1.26. Circuito eléctrico

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En este capítulo se sientan las bases del circuito eléctrico del automóvil, en el módulo 2 se explica con más detalle y se ven las evoluciones que ha hecho de la electrónica el gobierno del funcionamiento del automóvil en todos sus sistemas elementos y componentes.

Introducción; corriente continua y alterna

Se puede asimilar la electricidad a la circulación del agua.

El agua se puede almacenar en un estanque o depósito, al vaciarse se ha de rellenar si se necesita más agua.

También se puede almacenar el agua en una presa, alimentada por uno o más ríos.

Desde uno de estos dos sistemas de almacenamiento parte la tubería que lleva el agua a los consumidores que la precisan.

El estanque o depósito se va vaciando hasta quedar sin agua, lo que detiene la circulación.

En el caso de la presa se va compensando el consumo de agua con las aportaciones de los ríos.

Una forma didáctica de comparar el sistema hídrico y la electricidad es esta; el estanque o depósito es un almacén de agua, y la batería lo es de electricidad.

La presa es un generador de agua al estar alimentada permanentemente, como una dínamo o alternador en el automóvil.

En estos, la aportación para poder seguir suministrando electricidad es la energía obtenida de su giro, al estar movidos mediante una correa de arrastre por el motor.

Con estas similitudes explicamos como introducción los dos sistemas de circulación de la electricidad:

  • La electricidad se basa en la circulación de electrones en un material conductor, metal es lo más frecuente
  • Imagen superior:
    • Se necesita un almacén o generador de electricidad, consumidor de electricidad y cableado de unión. En esta animación el consumidor es una bombilla
    • La electricidad la aporta un almacén de electricidad, como la batería
    • Los electrones circulan del borne positivo + al negativo – de la batería, pasando por el consumidor/bombilla que se enciende
    • Es la corriente continua; circula la electricidad permanentemente del borne + al – siempre en el mismo sentido
    • Es el sistema utilizado en el automóvil
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  • Imagen inferior:
    • Hay otra forma de circulación de la corriente eléctrica
    • En este caso la fuente de energía eléctrica es un generador
    • La particularidad es que los bornes + y – se van intercambiando con determinada frecuencia
    • Es la corriente alterna; cambio permanente de sentido de circulación de los electrones
    • Es el sistema utilizado en las casas

En ambos sistemas la circulación de la electricidad se realiza siempre en un mismo sentido en la corriente continua, y con permanentes cambios de sentido en la alterna, la energía eléctrica se obtiene del movimiento de los electrones.

Se han citado dos generadores utilizados en el automóvil, la dínamo y el alternador, ambos giran movidos por el motor mediante una correa de arrastre.

La dínamo genera corriente continua al girar y alimenta directamente al sistema eléctrico del automóvil.

El alternador, como su nombre ya indica, produce también por el giro corriente alterna, para ser utilizada en el sistema eléctrico del automóvil se transforma en continua.

La sustitución hace años de la dínamo por el alternador se debe a la mucha mayor capacidad de este de generar electricidad, indispensable con el incremento de equipamientos eléctricos en el automóvil.

Circuito eléctrico en el automóvil

Almacén de electricidad, consumidor y cableado

El circuito eléctrico del automóvil se compone de todo lo necesario para que los elementos eléctricos funcionen; se necesita una fuente que aporte la energía eléctrica, componentes que utilizan la electricidad para desarrollar sus trabajos y un sistema de transporte, se representa en esta animación:

  • Este es un consumidor eléctrico representado por una bombilla, que de momento está apagada
  • Aparece el almacén de electricidad, la batería en el automóvil, que contiene en su interior cierta cantidad de electricidad
  • La batería está conectada con el consumidor eléctrico, la bombilla, mediante el cableado
  • Son filamentos metálicos que conducen muy bien la electricidad en fundas de plástico flexible u otro material aislante, es decir que no conduce la electricidad
  • La corriente eléctrica sale de la batería por el borne +, llega al consumidor y desde este vuelve a la batería por el borne – pues ha de circular la electricidad para transmitir su energía
  • Al circular la electricidad funciona el consumidor, en este caso se enciende la bombilla
  • Cada consumidor es un “freno” al paso de la electricidad, si no hubiese consumidor entre los bornes + y – de la batería pasaría toda su electricidad acumulada de golpe quemando el cableado, es un cortocircuito
  • Si se mantiene funcionando el consumidor se va agotando la carga eléctrica de la batería dejándola inoperante
  • La batería se descarga, hay que encontrar una solución
  • La electricidad que circula del borne + al – es corriente continua y es el sistema utilizado en el automóvil
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Con la batería se dispone de electricidad, pero su capacidad es limitada, hay que añadir algún elemento o sistema que recargue la batería para el adecuado funcionamiento eléctrico del automóvil.

Los tres elementos principales

Se ve un automóvil con motor delantero longitudinal y propulsión (tracción trasera).

Su sistema o circuito eléctrico tiene muchos componentes, de los que tres que son los principales; batería, motor de arranque en este caso (consumidor) y el alternador.

A continuación, se ven en el automóvil:

  • Se colocan en su posición en el automóvil la batería, el motor de arranque y el alternador
  • Circuito de conexión entre estos elementos, incluyendo el que va al contactor o mando de arranque que acciona el conductor
  • Detalles de la batería; es el almacén de electricidad con el motor parado
  • Detalles del motor de arranque, con la electricidad de la batería pone en marcha el motor del automóvil
  • Lo hace engranando un piñón del motor de arranque sobre el dentado exterior del volante motor (se comentó en el capítulo 1.16.1. Disposición de los cilindros y materiales del motor)
  • Detalles del alternador; con el motor en marcha genera electricidad con la que carga la consumida por la batería, y suministra la que necesite el automóvil para su funcionamiento
  • El alternador es accionado por una correa de arrastre desde el motor

Testigo de carga de la batería

  • Un testigo controla el estado de la batería; si está apagado con el motor en marcha el funcionamiento es correcto. Si se enciende indica fallo en la batería o el circuito de carga, incluido el alternador
  • Si se rompe la correa que arrastra el alternador este se para, lo que hará encenderse el testigo de batería
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La batería se puede colocar donde mejor se considere que por diseño y es habitual que esté próxima al motor, pero puede estar en el extremo opuesto del automóvil, entonces se necesitan cables de gran longitud para conectar con los otros dos elementos principales, motor de arranque y alternador.

El motor de arranque ha de ir junto al embrague, pues mueve el volante motor para el arranque.

El alternador se coloca en uno de los extremos del motor, donde una o más poleas arrastran diferentes accesorios del motor, entre estos el alternador.

Concepto de “masa”

Desde la imagen anterior se completa una parte del circuito que faltaba:

  • La electricidad sale de la batería por el borne + y ha de retornar por el –, lo que supone que además del cableado que va del + a cada consumidor haya otro desde la salida de cada uno de estos al borne – de la batería, es decir se duplica el cableado
  • La carrocería del automóvil es metálica y conduce la electricidad
  • En vez del cableado de retorno al borne – de la batería, que se elimina, se conecta este borne a la carrocería del coche en un punto próximo a la batería
  • Los demás elementos del circuito eléctrico, en este caso el motor de arranque, alternador y testigo de batería, se conectan a puntos próximos de la carrocería, este retorno de electricidad por la carrocería al borne – es la “masa” y supone un importante ahorro de cableado
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En la imagen se ha conectado a masa el borne – de la batería, pero también hay automóviles que lo hacen a la inversa, conectando el borne +.

Utilizar el automóvil como paso de la electricidad se puede hacer al tener su sistema eléctrico una “fuerza” que no afecta a la salud.

Didácticamente la “fuerza” eléctrica se mide en voltios V, en el automóvil el valor nominal es 12V y no representa riesgos para las personas.

En el resumen repaso de este capítulo se presentan las unidades elementales de medida del circuito eléctrico, y se explican en el  módulo 2.26.1. Circuito eléctrico al describir la batería.

Esquema eléctrico simplificado

Cableado y consumidores eléctricos

Se ve en este circuito eléctrico la batería, el cableado y una bombilla como consumidor eléctrico.

Interruptores manuales

  • No es necesario que esté funcionando siempre el consumidor, en este caso la bombilla encendida de forma permanente
  • Para poder apagarla se incorpora el interruptor, es accionado a voluntad y permite cortar el paso de corriente a la bombilla que se apaga cuando no se necesite

Conectores

  • El cableado no es un conjunto, se divide en tramos unidos por conectores
  • Se componen los conectores de dos o más partes, cada una de estas con su cableado
  • Estas partes se pueden separar o desconectar entre sí
  • Al desconectarse se pueden realizar diagnósticos del sistema eléctrico y sustituir tramos de cableado defectuosos, sin tener que cambiar todo el cableado

Fusibles

  • La función de los fusibles es proteger al circuito eléctrico de cortocircuitos, se producen al comunicarse en alguna zona el cableado + y – sin pasar por ningún consumidor, por incidente o accidente
  • El cortocircuito hace que pase toda la electricidad disponible en la batería o generada por el alternador de golpe por el cableado, quemándolo
  • Los fusibles son tramos cortos desmontables del cableado de sección más fina que el que protegen, en caso de cortocircuito se quema el fusible, se funde, cortando el paso de corriente y así evitando más daños
  • Se quita el fusible fundido, se repara el incidente y se pone un nuevo fusible de las mismas características que el fundido, recuperándose el funcionamiento del circuito eléctrico
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Los fusibles están diseñados para soportar determinada “velocidad” (intensidad) de paso de corriente, si se sustituyen por otros de más intensidad ya no protegen el circuito.

Interruptores automáticos

Se ve en la imagen un circuito eléctrico incompleto; batería conectada a masa, cableado, conectores, fusible y un tramo de cableado que no continua:

  • Aparece el radiador de refrigeración del motor
  • Sobre este se acopla el electroventilador, cuyo motor eléctrico está ahora conectado al borne + de la batería
  • El borne de salida del motor eléctrico del electroventilador pasa por un interruptor automático térmico que conecta con la masa, es decir el borne – de la batería
  • Está el interruptor térmico abierto pues el radiador está frío
  • Al calentarse el motor lo hace el radiador y se va dilatando el sensor de temperatura en el interior del interruptor automático, lo que hace que se cierre el interruptor permitiendo que el electroventilador se conecte a masa, lo que le hace funcionar forzando el paso del aire a través del radiador de refrigeración
  • Este interruptor automático que acciona el electroventilador de refrigeración es el Termocontacto
  • Este interruptor no es accionado voluntariamente, lo hace de forma automática, en este caso por temperatura
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Hay diversos interruptores automáticos que se auto accionan sin intervención del conductor u ocupantes.

Se parte de la imagen ya explicada del automóvil, incorporando el radiador de refrigeración del motor.

Se ven los tres elementos principales del circuito eléctrico; batería, motor de arranque y alternador, con su cableado de conexión.

Cableado y consumidores eléctricos

  • Se representa el cableado que une los diferentes componentes del sistema eléctrico del automóvil
  • Se resaltan los consumidores eléctricos incluidos en la imagen, hay más; faros, pilotos, electroventilador, compresor de aire acondicionado, calculador electrónico del motor, motor de arranque, ABS, cuadro de instrumentos, airbag, retrovisores eléctricos, ventanillas eléctricas, cierre eléctrico de puertas, luneta térmica y aforador de combustible

Interruptores manuales y automáticos

  • Los manuales son accionados voluntariamente y los automáticos lo hacen sin intervención del conductor ni ocupantes
  • Están en diferentes zonas del circuito eléctrico

Conectores

  • El cableado eléctrico se divide en tramos comunicados por los conectores, que se pueden separar para sustituir los tramos que presenten incidentes y hacer los diagnósticos necesarios del sistema eléctrico

Fusibles

  • Se agrupan los fusibles en conjuntos o cajas, suele haber cajas, una en el interior del habitáculo y otra próxima a la batería, o en el entorno del motor si la batería se ubica en el extremo del automóvil opuesto al motor
  • Se completa el circuito eléctrico en la imagen con la masa, el retorno al borne – de la batería por la carrocería metálica del automóvil. Ya se ha comentado que hay automóviles con + a masa
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En los siguientes capítulos del circuito eléctrico se ven entre otros estos temas; detalles y tipos de baterías de servicio (particularidades con “stop & start”), calculadores electrónicos, multiplexado y canbus, diagnóstico electrónico, alternador reversible y alternador desconectable (inteligente).

Resumen de este módulo

Los tres elementos principales y el concepto de masa y testigo de batería:

  • Este automóvil tiene motor delantero longitudinal de 8 cilindros en V
  • Aparecen la batería, el motor de arranque y el alternador accionado por la corre de arrastre desde el motor
  • Circuito de conexión entre estos elementos y el contactor o mando de arranque del motor
  • Al accionar el conductor el arranque, utiliza la electricidad de la batería para poner en marcha el motor del automóvil
  • Con el motor en marcha el alternador accionado por el motor genera electricidad, para recargar la batería y suministrar la que el automóvil necesite para su funcionamiento
  • Batería; es el almacén de electricidad del automóvil con el motor parado
  • Motor de arranque; con la electricidad de la batería arranca el motor del automóvil
  • Alternador; genera electricidad cuando está en marcha el motor aportando la que precise el automóvil y recargando la que ha consumido la batería al arrancar el motor
  • Masa; el retorno al borne – de la batería se hace por la carrocería metálica del automóvil, conectando estos bornes a las zonas más cercanas de carrocería de los componentes eléctricos
  • Testigo de batería; en realidad controla tanto el estado de la batería como el funcionamiento del sistema de carga, apagado es correcto y encendido hay fallo en batería o componentes del circuito de carga
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En el capítulo 2.26.1 al describir a la batería se explican las características del circuito eléctrico relacionadas con sus unidades de medida, que se presentan a continuación:

  • La batería tiene una determinada “fuerza” eléctrica, y se mide en voltios. En el automóvil el voltaje nominal es 12 V. Se puede asimilar al par del motor
  • La “velocidad” de circulación de la electricidad es la intensidad I y se mide en amperios A. comparando este concepto con el motor se asimila a las RPM
  • Cada consumidor eléctrico tiene cierta resistencia al paso de la corriente, con menos resistencia circula más rápido la electricidad, más intensidad
  • Es como el rozamiento que presentan los diferentes elementos mecánicos del motor y los exteriores, que se han de vencer para conseguir el desplazamiento del automóvil
  • La potencia comparando el sistema eléctrico con el motor, es valorar el trabajo realizado en función del tiempo transcurrido. Aplicando este concepto a la fórmula de la potencia del motor se obtiene esta asimilación:
    • Potencia motor = Par (“fuerza”) x RPM (“velocidad”)
    • Potencia eléctrica = Voltaje (“fuerza”) x Intensidad (“velocidad”)

Otros componentes del circuito eléctrico además de los tres principales

Se presentan las imágenes reales de los diversos componentes eléctricos que se han incluido en las animaciones de este capítulo (se explican estos componentes en sus respectivos módulos y capítulos, indicado el primero en el que se incluye cada uno entre paréntesis):

  • Electroventilador de refrigeración (1.10.1. Refrigeración)
  • Calculador electrónico de inyección (1.12.1. Alimentación y encendido del motor de gasolina y 1.13.1. Motor diésel)
  • Cuadro de instrumentos
  • Cajas de fusibles (en este capítulo)
  • Testigo de luneta térmica (1.27.1. Climatización)
  • Cableado y conectores (en este capítulo)
  • Mando de puertas a distancia
  • Mando de ventanilla eléctrica; controla el funcionamiento de motores eléctricos en las puertas para subir y bajar las ventanillas
  • Testigo de airbag
  • Palanca de caja de cambios automática (1.18.1. Caja de cambios automática)
  • Retrovisores eléctricos; el conductor puede regular los dos exteriores desde un mando que acciona varios motores eléctricos en cada retrovisor
  • Interruptor de luces antiniebla traseras; son más potentes que los pilotos traseros para que sea visto el automóvil por los que se acercan por detrás
  • Calculador y grupo electrohidráulico del ABS (1.25.1. ABS y sus derivados)
  • Compresor del aire acondicionado (1.27.1. Climatización)
  • Bombillas; son los elementos de iluminación del automóvil. Las exteriores, están siendo sustituidas por sistemas más eficientes
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El sistema eléctrico de un vehículo
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