UNIDAD 1 - PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LOS CIRCUITOS ELÉCTRICOS EN MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA
G0201: Fundamentos y características de los circuitos eléctricos empleados en maquinaria pesada y agrícola.
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UNIDAD 1 - PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LOS CIRCUITOS ELÉCTRICOS EN MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA
Unidad 1: Principio de funcionamiento de los circuitos eléctricos en maquinaria pesada y agrícola
Material Introductorio: Principio de funcionamiento de los circuitos eléctricos de maquinaria pesada y agrícola.
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ÍNDICE DE CONTENIDO
Contenido INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................................... 4 TEMA 1: CIRCUITOS ELÉCTRICOS ......................................................................................................................... 5 ¿Qué son los circuitos eléctricos? ................................................................................................................... 5 Tipos de circuitos eléctricos ............................................................................................................................ 7 Componentes del circuito eléctrico ................................................................................................................. 9 TEMA 2: BATERÍA............................................................................................................................................... 17 2.1. Definición ............................................................................................................................................... 17 2.2. Funcionamiento y función ...................................................................................................................... 21 2.3. Tipos de baterías .................................................................................................................................... 24 2.4. Mantenimiento ..................................................................................................................................... 25 2.5. Seguridad ............................................................................................................................................... 29 TEMA 3: FALLAS EN LOS CIRCUITOS ELÉCTRICOS ............................................................................................... 32 3.1. Fallas en los circuitos eléctricos ............................................................................................................. 32 TEMA 4: MEDIDAS DE SEGURIDAD ASOCIADAS................................................................................................. 37 CONCLUSIONES ...............................................................................................................................................39 BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................................................40
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INTRODUCCIÓN El objetivo principal de este curso, denominado Fundamentos y características de los circuitos eléctricos empleados en maquinaria pesada y agrícola, es que el alumno pueda detectar y reparar posibles fallas, a partir de la aplicación de los fundamentos teóricos y prácticos, características, componentes, funcionamiento, medidas de seguridad e interpretación de planos y simbología de circuitos eléctricos, presentes en los manuales de servicio asociados a maquinaria pesada y agrícola. Para lograr este objetivo, el curso se ha divido en tres unidades: Unidad 1: Principio de funcionamiento de los circuitos eléctricos en maquinaria pesada y agrícola. Unidad 2: Funciones y aplicaciones de las leyes que rigen los circuitos eléctricos en maquinaria pesada y agrícola. Unidad 3: Funcionamiento y arquitectura de un circuito eléctrico en maquinaria pesada y agrícola. En la primera unidad estudiaremos los conceptos básicos de los circuitos eléctricos, su clasificación, componentes, funcionamiento, fallas típicas y medidas de seguridad, que deben ser consideradas cuando se intervienen y manipulan los sistemas eléctricos y sus componentes, en una maquinaria pesada y agrícola. En la segunda unidad estudiaremos las leyes que rigen para los circuitos eléctricos y su aplicación en el cálculo de parámetros, tales como: voltaje, intensidad de corriente y resistencia a partir de la Ley de Ohm y la Ley de Kirchhoff. Y finalmente en la tercera unidad, estudiaremos los diagramas eléctricos, su simbología, normas y componentes, a partir de diagramas de los distintos sistemas eléctricos de maquinaria pesada y agrícola, para poder detectar fallas de dar su correspondiente solución.
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TEMA 1: CIRCUITOS ELÉCTRICOS
¿Qué son los circuitos eléctricos?
Se define un circuito eléctrico como un conjunto de componentes unidos, de tal manera que permite el recorrido o trayectoria de la corriente eléctrica desde que sale de la fuente emisora hasta que retorna a ella. Sus componentes básicos son:
Componente
Descripción
Figura
Generador o acumulador
Son aquellos elementos que son capaces de Pueden ser recargados, mantener una diferencia batería o acumulador de potencial, entre los extremos de un conductor. Conductor
Cable de material conductor, por lo que opone poca resistencia al paso de la corriente.
Cable aislado
Receptores Motores de resistencias, alarmas
Son aquellos elementos capaces de aprovechar arranque, la corriente que pasa por luces, el circuito.
Elementos de maniobra
Son elementos que nos permiten abrir o cerrar el Pulsadores, interruptores y circuito cuando lo conmutadores necesitamos.
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Para representar en el papel los circuitos eléctricos, se utilizan diagramas y simbología normalizada. A continuación te mostramos, a modo de ejemplo, un circuito eléctrico simplificado de un sistema de iluminación para maquinaria pesada y agrícola. Como puedes ver, el diagrama consta de los diferentes componentes mencionados en la tabla anterior, pero están representados por la simbología normalizada correspondiente, la cual será estudiada en profundidad en la unidad 3.
Dónde: 1. Interruptor de desconexión de las baterías 2. Baterías 3. Disyuntor
4. Llave de contacto
5. Relé
6. Fusible
7. Interruptor de las luces
8. Mazo de cables
9. Conector
10. Dos reflectores
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Tipos de circuitos eléctricos
Los distintos tipos de configuración de los circuitos eléctricos, forman los diagramas para los distintos sistemas eléctricos de las maquinarias pesadas y agrícolas, tales como: de arranque, de carga, de luces y accesorios. De acuerdo a su configuración, los circuitos eléctricos se clasifican de la siguiente forma:
Para cada una de estas clasificaciones y debido a su configuración, se aplican las siguientes reglas, las cuales deberemos tener en cuenta en la unidad 2 con el objetivo de poder calcular parámetros eléctricos, tales como: voltaje, intensidad de corriente y resistencia, entre otros, por medio de la aplicación de las leyes de Ohm y Kirchhoff.
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Tipo de circuito
Regla En cualquier punto del circuito el valor de la intensidad de corriente es la misma.
Circuitos serie
La resistencia total del circuito es igual a la suma de todas las resistencias individuales y se llama resistencia equivalente. El voltaje a través de todas las cargas del circuito es igual al voltaje de la fuente aplicada. El voltaje es el mismo en cada derivación en paralelo. La intensidad de corriente total es la suma de las intensidades de corrientes de las derivaciones individuales.
Circuito paralelo
La resistencia equivalente es igual al voltaje aplicado dividido por la intensidad de corriente total y es siempre menor que el valor de la resistencia más pequeña de cualquiera de las derivaciones. Se hacen las siguientes recomendaciones para resolver en forma más sencilla los circuitos en serie-paralelo: Cuando simplifique un circuito en serie-paralelo, inicie en el punto más lejano a la fuente de voltaje. Reemplace los
Circuito serie-paralelo
resistores de serie-paralelo, uno a la vez. Un
correcto
rediseño
del
circuito
en
serie-paralelo
(equivalente), contendrá al final solo un resistor. Aplique las reglas del circuito en serie para determinar los valores no conocidos. Vaya al circuito original e incluya los valores hallados. Use la Ley de Ohm para calcular los valores restantes.
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Componentes del circuito eléctrico Como ya vimos en el apartado anterior, un circuito eléctrico, ya sea en serie, paralelo o mixto, posee determinados componentes para una aplicación dada, las cuales pueden ser, como ya hemos mencionado, los distintos sistemas eléctricos tanto para maquinaria pesada como agrícola: el sistema de arranque, de carga, de luces y de accesorios. Pues bien, ahora estudiaremos los componentes que intervienen en dichos circuitos.
Fuente de voltaje Todas las fuentes de voltaje proveen a los sistemas eléctricos, la energía que necesitan para su funcionamiento. Batería Una batería es una fuente de voltaje que almacena energía para ser utilizada por un sistema eléctrico, de una maquinaria pesada o agrícola, proporcionando 24 V conectando dos baterías en serie de 12 V. En el próximo apartado trataremos en profundidad las características, principio de funcionamiento, mantenimiento y seguridad de la batería, por tratarse de un componente relevante del circuito eléctrico. Alternadores La función del alternador es recargar las baterías y suministrar corriente a los sistemas eléctricos durante el funcionamiento normal. Durante el funcionamiento al máximo, tanto el alternador como la batería pueden ser necesarios a la vez para satisfacer las demandas de energía eléctrica. La corriente producida por el alternador comienza como corriente alterna, pasa a través de diodos en el interior del alternador, los cuales la convierten en corriente continua fluctuante. La batería empareja entonces las fluctuaciones antes que la corriente pase a los sistemas eléctricos.
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En el caso de los conductores, el elemento de unión por el cual circula la corriente son los cables, los cuales deben estar aislados para una maniobra o intervención segura. Los cables utilizados en los circuitos están normalizados según colores de sus materiales aislantes y respecto del calibre, tema que será profundizado en la unidad 3, de todas maneras se realiza a continuación una breve descripción de la diferencia entre dos cables de diferente calibre. Se han incluido aquí también los conectores que son elementos de unión entre los cables y los distintos dispositivos que componen un circuito eléctrico.
Conductores Los conductores son vías de acceso diseñadas para la corriente eléctrica. En un sistema eléctrico, los conductores son una serie de cables diseñados
para transportar la corriente de un componente a otro del circuito.
Cable El cable en un conductor que puede ser una sola pieza sólida de cobre, o hebras de pequeños cables unidos entre sí, el cable trenzado es más flexible y puede manipularse con más facilidad durante el ensamblaje del circuito. Los cables de mayor diámetro y número de calibre bajo, son conocidos como cables de calibre pesado. El corte transversal mayor del cable de calibre pesado (#8) opone menor resistencia al flujo de corriente, da lugar a que estos conductores puedan transportar una mayor cantidad de corriente, que los cables delgados de calibre ligero (#24) con números de calibre mayores.
Conectores Como su nombre lo indica, un conector consiste en dos componentes interconectados cuya función es pasar corriente de un conductor otro.
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Otro grupo de componentes importantes son los dispositivos de protección de los elementos que conforman el circuito eléctrico, entre los cuales están: los fusibles, los interruptores disyuntores y los resistores fijos y variables. Todos ellos evitan que algún otro componente, particularmente las fuentes de voltaje y los receptores del circuito, sufran daños al elevarse de manera inusual la intensidad de corriente.
Debido a esto es que están ajustados a valores de intensidad de corriente, que permitan un adecuado funcionamiento de los distintos componentes del circuito y, al ser sobrepasado dicho valor, en el caso de los fusibles se queman, los interruptores disyuntores se abren y en el de las resistencias absorbiendo el exceso de corriente o provocando un cortocircuito, falla que veremos en un tema más adelante en esta unidad.
Fusibles quemados
• En algunos casos usted puede determinar la causa de un fusible quemado, por medio de una inspección visual: • Si el cristal se mantiene transparente después que el fusible se quema, la causa es una sobrecarga del circuito. • Si el cristal se oscurece, la causa es un cortocircuito.
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Dispostivos de protección Los dispositivos de protección del circuito cumplen la tarea de proteger al circuito y a sus componentes de la corriente excesiva.
Fusible Un fusible es un cable pequeño o banda metálica encerrada en cristal o cualquier otro material resistente al calor. El cable o la banda metálica están fijados a contactos de metal en su exterior. Estos contactos forman una conexión eléctrica con los contactos del receptáculo del fusible cuando este se instala. El fusible está diseñado para derretirse cuando la corriente alcanza un determinado nivel. Disyuntor Un interruptor disyuntor manual es como un interruptor que está diseñado para abrir el circuito, cuando la corriente que pasa a través del mismo sobrepasa un nivel aceptable. Solo debe reponerse un interruptor disyuntor manual, después que la razón del exceso de corriente se haya localizado y corregido. A diferencia de los fusibles, los interruptores disyuntores no se destruyen cuando ocurre una sobrecarga.
Resistores
Como su nombre lo indica, un resistor fijo (usualmente llamado simplemente resistor) presenta una cantidad fija de resistencia. El uso más frecuente de los resistores fijos es el de limitar la corriente a un nivel seguro para los otros componentes.
Los elementos receptores, por su parte, consumen la intensidad de corriente del circuito eléctrico, entre estos elementos podemos citar motores de arranque, solenoides, relés, alternadores, alarmas, luces o focos y los distintos accesorios instalados en las maquinarias pesadas o agrícolas.
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Motor de arranque: un motor de arranque o motor de partida es un motor eléctrico alimentado con corriente continua con imanes de tamaño reducido y que se emplea para facilitar el encendido de los motores de combustión interna, para vencer la resistencia inicial de los componentes cinemáticos del motor al arrancar. Solenoides: son dispositivos electromagnéticos, que constan de una bobina y una barra de acero colocada al centro de esta. Al energizar la bobina, se forma un campo magnético el cual induce a la barra a moverse por efecto magnético, siendo el movimiento de esta barra lo que se utiliza realmente. Se puede utilizar para abrir o cerrar un elemento, mover un mecanismo, todo depende del tamaño del solenoide y del voltaje disponible. Por lo tanto un solenoide es un actuador.
Relés: un relé es un interruptor accionado por un electroimán. Se utilizan para lograr que mediante un circuito de poco consumo o intensidad de corriente se pueda operar un dispositivo de alto consumo, reduciendo así el tamaño de los interruptores, minimizando los riesgos de cortocircuitos. Por lo tanto, podríamos decir que un relé es un amplificador de intensidad de corriente. En la imagen se muestran los siguientes componentes: motores de arranque (1), solenoides (2), alternadores (3), bocinas (4), relés (5).
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En la siguiente imagen se muestra la caja eléctrica del motor de un cargador frontal CASE 721D. Aquí se especifican los relés de arranque, de control de funcionamiento con batería, de calentador de filtro de combustible, de radiador, de capó de motor y los fusibles de radiador 150 A y de calentador de combustible 40 A. En el caso de los fusibles los 150 A y los 40 A son las intensidades de corriente máximas para proteger el radiador y el calentador de combustible, respectivamente.
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En la imagen superior se muestra la disposición de los componentes de los circuitos eléctricos para el cargador frontal CASE 721D, disyuntores, relés y fusibles del sistema de luces, de transmisión, de arranque y control.
RELÉS 14 Control de motor 15 Arranque en punto muerto 17 Arranque N°1 18 Encendido N°2 19 Accesorios 20 Voltimetro 23 Interruptor multiestado (MSS) 24 Apagado del motor (opción) 41 Alarma de reserva 57 Control pilotaje 58 Frenos de estacionamiento 79 Control anticabecero 87 Bocina 96 Bloqueo de embrague A/C 113 Luz de freno 126 Luz de carretera/larga
FUSIBLES A 7,5A Módulo de control de transmisión B 5A Intermitente C 5A Presión de pilotaje y control anticabecero D 5A Freno de estacionamiento E 10A Arranque por éter F 5A Parada automática de motor G 15A Ventilación de cabina H 5A Alarma de reserva L 10A Lavaparabrisas y Limpiaparabrisas (delantero) K 10A Lavaparabrisas y Limpiaparabrisas (trasero) L 7,5A Transformador de radio M 7,5A Dirección auxiliar N 10A Asiento de suspensión de aire P 7,5A Enganche rápido
T U V W X Y Z A’ B’ C’ D’ E’ F’ G’ H’ J’ K’ L’
7,5A 7,5A 7,5A 15A 7,5A 7,5 10A 10A 5A 5A 5A 5A 5A 5A 10A 10A 10A 5A
Módulo de control de transmisión Luz cenital y bocina Voltímetro Encendedor de cigarros Faro giratorio Capó Reflectores delanteros e iluminación Reflector trasero Luz larga izquierda Luz larga derecha Luz de carretera izquierda Luz de carretera derecha Luz posición trasera izquierda Luz posición trasera derecha Tensión EDC7 Tensión EDC7 Tensión de toma de diagnostico Tensión sesión EDC7
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TEMA 2: BATERÍA
2.1. Definición
¿Qué es una batería?
Es un dispositivo acumulador capaz de almacenar electricidad en forma de energía química y, posteriormente, usando procedimientos electroquímicos, producir energía eléctrica. Se trata de un generador eléctrico secundario; es decir, no puede funcionar sin que se le haya suministrado electricidad previamente, mediante lo que se denomina proceso de carga.
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Una batería consta de un número de elementos individuales colocados dentro de una caja de caucho o de plástico duro. Las unidades básicas de cada celda son placas metálicas positivas y negativas, como se ilustra en la figura. Las placas negativas tienen una superficie de plomo, mientras que las placas positivas tienen una superficie de peróxido de plomo. Las placas positivas y negativas forman grupos de placas conectadas entre sí. Cada placa del grupo se mantiene aislada de las placas vecinas por separadores porosos. Estos separadores permiten un flujo libre de electrolito alrededor de las placas activas. El conjunto completo recibe el nombre de elemento. Los elementos de celdas diferentes se conectan en serie para aumentar el voltaje. Las celdas están separadas unas de otras, de modo que no hay flujo de electrolito entre ellas. Cada celda produce aproximadamente 2,2 voltios, de manera que si 6 celdas se conectan en serie, la batería producirá aproximadamente 13,2 voltios.
¿Qué es el electrolito? En términos simples, el electrolito es un material que se disuelve completa o parcialmente en agua para producir una
solución
que
conduce
una
corriente eléctrica. El electrolito de una batería completamente cargada es una solución concentrada de ácido sulfúrico en agua. El electrolito tiene una gravedad específica de 1,270 a 27°C (80°F), es decir, que pesa 1,270 veces más que el agua. La solución tiene cerca de 36% de ácido sulfúrico (H2S04) y 64% de agua (H20), esta agua debe ser de preferencia destilada para evitar las impurezas que disminuyan la vida útil de la batería.
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Bornes de la batería Las baterías tienen bornes positivos y negativos o terminales. El borne positivo es más grande para evitar que la batería se conecte en polaridad inversa. El terminal positivo tiene un "+" marcado en su parte superior; y el borne negativo tiene un " - " marcado en su parte superior. En otras baterías los bornes se identifican con la marca "pos" y "neg" o anillo plástico, rojo para el positivo y negro para el negativo.
Tapas de ventilación de la batería Algunas baterías tienen tapas de ventilación individuales para cada celda, mientras otras tienen unidades múltiples que conectan tres ventiladores de celda en una unidad simple. Las tapas de ventilación cubren el acceso a los orificios, a través de los cuales se puede agregar agua y verificarse el nivel del electrolito. Los orificios de acceso proporcionan ventilación para el escape de los gases formados cuando la batería se está cargando.
Potencial de la batería Cada celda de una batería de almacenamiento
tiene
un
potencial de cerca de 2 voltios. Las baterías de seis voltios contienen tres celdas conectadas en serie, mientras que una batería de 12 voltios
consta
de
seis
celdas
conectadas también en serie. Para obtener voltajes más altos se usan combinaciones de baterías, como se indica en la figura, donde dos baterías de 12 voltios se conectan en serie para producir 24 voltios.
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2.2. Funcionamiento y función
¿Cómo funciona la batería? Una batería transforma energía química en energía eléctrica, la cual es utilizada en los sistemas de arranque, de carga, de luces y en los accesorios de una maquinaria pesada o agrícola. Después de un período de uso, la batería comienza a descargarse y no producirá más flujo de corriente, por lo cual debe recargarse con corriente continua aplicada en el sentido opuesto al flujo de corriente que sale de la batería. En operación normal, la batería se mantiene cargada por la corriente de entrada del alternador. Cuando una batería está suministrando corriente, se está descargando. Los cambios químicos de una batería que se está descargando son los siguientes: Placa positiva de peróxido de plomo + Electrolito = Sulfato de Plomo + Agua PbO2 + H2SO4 → PbSO4 + H2O Placa negativa de plomo + Electrolito = Sulfato de Plomo + Agua Pb + H2SO4 → PbSO4 + H2O
En el proceso de descarga de la batería, el sulfato de plomo se forma tanto en la placa negativa como en la positiva y hace similares las dos placas en cuanto a su composición química. Estos depósitos de sulfato de plomo son los causantes de la pérdida de voltaje de la celda, ya que el voltaje depende de que las placas positivas y negativas sean diferentes. A medida que la batería se descarga, se forma en las placas mayor cantidad de sulfato de plomo y aumenta la cantidad de agua en el electrolito. Observe que aunque el radical (SO4) se separa del electrolito, este nunca sale de la batería. Por consiguiente, nunca adicione ácido sulfúrico (H2SO4) a la batería. La cantidad extra de sulfato (SO4) puede hacer que la batería se descargue por sí sola a una velocidad más elevada de lo normal. El agua es la única substancia que debe reemplazarse en una batería. MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 1 | 21
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Ciclo de operación de una batería
Una batería cargada contiene una placa negativa de plomo Pb, una placa positiva de peróxido de plomo PbO2 y el electrolito de agua H2O más ácido sulfúrico H2SO4.
A medida que la batería se descarga, debido al uso, el electrolito se diluye y las placas se van cubriendo de sulfato de plomo PbSO4, o sea se sulfatan, por lo cual disminuye el voltaje al ser ambas placas iguales.
Una batería está completamente descargada cuando ambas placas, positiva y negativa, están completamente cubiertas por sulfato de plomo PbSO4 y el eletrolito es básicamente agua H2O.
Durante la carga de la batería la acción química se invierte y el sulfato SO4 sale de las placas, reaccionando con el hidrógeno H2 para convertirse en ácido sulfúrico H2SO4, mientras que el oxígeno O2 reacciona con el plomo Pb convirtiéndose en dióxido de plomo PbO2 en la placa positiva.
¿Cuál es la función de la batería?
Para una buena operación del sistema, la batería debe cumplir las siguientes funciones: - Suministrar corriente para el arranque del motor. - Suministrar corriente cuando la demanda excede la salida del sistema de carga. - Estabilizar el voltaje en el sistema durante la operación.
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¿Qué factores influyen en la función de la batería?
Para que la batería pueda cumplir con su función, se deben considerar los siguientes parámetros:
Cantidad de corriente Aunque las baterías tengan el mismo voltaje, pueden producir diferentes cantidades de corriente. La razón es que la cantidad de corriente que puede producir una batería depende del número y tamaño de sus placas. A mayor número de placas, mayor reacción química tendrá lugar entre el electrolito y las placas, por tanto, mayor la cantidad de corriente producida. Si dos baterías de 12 voltios tienen un número diferente de placas, la de mayor número podrá suministrar más flujo de corriente y tendrá mayor capacidad.
Variación de la eficiencia de la batería o tensión entre los bornes El voltaje de la batería no es constante. Una batería de 12 voltios no envía 12 voltios todo el tiempo. Los principales factores que afectan la tensión entre los bornes de una batería incluyen la temperatura y el ciclo de operación.
Temperatura: una batería produce corriente debido a reacciones químicas a través del ácido sulfúrico que actúa sobre las placas positivas y negativas. A bajas temperaturas los compuestos químicos no reaccionan tan rápido y por tanto la batería tiene voltaje bajo. La temperatura puede afectar la tensión entre los bornes de la batería. Si la temperatura disminuye, la batería se vuelve menos eficiente y aumentan los requerimientos de arranque del motor. A 27°C una batería es 100% eficiente, es decir, tiene plena energía para el arranque. A -30°C una batería tiene una eficiencia de solamente 30%.
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2.3. Tipos de baterías Básicamente hay dos tipos de baterías utilizadas en equipos pesados: convencionales y libres de mantenimiento.
Batería convencional Batería carga seca
Contiene
los
elementos
Batería carga húmeda cargados
completamente, pero sin electrolito.
y se llenan en fábrica con el electrolito.
Retiene toda su carga mientras sus celdas
se
mantengan
libres
de
periódicamente, debido a una reacción lenta entre el electrolito y las placas, lo que causa
Si se almacena en un lugar seco y protegido
No mantiene su estado de carga completa durante el almacenamiento y debe recargarse
humedad.
Contienen elementos completamente cargados
del
medioambiente,
pérdida de carga. Esta reacción se llama auto
no
descarga.
perderá parte de su carga en la estantería antes de su uso.
Deben almacenarse en el lugar más frío posible, pero no tanto como para congelar el electrolito, con el fin de desacelerar la reacción química entre el electrolito y las placas.
Almacenadas por largo tiempo sin ser recargadas pueden sufrir daño permanente, debido a la formación de una capa dura y densa de cristales de sulfato de plomo en las placas, deberán cargarse completamente cada 30 días.
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Baterías libre de mantenimiento
No posee tapas de llenado, ya que el electrolito se encuentra en su interior completamente sellado, por lo cual se eliminan los problemas de sobrellenado o bajo llenado de las celdas.
Algunas baterías tienen un indicador del estado de la carga, un hidrómetro incorporado con una pequeña esfera verde, la cual flota cuando la gravedad específica del electrolito es de 1,225 o mayor.
En una batería convencional la rejilla se hace de plomo-antimonio, pero en una batería libre de mantenimiento, la rejilla está hecha de plomo-calcio, por lo cual no usan agua.
2.4. Mantenimiento
La batería es el corazón del sistema eléctrico. No se pueden realizar pruebas exactas en cualquier parte del sistema eléctrico, a menos que la batería esté funcionando de manera adecuada y completamente cargada. Pruebas de las baterías Se deben realizar pruebas a la batería para determinar su funcionamiento. Las pruebas que se realizan a las baterías incluyen:
Estado de carga gravedad específica 100% 1,280 Óptima 75% 1,250 Satisfactoria
Gravedad
específica
para
baterías
convencionales La gravedad específica es la relación del
50% 1,220 25% 1,190 0% 1,130
peso de un líquido comparado con el peso del agua. Cuando usted realiza una prueba de gravedad específica de la batería,
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determina su estado de carga, basado en el porcentaje de ácido en el agua del electrolito. A mayor gravedad específica, mayor capacidad de la batería para producir un potencial eléctrico. Las pruebas de gravedad específica se realizan usando un hidrómetro. El electrolito debe estar claro. Un color marrón opaco indica que el material de la placa se está descomponiendo y que la batería está fallando.
Gravedad específica en baterías libre de mantenimiento Observe el estado del indicador de carga (si viene incorporado) de la batería, para decidir si esta requiere carga antes de la prueba. Si el punto verde del indicador del estado de carga de la batería es visible, la carga y el nivel de fluido están dentro de la gama, por el contrario si no es visible cargue la batería de acuerdo con las especificaciones del fabricante.
Indicador amarillo: en algunas ocasiones, el indicador de prueba puede volverse amarillo, lo cual indica un nivel bajo de electrolito. En este caso la batería no debe probarse, o ser cargada o iniciada con cables auxiliares, porque existe una posibilidad alta de que la batería pueda explotar. Usando un voltímetro digital, verifique el voltaje de la batería en los bornes de esta. Si el voltaje de la batería está por debajo de 12,0 voltios, cárguela.
Verifique el voltaje de la batería en sus terminales. El voltaje debe estar sobre 12,4 V (lo cual indica al menos 75% de carga) antes de realizar una prueba de carga. Si el voltaje es menor a 12,4 V (lo cual indica una carga por debajo de 75%), cargue la batería y realice la prueba de nuevo. Una prueba de carga es el mejor indicador del estado de la batería. Si el estado de carga es de 75% o mayor, se le puede hacer una prueba de carga (prueba de capacidad) a la batería. Sin embargo, si el estado de carga es menor a 75%, se debe cargar.
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Check list •
Realice una limpieza a las 250 horas en la batería.
•
Revise el nivel del líquido de la batería cada 600 horas de funcionamiento o cada 120 días, lo que ocurra primero.
•
Compruebe el nivel de líquido de la batería, si la máquina no ha sido operada en mucho tiempo.
•
En climas muy cálidos es recomendable que revise el líquido mensualmente, cuando una batería está fría tiene una capacidad de descarga más baja.
•
Antes de intervenir la batería apague el motor.
•
Limpie el área alrededor de la batería para evitar la corrosión en los bornes, o que los elementos contaminantes entren a los orificios de ventilación.
•
Use bicarbonato de sodio o amoníaco, para limpiar alrededor de los bornes y enjuague el exterior de la batería con agua.
•
Utilice el protector de la caja de batería para evitar la corrosión en los terminales de la batería.
•
Mantenga los orificios de ventilación de la batería limpios.
•
Tenga cuidado al trabajar con instrumentos metálicos o conductores, el contacto puede producir chispas y cortocircuitos.
•
Revise el nivel del líquido en cada orificio de ventilación. La medida correcta es de 3 - 10 mm desde la base del orificio al inicio del nivel de electrolito.
•
Añadir agua destilada a cada celda, según sea necesario.
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Precaución
Cuando en el tablero se enciende la luz de la batería, indica que el alternador no está cargando la batería.
El voltímetro del panel indica la condición del sistema eléctrico, donde el voltaje normal se produce si la aguja está en el área verde del indicador (11 – 15,3 V), cuando la llave en el interruptor está en posición ON. Si la aguja se encuentra por el contrario en el área roja del indicador, esto quiere decir que la carga de la batería es demasiado baja o que el alternador no está cargando lo suficiente. Si esta situación continúa la batería puede resultar dañada.
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2.5. Seguridad A continuación se indican las medidas de seguridad que se deben considerar al momento de manipular o intervenir una batería de una maquinaria pesada o agrícola.
¿Qué medidas de seguridad debo considerar al trabajar con una batería?
Siempre use protección personal, por medio de gafas anti salpicaduras, guantes, ropa de trabajo adecuada que cubra sus brazos y zapatos de seguridad, cuando se trabaja con una batería.
No crear chispas o llamas cerca de la batería.
No suelde, ni utilice herramientas de corte, ni fume cerca de una batería.
Ventile al cargar o utilizar la batería en un lugar cerrado.
Al desconectar los terminales de la batería, quitar el negativo primero y luego retire el cable positivo.
Al conectar los terminales de la batería, conecte el cable positivo primero y luego el negativo.
Desconecte la batería (los dos terminales) antes de soldar en cualquier parte de la máquina. El no hacerlo puede causar daños a los componentes eléctricos sensibles.
Cuando utilice baterías auxiliares o necesite conectar cables de arranque para dar partida al motor, utilice el procedimiento que se muestra en el manual de servicio de la máquina. No cortocircuite los terminales.
Nunca coloque un objeto de metal en contacto con los terminales, ya que se puede producir una chispa, cortocircuito, explosión o lesiones personales.
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Si el electrolito está congelado puede provocar que estalle la batería.
No cargue una batería cuando la temperatura ambiente sea demasiado baja o cuando la batería esté congelada.
Siempre mantenga la batería a plena carga para evitar que el electrolito se congele.
Mantenga la batería fuera del alcance de los niños y otras personas no autorizadas.
Los bornes, terminales y accesorios relacionados contienen plomo y compuestos de plomo. Lávese las manos después de manipular.
Use guantes para proteger las manos al manipular los cables.
Desconecte la batería antes de trabajar en el sistema eléctrico.
No intente limpiar o intervenir la batería mientras la máquina está en movimiento o el motor está en marcha.
Apague el motor y retire la llave antes de desconectar o conectar componentes eléctricos.
Sustituya cableado eléctrico dañado o desgastado.
¿Advertencias de seguridad al trabajar con una batería?
Peligro de explosión Si el electrolito de la batería está congelado, el intento de cargar la batería o echar a andar el motor puede hacer que esta explote. Siempre mantenga las baterías a plena carga para evitar que el electrolito de la batería se congele. Nunca cargue una batería congelada. El incumplimiento de esto podría provocar la muerte o lesiones graves.
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Gas explosivo Las baterías emiten hidrógeno explosivo y otros gases durante la carga. Ventile el área de carga. Mantenga la batería alejada de chispas, llamas abiertas y otras fuentes de ignición. El incumplimiento podría provocar la muerte o lesiones graves.
Ácido de la batería Las baterías contienen ácido sulfúrico, el cual provoca quemaduras. Evite el contacto con la piel, ojos o ropa; en caso de contacto enjuague con agua durante 15 minutos y busque atención médica de inmediato. No inducir el vómito. El incumplimiento podría provocar la muerte o lesiones graves.
Lave sus manos Lave sus manos después de manipular o intervenir una batería, debido a la cantidad de plomo en su interior.
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TEMA 3: FALLAS EN LOS CIRCUITOS ELÉCTRICOS
En este apartado estudiaremos las fallas típicas de los circuitos en serie, en paralelo y de los circuitos en serie-paralelo.
3.1. Fallas en los circuitos eléctricos Básicamente, las fallas en los circuitos eléctricos producen un funcionamiento defectuoso en el sistema y las causas más comunes son: circuitos abiertos, cortocircuitos o corto a tierra, resistencia alta e intermitencias.
Conexiones abiertas
Circuito en serie
Circuito en paralelo
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1) Causa:
2) Efecto:
Una conexión abierta se debe a un componente que falla, como un interruptor o un fusible, o a un cable o conector rotos.
Una "conexión abierta" en cualquier parte del circuito produce una resistencia extremadamente alta y el resultado es la falta de flujo de corriente en el circuito.
3) Ubicación en un circuito en serie:
4) Ubicación en un circuito en paralelo:
La ubicación física de la conexión abierta determina cómo funciona el circuito. En un circuito en serie, como se muestra en la figura superior izquierda, cualquier conexión abierta resulta en la falta de flujo de corriente en el circuito. La figura muestra una conexión abierta en un circuito en serie. El interruptor actúa como una conexión abierta y, por tanto, la corriente no fluirá a través de las dos cargas cuando el circuito está abierto.
5) ¿Cómo localizo la falla? La localización y solución de problemas de los circuitos abiertos, se hacen fácilmente usando un multímetro y un diagrama eléctrico. Determine si hay voltaje del sistema o de la fuente, si no hay voltaje en el componente, el paso siguiente es determinar qué otros dispositivos eléctricos, tales como interruptores o conectores, están en el paso del circuito. Elimine estos dispositivos, comenzando en el sitio más fácil y trabajando hacia atrás hasta llegar a la fuente de voltaje.
En un circuito en paralelo, como se muestra en la figura superior derecha, la identificación del componente abierto depende de su ubicación. Si el componente abierto está en la línea principal, ninguna de las cargas o componentes funcionará. En efecto, ninguna de las derivaciones en paralelo operará. Además, un componente abierto en el paso de retorno a tierra tendría el mismo efecto que un componente abierto en la línea principal. Si el componente abierto ocurre en alguna de las derivaciones por debajo de la línea principal, solo se verá afectada la carga en esa derivación específica. Todas las otras cargas de las demás derivaciones funcionarán normalmente.
6) ¿Cómo soluciono la falla por circuito abierto? Cuando se trabaja en localización y solución de problemas o se diagnostican componentes abiertos en un circuito, el resultado es normalmente un componente en mal estado. Ya que la mayoría de los circuitos están protegidos con algún tipo de fusible o dispositivo de protección del circuito, se recomienda revisar visualmente el fusible o el dispositivo. Si una revisión visual no revela una condición de componente abierto, quite el dispositivo y realice una prueba de continuidad para asegurarse de que el dispositivo está en buenas condiciones. El paso siguiente es inspeccionar el componente.
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Cortocircuito 1) Causa:
2) Efecto:
Un cortocircuito a tierra ocurre cuando el flujo de corriente va a tierra antes de su uso. Generalmente sucede cuando se rompe el aislador de los cables y el conductor entra en contacto con la tierra de la máquina.
El efecto de un cortocircuito a tierra depende del diseño del circuito y de su ubicación en relación con los otros componentes del circuito, tales como dispositivos de protección, interruptores, cargas, etc.
Un cortocircuito de energía o de suministro ocurre cuando un circuito está en corto con otro circuito. Los síntomas de un cortocircuito de energía dependen de la ubicación del corto.
4) Ubicación en un circuito en paralelo:
Un cortocircuito de energía ubicado antes de los dispositivos de control (interruptores), permite que ambos interruptores controlen las dos cargas, como se indica en la figura 3.
Un cortocircuito de energía ubicado después de la carga en una derivación y antes de la carga en la otra derivación, ocurre si el interruptor que controla el circuito No. 2 se conecta, la carga enciende normalmente, pero si el interruptor que controla el circuito No. 1 se conecta, se presenta un cortocircuito directo a tierra, lo que resulta en un fusible quemado, como se muestra en la figura 4.
3) Ubicación en un circuito en serie:
La figura 1 muestra un cortocircuito a tierra ubicado después del dispositivo de protección y del interruptor, pero antes de la carga del circuito (lámpara). En este ejemplo, un paso de resistencia baja a tierra ocurre cuando el interruptor está conectado y está disponible el voltaje de la fuente. El resultado es un paso no deseado, que resulta en un fusible quemado (o un disyuntor desconectado) cuando se conecta el interruptor.
Cuando un cortocircuito a tierra se ubica antes del interruptor (figura 2), se denomina un "cortocircuito muerto". En esta situación, el fusible se quemará en cualquier momento en que se aplique voltaje al circuito.
El resultado de este tipo de condición generalmente hace que uno o ambos circuitos operen incorrectamente, como en el caso de un componente que está siendo energizado, cuando se supone que no debe estarlo. La causa principal de esta condición es típicamente un cable eléctrico desgastado o raído.
5) ¿Cómo localizo la falla? La localización y solución de problemas de los cortocircuitos, se hacen fácilmente usando un multímetro y un diagrama eléctrico. Determine si hay voltaje del sistema o de la fuente, si no hay voltaje en el componente, el paso siguiente es determinar qué otros dispositivos eléctricos, tales como interruptores o conectores, están en el paso del circuito. Elimine estos dispositivos, comenzando en el sitio más fácil y trabajando hacia atrás hasta llegar a la fuente de voltaje.
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6) ¿Cómo soluciono la falla por circuito abierto? Cuando se trabaja en localización y solución de problemas o se diagnostican componentes en cortocircuito, el resultado es normalmente un componente en mal estado. Ya que la mayoría de los circuitos están protegidos con algún tipo de fusible o dispositivo de protección del circuito, se recomienda revisar visualmente el fusible o el dispositivo. Si una revisión visual no revela una condición de componente abierto, quite el dispositivo y realice una prueba de continuidad para asegurarse que el dispositivo está en buenas condiciones. El paso siguiente es inspeccionar el componente.
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Cortocircuito a tierra: un cortocircuito a tierra generalmente resulta en un componente que no funciona. Como se vio antes, una condición a tierra indica que el circuito tiene un paso no deseado al bastidor de la máquina y su efecto está determinado por la ubicación del cortocircuito a tierra.
Resistencia alta: el funcionamiento defectuoso de un circuito también ocurre cuando los niveles de resistencia aumentan demasiado. El efecto del circuito comúnmente resulta en el componente que no opera o que opera fuera de las especificaciones. La corrosión o la suciedad en las conexiones y contactos, son causas típicas de funcionamiento defectuoso por resistencia alta.
Intermitencias: una condición intermitente sucede cuando los contactos o las conexiones se sueltan o cuando se rompe parte de los componentes internos. El problema comúnmente resulta en una intermitencia de luz o de los componentes que trabajan. Este problema, generalmente, aparece como resultado de la vibración o del movimiento de las máquinas y no se diagnostica fácilmente, debido a que la condición es normal cuando la máquina está parada.
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TEMA 4: MEDIDAS DE SEGURIDAD ASOCIADAS
Leer y comprender todos los mensajes de seguridad en el manual de servicio de la maquinaria, antes de operar o dar servicio al equipo.
Peligro: indica una situación peligrosa que, de no evitarse, provocará la muerte o lesiones graves. El color asociado con el peligro está en rojo.
Advertencia: indica una situación peligrosa que, de no evitarse, podría causar la muerte o lesiones graves. El color asociado a advertencia es naranja.
Precaución: con el símbolo de alerta de seguridad, indica una situación peligrosa que, de no evitarse, puede ocasionar lesiones leves o moderadas. El color asociado a precaución es amarillo.
Aviso: indica una situación que, si no se evita, podría resultar en la máquina o daños a la propiedad. El color asociado con aviso es azul.
Normas de seguridad - general
Entienda que su seguridad y la de otros trabajadores o transeúntes se mide por la forma en que se realiza el servicio de mantención y la operación de la máquina a cargo.
Conozca las posiciones y el funcionamiento de todos los controles y sistemas, antes de intentar operar o intervenir una máquina o un sistema.
Ubíquese en una zona segura antes de iniciar su trabajo.
Consulte el manual de servicio o de operación de la máquina ante cualquier duda y asegúrese de entender todas las instrucciones antes de proceder.
La mayoría de los accidentes relacionados con la operación y mantenimiento de la máquina se pueden evitar, si se siguen las reglas de seguridad básicas y precauciones.
Leer y comprender todos los mensajes de seguridad del manual de servicio, del manual de seguridad de la empresa, de las señaléticas de seguridad en la
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máquina, antes de operar o dar servicio a la máquina a cargo. Consulte a su distribuidor si tiene alguna duda.
No se apresure. Camine, no corra.
Pisos sucios o resbaladizos, escaleras, pasarelas y plataformas pueden causar caídas. Asegúrese de que estas superficies se mantienen limpias y libres de escombros.
Use equipo de protección: casco de seguridad, gafas de protección, calzado de seguridad, guantes, chalecos tipo reflector, respiradores y protección para los oídos son equipos que puedan ser necesarios.
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CONCLUSIONES En la presente unidad hemos definido el concepto de circuito eléctrico, como un conjunto de componentes unidos de tal manera que permite el recorrido o trayectoria de la corriente eléctrica, desde que sale de la fuente emisora hasta que retorna a ella. Entre los componentes básicos para un circuito eléctrico para maquinaria pesada o agrícola, podemos nombrar los generadores o acumuladores de energía (batería), los conductores (cables y conectores), los receptores (motor de arranque, resistencias, relés, luces, alarmas, etc.) y los elementos de maniobra (interruptores). Las configuraciones más comunes y utilizadas en los diagramas y planos eléctricos para los distintos sistemas de arranque, de carga, de luces y accesorios, de maquinaria pesada y agrícola son: circuito en serie, paralelo y mixto (serie-paralelo). Para los circuitos en serie se cumplen las siguientes reglas: en cualquier punto del circuito el valor de la intensidad de corriente es la misma, la resistencia total del circuito es igual a la suma de todas las resistencias individuales y se llama resistencia equivalente, el voltaje a través de todas las cargas del circuito es igual al voltaje de la fuente aplicada. En tanto, para los circuitos en paralelo: el voltaje es el mismo en cada derivación en paralelo, la intensidad de corriente total es la suma de las intensidades de corrientes de las derivaciones individuales y la resistencia equivalente es igual al voltaje aplicado dividido por la intensidad de corriente total y es siempre menor que el valor de la resistencia más pequeña de cualquiera de las derivaciones. En el caso de los circuitos serie-paralelo se utilizan las leyes de Ohm y Kirchhoff, las cuales serán estudiadas en la próxima unidad. Respecto a la batería, que es el corazón del sistema eléctrico, es un dispositivo que almacena energía eléctrica a partir de la conversión de energía química, definimos su funcionamiento y su ciclo de operación (carga-descarga) así como su mantenimiento y las condiciones de seguridad que se deben tener en cuenta al momento de su manipulación. Finalmente, aprendimos acerca de las fallas más comunes en los circuitos eléctricos, tales como: circuito abierto, cortocircuito, cortocircuito a tierra, resistencia alta e intermitencia, para sus distintas configuraciones: serie y paralelo, sus causas, efectos, localización y solución. Cerramos la unidad con las medidas de seguridad generales. MATERIAL INTRODUCTORIO UNIDAD 1 | 39
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