Electricidad Bรกsica
Electricidad bรกsica Prof. Luis Fernando Corrales
Electricidad bรกsica
Ley L de Ohm m Cualquier circuito c eléctrrico que esté operando de ebe tener tres s factores, vo oltaje, corrien nte y resistencia. Su relación puede ser descrita por la Ley de Ohm. V VOLTAJE (V)
COR RRIENTE (A)
ALTA IGUAL IGUAL
ALTA ALTA BAJA
RESIS STENCIA (Í2) IG GUAL BA AJO ALTA
ey fundamen ntal para la bú úsqueda de averías. a Tom mado como en nunciado, la Ley de La Ley de Ohm es la le Oh hm expresa las caracteríssticas dadas y los comporttamientos elé éctricos en un n circuito. No obstante, la Ley de Oh hm puede ser también exp presada como o una ecuació ón. Usando esta e ecuación n, y calculando el valor esp pecífico pa ara cualquiera a de los tres factores f eléctricos es posib ble:
Cíírculo de la Ley L de Ohm Un na herramienta para la me emoria es el círculo c de la Ley L de Ohm. Si usted sostie ene su dedo sobre s la letra del valor dessconocido, ap parece la form mula correcta a. Por ejemplo, para que su dedo sobre esa letra y se obtien ne la fórmula correcta.: resolver I, coloq
I = E / R ó I = E + R Cubra E con su ded do para ver la a fórmula: E = I x R Cu ubra R con su u dedo para ver v la fórmula a: R = E /I
ó
R = E +1
Só ólo es necesa ario recordar que E está siempre en la parte superio or. El orden de las otras do os letras no p produce differencia.
De
Electricidad Básica
acuerdo a la Ley de Ohm, cuando el voltaje aumenta, también lo hace la corriente. Para probar esto, observemos el mismo circuito que hicimos, pero esta vez doblaremos el voltaje.
Usamos la misma fórmula que anteriormente.
I=E/R I = 24 volt / 6 ohms I = 4 Amperes
Note que cuando aumenta el voltaje al doble, también se duplica la corriente. Esta es esperable porque la corriente es DIRECTAMENTE PROPORCIONAL al voltaje como enuncia la Ley de Ohm Ese enunciado también dice que la corriente es INVERSAMENTE PROPORCIONAL a la resistencia. Entonces, descubrámoslo. Nuevamente, usando el mismo circuito, esta vez duplicamos la resistencia.
I = 1 Amperes Así, cuando se duplica la resistencia, la corriente
se
reduce a la mitad de su valor inicial. Fig. 3-4 Ley de Ohm - Corriente 3
3.2 Determinando la Resistencia Usando el circulo de la Ley de Ohm, coloque su dedo sobre la R y podremos ver la siguiente fórmula: R=E/I R= E-I E = 12 volt I = 3 ampere R=?
Para calcular, divida 3 en 12 y la respuesta es 4Ω.
ó
3.3 Determinando el Voltaje La fórmula para determinar el voltaje es la más sencilla de las tres. Voltaje = corriente por la resistencia. El circuito a la derecha muestra que existen 2 A de corriente y 3 Ω de resistencia. Por l o tanto:
3.4.1 Caída de Voltaje 1 El voltaje de consumo de la carga (ampolleta, motor, tamaño incorrecto del cable, etc.) en el circuito se denomina caída de voltaje. La pérdida del voltaje total debe ser igual al voltaje aplicado. El valor de esta pérdida puede ser calculada usando la fórmula estudiada, V = I x R. En términos prácticos, si usted tiene un circuito simple que consiste de una fuente (batería) y una carga (una lámpara) la caída de voltaje en la lámpara se determina por la cantidad de veces que la corriente es aplicada sobre la resistencia de la lámpara. Pregunta Calcule la resistencia R1, R2 y voltaje V1 en el diagrama del circuito inferior?
1. R1 (Resistencia de la lámpara)
=(
) Ω.
2. R2 Resistencia
=(
) Ω,
3. V2 Voltaje
=(
) volt
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3..4.2 Voltaje e caída 2 Si fluye co orriente en la a carga (resiistencia) del circuito, el voltaje v dismin nuye en proporción a la fuerza ele ectromotriz en e la carga (rresistencia).
alabras, el vo oltaje descarg gado es el mismo m que el voltaje En otras pa
im mpuesto en la resistencia. Cuando el in nterruptor estta cerrado en n el circuito mostrado, m com mo se suminisstran 12 vo olt. de voltaje la lámpara se e enciende y la corriente es e consumida en ella. En este mo omento, la ca aída de voltaje baja cuand do se alimenta an ambos lad dos de la lám mpara "+" y "-" a una cie erta cantidad de voltaje. c de volta aje. Esto es la caída o, si existe algo de resiste encia de conta acto en el inte erruptor, el flujo de corrien nte y el voltajje de la A propósito lám mpara dismin nuye con el punto p de resisstencia en el interruptor. Esto E significa que la corriente y la disminución de e voltaje caussado por la re esistencia de e contacto en el interruptor se desplaza an desde la lámpara al pu unto de mal contacto de el interruptor.. mos, cuando el e actuador (llámpara, mottor, solenoide e, etc) operan n, deben tene er como resulltado el Si resumim o del actuadorr. funcionamiento
Co onsumo de Voltaje V = Caíída de Voltaje e desde el A Actuador Éste es un tipo de teoría a muy importa ante para rep parar el vehícu ulo.
3.5 Para entender la caída de voltaje en un circuito equivalente
I
*
R1
1) En el circuito superior, cuando el Interruptor es cerrado, la corriente fluye a través de R1 y R2. En un primer momento, V3 es 12 volt, esto es antes de que se cierre el interruptor. En un primer momento antes de que se cierre el interruptor, V3 es 12 Volt, no obstante, V3 es 0 Volt cuando se cierra el mismo.
2) Si el voltaje V1 es de 8 volt, la caída es de 8 volt en R1. En este momento, el voltaje V2 se transforma "12 / 8 = 4 volt", porque la batería de alimentación de voltaje es de 12 volt. También, porque se expresa como "V1 (caída de voltaje de R1) = I (Corriente total del circuito) x R1 (Resistencia R1). La caída de voltaje de R1 y la caída de voltaje de R2 están en proporción inversa una de otra. 3) Si la caída de voltaje sube del R1, la caída de voltaje del R2 se reduce relativamente. La suma de las caídas de voltaje de R1 y R2 es la misma que el voltaje aplicado en la batería. Cuando circula corriente, si no existe resistencia, el voltaje es 0 volt
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5. Potencia Eléctrica y Watt. 5.1
Potencia Eléctrica (P)
Cantidad de trabajo eléctrico durante 1 segundo. Cantidad de energía eléctrica que consume durante el proceso por unidad tiempo. Expresión de Potencia Eléctrica: P Unidad de Potencia Eléctrica: W (watt) La fórmula para energía eléctrica es: P(watt) = E(volt) x I(corriente) = ExE/R = E2/R E = P/I I = P/E
Por ejemplo La corriente que un motor de bomba de combustible consume es 3A. ¿Cuánto es la Potencia eléctrica? P =I x V P = 2 A x I2volt = 24 watt
Pregunta Un motor de arranque, con relación de 1.2 kw, es operado a una batería de 12 volt ¿Cuánta corriente utilizará este componente? P=ExI I = P/E I = 1.2kw - 12volt = 1,200w - 12volt = 100Amperes 5.2
Cantidad de Potencia Eléctrica
Multiplica el tiempo que usa para la Potencia Eléctrica. Cantidad de Potencia Eléctrica (W) = E x I
t = P x t (joules)
Una corriente eléctrica produce calor cuando pasa a través de una resistencia. Los calefactores y resistencias permanecerán calientes por algún tiempo después que se desconecte la energía. Esto es debido al calor de los joules Calor de joules 1 joule = 0.24 cal
.'. Calor = 0.24 E x I * t = 0.2 24 R x I2 * t = 0.24 (E2/R) * t (caloría o kcal)
6. Resu umen pa ara electrricidad básica b 6.1 Para ente ender fácilm mente la fórm mula de la e electricidad d
P : Potencia Eléctrica (w watt), E : Vo oltaje (volt),, R : Resisttencia (R), I : Corriente e (Amp)
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6.2 Métodos de Seguimiento de Fallas en Circ cuitos En este eje emplo el motor no funcion na cuando el interruptor de e conexión se cierra; en el e circuito infe erior se exxplica el méto odo de verifica ación y orden de inspecció ón..
Prrocedimiento o de verificac ción 1ero- Medir el voltaje de la batería. 2dooe 1ero Medir el vo oltaje entre "B B" y "C".
En este momento, m el vo oltaje debe se er de 12 volt, inspeccione si es menor q que el voltaje aplicado. Y, si el volltaje es 12 vo olt, se trata de e un defecto d del motor. 3erooMedir el voltaje e entre "A" y "B" " En este momento, m debe ser 0 volt, si s es mayor que 0, existe re esistencia entre "A" y "B". 4to- Medir el voltaje v en ntre "C" y "E" m el vo oltaje debe se er 0 volt, si ess mayor que 0 existe resisttencia entre "C" " y "E". En este momento, Estrictame ente hablando o, no se puede obtener vvalores de 0 volt v exactos e en el circuito de un vehículo. Ya sea que po orque la conexxión a tierra lo o establece o por que exisste un rango de d resistencia a en los cable es. Por tanto, el voltaje de la carrocería (tierra) se co onsidera norm mal si es meno or que 1 volt.
La corriente I4 es diferente según la condición de los interruptores de encendido en el diagrama de circuito. El voltaje "V" es diferente de acuerdo a la condición de conexión a tierra. Si es normal, el voltaje "V" se transforma en 0 volt. Si es superior a 0 volt, el 100% no esta operando porque el voltaje aplicado a la lámpara es bajo. Lo importante es que el voltaje "V" sea diferente de acuerdo a la corriente "I4". Esto debido a que el voltaje y la corriente son proporcionales. Por lo tanto, es importante que se mida en la condición en que todas las corrientes que pasan estén en condición de conexión correcta a tierra.
2. Medida de voltaje 2
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Seguimiento de Fallas en Circuito Paralelo 1. Medida de resistencia
PRECAUCIĂ“N El interruptor debe estar abierto o la fuente de poder desconectada cuando se mide la resistencia usando un ohmmetro.
2. Medida de corriente
Seguimiento de Fallas en un circuito Serie-Paralelo 1. Mediciรณn del voltaje en un circuito Serie-Paralelo
Un circuito abierto en la conexiรณn en serie-paralelo puede ser mal interpretado cuando se mide continuidad. Siempre debe conocer los valores a medir.
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8. Fuerza Magnética 8.1
Generación de Fuerza Magnética Los antiguos navegantes Chinos descubrieron que un pequeño pedazo de piedra, atado a una cuerda siempre giraría en dirección al norte. Estas pequeñas piedras eran de acero. Los Griegos las llamaban magnetitas porque fueron halladas cerca de Magnesia en Asia Menor. Desde que los marineros usaban estas piedras en la navegación en sus naves, las piedras llegaron a conocerse como "piedras de plomo". Éstas fueron las primeras formas de magnetos naturales. Hoy en día, un magneto puede ser definido como un material o sustancia que tiene el poder de atraer acero, fierro y materiales magnéticos.
8.2
Magnetismo y Fuerzas Magnéticas La fuerza atractiva más grande aparece en el extremo de un magneto. Estas concentraciones de fuerza magnética son llamadas polos magnéticos. Cada magneto tiene un polo norte y un polo sur. Se descubrió también que muchas líneas invisibles de fuerza magnética existían entre los polos. Cada línea de fuerza era una línea independiente. Ninguna de las líneas cruza o toca la línea del borde. Note los modelos de líneas existentes entre los polos. Estas líneas de hileras reflejan las líneas de fuerza. Note la concentración de las líneas en cada final del magneto o de sus polos.
Las líneas de fuerza están más concentradas en los polos. Cada línea magnética de fuerza viaja del polo norte al sur a través del espacio. La línea vuelve al polo norte a través del magneto. Estas curvas cerradas de campo magnético pueden ser descritas como circuitos magnéticos. Compare el circuito magnético al circuito eléctrico. La fuerza magnética puede ser
comparada
al
voltaje
y
las
líneas
magnéticas de fuerza pueden ser comparadas a la corriente. Cuando el Polo Norte de un magneto está cerca del Polo Sur del otro, una fuerza atractiva junta los dos magnetos. Si los
Figura 8-1. Estas figuras muestran el campo de atracción o repulsión magnética.
magnetos son volteados a objeto de que los dos polos estén juntos uno del otro, existe una fuerza repulsiva entre los dos magnetos.
Mayores investigaciones científicas mostraron que la tierra actúa como un enorme magneto. Los polos magnéticos de la tierra están junto a los polos geográficos del norte y sur. Refiérase a la Figura 8-2. Usted puede observar que los polos geográficos del norte y sur no coinciden. Una brújula compás no necesariamente indicará el verdadero norte; el ángulo existente entre el norte verdadero y el norte magnético se denomina ángulo de inclinación o ángulo de
Figura 8-2. Las tierra es un gran imán, rodeado por un campo magnético.
variación. Existe, no obstante, una línea alrededor de la tierra, donde el ángulo de inclinación es cero. Cuando alguien se para sobre esta línea, su brújula indica el verdadero norte asimismo como el norte magnético. En otras ubicaciones de la superficie de la tierra, la lectura de la brújula debe ser corregida para encontrar el verdadero norte.
Figura 8-3. Las Moléculas superiores no han sido alineadas. Las moléculas inferiores han sido alineadas.
¿Qué causa que una sustancia sea magnetizada?
Figura 8-4 Un imán largo se puede romper en pequeños .
varios
imanes
más
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Las moléculas en una barra de fierro actúan como pequeños magnetos. Si estos pequeños magnetos están desordenados, Figura 8-3 (superior), la barra no actúa como magneto. No obstante, cuando estos pequeños magnetos son ordenados para que sus polos norte y sur estén en línea, Figura 8-3 (inferior), el fierro es magnetizado. Esto puede ser demostrado rompiendo una pieza de fierro magnetizado en varias piezas. Cada pieza rota actúa como un magneto separado. La Figura 8-4 muestra un magneto roto. desimantado,
estas
Cuando el fierro es
moléculas
son
ubicadas
en
posiciones al azar. Esta acción molecular se demuestra posteriormente en
Figura 8-5 El clavo ahora esta magnetizado.
la forma que se hace el magneto. Por ejemplo, tomando una barra de fierro sin magnetizar, frótela unas pocas veces
en
la
misma
dirección
con
un
magneto
permanente. Una prueba (conduzca la barra cerca de algunos filamentos de acero) notará que la barra está ahora magnetizada.
Frotando la barra de fierro con las líneas del magneto hacia arriba de las moléculas, causa que el fierro se magnetice. Los magnetos permanentes son hechos ubicando el material a magnetizar en un campo magnéticamente fuerte. El calor destruirá un magneto. La energía calórica causará un aumento en la actividad molecular y una expansión. Esto permite que las moléculas vuelvan a posiciones desordenadas en el pedazo desimantado del fierro.
Figure 8-6. El calor destruirá al imán
8.2.1 Flujo Magnético Las muchas líneas invisibles de la fuerza magnética que rodean un magneto se denominan flujo magnético.
Si un magneto es fuerte, estas líneas de flujo serán más densas.
Entonces, la
densidad del flujo del campo, o el número de líneas por pulgada cuadrada o por centímetro cuadrado puede determinar la fuerza del campo magnético. Densidad del flujo magnético = flujo magnético / área B=0/A Donde B es igual a la densidad del flujo, 0 (letra griega "fi") es igual al número de líneas y A es igual al área transversal. Esta área puede ser medida en centímetros cuadrados. Si el área transversal es medida en centímetros cuadrados, entonces la densidad de flujo es dado en la unidad de gauss. Un gauss es el número de líneas por centímetro cuadrado. El flujo de B es dado usualmente en Weber por metro cuadrado.
8.3 Inducción Electromagnética
Durante los siglos XVIII y XIX, un gran número de investigadores se dirigió hacia el descubrimiento del enlace entre electricidad y magnetismo.
Un físico
Danés, Hans Christian Oersted, descubrió que existía un campo magnético alrededor de un conductor que transportaba corriente eléctrica. Usted puede realizar un experimento que muestre el campo magnético
Figura 8-7. Compases alineados para corriente, también cambiará la dirección de los trozos mostrar modelo circular del campo
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alrededor de la corriente que transporta el conductor. una hoja de papel.
Pase un conductor de corriente a través de
Ubique pequeños trozos de hierro del conductor.
dirección de las lineas magnéticas de fuerza, Figura 8-7.
Los trozos apuntaran en la
Esto muestra que la dirección del campo
magnetico producto que el conductor transporta corriente electrica. El campo magnético existe alrededor del conductor que transporta corriente. En la teoría convencional de dirección de corriente, se dice que ésta es positiva o negativa. Usando la mano derecha como se indica en la figura 8-8, el pulgar apuntando en la dirección de la corriente, los dedos indican la dirección del campo magnético. En la Figura 8-9, el punto en el centro del conductor de la izquierda como punta de una flecha, muestra que la corriente está fluyendo hacia usted. (Saliendo de la pantalla) Las flechas circulares muestran la dirección del campo magnético. El principio es muy importante cuando los cables eléctricos transportan corrientes alternativas. Esto se debe a la ubicación de los cables, que tienen una influencia en el funcionamiento del circuito cuando es posible. Los conductores son agrupados en pares para eliminar los efectos del calor y la interferencia a radio causada por el campo magnético creado por el flujo de corriente.
8.4 Solenoide Cuando un conductor que transporta corriente en forma de una bobina, o solenoide, las líneas magnéticas de fu concentrarán, generando un campo magnético superior. Un solenoide aparecerá como campo magnético con Po el lado opuesto. Este solenoide se muestra en la Figura 8-10.
Figura 8-10. Un cable unido a la bobina forma un solenoide y tiene la polaridad establecida por la dirección del flujo de corriente.
Figura 8-11. Campo magnético alrededor de la bobina Figure 8-12. Regla de la mano derecha para la bobina
La polaridad (dirección) de estas líneas magnéticas de fuerza pueden ser establecidas usando la mano derecha con los dedos apuntando en la dirección de la corriente en el rollo de la bobina. El pulgar luego apunta al Polo Norte, Figura 8-12. La fuerza del campo magnético de un solenoide depende del número de giros del alambre de la bobina y el valor de la corriente en amperes que fluye a través de la bobina. El producto de los amperes y los giros se denomina giros de ampere (At ó NI) de una bobina. Esta es la unidad de medición de un campo de fuerza. Si, por ejemplo, una bobina de 500 giros de amperes producirá la fuerza de campo requerida para alguna situación, cualquier combinación de giros y amperes totalizará 500 de fuerza de trabajo.
Ejemplos: 50 giros * 10 amp = 500At 100 giros * 5 amp = 500At
8.5 Electroimán En el solenoide, el aire es el conductor del campo magnético.
Otras
sustancias
conducen
líneas
magnéticas de fuerza mejor que el aire. Estos materiales serían descritos como elementos de gran permeabilidad. Para demostrar esto, un núcleo de fierro suave puede ser insertado en la bobina de solenoide, Figura 8-13. La fuerza
del
campo
magnético
ha
aumentado
considerablemente. Existen dos razones para este aumento. Primero, las líneas magnéticas han sido concentradas en una pequeña área seccional del núcleo. Segundo, el fierro proporciona lejos, una ruta mucho mejor (de mayor permeabilidad) para las líneas magnéticas. Este mecanismo (solenoide con un núcleo de fierro) es conocido como electroimán. Las reglas usadas para conocer la polaridad de un electro magneto son las mismas que las del solenoide. Cuando se energiza un electro magneto este aumenta su potencia magnética. Cuando la energía eléctrica es desconectada, el electroimán pierde la mayoría de su magnetismo, pero no todo. Si el magneto sin energía se ubica cerca de un hilo de fierro, los hilos serán atraídos al núcleo porque el núcleo de fierro ha retenido una pequeña cantidad de su magnetismo. Este magnetismo es llamado magnetismo residual. Si permanece un poco de magnetismo, el núcleo sería considerado, como retensor de poca fijación siendo ésta la habilidad del material para retener magnetismo después que ha sido removido el campo magnético. Si un núcleo retiene una buena cantidad de magnetismo, se dice que tiene una alta fijación. Un núcleo suave de fierro muestra baja fijación. Un núcleo de acero tiene alta fijación.
8.6 Relé El relé es un mecanismo usado para controlar un gran flujo de corriente por medio de un circuito de bajo voltaje y baja corriente. El relé es un interruptor magnético. Cuando la bobina de un relé es magnetizada, su fuerza atractiva empuja el brazo de palanca, llamado armadura hacia la bobina . Los puntos de contacto en la armadura se abrirán o cerrarán dependiendo de su normalidad en una posición de descanso. La frase normalmente en posición abierta se refiere a la posición de descanso antes de que el solenoide se energice. Si el contacto esta cerrado, una alta corriente fluirá hasta que se active el relé. Activando el relé se abre el circuito. Si los contactos se abren, entonces la activación del relé cerrará el circuito. La corriente entonces fluirá hasta que el relé se desactive.
Electricidad básica
Examine el esquema en la Figura 8-15. En este circuito se conecta un motor a la fuente de poder de la batería. Esta muestra es un ejemplo de control de un circuito de corriente alta con una corriente baja. Las dos corrientes diferentes son conectadas mecánicamente por el relé.
No
esta
considerada la conexión eléctrica. Las ventajas de éste dispositivo son claras. De un punto de vista de seguridad, el operador toca un circuito de bajo voltaje, aunque posee controles de quizás varios cientos de voltaje por medio de un relé. Las máquinas de elevada corriente pueden ser controladas desde una ubicación fija. La acción de interruptor a través de relés puede ser muy rápida. Algunas aplicaciones incluyen: grandes cargas de iluminación, corrientes elevadas en automóviles (tales como farol delantero) y el control de motores eléctricos. Los relés son usados para controlar la partida y la detención del sistema eléctrico. Cuando se escoge un relé para propósitos especiales, existen varias cosas a considerar. Tres consideraciones importantes, que son el número de contactos y la cantidad de corriente que transporta el relé y su posición desenergizada, los relés bien diseñados tienen puntos hechos de plata, aleación de tungsteno y otros aleaciones. Un relé puede tener ambos contactos normalmente cerrados (cerrado en la posición desenergizada) y normalmente abierto (abierto en la posición energizada). Los términos abierto y cerrado son abreviados usualmente como NA y NC. El número de contactos y su posición desenergizada debe también ser especificado.
1y
Electricidad básica
La bobina es la especificación más vital. La bobina escogida necesita producir una gran cantidad de campo magnético como se relaciona con el voltaje para asignar contacto de los puntos del interruptor en todas las oportunidades. No obstante, algunos, relés son tan sensibles que requieren solamente un mili ampere o menos para energizarse, por lo tanto se debe tener cuidado.
LA BATERIA AUTOMOTRIZ De todos los componentes que forman el equipo eléctrico del automóvil, a la batería se le destina uno de los trabajos más duros. La batería es un componente físico-químico capaz de recibir energía eléctrica del exterior, transformarla en energía química, almacenarla en su interior y partiendo de ésta, cederla nuevamente al exterior en forma de energía eléctrica, cuando es solicitada durante el proceso de descarga.
Estructura y funcionamiento de la batería plomo-ácido La batería plomo-ácido está constituida por un recipiente que contiene un conjunto de elementos sumergidos en el electrólito, que tienen la propiedad de almacenar energía química y devolverla en forma de energía eléctrica. La electricidad se almacena en las celdas de la batería, como energía química o electricidad potencial, siendo su capacidad, su tensión y la intensidad de descarga en frió los tres factores que la determinan. 1. Rejilla radial 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
Separador Placa negativa Placa positiva Grupo placas negativo Grupo placas positivo Elemento completo Tapones Tapa
2y
Electricidad básica 10. . Borne Los elementos están formados por placas positivas, placas negativas y separadores intercalados entre las placas positivas y negativas. Las placas positivas, cuyo material activo es oxido de plomo (PbO2), y las placas negativas por
plomo
puro
esponjoso, se unen entre si
por
las
patillas
al
conector. Del número y el tamaño de
las
placas
elemento
depende
por la
capacidad nominal y la intensidad de arranque de la batería.
La tira de conexión de las placas positivas del primer elemento, esta unida con el borne positivo de la batería (polo +) y el puente de conexión de las placas negativas del ultimo elemento esta unido con el borne negativo (polo -). Para que las placas puedan generar energía eléctrica es necesario que s e encuentren sumergidas en el electrolito (solución de acido sulfúrico diluido en agua), que al combinarse con la materia activa produce la reacción química necesaria para generar dicha energía.
El proceso químico esta basado en el principio de electrolisis, de forma que si
se
colocan
dos
electrodos
metalicos dentro de un recipiente con una solución acida o alacalilna en agua destilida y se conectan los electrodos corriente
a
un
eléctrica,
generador al
pasar
de la
corriente desde el electrodo positivo
3y
Electricidad básica
(anodo) al electrodo negativo (catodo) a través del electrolito, la corriente descompone el agua en sus elementos básicos (O2) y (2H). Asi, que se deposita el oxigeno en el anodo o electrodo positivo y el hidrogeno en el catodo o electrodo negativo (polarización), formándose un elemento galvanico capaz de generar una corriente eléctrica, por diferencia de potencial entre sus placas o electrodos. El electrolito actúa también como conductor de la corriente eléctrica entre la placa positiva y negativa. Esta propiedad juega un papel esencial en los procesos de carga y descarga. Las placas positivas están conectadas en paralelo, así como las negativas con sus correspondiente
separadores,
intercalados entre ambas placas. Con cada elemento se consigue poco más de 2V. Para obtener una batería de 12V se conectan en serie seis elementos (uno por celda) en el interior del monobloque.
Carga de baterías Cuando una batería de plorno-ácido se carga por conexión de una fuente externa, los electrones van en dirección contraria a la que siguen durante la descarga. Para que esto suceda, la fuente de energía externa tiene que generar un voltaje más alto que el que hay en la batería. Cada celda de plomo-ácido genera aproximadamente 2 V al final de la carga, esto significa
4y
Electricidad básica
que para una batería de automóvil de 12 V, cada celda debe dar 2,2-2,4 V, o un total de 13,2-14,4 V. Una batería de arranque se carga normalmente por el propio generador del vehículo, pero como sabemos, la batería se puede descargar por muchas razones y ser incapaz de arrancar el vehiculo. Aquí es cuando se necesita un cargador de baterías. Para cargar una batería es necesario un cargador seguro. Debe de estar siempre equipado con un regulador de voltaje. Antes de poner bajo carga la batería, se debe comprobar que esté limpia, y el electrolito, a su nivel correspondiente, conectándola al grupo de carga por medio de las conexiones y teniendo en cuenta la polaridad de la misma. Durante el proceso de carga, las baterías deben permanecer con los tapones quitados y la temperatura del electrolito no debe ser superior a los 50°C, tomada en un caso central. Se debe interrumpir la carga si la temperatura sobrepasa el valor indicado. Cuando ésta haya descendido, podrá continuarse el proceso de carga a la intensidad recomendada. Un exceso de temperatura es síntoma de final de carga o de batería defectuosa. La sobrecarga es un fallo común motivado por seguir cargando la batería, una vez cargada (es decir más allá del punto donde el proceso químico se completa). La sobrecarga supone que se forme hidrógeno y oxígeno y que esto se escape. Estos gases pueden causar una mezcla explosiva de oxigeno-hidrógeno, por lo cual este tipo de baterías se deben de cargar siempre en un sitio bien ventilado. Cuando se forma gas en una batería, el agua evaporada del electrolito, reduce su volumen y aumenta su densidad. Es entonces cuando se pueden dañar los electrodos al quedar expuestos. El agua destilada se suele agregar a las baterías convencionales para compensar la perdida producida por la sobrecarga. Al terminar la carga se debe cortar la alimentación del cargador y posteriormente desconectar las pinzas de los bornes de la batería, para evitar picos de tensión y/o intensidad que pueda deteriorar el cargador, y lo que es más importante, chispas que produzcan explosiones.
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Comprobación de baterías En la batería, existen factores fácilmente apreciables por el usuario y que son síntomas inconfundibles de anomalías. Consumo excesivo de agua Si el consumo de agua es excesivo en todos los vasos, es un síntoma de sobrecargas ocasionadas por el regulador, como consecuencia de tener alta tensión de regulación. Consumo excesivo de agua en un solo vaso Sí el consumo excesivo de agua se limita solamente a un vaso, probablemente el monobloque tenga una fisura, o bien, el elemento afectado tenga alguna avería.
Estado de la carga El estado de la carga de un acumulador depende de la densidad del electrólito y de la tensión eficaz en bornes del elemento, características intimamente ligadas con el estado de carga; por lo tanto, para comprobar la carga de una batería, se puede utilizar cualquiera de los dos medios: ■ Un densímetro: en la escala del extractor de ácidos se puede leer la densidad del electrólito en Kg/dm3 (densidad específica del electrólito).
La densidad del ácido debe ser de 1.24 kg/dm3 como mínimo. Si la densidad es muy baja, se debe cargar la batería. Los valores de medición de las densidades de los diferentes elementos de la batería no deben discrepar entre sí en más de 0.03 kg/dm3. ■ Un voltímetro-comprobador, desembornando la masa de la batería y dejando transcurrir un tiempo de espera de 2 horas como mínimo, durante el cual no se debe solicitar ni cargar la batería, medir la tensión de la batería. Mediante la verificacion de la bateria se obtienen los siguientes valores de tension minima, en funcion de la capacidad de la bateria
6y
Electricidad básica
Si se obtiene un valor inferior de la tension minima, se debe sustituir la bateria. La utilizacion del densimetro resulta más eficaz ya que determina el estado exacto de carga, mientras que el voltimetro solo determina las zonas limite de utlizacion de la bateria (carga, media carga, descargada ya que en su estado medio de carga las desviaciones de aguja son practicamente inapreciables manteniendose en su tension de utilizacion.
IDENTIFICACION DE BATERIAS
Material utilizado Frecuentemente las baterias toman el nombre del tipo de material utilizado para su construccion (Niquel-Cadmio, Niquel-Hierro, Litio-Hierro). Otras baterias toman el nombre según el material hallado en los electrodos y del tipo de electrolito utlizado. La mayoria normalmente son baterias de acido de plomo.
Voltaje El material activo utilizado determina el voltaje de las celdas y el numero de celdas determina el voltaje total de la bateria. Las baterias de acido de plomo tienen un voltaje nominal de alrededor de dos voltios. La mayoria de baterias de vehiculos se componen de seis celdas y por ello tienen una tension de 12 voltios.
Capacidad La cantidad de electricidad que es capaz de suministrar una bateria desde el estado de plena carga, hasta que este completamente descargada, se denomina capacidad. La unidad empleada es el amperio hora y generalmente se define en un regimen de descarga de 20 h (C20) La capacidad de una bateria viene determinada por: Construccion Cantidad de materia activa utilizada. Cantidad de electrolito utilizado. Sin embargo la capacidad no es una magnitud constante, sino que entre otras cosas depende de: •
Densidad y temperatura del electrolito
7y
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Regimen de descarga.
•
Edad y utilizacion de la bateria.
Intensidad de descarga Especialmente importante es el valor de la intensidad de descarga. Cuanto menor sea la intensidad de la corriente de corriente de descarga mayor sera la capacidad y viceversa. El motivo de ello es que con corrientes pequeñas los procesos electroquimicos se desarrollan lentamente hasta lo más profundo de los poros de las placas, mientras que en la
descarga
con
corrientes
altas,
la
transformacion tiene lugar principalmente en la superficie de las placas. La influencia de la temperatura es asi mismo importante, la capacidad y la tension de descarga aumentan conforme asciende la temperatura, a causa de la menor viscosidad del acido y de la menor resistencia disminuyen
interna,
y
conforme
reciprocamente desciende
la
temperatura. Con objeto de definir la capacidad de la bateria, se ha acordado referir la intensidad de la corriente de descarga que se obtiene en el tiempo de 20 horas (C20) y a una temperatura de 25°C. Esta capacidad es la que normalmente da el fabricante. Supongamos que para una bateria determinada sera necesaria una corriente de descarga de 5ª. Para llegar a una tension final, despues de 20 horas de descarga, de 1,75 voltios por elemento. La capacidad de esta bateria será: 5ª * 20 h = 100 Ah. Si se solicitase de la misma bateria el doble de corriente de descarga (10A), su capacidad seria menor de 10 horas ya que la relacion entre intensidad de descarga y tiempo de descarga
no
es
lineal.
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Electricidad básica
Los parametros a controlar durante el proceso de descarga seran, la intensidad de corriente, la temperatura del electrolilto y la tension de bornes de la bateria.
Precauciones en la manipulacion de baterias La manipulación de baterias es uno de los trabajos más habituales en el taller (conexióndesconexion, carga, carga). El cumplimiento de las siguientes normas nos permitira realizar esta tarea sin riesgo de dañar las unidades electronicas, por picos de tension que se producen, principalmente, por el salto de corriente (chispas). Recordemos ademas que una bateria mientras se carga o descarga y unos 15 minutos despues despide gas hidrogeno, muy inflamable y una pequeña chispa provocaria una explosion.
Precauciones Poner especial cuidado en no invertir la polaridad de la batería al conectarla. El terminal positivo se distingue, en caso de no estar marcado con una cruz (+), porque es ligeramente más grande que el negativo. En caso de duda, se debe comprobar con la ayuda de un polimetro o un comprobador de carga, pero en ningún caso arriesgarse al azar. Antes de arrancar el motor, asegurarse de que los terminales estén firmemente embornados y, mientras permanezca arrancado, nunca desconectar la batería. En el caso de tener que arrancar el coche con ayuda de una batería externa, el primer paso será asegurarse de que sea de la misma tensión que la del vehículo. Habrá que comprobar que no hay ningún circuito eléctrico activado (luces, luneta térmica, radio, etc.), para reducir el riesgo de chispas al conectar las baterías (atención a las puertas abiertas, que activan las luces interiores). Se conectará entonces el positivo de la batería externa al positivo de la batería del vehiculo, y luego el negativo de la batería externa a un punto de masa del motor que esté como poco a 40 cm de la batería para evitar, si salta alguna chispa, posibles explosiones por acumulación de gases de la batería descargada. Una vez que el coche haya arrancado, dejará al ralentí y activaremos la luneta térmica o el ventilador para reducir el pico de tensión que se produce al quitar los cables auxiliares. ■ Hay que poner especial atención en evitar que los cables auxiliares se toquen y hagan
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Electricidad básica
un cortocircuito. Un cortocircuito provocaría que la batería se descargara de forma violenta, calentando rápidamente los cables y pudiendo llegar incluso a explotar. Tener siempre presente que el cable positivo no debe tocar ninguna parte metálica del coche (masa). Controlar antes de dar al contacto que los cables no pasan cerca de piezas moviles del motor, como ventiladores o correas, que puedan engancharlos y arrastrarlos. Antes de recargar una bateria habra que desconectarla de la red electrica del vehiculo. No obstante, existen cargadores de baterias que permiten efectuar la carga con la bateria montada en el vehiculo. Nunca hay que desembornar las pinzas del cargador durante el proceso de carga sin apagar previamente el cargador. Asegurarse de que las pinzas estan firmemente sujetas (hay un buen contacto) mientras dure el proceso de carga. Nunca poner en cortocircuito las pinzas del cargador.
En particular, evitar colarcarlas
“mordiendo” una misma pieza metalica, tal como el asa del carro de soporte. Al cargar baterias estandar, recordar desenroscar los tapones de los vasos antes de cargar. Para evitar el riesgo de explosiones, las baterias se deben cargar siempre en lugares bien ventilados.
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