UNIDAD 3 - FUNCIONAMIENTO Y ARQUITECTURA DE UN CIRCUITO ELÉCTRICO EN MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA
G0201: Fundamentos y características de los circuitos eléctricos empleados en maquinaria pesada y agrícola.
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UNIDAD 3 - FUNCIONAMIENTO Y ARQUITECTURA DE UN CIRCUITO ELÉCTRICO EN MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA
Unidad 3, parte 2: Funcionamiento y arquitectura de un circuito eléctrico en maquinaria pesada y agrícola
Material Introductorio: Funcionamiento y arquitectura de un circuito eléctrico en maquinaria pesada y agrícola.
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ÍNDICE DE CONTENIDO
Contenido INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................................... 4 TEMA 2: ANÁLISIS DE SISTEMAS ELÉCTRICOS EN MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA ........................................ 5 2.1.- Detección de fallas .................................................................................................................................. 5 2.2.- Interpretación de resultados de mediciones ......................................................................................... 10 CONCLUSIONES ...............................................................................................................................................17 BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................................................18
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INTRODUCCIÓN En las unidades anteriores habíamos estudiado distintos tipos de circuitos eléctricos, desde el punto de vista de su tipología, mencionado sus componentes más importantes y calculado algunas variables eléctricas por medio de las leyes de Ohm y Kirchhoff. Sin embargo, no habíamos definido su simbología, ni sus componentes y sistemas en detalle. En esta unidad se describe y se explica la información disponible para ayudar al técnico en el diagnóstico, localización y solución de problemas en los sistemas eléctricos. Comenzaremos con la definición y los usos de los diagramas eléctricos, la interpretación de los símbolos de los componentes de los distintos sistemas, para poder relacionar todo lo anterior y determinar el funcionamiento del circuito. Luego estudiaremos más en profundidad, los componentes principales de los sistemas eléctricos de las maquinarias, haciendo hincapié en sus características técnicas y de funcionamiento. Luego analizaremos los sistemas eléctricos más importantes, considerando: función, funcionamiento, componentes, conexiones y flujo de corriente. Finalmente, estudiaremos las fallas, su tipología, las mediciones que se deben realizar en cada sistema, tanto de voltaje como de amperaje, información que deberá ser interpretada, para la obtención de un diagnóstico o identificación de averías, considerando las posibles causas que generan estas fallas
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TEMA 2: ANÁLISIS DE SISTEMAS ELÉCTRICOS EN MAQUINARIA PESADA Y AGRÍCOLA
2.1.- Detección de fallas
¿Qué es una falla eléctrica?
Es un defecto en el aislamiento o conductividad, de cualquier componente o mecanismo de un circuito eléctrico, que provoca la interrupción de la corriente. También es llamada fuga de corriente o pérdida de corriente.
Tipos de fallas eléctricas
Es importante entender estas fallas y sus efectos para poder localizar los problemas.
Falla por circuito abirto
Falla por circuito resistivo
Una falla por circuito Una falla por circuito abierto es una resistivo es una interrupción en el resistencia no trayecto planeado planeada en el para la corriente trayecto planeado eléctrica. para la corriente eléctrica.
Falla por cortocircuito
Falla por cortocircuito a tierra
Una falla por cortocircuito es una conexión eléctrica no planeada que proporciona un trayecto adicional para el flujo de corriente eléctrica.
Una falla por cortocircuito a tierra es un trayecto no planeado para la corriente eléctrica de retorno a la fuente de energía eléctrica.
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Falla por circuito abierto
En este circuito, por ejemplo, la corriente sale del borne positivo de la batería (+) y retorna por el borne negativo de la batería. Cuando ocurre una interrupción en el circuito, se rompe el trayecto para el flujo de la corriente.
Una interrupción en la parte en serie de este circuito dará lugar a una pérdida del flujo de la corriente hacia todo el circuito, mientras que en la parte en paralelo dará lugar a una pérdida del flujo de corriente solamente a la parte del circuito
en que se encuentra la interrupción. Observe que la corriente ya no fluye a través de la parte del circuito donde se produjo la interrupción, pero continúa fluyendo por el resto del circuito.
Algunas causas de circuitos abiertos en un sistema eléctrico son: un cable roto, un fusible quemado o un disyuntor disparado, una conexión de un mazo de cables con un enchufe o pasador que muestre corrosión.
Falla por circuito resistivo
Para que funcionen correctamente, los circuitos deben ofrecer muy poca o ninguna resistencia al flujo de la corriente, excepto donde está proyectado que haya una resistencia.
La cantidad de resistencia que los circuitos pueden tolerar y aún seguir funcionando correctamente varía considerablemente, y esto depende en gran medida del circuito.
Algunas causas de resistencias en un sistema eléctrico son: una conexión de la batería que presente corrosión, lo cual impide el giro del motor, un interruptor con los contactos quemados, un conector con corrosión.
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El cortocircuito en este circuito proporciona un trayecto
Falla por cortocircuito
para la corriente eléctrica que se desvía del interruptor. Como resultado, el interruptor ya no controla el circuito. Debido a que un cortocircuito es una conexión añadida incorrecta o no deseada, con frecuencia crea un circuito que toma más corriente que la esperada.
Al gunas causas de cortocircuitos en un sistema eléctrico son: un mazo de cables pellizcado,
un
solenoide
de
motor
de
arranque quemado.
Falla por cortocircuito a tierra
El cortocircuito a tierra en este circuito proporciona un trayecto para la corriente eléctrica que se desvía del resistor. Como resultado, hay un incremento de la corriente que hace que el disyuntor se dispare.
Algunas causas de cortocircuitos a tierra en un sistema
eléctrico son: corrosión, que produce un trayecto directo al bastidor de la máquina, un mazo de cables al que se le desgastó el aislamiento debido a la fricción contra el bastidor de la máquina y que hace contacto con el bastidor.
¿Qué son las fallas intermitentes?
Las fallas intermitentes son difíciles de localizar, ya que sus síntomas no son estables en el tiempo, a veces aparecen y luego desaparecen. Esto se puede ver reflejado cuando un componente de cualquier sistema eléctrico funciona y a veces no. Para localizar una falla intermitente, se debe recopilar información, analizarla, probar el sistema y hacer un diagnóstico, sin embargo, puede resultar útil mover rápidamente diferentes partes del mazo de cables mientras se buscan los síntomas de la falla.
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¿Cómo detectamos una falla eléctrica?
Para poder detectar una falla eléctrica, cualquiera sea su causa, además de recolectar información con el operario de la maquinaria, es preciso realizar las mediciones correspondientes en el sistema que esté presentando los síntomas. Se puede verificar el funcionamiento normal de cualquier circuito haciendo mediciones con el multímetro y con el amperímetro de mordaza, para luego comparar las lecturas con las especificaciones.
Falla
Detección de Falla
Medición con intrumento
Comparación de mediciones con especificaciones
¿Cómo detectamos una falla eléctrica?
Voltaje
Amperaje
Se instala el multímetro en los bornes de la batería de 24 V
Se instala el amperímetro entre el borne positivo de la batería y el motor de arranque
Valores de voltaje durante el giro: 16 a 20 V a 27 °C
La extracción máxima de corriente es de: 750 A - 24 V ; 1200 A - 12V
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Voltaje: El voltaje a través de los bornes de la batería variará dependiendo de la temperatura ambiente, la del motor, la viscosidad del aceite, el estado de la batería, el estado de los cables y las conexiones, y por último de la condición mecánica del motor.
Voltaje del sistema durante el giro Temperatura ambiente °C
Sistema 24 V
Sistema 12 V
27
16 – 20 V
8 – 10 V
16
15 – 19 V
7,5 – 9 V
2
14 – 18 V
7–9V
-12
13 – 17 V
6,5 – 8,5 V
-23
12 – 16 V
6–8V
Caídas de voltaje Durante el giro o el intento de giro, las caídas de voltaje a través de los interruptores, contactos, cables, alambres y conexiones en el circuito, no deben sobrepasar el mínimo permitido. En circuitos que extraen mucha corriente, aun una pequeña resistencia puede dar lugar a una pérdida de energía significativa. Las caídas de voltaje máximas permisibles en un sistema de arranque de 24 voltios durante el giro o el intento de giro, son aproximadamente: 0,8 V en el relé de arranque, 0,5 V en el disyuntor, 0,5 V entre el borne positivo de la batería y el motor de arranque, 0,8 V en el relé de arranque y 1,4 V entre la conexión a tierra del motor y el borne negativo de la batería. Las caídas de voltaje máximas permisibles para los sistemas de arranque de 12 voltios, son exactamente la mitad de las caídas de voltaje aquí mostradas.
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Mediciones en el sistema de carga
Voltaje
Se instala el multímetro en los bornes de la batería de 24 V
Valores de voltaje con motor funcionando:
Amperaje
Se instala el amperímetro entre el alternador y el motor de arranque
La corriente de carga debe corresponder a las especificaciones del alternador
27,5 ± 1 V
2.2.- Interpretación de resultados de mediciones
¿Cómo interpreto las mediciones?
Falla
Medición
Interpretación
Diagnóstico
Solución
Para poder interpretar las mediciones realizadas a los distintos sistemas eléctricos de las maquinarias, debe ser capaz de distinguir entre las lecturas normales y anormales, para los distintos parámetros y contrastarlos con las especificaciones técnicas del fabricante.
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Mediciones de voltaje en el sistema de iluminación
Las lecturas de la caída de voltaje a través de los componentes en este sistema, le informan si el circuito está funcionando normalmente o no. La caída de voltaje es la diferencia en el potencial eléctrico, o voltaje, que resulta de la corriente que fluye por una resistencia. La caída de voltaje representa la pérdida de energía a través de una carga.
Componente Disyuntor Relé Fusibles Interruptor Luces Conectores
Medición
0V
Estado
Normal
Observación
Luces encendidas Todos los interruptores cerrados La corriente fluye por los componentes, pero con poca o ninguna resistencia.
Normalmente, con el interruptor en la posición de desconexión, existe un potencial de unos 24 voltios a través del interruptor abierto. El mismo voltaje deberá existir a través de cualquier par de puntos de comprobación, en los lados opuestos de una interrupción en este circuito. Ahora si el interruptor está en la posición de conexión, y existe algún potencial, al medir con el multímetro, indica la presencia de una falla.
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Efectos de las fallas en el sistema de iluminación Falla
Causas probables
Efectos
Corrosión, que produce un trayecto directo al bastidor de la máquina. Un mazo de cables al que se le desgastó el aislamiento debido a la fricción contra el bastidor de la máquina y que hace contacto con el bastidor.
• •
Luces apagadas Fusible quemado
Un cable roto. Un fusible quemado o un disyuntor disparado Una conexión de un mazo de cables con un enchufe o pasador que muestre corrosión.
•
Enciende solo una de las luces.
• •
Un mazo de cables pellizcado. Un solenoide de motor de arranque quemado.
•
Cortocircuito en el relé principal
• •
Un mazo de cables pellizcado. Un solenoide de motor de arranque quemado.
•
La corriente fluye aun si el interruptor está abierto (off), por lo tanto las luces se mantienen encendidas. Las luces permanecen tenuemente encendidas.
Cortocircuito a tierra entre el relé y el fusible
•
Corrosión, que produce un trayecto directo al bastidor de la máquina. Un mazo de cables al que se le desgastó el aislamiento debido a la fricción contra el bastidor de la máquina y que hace contacto con el bastidor.
•
La corriente toma inmediatamente la vía de menor resistencia y retorna al borne negativo de la batería, también se produce un aumento de la intensidad de corriente, debido a la ausencia de las resistencias de las luces, el fusible se quema.
Cortocircuito a tierra entre el disyuntor y el relé principal
•
•
Se dispara el disyuntor y la corriente cesa en el circuito, por lo tanto el fusible no se quema.
Resistencia entre el interruptor de la luces y el conector
•
Corrosión, que produce un trayecto directo al bastidor de la máquina. Un mazo de cables al que se le desgastó el aislamiento debido a la fricción contra el bastidor de la máquina y que hace contacto con el bastidor. Una conexión de la batería que presente corrosión, lo cual impide el giro del motor. Un interruptor con los contactos quemados, un conector con corrosión.
•
Al incrementarse la resistencia, el flujo de corriente se reduce por lo tanto las luces bajarán su intensidad o se apagarán.
Cortocircuito a tierra entre el fusible y el interruptor de las luces
•
Circuito abierto entre el conector y una de las luces en paralelo
• •
Cortocircuito en el interruptor de las luces
•
•
•
•
•
Para cerciorarse que algún componente sufrió una falla, se deben realizar las mediciones de voltaje o de amperaje correspondientes y comparar su resultado con
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las especificaciones técnicas, con todos los interruptores cerrados el voltaje debería marcar 0 V, lo que indicaría la ausencia de alguna falla presente.
Efectos de las fallas en el sistema de arranque
Falla
Causas probables
Ausencia de sonido cuando la llave está en posición Start
• • • • • • • •
Relé de arranque emite un click con la llave en posición Start
Un chasquido repetido o “chirrido” con la llave en la posición de arranque
•
• • •
Giro del motor es lento y de respuesta demorada
•
•
Sonido de chirrido o choque entre los dientes del engranaje del piñón y los dientes de la corona
• •
Resistencia en el circuito
• •
•
La bobina del relé de arranque está en mal estado. El relé de arranque no está recibiendo energía. Las baterías están descargadas o con muy poca carga. El interruptor de desconexión de la batería tiene un circuito abierto. El disyuntor tiene un circuito abierto. Un cable de la batería está desconectado del borne. Hay un conector desconectado. Hay una falla en la llave de contacto. Fallas en: o Contactos del relé de arranque. o Solenoide de arranque. o Motor de arranque o Cables y conexiones o Baterías (con poca carga) o Contacto del tope de la corona con el piñón o Motor o transmisión (atascados). Una bobina de retención de corriente del solenoide de arranque con un circuito abierto. Bajo voltaje en el motor de arranque debido a poca carga en la batería. Una alta resistencia en el circuito (contactos o conexiones deficientes). En el motor de arranque: o Las escobillas o el inducido en mal estado. o Los devanados en cortocircuito parcial. o Atascado mecánicamente. o Bajo voltaje debido a baterías parcialmente cargadas o alta resistencia en el circuito. Problema mecánico en el motor diésel, producto de una combinación de aceite del motor de alta viscosidad y bajas temperaturas, que ocasiones un arrastre excesivo. Se ha instalado una pieza incorrecta (posiblemente el piñón). Un espacio producido por un desajuste del piñón que ocasiona un enganche parcial del piñón con la corona. Montajes del motor de arranque suelto o un piñón o una corona muy gastados. Corrosión en el conector Disminución del voltaje de la batería durante en el giro.
Efecto general Detención del motor de arranque y del motor diésel
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Mediciones en el sistema de arranque
Para realizar un diagnóstico asertivo en el caso que el motor de arranque haga que el motor diésel gire mucho más lento de lo habitual o no lo haga girar, se deberán realizar tres mediciones, que se utilizan comúnmente para aislar el problema:
1. Medir el voltaje de la batería y la corriente del motor de arranque mientras el motor está girando o intenta girar. Mientras el motor está en giro, la caída de voltaje máxima permitida del borne negativo de la batería al borne negativo del motor de arranque, es de 1,4 voltios en un sistema de 24 voltios y de 0,7 voltios en un sistema de 12 voltios. La caída de voltaje máxima permitida mientras el motor está en giro en el interruptor de desconexión es de 1,0 voltios en un sistema de 24 voltios y de 0,5 voltios en un sistema de 12 voltios.
2. Medir la caída de voltaje a través del motor de arranque mientras el motor está girando o intenta girar. La caída de voltaje máxima permitida mientras el motor está en giro en el solenoide de arranque es de 0,8 voltios en un sistema de 24 voltios y de 0,4 voltios en un sistema de 12 voltios.
3. Comprobar la existencia de un atascamiento del motor u otros problemas mecánicos. Trate de rotar el cigüeñal manualmente, con una herramienta de giro del motor. Si el cigüeñal se resiste más de lo normal o no puede rotarlo en absoluto, es que el motor tiene un pistón atascado o existe algún otro problema mecánico que hay que reparar. Si el cigüeñal rota libremente de forma manual pero aún gira débilmente con el motor de arranque, reemplace el motor de arranque.
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Mediciones en el sistema de carga Las caídas de voltaje máximas permitidas en un circuito de carga de 24 voltios durante la carga con el alternador suministrando su capacidad nominal de corriente de salida y el motor funcionando a su capacidad nominal de RPM, son las siguientes: entre el borne positivo de la batería y el relé del motor de arranque es de 0,05 V, entre el alternador y el disyuntor 0,15 V, entre la conexión a tierra del alternador y la conexión a tierra del motor de arranque 0,10 V y entre la conexión a tierra del motor de arranque y el borne negativo de la batería 0,15 V. Las caídas de voltaje máximas permitidas en un circuito de carga de 12 voltios, son exactamente la mitad de los valores aquí mostrados.
Efectos de las fallas en el sistema de carga
Falla Giro lento o ningún giro, luces muy débiles o apagadas.
Causas probables • • • • • • • • • •
Electrólito bajo (excepto cuando no requiere ningún mantenimiento).
• • • •
Correa de transmisión del alternador rota o que patina. Uno o varios diodos rectificadores dentro del alternador en cortocircuito o con interrupción del circuito Falla del regulador de voltaje. Cables en cortocircuito o con interrupción en el circuito de campo del alternador. Cables en cortocircuito o con interrupción en el circuito (de salida) del estator del alternador. Ausencia de un cable a tierra entre el terminal a tierra del motor de arranque y el bloque del motor. Una interrupción o una interrupción intermitente en cualquier parte del circuito de carga. Corrosión en los terminales de la batería. Polea de transmisión del alternador floja o una polea equivocada (sobre medida) instalada. Baterías que no pueden aceptar una carga debido a una falla interna. Voltaje de carga excesivo (por encima de los 30,0 voltios de CC). Descomposición del agua (se hidroliza) en oxígeno e hidrógeno gaseoso. Deformación de las placas de la batería. Evaporación del electrólito.
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Conector u otro componente quemado, ennegrecido, o corroído.
• •
• • Fallas del disyuntor del alternador
• • •
Superficies corroídas, quemadas, ennegrecidas o fundidas pueden resultar en resistencia alta, interrupción del circuito, o cortocircuitos. Condiciones atmosféricas (sal, neblina ácida) desfavorables, metales no similares en contacto, o productos químicos cáusticos utilizados en la limpieza. Superficies desgastadas que desarrollan resistencia y calor. Conexión floja o por abrir el interruptor de desconexión de la batería durante la carga. Cortocircuito a tierra en el alternador o a lo largo del cable de salida del alternador. Herramienta que tocó el cable de salida del alternador y tierra a la vez. Disyuntor quede soldado en un estado “cerrado” y no pueda en lo sucesivo volver a abrir el circuito, debido a una sobre corriente.
Observación visual y ruidos en el alternador, correa y polea.
• • • • • •
Correa de transmisión floja o equivocada. Desgaste y rajaduras en la parte interior de la correa. Cojinetes del alternador secos o desgastados por completo. Polea floja o equivocada. Cable dañado o conexiones flojas. Alternador dañado o sobrecalentado.
Daño en los cojinetes del motor Efecto general
•
Falta o daño del cable a tierra del motor
Cuando el alternador falla, las baterías no se recargan. Por lo tanto, la carga de la batería disminuye cada vez que se le coloca una carga. En algún momento las baterías se descargarán hasta un punto en que no podrán girar el motor o hacer funcionar los accesorios.
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CONCLUSIONES En la presente unidad hemos definido qué son los diagramas eléctricos y cuál es su utilidad en los distintos sistemas eléctricos de las maquinarias, entre las que podemos comentar que sirven para explicar su funcionamiento y como apoyo para las intervenciones y mantenciones. Otro aspecto muy importante y relacionado directamente con los diagramas, es la simbología que se utiliza, aquí pudimos identificar los principales símbolos con los componentes más comunes a los distintos sistemas eléctricos, para maquinaria pesada. Revisamos finalmente en el tema de los diagramas, cuáles eran sus principales características, tomando como ejemplo las utilizadas en los planos de la maquinaria CASE, entre las que podemos destacar: las leyendas de diagramas de circuitos, simbología, identificación de cables y componentes. Respecto a los componentes, estudiamos de manera más detallada las principales características técnicas y en algunos casos de selección (cables), así como su función en los sistemas eléctricos de las maquinarias. A continuación y ya teniendo claro tanto el uso de los diagramas y de la simbología utilizada, así como también los principales componentes de los sistemas eléctricos, estudiamos los tres principales sistemas de las maquinarias: luces, arranque y carga, desde el punto de vista de su función, funcionamiento, circuito simplificado, los tipos de conexiones presentes y los componentes que la conforman y el flujo de corriente. Por último, estudiamos respecto a la detección de fallas, mediante un análisis de los sistemas eléctricos de maquinaria pesada, comenzando por definir qué era una falla eléctrica, los tipos, características principales, causas, las etapas de cómo detectar una falla eléctrica: detección de la falla, medición con instrumento y la comparación de mediciones con las especificaciones. Finalmente, analizamos las mediciones para los sistemas de luces, arranque y carga, tanto de voltaje como de intensidad de corriente, la interpretación de los datos obtenidos en las mediciones y las tablas de falla, causas probables y efectos para todos los sistemas.
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BIBLIOGRAFÍA Álvarez, F. Introducción al sistema eléctrico de tractores agrícolas. Recuperado el 20 de Febrero de 2014, desde http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/medellin/3007073/und_4/pdf/intr oduccion_sistema_electrico.pdf Case Centro de Formación. (2003). Cargadora de Neumáticos 721D, Manual de Formación, versión español. España. Case Construction. (2010). Operator’s Manual Loader Backhoe 580 N, 580SN – WT, 590SN. (1ª. Ed.). Los Angeles. Estados Unidos. Case Corporation. (2001). CX Series Excavator, Service Training Manual. Wisconsin. Estados Unidos. Dominguez, R. Faradayos Tecnología Electrica. Características de los cables eléctricos: partes, calibre y ampacidad. Recuperado el 11 de Marzo de 2014, desde http://faradayos.blogspot.com/2013/12/caracteristicas-cablesconductores.html Quintero, M. Laboratorio de Física II. Código de Colores de las Resistencias. Recuperado el 11 de Marzo de 2014, desde http://regionesequipotenciales.blogspot.com/2012/04/codigo-de-colores-delas-resistencias.html
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