: normalmente abierto
(El contacto esta desconectado cuando no esta
energizado)
N.C: normalmente cerrado
(El contacto esta cerrado cuando no esta energizado)
(4) Símbolos del conductor a tierra
Como se muestra a la derecha, el símbolo de la marca del
conductor a tierra en el diagrama del circuito y el actual
estado del conductor a tierra se mues tran en el diagrama
eléctrico.
• Tierra directa
Por ejemplo, el cuerpo del motor de arranque,
alternador, etc. esta directamente conectado al
conductor de tierra (motor, transmisión, etc). Este
símbolo debe utilizarse para aquellos componentes que
utilizan la estructura interna como conductor a tierra.
• Terminal de tierra
Este símbolo se aplica cuando se utiliza un conductor a
tierra directa.
Tierra directa
Terminal a tierra
Fundamentos
Eléctricos
- 29
(5) Conector blindado
(Ver SMJ)
Para algunos cables controlados eléctricamente, se utiliza un
conector blindado para prevenir el mal funcionamiento debido a
cualquier señal de interferencia y esta marcado en el diagrama
del circuito.
Si existe algún otro cable cerca de este, de modo que el
símbolo del conector blindado es ilegible, se utiliza una línea
ondulada punteada.
Para un cable cubierto con una malla metálica, se conecta un
extremo al conductor de tierra para separar la señal eléctrica
desde el conector blindado.
(El efecto de blindaje es como una señal de radio que puede
detectarse en un túnel; un túnel que reciba señal de radio estará
sujeto aún tratamiento especial).
Onda eléctrica
Par torcido
Conector blindado
Conector blindado
conector
Conector blindado
Combinado en conector blindado y
conectado al conductor de tierra
(6) Par torcido
Cuando dos cables están torcidos entre si, el campo magnético producido entre ellos puede blindar cualquier señal eléctrica
externa; aunque esto no es tan efectivo como el conector blindado, sus características son bajo precio y peso ligero.
(7) SMJ (unión súper múltiple)
Es un conector que debe conectar muchos cables en el circuito. Para la conveniencia de la fabricación y uso de los arneses
eléctricos , se utiliza un SMJ cuando se requiere distribución.
La disposición de los terminales del SMJ esta registrado al principio del colector del diagrama eléctrico.
? El tipo de cable y su espesor en el circuito han sido identificados desde Agosto 2000 para su visualización; se utiliza una
flecha para identificar la dirección de la corriente.
Conductor grueso
: Línea de suministro de energía (12V)
Conductor medio
: Conductor a tierra
Conducto delgado
: Cables difer entes a los anterioes
(cable de señal, suministro de energía
5V, etc)
- 30 Fundamentos Eléctricos
(8) Ejercicios
(1)
Explicar la función del “enlace de fusibles” utilizado en los circuitos eléctricos
(2)
¿Qué tipos de suministro de energía existen?
(3)
Explicar gráficamente el principio de funcionamiento del relé y explicar tres características del relé.
Principio de funcionamiento del relé:
(4)
Características:
Explicar la finalidad y funcionamiento del conector blindado y del par torcido respectivamente.
Conector blindado:
Par torcido:
Fundamentos
Eléctricos
- 31
5. Seguimiento básico de fallas de un circuito eléctrico
Las fallas en un circuito eléctrico pueden incluir circuito abierto, corto circuito y caída de voltaje. El procedimiento de revisión y
el método varían con cada falla. Debe utilizarse el método más rápido y apropiado.
Por esa razón, se considerara el procedimiento de seguimiento de falla. Es importante para los principiantes conocer la
condición de una falla.
(1) Procedimiento de seguimiento de falla
Interruptor
¿Por qué se utiliza este flujo de diagnostico? Considerando la
figura siguiente, entenderla es la base de su comprensión; este
es el “verdadero fundamento de la revisión de un circuito
eléctrico”.
Carga
Fusible
Fuente de
energía
Carrocería, motor y otro conductor a tierra
Falla
Se funde
(La carga no funciona o funciona anormalmente)
No se funde
¿Se funde el
fusible?
Normal
Medir
en el Terminal
positivo de la carga
Existe un corto circuito
entre la fuente de
energía y la carga
El corto circuito provoca
una corriente de salida
excesivamente de la
batería, resultano en que
el fusible se funda. Por
lo tanto, el punto de corto
circuito debe ubicarse y
repararse.
Voltaje de suministro de
energía
Normal
¿Es normal el
voltaje de
suministro de
energía?
Suministro de energía de bajo voltaje
0V
Aunque no hay 0V es
inferior al voltaje de la fuente
de energía
Medir
en el Terminal
negativo de la carga
El circuito esta abierto
entre la fuente de
energía y la carga o el
conductor a tierra
0V
Existe voltaje
¿Hay 0V?
El circuito esta
desco nectado en algún
punto y no hay
corriente
Voltaje de suministro Suministro de energía de
de energía
bajo voltaje
Revisar l acarga
misma
La carga consume
electricidad pero no
funciona
¿Esta abierto el circuito entre la
carga y el conductor a tierra o
corto circuito en la carga?
Si el voltaje después de la carga
es igual a la fuente de energía, la
carga no funciona
¿Existe mal contacto entre
la carga y el conector a
tierra?
Si el circuito tiene mal
contacto, la resistencia
de contacto reducirá el
voltaje
Revisar la caída de
voltaje entre la fuente
de energía y la carga
Di el circuito tiene mal
contacto, la resistencia
de contacto reducirá el
voltaje
- 32 Fundamentos Eléctricos
(2) Métodos de revisión
Casi todos los cables del vehículo están instalados detrás de la tapicería, etc y unidos por conectores.
Medir el voltaje entre los terminales del conector como se ha descrito. Cuando se ha determinado una falla, medir con el
ohmiómetro, voltímetro, etc. para localizarla.
Medición del Terminal de conectores
Para desarrollar una revisión completa del circuito, asegurarse de realizar la
medición en estado electrificado.
Por lo tanto, cuando se mida el voltaje en un Terminal, el probador deberá
insertarse desde la parte trasera del conector y el extremo del probador
deberá contactar el Terminal en principio.
Para cualquier Terminal que pudiera ser humedecido por la lluvia, se
encuentra una protección a prueba de agua en la parte trasera del conector,
convirtiéndolo en un “conector a prueba de agua”. Asegurarse de no
dañar la protección cuando se inserta el probador.
Tester de
voltaje
Probador
Forma de la
sonda del Pin
Probe shape
Clip de gema
Cable
Probador
especial
Protección a prueba de agua
Terminal
Cuerpo del conector
Localización de un punto abierto
(Medición del voltaje)
Fusible
[1] Cuando la carga esta electrificada, medir el voltaje entre el extremo
delantero de esta y el conductor a tierra.
[2] 12V: Revisar por circuito abierto entre la carga y el conductor a tierra.
0V: Medir los voltajes V3 , V2 y V1 desde la carga gradualmente hacia la
fuente de energía y localizar el Terminal de 12V.
Si esta abierto el circuito entre el Terminal de 12V y la carga, esta
debe ser revisada.
Interruptor
Conector
Carga
Localización de un punto en corto (Medición de resistencia)
Si el fusible se ha fundido, localizar cualquier corto circuito entre el fusible y
la carga.
[1] Medir la resistencia R1 entre el extremo trasero del fusible y el conductor
de tierra con el suministro de energía desconectado. (Si no hay un corto
circuito, se mostrara la resistencia de la carga).
Si la resistencia es casi 0O, hay un corto circuito en la carga o hay otro
corto circuito entre el fusible y la carga.
Nota: No confundir cualquier carga de baja resistencia (carga de
alto wataje o motor) con 0O.
[2] Remover todos los conectores y revisar por aislamiento (resistencia 8)
entre el conector y el conductor a tierra; si el aislamiento es cero en las
resistencias R2, R 3 y R4 indica que hay un corto circuito en el cable.
Carga
Carga
Fusible
fundido
Fundamentos
Eléctricos
- 33
Revisión del circuito con el ohmiómetro
En la revisión final de un circuito abierto, corto circuito, mal contacto, etc,
remover los conectores de ambos extremos del cable y calibrar el tester de
circuito en el “rango de resistencia”.
En estas pruebas, es importante utilizar el rango correspondiente para la
medición a realizar.
[1] Revisión de circuito abierto y mal contacto
Debido a que un punto con una resistencia de casi cero, el rango,
debe calibrarse a “×1O”.
Si se utiliza un rango más alto en el tester, el resultado no podrá
mostrarse, de modo que es imposible confirmar el problema.
[2] Revisión de corto circuito
• Revisión de aislamiento: “×1KO”
• Revisión de corto circuito: Calibrar el rango a “×1KO” inicialmente y
cambiarlo durante la medición según sea el caso.
Rango 1O
ohmímetro
Revisión de circuito abierto y mal contacto
Válvula de control de
velocidad en ralentí
Batería
Rango 1O
ohmímetro
Como encontrar el Terminal que se debe medir
En la revisión del circuito actual, este no es como una línea recta según se
ha mencionado; en su lugar el Terminal apropiado aparece entre múltiples
terminales para medición.
[1] Confirmar la identificación del conector en el diagrama eléctrico.
[2] Localizar el conector en el diagrama eléctrico del vehículo real.
[3] Observar el conector en la dirección especificada para localizar el
número de Terminal.
[4] Revisar el color del cable en el diagrama eléctrico y localizar el
Terminal basado en el color del cable insertado en el conector del lado
de la carrocería (arnés de la carrocería).
El método en el punto [4] es simple y rápido. Sin embargo, si la carga
(sensor, actuador, etc) de un conector que no esta cableado debe
revisarse, debe utilizarse cualquier método entre [1]-[3].
Para los métodos [1]-[3], practicar con cables reales y varios terminales
hasta dominar completamente los procedimientos.
6 polos
Conector hembra
Orden visto desde la flecha
en la figura de la derecha
20 polos
Revisión del cortocircuito
Válvula de control de velocidad en ralentí
Conector hembra
- 34 Fundamentos Eléctricos
(3) Ejercicios
(1) Explicar el procedimiento para localizar la posición equivocada de la manera más rápida para el siguiente circuito.
Actualmente se producen corto circuito y circuito abierto.
Circuito abierto
Fusible fundido
Carga
Carga
Corto circuito
Procedimiento de revisión para la posición del corto circuito:
Procedimiento de revisión para la posición del circuito abierto:
(2)
La carga (resistencia) en el circuito está en estado de “circuito abierto”.
No siempre puede decidirse si la carga entre a y b o el conductor entre b y c está desconectado solamente sobre la base de
la medición de voltaje. Esto depende de cómo esta conectado el voltímetro.
El método correcto de cableado puede decidirse desde
la conexión de ? y ? en la figura. Explicar porqué.
Ver “Conocimiento Básico – Medidor de circuitos”.
Circuito abierto
• El modo de cableado de la desconexión de carga puede ser juzgado como:
• Base de la decisión: