Fuentes y efectos de la electricidad en el automóvil. Servicio técnico del sistema eléctrico automotriz.

Cada vez que la corriente pasa a través de un conductor, se crean líneas magnéticas de flujo. Cuanto mayor sea la corriente que pasa a través de un conductor, más fuerte será el flujo magnético que se crea. Cuando los accesorios no originales se instalan incorrectamente y los cables de alimentación se colocan demasiado cerca de los arneses de cables existentes, las líneas magnéticas de flujo creadas durante el funcionamiento de los componentes pueden atravesar los arneses cercanos e inducir voltajes en estos cables. Esto puede crear interferencia con la comunicación del módulo y severos daños en los sistemas del vehículo.

Cuando intente diagnosticar problemas eléctricos extraños en el servicio técnico del vehículo, siempre mire de cerca los accesorios no originales, que se consiguen a menor precio, ya que a menudo pueden ser la causa raíz de su problema.

Introducción

La energía está presente en todo aquello con lo que entramos en contacto. La energía se puede manifestar de muchas formas y se puede transferir entre objetos. Si bien la energía no se puede crear ni destruir, se puede convertir en diferentes formas y estados que se pueden aprovechar para realizar muchos tipos de trabajo. De todos los tipos de energía que existen, la electricidad es única.

No solo se puede transformar en energía térmica, energía lumínica, energía química y energía mecánica, sino que se puede crear fácilmente, especialmente en comparación con otros tipos de energía como el carbón, el petróleo, el etanol y el biodiesel. Estos compuestos son mucho más difíciles de crear y pueden requerir largos períodos de tiempo para alcanzar un estado utilizable.

Fuentes de electricidad

La fuente de electricidad más común y fácilmente observable es la electricidad estática producida en las tormentas eléctricas. Esta electricidad se forma cuando los frentes de aire cálido y frío se encuentran, formando nubes de tormenta. Cuando los dos frentes chocan, el aire caliente, que contiene gotas de agua y normalmente una carga positiva, se eleva, y el frente frío, que contiene cristales de hielo y una carga negativa, se hunde. A medida que las gotas de agua y los cristales de hielo chocan y se frotan en la nube de tormenta, se crea electricidad estática. A medida que la electricidad estática se acumula en la nube, las cargas positivas se acumulan en la parte superior de la nube y las cargas negativas se acumulan en la parte inferior de la nube. Cuando la carga es lo suficientemente fuerte, se libera en forma de rayo, que contiene cientos de miles de voltios. La electricidad estática también se puede generar cuando se sube a un vehículo, camina sobre una alfombra o se limpia las manos con un trapo.

Fig. Tormenta eléctrica

La cantidad de electricidad estática creada durante estas actividades ordinarias puede dañar gravemente los componentes electrónicos; es fundamental que SIEMPRE se conecte a tierra tocando metal en alguna parte del chasis antes de manipular los componentes electrónicos para asegurarse de que la electricidad estática haya pasado de su cuerpo ANTES de intentar reparar cualquier tipo de componente electrónico. La electricidad también se puede producir moviendo un conductor a través de un campo magnético, aplicando presión a un tipo especial de cristal, convirtiendo la luz del sol en electricidad a través de células solares fotovoltaicas y reacciones químicas que tienen lugar dentro de las baterías. Un hecho permanece constante: la electricidad es siempre el movimiento de electrones en un circuito conductor.

Electricidad electrostática

La electricidad estática se puede inducir frotando dos aisladores.

Puede estar pensando, "¿por qué frotaría a propósito dos aisladores?" Es posible que no se dé cuenta de que la gran mayoría de los materiales con los que entra en contacto a diario son aislantes y, como resultado, el simple hecho de realizar sus actividades diarias generalmente generará una cierta cantidad de electricidad estática en su persona. , estos aisladores se frotan entre sí, lo que hace que un material pierda electrones con respecto al otro. El aislador que pierde electrones se carga positivamente. El otro aislador gana electrones y se carga negativamente. Por ejemplo, cuando camina sobre una alfombra de lana con zapatos de cuero, Tus zapatos recogen electrones libres de la alfombra con cada paso que das. Este proceso ocurre muy rápido y, cuando levantas el zapato de la alfombra, los electrones adicionales recogidos de la alfombra se distribuyen por todo tu cuerpo. Esta colección de electrones sucede una y otra vez, hasta que ya no tienes espacio en tu cuerpo ni alrededor de él para electrones adicionales.

¡En este momento, puede tener de 15,000 a 25,000 voltios acumulados en una carga negativa de electricidad estática!

El exceso de carga negativa en tu cuerpo crea un desequilibrio entre las cargas positivas y negativas.

Dado que los electrones siempre buscan estar en perfecto equilibrio, cuando una superficie cargada positivamente, como la perilla de una puerta, otra persona que tiene menos electrones que usted o una unidad de control electrónico que usted tocó sin antes conectarse a tierra, se acerca mucho a su cuerpo, los electrones corren frente a ti, y hacia lo que tocas, en forma de chispa.

Es probable que sientas un buen susto cuando ocurra esta transferencia. Es importante saber que la electricidad estática es capaz de crear chispas grandes y potentes, suficientes para encender vapores inflamables. Como medida de seguridad, siempre debe conectarse a tierra antes de intentar bombear gasolina o manipular cualquier material inflamable. Si no lo hace, puede encender cualquier vapor inflamable presente y provocar un incendio o una explosión. Estos altos voltajes también pueden causar daños severos a los componentes electrónicos si se introducen en el dispositivo a través de cables o pines de conectores. Por esta razón, NUNCA toque un dispositivo electrónico en sus clavijas o conectores, y siempre conéctese a tierra antes de reparar estos componentes.

Se han detectado muchos incendios causados ​​por el operario o cliente que carga la gasolina en su automóvil, al inicio del proceso de reabastecimiento de combustible, luego regresa al vehículo para ver cómo está un niño o guarda una tarjeta de crédito, se desliza hacia atrás por el asiento del vehículo, sin tocar el metal del vehículo y luego vuelve a tomar la boquilla de reabastecimiento de combustible, momento en el cual una chispa enciende los humos que escapan del tanque de llenado.

Toque siempre el metal del vehículo o la bomba de combustible antes de tocar la boquilla de reabastecimiento de combustible. Además, según los informes, se han producido incendios debido a que los clientes deslizaron sus bidones para gasolina de plástico fuera de la parte trasera de una camioneta revestida de plástico, creando una chispa cuando la boquilla tocó el bidón, o cuando la boquilla tocó el tanque de gasolina.

Energía Termoeléctrica

En algunos casos, es deseable usar calor para crear una señal de voltaje eléctrico. Esto se logra cuando se unen y calientan dos metales diferentes; el punto que se calienta se llama junta caliente y el dispositivo completo se llama termopar.

Cuando se aplica calor a la junta caliente, se genera una pequeña corriente eléctrica. Una buena regla general es que para un aumento de temperatura de alrededor de 200 °C, la diferencia de potencial creada oscila entre 9 y 15 mV en un circuito con carga y hasta 30 mV en un circuito sin carga. En algunos casos, es deseable generar un voltaje mayor en presencia de calor. En estos casos, se conectan varios termopares en serie, aumentando efectivamente el voltaje de salida. Estos dispositivos termoeléctricos más potentes se denominan termopilas y son capaces de generar de 450 mV a 750 mV. Estos dispositivos son muy simples y se pueden probar fácilmente calentando la junta caliente y midiendo la salida con un voltímetro. Estos dispositivos termoeléctricos a menudo se usan en aparatos que funcionan con gas como un medio para detectar la presencia de llama y evitar que el gas bruto se ventile en el hogar. Los dispositivos termoeléctricos también se utilizan en el desarrollo de diseños de motores; Los fabricantes utilizan termopares para medir las altas temperaturas de los componentes, como las bujías y los sistemas de escape. Los termopares también se utilizan para medir la temperatura de los gases de escape en los autos de carrera para determinar la mejor relación aire-combustible para que las partes del motor no se sobrecalienten. Los pilotos de aviación en general también utilizan termopares para medir la temperatura de los gases de escape y ajustar la mezcla de combustible a medida que el avión cambia de altitud.

Energía electroquímica

Cuando dos metales diferentes se sumergen en un líquido ácido llamado electrolito, la descomposición de los químicos en partículas cargadas, llamadas iones, da como resultado un flujo de electricidad. El proceso se llama electrólisis.

Este principio se aplica en la batería de plomo-ácido estándar que se usa en la mayoría de los vehículos, de los cuales hay dos tipos predominantes, la batería de plomo-ácido de celda inundada estándar que contiene un electrolito líquido y una batería de fibra de vidrio absorbida, que usa una pasta de electrolito.

Es importante hacer la distinción de que las baterías no generan voltaje por sí solas; simplemente almacenan voltaje de otra fuente, que en aplicaciones automotrices sería un cargador de batería o un alternador de vehículos. Esta es la razón por la cual las baterías de automóviles se denominan baterías de almacenamiento. Las baterías de automóviles consisten en un grupo de celdas conectadas en serie. Estas celdas están formadas por dos placas de plomo; una placa positiva recubierta de pasta de dióxido de plomo, una placa negativa de plomo esponja y un separador entre las placas para evitar que entren en contacto y se produzcan cortocircuitos.

Una batería de automóvil típica de 12 voltios contiene seis celdas que generan 2,1 voltios cada una. Estas celdas están conectadas en serie para lograr un voltaje de batería completamente cargada de 12,6 voltios. Este voltaje es muy específico, y por una buena razón. Cuando una batería mide 12,4 voltios, tiene un estado de carga de aproximadamente el 75 %, y cuando lee 12,2 voltios, tiene un estado de carga de aproximadamente el 50 %. Muchos problemas eléctricos pueden atribuirse a una batería defectuosa y, como tal, debe inspeccionar este componente del sistema eléctrico con cuidado al diagnosticar problemas eléctricos.

Energía Fotovoltaica

Las celdas solares convierten la luz solar directamente en electricidad y se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones para suministrar electricidad. Están hechos de materiales semiconductores similares a los que se utilizan en los chips de computadora. Cuando estos materiales absorben la luz solar, los fotones liberan electrones de sus átomos, lo que hace que los electrones fluyan a través del material para producir electricidad. Este proceso de convertir la luz (fotones) en electricidad (voltaje, que mueve los electrones) se denomina efecto fotovoltaico (PV).

Cuando la energía de la luz golpea la superficie de los materiales semiconductores fotovoltaicos, los materiales emiten electrones. Estos electrones liberados se pueden hacer fluir en un circuito donde se utilizan para realizar un trabajo. El principio se aplica en algunos sistemas de encendido y en los sensores de velocidad del vehículo al crear señales que se utilizan para cronometrar las chispas de encendido o al decirle a la computadora qué tan rápido se mueve el vehículo. También se usa para detectar la cantidad de luz del día para operar los faros automáticos y se usa en los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado, o, HVAC,  para determinar la carga solar en el vehículo. Además, es el principio de la célula solar.

Energía piezoeléctrica

Cuando los cristales de ciertos materiales, como el cuarzo, se someten a tensión mecánica, se crea un potencial eléctrico. La aplicación más conocida de la energía piezoeléctrica son los encendedores que encienden vapores inflamables en parrillas de gas, calentadores de agua y hornos residenciales. El fenómeno de la piezoelectricidad se usa a menudo para medir la vibración y la cantidad de tensión que se ejerce sobre un objeto.

Los sensores de detonación automotrices usan cristales piezoeléctricos para generar un pequeño voltaje cuando hay una detonación previa al encendido, lo que hace que el módulo de control del motor ajuste el tiempo de encendido y/o el suministro de combustible. Los dispositivos piezoeléctricos también se utilizan en medidores de tensión, que están diseñados para detectar la tensión en un componente. Estos dispositivos a menudo se usan para detectar el peso de los pasajeros para determinar el despliegue de la bolsa de aire. Además de generar tensión cuando se someten a tensión, los cristales piezoeléctricos se deforman cuando pasa una corriente eléctrica a través de ellos. Este fenómeno se utiliza para accionar los inyectores de combustible en aplicaciones de inyección directa de diesel y gasolina.

El término fotovoltaico proviene del griego φώς:phos, genitivo de phos = luz, y el nombre del físico italiano Volta, que da nombre al voltio (y, en consecuencia, al voltaje). Fotovoltaico significa literalmente “de luz y electricidad”.

Inducción electromagnética

La inducción electromagnética es un proceso que tiene lugar cuando un conductor se coloca en un campo magnético cambiante. Esto hace que se cree una corriente eléctrica a través del conductor, generando voltaje. Esta corriente fluye en una dirección cuando el conductor corta el campo en una dirección, luego se invierte cuando corta el campo en la dirección opuesta. Esta acción de inversión crea una corriente alterna o voltaje de CA.

Mover un imán dentro de una bobina estacionaria de alambre produce el mismo efecto. Por cada media revolución, el flujo de corriente se invierte. El aumento de la velocidad del imán aumenta la cantidad de energía eléctrica producida. El principio de inducción electromagnética se aplica en alternadores, bobinas de encendido y algunos sensores en el vehículo. En el caso de los alternadores, necesitamos convertir el voltaje de CA producido por el alternador al voltaje de CC utilizado en aplicaciones automotrices. Esto se logra mediante el uso de un grupo de diodos, llamado puente rectificador. Para que tenga lugar la inducción, deben estar presentes tres elementos: un devanado, un imán y un movimiento relativo (es decir, el movimiento de uno más allá del otro). La cantidad de inducción depende de la fuerza del campo magnético, el número de devanados, la velocidad del movimiento y la distancia relativa entre el campo y el devanado.

Efectos de la electricidad

Siempre que la electricidad fluye, produce efectos en el material a través del cual fluye. La electricidad tiene la capacidad única de alterar los materiales, crear cambios y realizar grandes cantidades de trabajo. Los efectos de la electricidad pueden tomar varias formas, como el efecto de calor de la electricidad, el efecto químico de la electricidad, el efecto de luz de la electricidad y el efecto electromagnético de la electricidad. Cada uno de estos efectos es único y crea una reacción específica dentro del material huésped.

Efectos de calentamiento de la electricidad

El efecto de calentamiento de la electricidad se usa en muchos de los electrodomésticos y dispositivos que se usan en el hogar todos los días, como la tostadora que usa en la mañana, el elemento calefactor que calienta el agua en su cafetera y muchos dispositivos en su vehículo como asientos con calefacción, descongeladores de ventanas y espejos retrovisores con calefacción.

Estos dispositivos usan un dispositivo llamado elemento calefactor, que se puede construir con aleaciones de metal, cerámica u otros materiales compuestos, e introduce una resistencia al flujo de corriente en el circuito. Este tipo de calentamiento se denomina calentamiento resistivo; cuando la corriente eléctrica pasa a través del elemento calefactor, el material del elemento se calienta. Este efecto de calentamiento hace que la resistencia del elemento aumente con la temperatura; un fenómeno que afecta a todos los conductores. Después de un tiempo, la temperatura y la resistencia del elemento calefactor se estabilizan y el flujo de corriente a través del circuito se mantiene a un nivel manejable. Este efecto no siempre es deseable y puede magnificarse si el diámetro del conductor es demasiado pequeño para el nivel de flujo de corriente, la longitud del conductor es excesiva, hay oxidación o corrosión en las conexiones dentro del circuito, o si hay cables sueltos en las conexiones en cualquier punto del circuito. En estos casos, cuando fluye corriente, la parte del circuito que contiene resistencia se calienta y la resistencia sube. Esta acción sigue ocurriendo mientras la corriente esté siendo impulsada a través del circuito, y después de un punto, se produce una fuga térmica y el circuito se derretirá, posiblemente incendiándose.

Efectos químicos de la electricidad

Los efectos químicos de la electricidad dependen de los iones. Recuerde que los iones son átomos o grupos de átomos cargados eléctricamente. Los átomos que ganan electrones se cargan negativamente. Los átomos que pierden electrones se cargan positivamente. El efecto químico de la electricidad ocurre cuando una corriente eléctrica pasa a través de un líquido o materiales conductores. Cuando una corriente eléctrica pasa a través del agua, el agua se disocia en hidrógeno y oxígeno. El hidrógeno se deposita sobre el polo negativo y el oxígeno se deposita sobre el polo positivo.

En una batería de plomo-ácido, las diferencias eléctricas y químicas entre los conjuntos de placas crean una diferencia de potencial o voltaje, lo que hace que la corriente fluya en un circuito. Fluye en una sola dirección, por lo que se llama corriente continua o CC. La deposición de hidrógeno y oxígeno en diferentes polos es visible en forma de burbujas que alcanzan la superficie del agua. Esto ocurre cuando se carga una batería de almacenamiento automotriz; se debe tener mucho cuidado para no crear chispas en o alrededor de una batería que se está cargando. Cuando pasa una corriente eléctrica a través de una solución de metal y sal, el metal se deposita en el polo negativo del circuito. Esta acción se utiliza en operaciones de metalizado.

Efectos luminosos de la electricidad

La producción de luz también puede ser un efecto de la electricidad. Los efectos de luz de la electricidad se pueden lograr de muchas maneras. En las lámparas incandescentes estándar, el mecanismo para crear luz es similar a un elemento calefactor, en el sentido de que un filamento se calienta y, como resultado, emite luz. La principal diferencia entre una lámpara incandescente y un elemento calefactor es que el filamento de la lámpara está contenido en un vacío dentro del bulbo de vidrio. Este es un método ineficiente de crear luz, ya que solo el 10% de la energía crea iluminación utilizable, mientras que el otro 90% de la energía se desperdicia en calor. La producción de calor es un subproducto del flujo de corriente a través de un conductor y es un signo seguro de ineficiencia; cuanto más calor presente, menos eficiente será el proceso de conversión.

Los LED son cada vez más populares porque son mucho más eficientes que las lámparas incandescentes. Un LED es un diodo semiconductor que crea luz emitiendo fotones desde su juntura PN. En un momento, los LED solo estaban disponibles en los tonos rojo, verde y amarillo. Más recientemente, están disponibles en muchos colores diferentes y han crecido en intensidad de luz. Ahora están reemplazando las bombillas tradicionales como fuentes de iluminación y producen tanta o más luz con menos pérdida de calor, utilizando mucha menos energía. Los LED ahora se utilizan como faros en muchos automóviles de alta gama; es probable que a medida que la tecnología LED mejore y los precios bajen, los faros LED serán estándar en más y más vehículos nuevos.

Efectos electromagnéticos de la electricidad

El efecto magnético de la electricidad, o electromagnetismo, ocurre cuando una corriente eléctrica pasa a través de un conductor. Cuando la corriente pasa a través de un conductor rectilíneo, se producen líneas de flujo magnético en un patrón circular perpendicular al conductor.

Cuanta más corriente pasa a través del conductor, más fuerte es el campo magnético que se produce. Este efecto se magnifica aún más si bobinamos un conductor alrededor de un núcleo de hierro. Esto aumenta efectivamente la fuerza del campo magnético creado y crea un electroimán más fuerte.

Estos efectos magnéticos se utilizan para generar electricidad e inducir el movimiento. A veces son simplemente los subproductos del flujo de corriente. El tamaño del electroimán está determinado por su aplicación. Un inyector de combustible contendrá una pequeña bobina electromagnética que utiliza un cable muy fino, mientras que un motor de arranque utilizará un cable más pesado en bobinas más grandes. Muchos componentes usan electromagnetismo para operar. Si un componente tiene una conexión eléctrica y el movimiento es creado por o dentro del componente, entonces ese componente utilizará un electroimán para facilitar este movimiento. Dispositivos como relés, solenoides y motores usan electroimanes para crear movimiento.

Cuando las líneas magnéticas de flujo pasan a través de un conductor en ángulo recto, se induce voltaje en el conductor. La cantidad de voltaje inducido depende de la fuerza del campo magnético, así como de la frecuencia a la que el campo magnético pasa a través del conductor. Los aumentos en cualquiera de estos parámetros harán que se induzca más voltaje en el conductor. Las disminuciones en estos parámetros darán como resultado que se induzca menos voltaje.