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Electricidad
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Electricidad: Jimmy Quispe
Indice
Página
Temas
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
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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. Junto con la producción de luz la
electricidad puede producir diferentes efectos. 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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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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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. Hay diferentes átomos disponibles; se conocen más de cien
tipos individuales de átomos. 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. Este esta formado por un núcleo
(protones y neutrones) y electrones. 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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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. Existen
fuerzas entre protones y electrones. 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. El nivel de energía
depende de la orbita. La orbita K tiene un nivel de energía menor, mientras que la Q tiene el mayor
valor. 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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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. Esto se debe a la estructura atómica
de cada material. La estructura de un metal por ejemplo, es aquella donde existen una gran
cantidad de electrones libres.
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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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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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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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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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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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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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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, ácidos, bases). La conducción electrolítica involucra descomposición de los
electrodos.
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. Este principio se usa dentro de las
celdas galvánicas. 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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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. Esta fuerza atrae fuertemente materiales ferromagnéticos tales como el hierro,
níquel y cobalto. 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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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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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. Este voltaje se conoce como voltaje de estabilización.
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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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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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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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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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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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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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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. Si se abre el interruptor por los siguientes 50ms, la
ampolleta recibirá 0V. 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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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. El cambio en la resistencia se usa para
detectar temperaturas, etc. 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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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. Análogo quiere decir
continuo, sin pasos. 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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Conexión en Serie / Paralelo / Combinada
Como ya es sabido en el vehículo hay instalados varios dispositivos eléctricos tales como
diferentes sensores y actuadores. La conexión entre las diferentes partes de un circuito puede
hacerse en serie o en paralelo. 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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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. Este plano se llama diagrama
eléctrico. 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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Esta es una copia del Manual de Servicio para informarse acerca de la forma de cómo usar el
diagrama eléctrico.
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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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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). El
multímetro existe en versión análoga o digital. 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. Generalmente el voltaje y la
resistencia se miden en conexión paralela. Nótese que para medir resistencia debe desconectarse
la fuente de voltaje. 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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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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Energía y Trabajo Eléctrico
La potencia de un dispositivo esta determinada por la corriente consumida por éste y el voltaje con
que es suministrado. Por lo que la Potencia es Corriente x Voltaje, como puede leerse en la
matriz.
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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LIN Fits
in at
event
masterper
node
the
lowElectricidad: Jimmy Quispe
triggered
slaveof
end
dual
fault
single
wireReparación de Arnés de Cables
in wire
car
tolerant
bus
multipl
dual
no
quartz
wire
exing,
making
a LIN
system
a cost
effectiv
e
solution
CAN-C
CAN-B
LIN
ntal cost
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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