ELECTRICIDAD BÁSICA EN EL AUTOMÓVIL
INSTITUCIÓN EDUCATIVA CENTRAL TÉCNICO
TEMA: ELECTRICIDAD BÁSICA EN EL AUTOMÓVIL
NOMBRE: NAHOMY NÚÑEZ
DOCENTE: ING.JULIO CALVOPIÑA HERRERA
ELECTRICIDAD BÁSICA EN EL AUTOMÓVIL
1. ¿Qué es la electricidad?
La electricidad es un conjunto de fenómenos producidos por el movimiento e interacción entre las cargas eléctricas positivas y negativas de los cuerpos físicos.
La palabra "electricidad" procede del latín electrum, y a su vez del griego élektron, o ámbar. La referencia al ámbar proviene de un descubrimiento registrado por el científico francés Charles François de Cisternay du Fay, que identificó la existencia de dos tipos de cargas eléctricas (positiva y negativa). Las cargas positivas se manifestaban al frotar el vidrio, y las negativas al frotar sustancias resinosas como el ámbar.
Sabiendo que la electricidad no deja de ser movimiento de electrones ¿por qué se usan unos materiales en vez de otros en electricidad? ¿Por qué la mayoría de los cables del coche son de cobre, o por qué cuando te compras unos cables de audio te salen más caros los que están recubiertos de oro? ¿Por qué los cables van siempre recubiertos por lo que parece goma? ¿Lo harán para que quede todo más bonito?
Pues no. Esto se hace porque los materiales, si hablamos de temas eléctricos, están divididos (de forma muy general) en: conductores, semiconductores y aislantes. Esto es así porque los materiales (átomos) son diferentes. No es lo mismo usar plata en un cable, que cobre, oro, aluminio, corcho o plástico. No son materiales iguales, no todos conducen la electricidad de la misma manera. Vamos desde los conductores a los aislantes, y sus nombres se refieren siempre a la su capacidad de conducir la electricidad (en otros a la temperatura).
Para entender la electricidad, como es algo que no podemos ver, lo mejor es asemejarla al agua. El agua la vemos, entendemos qué hace y qué haría según la situación. Pues la electricidad, de forma muy general, se comporta como el agua. Verás como si piensas en ella de esta forma todo será mucho más fácil.
¿Qué narices es la corriente eléctrica? Agua, piensa en el agua. La corriente se puede comparar con la cantidad de agua que corre por una cañería. Cuanta más agua tenga la cañería, más agua llegará al final de la misma. No es lo mismo tener una cañería muy ancha que muy estrecha, no pasará la misma cantidad de agua. Pues lo mismo sucede con la corriente eléctrica. Para medir cuánta corriente pasa por un cable usas el símbolo de Intensidad (I) (no tienes a un esclavo contando electrones, cual trabajador en el metro). Su unidad son losAmperios (A).
La corriente, físicamente, siempre va desde el polo negativo (más electrones) al positivo (menos electrones). Pero porque a alguien, en algún momento del pasado, le salió de los webs decir que el sentido era el contrario, se quedó, de forma aceptada, que la corriente iría del positivo al negativo. Y se quedaron tan panchos.
Otro asunto relacionado con el sentido de la corriente eléctrica es el concepto de corriente continua y corriente alterna. “Ay dios, ¿cuál es la maldita diferencia?” Simple.
Corriente continua (DC): Para resumir, se produce cuando el flujo de electrones circula siempre en el mismo sentido o dirección. Este tipo de corriente es la producida por generadores continuos (como la batería del coche), y además es el tipo de corriente más común para todos los sistemas del coche (incluido, por ejemplo, la línea CAN Bus).
Corriente alterna (AC): Resumiendo de nuevo. Es la corriente eléctrica cuyo sentido varía cíclica mente. La característica principal de una corriente alterna es que durante un instante de tiempo un polo es negativo y el otro positivo, mientras que en el instante siguiente las polaridades se invierten tantas veces como ciclos por segundo o hertzios posea esa corriente.
Para entendernos, volviendo al coche; ¿por qué crees que se llama “ALTERNADOR” al alternador? Pues porque crea corriente alterna gracias a ser arrastrado, mediante giro, por el propio motor. Ésta después se transforma a continua y se almacena en la batería. El porqué de todo esto ya es otro tema, y no me quiero liar, pero ¿se va viendo la relación de todo?
¿Cómo se mide la corriente eléctrica?
Lo fundamental es el concepto “EN SERIE”. ¿Y qué es en serie? Piensa de nuevo en el agua. Para medir la cantidad de agua que pasa por una tubería tienes que meterte DENTRO de la tubería. Para medir la corriente que pasa por un cable tienes que formar parte del circuito. ¿Se ve?
Vamos a centrarnos en la corriente continua, que es lo que tocaremos el 95% de veces en el coche. Si quieres medir la corriente (y dependiendo de cuánta se vaya a medir, pero ese es otro tema) usaremos dos posibles herramientas: El multímetro (también llamado polímetro) y/o el amperímetro (también llamado pinza amperimétrica).
Para que sepas de qué estamos hablando (en caso de que no hayas visto nunca nada de esto), te muestro un ejemplo de cada uno.
Multímetro/polímetro*: Si no tienes uno de estos ya estás tardando en comprarlo, pues es FUNDAMENTAL para todo. Repito, PARA TODO lo relacionado con la electricidad. Además, te recomiendo invertir un buen dinero ahora, en un multímetro de calidad (como Fluke) y que además te sirva para niveles más avanzados (por ejemplo, para ver señales digitales cuadradas (PWM), pues el coche está lleno de ellas (y cada vez más)).
Seguimos hablando de agua y la electricidad. Imagina que tienes un tanque de agua, y éste tiene un tapón en el fondo. Si abres ese tapón el agua saldrá de él, ¿correcto? Pero ahora piensa otra cosa; ¿esa agua saldrá con la misma fuerza tanto si el tanque tiene poca agua como si tiene mucha? Más gráfico todavía. Piensa cuando estás meándote a saco. ¿El chorrito sale con la misma fuerza cuando estás a punto de estallar que cuando estás ya a “medio gas”? No. Y eso que la “cañería” por donde vas a vaciar tus desechos será siempre del mismo diámetro.
Esa “fuerza” del agua (pis) es el mismo concepto en la electricidad. Esta “fuerza” se mide en Voltios (V). No es lo mismo la “fuerza” que tiene algo a 12V que a 220V. No son las mismas ganas de ir al baño tras 12 cervezas que 220.
¿Cómo se mide el voltaje?
Al contrario que con la medición de corriente eléctrica, aquí tienes que hacerlo en PARALELO. Siempre. Es decir, no has de formar parte del circuito, si no que tienes que “verlo desde fuera”, con los componentes conectados. Para verlo de forma más gráfica veámoslo en la batería del coche:
En electricidad aplicada al automóvil, esta es la operación que más vas a hacer junto con la medición de resistencia (la veremos ahora). Ten en cuenta que la medición de voltaje es una comparación del voltaje entre dos puntos, de ahí su otro nombre: diferencia de potencial ¿Qué significa esto? Que lo que hace el multímetro es comparar, hacer la resta entre el voltaje de un punto frente al otro.
No sé si te habrás fijado en el detalle de la imagen anterior, pero mira la pantalla del polímetro. ¿Qué marca? –13,02V. ¿Negativo? No asustarse, puede ser. Como dije el polímetro resta valores, si colocas las puntas de una manera (recuerda, en paralelo siempre) te dará un valor. Si donde antes tenías el positivo ahora pones la del negativo, y al revés, verás cómo cambia el símbolo de más a menos (o al revés). Además, cuidado cómo conectamos estas puntas al propio polímetro. El tema de cómo usar este cacharro, como dije, lo veremos en un futuro vídeo.
Su nombre lo dice todo, es la oposición que ofrece el material al paso de corriente (¿recuerdas los tipos de material conductor, semi y aislante?). Para entenderlo mejor vuelve a pensar en el agua y la tubería (o si te queda más claro en tus ganas de ir al baño). Si tienes una tubería más estrecha que otra, ¿por cuál pasará más agua? Pues en electricidad es lo mismo. La resistencia se mide en Ohmnios, y su unidad es (Ω).
¿Cómo se mide la resistencia eléctrica?
Fundamental, desconectando el componente del cual quieras medir su resistencia. Y lo vuelvo a repetir, fundamental que esté desconectado, si no la medición no será correcta. Además, en este caso, al contrario que la medición de voltaje, la polaridad (cómo pongas las puntas del multímetro pinchando el componente) es indiferente, es decir, no verás valores negativos.
¿Por qué te interesa medir la resistencia en circuitos o componentes? Porque, en electricidad, ésta es otra variable fundamental para su diagnosis frente a problemas eléctricos. Todo componente tiene una resistencia interna característica definida por el fabricante (por ejemplo, el sensor CKP, o un inyector) e, incluso, te servirá para el diagnóstico de línea CAN Bus.
¿Qué tipos de resistencias eléctricas hay?
Para hacerlo simple y no liar: Las hay “fijas”, “Variables ó potenciómetros” y “Especiales”. ¿Por qué te interesa saber esto? Porque en tu coche te las vas a encontrar todas. Y cuánto más actual sea el cacharro que vas a tocar más de todas ellas te encontrarás.
No vamos a entrar en detalles de cada una, pero para que nos quedemos con la copla:
- Fijas: Como su nombre indica tienen valores de resistencia fijos (valores determinados por los colores que llevan impresos, pero ese es otro tema).
- Variables o potenciómetros: Varían su valor en función al desplazamiento interno de un contacto. “Mierda, ¿qué está diciendo este tío? ¡¿Esto no era nivel básico?!”. Por poner un ejemplo, el regulador de luz del cuadro de tu coche. Si tienes una ruletita con la que cambiar la intensidad de la luz, si la vas moviendo y ésta cambia, sabes que eso es un potenciómetro. Además, fíjate como éstos tienen tres patillas, el resto de resistencias tienen dos.
- Resistencias especiales: Éstas varían su valor de resistencia dependiendo de factores externos. Por ejemplo: La luz o la temperatura. Un ejemplo: El sensor de temperatura de refrigerante del motor: Es un sensor que tiene una resistencia interna que disminuye su valor conforme va aumentando la temperatura del motor (resistencia NTC). En próximos capítulos veremos más detalles de éstas amiguitas y sus colegas PTC, todas ellas forman un grupete llamado Termistor. Por ahora lo dejamos aquí.
Lo que el maletín Mannesmann de 215 piezas es para la mecánica la Ley de Ohm es lo mismo para la electricidad en circuitos eléctricos: es DIOS. Creas o no has de grabarte este símbolo mágico a fuego en el cerebro.
La ley de Ohm constituye el fundamento del cálculo de circuitos eléctricos. Y circuitos eléctricos es lo que tienes en tu coche. A cientos.
Por medio de esta ley se calculan los valores de voltaje, intensidad y resistencia que hemos visto. Conociendo dos de estos tres valores fundamentales, podemos calcular el otro. Su aplicación es válida desde el circuito eléctrico más elemental al más complejo (cuidado, en unidades de control, como tiene electrónica, la cosa no es tan sencilla, pero por ahora nos vale).
Al cerrarse un circuito, la tensión (U ó V) aplicada provoca la circulación de una corriente de intensidad (I) a través de la resistencia (R). Dicho así puede sonar a arameo, pero esto lo has hecho en el colegio, lo has hecho en casa, lo has hecho en el coche. Un circuito eléctrico, en su forma más básica, es esto:
Ahora dirás “Ya, pero es que este circuito lo puede hacer un chimpancé. Yo quiero aprender a arreglar los problemas eléctricos de mi coche, déjate de experimentos de colegio”. Lo entiendo. Pero esto que estás viendo es tu coche. En la realidad verás cientos y cientos de metros de cables, mogollón de elementos y conexiones, pero en realidad, y te lo demostraré, tu coche se compone de circuitos muy simples, en serie y paralelo (los veremos más adelante).
Un fabricante nunca te va a dar un esquema eléctrico de esta manera, con dibujitos tan monos (salvo para hacerte una idea de por dónde van los cables). Te dará algo similar a esto:
Bien, básicamente es lo mismo que el dibujito anterior. Es un circuito eléctrico que tiene los componentes más básicos: Un generador, un dispositivo para abrir o cerrar el circuito y un consumidor eléctrico, que tiene una resistencia interna. Esto es un coche de forma muy simplificada.
¿Qué pasa en todo circuito eléctrico? La frase con la que hemos empezado esta parte ya lo decía: Al cerrarse un circuito, la tensión (U) aplicada provoca la circulación de una corriente de intensidad (I) a través de la resistencia (R). Si sabes interpretar lo que estás viendo en este diagrama eléctrico, te sabes la Ley de Ohm y sabes cómo usar un multímetro/polímetro (repito, lo veremos en un vídeo) ya no habrá problema eléctrico que se te resista. Te lo aseguro.
Volvemos a nuestro símbolo mágico. Míralo, quiérelo. ¿Pero qué significa? Que estas tres magnitudes; Voltaje (V), Intensidad (I) y Resistencia (R) guardan una relación entre ellas.
Y esta relación, ¿cuál es? Te lo dice el mismo dibujito de la Ley de Ohm:
V=IxR –> Voltaje=Intensidad x Resistencia. En el símbolo: La V, que está arriba, es el resultado de la multiplicación de las dos de abajo (I y R).
I=V/R –> Intensidad=Voltaje/Resistencia. Si quieres calcular la I, abajo a la izquierda, tendrás que dividir la V, arriba, entre R, abajo a la derecha.
R=V/I –> Resistencia=Voltaje/Intensidad. Lo mismo que la intensidad pero queriendo calcular la R, en este caso.
¿Ves su funcionamiento? Coges la unidad que quieras calcular y te fijas en la posición de las otras dos. La línea horizontal entre dos unidades te indica que las tienes que dividir; y si hay una vertical las tendrás que multiplicar. Fácil.
Hay otras reglas mnemotécnicas para acordarte de esto? Sí. Muchas. Usa la que más te guste. En mi caso, por ejemplo, me acuerdo de mi hermana Virginia. VIRginia. V=IxR. Pues eso.
Recordemos la imagen del circuito anterior. Imaginemos que es nuestro coche. Tenemos la batería de 12V; la centralita de motor, que consume, (me lo invento y simplifico), 100Ω. ¿Qué intensidad pasa por el circuito en estas dos posibles situaciones?
- Das contacto –> Circuito cerrado por el interruptor.
Recuerda a tu amigo Ohm. Quieres calcular la Intensidad (I). ¿Resultado? I=V/R –> I=12V/100Ω –> I= 0,12A.
- Quitas contacto –> Circuito abierto por el interruptor: A riesgo de parecer cansino, recordemos la frase con la que empezamos todo esto: “Al cerrarse un circuito, la tensión (U) aplicada provoca la circulación de una corriente de intensidad (I) a través de la resistencia (R).”
Si hay un circuito abierto no habrá circulación de corriente. Punto y final. Ya veremos, en próximos capítulos, diagnosis de circuitos, y veremos que éstos no se abren siempre con un interruptor y a voluntad, si no con cables rotos, pines sueltos, etc. Estos son causas de averías muy comunes, pero por ahora tenemos que conocer la base de todo esto.
Ahora vamos a un paso más allá. Seguimos avanzando hacia la “realidad del coche”. Vamos a ver dos conceptos fundamentales antes de ponernos manos a la obra con los circuitos eléctricos: Caída de tensión y Diferencia de potencial.
En el ejemplo anterior he puesto la siguiente frase: “la centralita de motor, que consume, (me lo invento y simplifico), 100Ω”. Esto, que parece una tontería, es importante. Todo elemento de un circuito eléctrico tiene resistencia eléctrica (por muy pequeña o despreciable que sea), y al paso de la corriente éste consume un voltaje. A este consumo de voltaje lo llamamos también “caída de tensión”, y es fundamental tener claro qué es.
Antes de meternos directamente en los circuitos eléctricos quiero dejar claro el concepto de “Caída de tensión”:
“Se entiende por caída de tensión en un componente al voltaje que aparece entre sus terminales como consecuencia de la circulación de una corriente. Representa el gasto de fuerza que implica el paso de dicha corriente eléctrica a través del componente. A esta tensión también se la denomina diferencia de potencial del componente.”
Traducido al castellano Petrolhead: Todo componente en un circuito eléctrico, como dije antes, tiene una resistencia interna, que hace que la corriente que pase por él pierda “fuerza” eléctrica. Como siempre es mejor verlo con el ejemplo del agua:
En la imagen anterior tienes una tubería con agua, tubería que tiene siempre el mismo diámetro, excepto en los puntos R1 y R2, en los que, por tener una resistencia R1 y R2, es como si en esos puntos la cañería se hiciera más estrecha (más o menos según estas resistencias sean más o menos grandes) o, más claro todavía, que a ese agua le costase más trabajo pasar porque, por ejemplo, hubiese unos molinillos de agua que tuviese que mover. Como la fuerza con la circula el agua al principio es la misma (un voltaje V), según va pasando por esas resistencias, en R1 perderá algo de fuerza (V1) y en R2 perderá otra parte de esa fuerza (V2).
A estas pérdidas de fuerza (V1 y V2) se les llama Caída de tensión en el componente.
¿Qué es diferencia de potencial? Básicamente es la tensión que se encuentra entre dos puntosde un circuito eléctrico. ¿Recuerdas que en el apartado del “¿Cómo se mide el voltaje?” dije que éste es la comparación entre dos puntos? Pues básicamente es eso, qué diferencia hay entre el voltaje de un punto y otro.
Las tensiones siempre se deben medir con respecto a un punto de referencia. Cuando el punto de referencia es masa/tierra (0V) (ejemplo, la carrocería del coche), quiere decir que medimos con respecto a un potencial eléctrico 0V.
Para verlo más claro vuelvo a poner la imagen de las unidades eléctricas básicas. Mira donde pone “Diferencia de potencial”:
Ahora fíjate en la altura del agua de los tanques A y B. ¿Cuál está más alta? ¿Cómo lo sabes? Porque las comparas entre ellas.
Es lo mismo que cuando tú mismo le dices a un posible ligue: “Si yo soy muy normal…”. Pues te falta algo. Deberías de añadir “Soy muy normal COMPARADO con…”. Ahí está la jodida clave.
No es lo mismo que te consideres normal comparado con Stephen Hawking o con Kiko Rivera. No es lo mismo.
Pues con el voltaje, la altura del agua es lo mismo. Tienes que comparar, saber con qué o desde donde comparas. Tu multímetro compara. En el ejemplo de los tanques, ¿a qué altura está el agua del A? Pues depende. ¿Comparado con qué altura? ¿Desde el suelo? ¿Desde la altura del agua del tanque B?
Por ahora quédate con la copla, que con el tema de voltajes, como con casi todo, hemos de comparar y saber con qué estamos comparando. Lo verás más claro más adelante.
Antes de meternos en lo que son los circuitos eléctricos y ver más ejemplos tenemos que tener muy claro qué componentes van a tener. Después veremos los tipos de circuitos y, desde el principio, aplicaremos constantemente la Ley de Ohm junto con el multímetro. De ahí que toda la teoría anterior sea básica, tiene que estar grabada a fuego en tu cerebro Petrolhead.
¿Cuáles son los elementos básicos de un circuito eléctrico? Básicamente los que ves en la imagen anterior: Un generador, un fusible, interruptor, receptor (o consumidor) y una línea (o cable).
Ahora me dirás, “esto no se parece en nada a un coche, ¡es lo que yo quiero tocar, coj*nes!”. Ahora mira la siguiente imagen. Es una de las partes del cableado eléctrico de la centralita de motor de nuestro Mini 1275cc SPI (¿Quieres saber cómo funciona esta “Inyección monopunto/SPI“?). Busca las 7 diferencias.
Te aseguro que las diferencias entre el circuito simple que has visto y éste de la centralita de motor del Mini SPI son muy pocas. Si tienes claras las bases del primero puedes entender el segundo. Sigue leyendo y te garantizo que este segundo dejará de parecerte un jeroglífico indescifrable.
Entonces, resumiendo, el circuito eléctrico más básico es el formado por un generador que produce la diferencia de potencial, un consumidor que transforma la energía eléctrica en otro tipo de energía (calorífica, mecánica, eléctrica, luminosa, etc.) y un conductor que une ambos elementos, creando el camino a la corriente eléctrica. Se pueden añadir elementos de mando como conmutadores (interruptores, relés, etc) o elementos de seguridad como fusibles (tanto a positivo como a negativo). A partir de ahí complícalo todo hasta el infinito si te da la gana.
Necesitamos saber cómo se dibujan, por parte de los fabricantes, los elementos más básicos de los circuitos. No voy a entrar en los detalles de cada uno, eso lo iremos viendo según avancemos, pero al menos han tenido la decencia de ponerse de acuerdo la mayoría y usar siempre los mismos tipos de símbolos (pueden variar muy ligeramente). Ahora vamos a la chicha.
Además, y dado que el coche está petado de ellos, te muestro la representación de un relé.
Pues básicamente es un interruptor, quédate con esa idea, pero que en vez de darle tú con la manita lo accionas mediante corriente eléctrica. Generalmente, para lo que se usan, es para controlar circuitos de corrientes muy tochas mediante otros de corrientes más pequeñas. Físicamente un relé lo puedes identificar muy fácil (mira la imagen siguiente), pero es que también lo puedes oír. Cuando se acciona se oye el típico “¡clack!”. Fíjate cuando accionas los intermitentes, ese ruidito metálico cada vez que se encienden proviene de un relé.
Aunque físicamente éstas son las formas más típicas en las que te los puedes encontrar también pueden verse en forma de cajas, con varios de ellos en su interior. Un ejemplo, nuestro Mini SPI y su caja de relés:
Además, para que veas que todo lo representado en un diagrama eléctrico tiene su “parte real” en el coche, esta caja de relés, en el esquema de cableado del motor de los Mini con inyección monopunto, tiene esta representación. Te lo marco en rojo.
Si sigues leyendo, estudiando y practicando, serás capaz de identificar, tanto en el esquema como en el coche, cada uno de los componentes.
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