La corriente eléctrica.
1. La corriente eléctrica.
La corriente eléctrica es el flujo de carga eléctrica que recorre un material. Los tipos de corriente que podemos encontrar en el automóvil son:
- Corriente continua.
- Corriente alterna.
- Corriente continua pulsatoria o discontinua.
- Corrientes complejas.
1.1. La corriente continua.
La corriente continua tiene una tensión constante por lo que el flujo de electrones que recorre el conductor es continuo. Otra característica de este tipo de corriente es que los electrones siempre circulan en el mismo sentido y se puede almacenar en baterías. En una gráfica tensión-tiempo se representa como una línea recta.
1.2. La corriente alterna.
En este tipo la corriente va cambiando de sentido y de signo. Está variación se realiza en un ciclo. Por lo tanto, el flujo de electrones oscila de un lado a otro a partir de su posición fija en el cable dentro de un rango denominado amplitud, esa modificación se realiza en un tiempo determinado. En una gráfica se representaría como una onda que va se modifica entre positiva y negativa. Esta onda se caracteriza por:
- Amplitud: tensión entre la cresta positiva y negativa.
-
Frecuencia: número de oscilaciones por segundo.
-
Periodo: tiempo que tarda cada oscilación.
Este tipo de corriente no se puede almacenar. En el automóvil vamos a encontrar componentes que la generan como los captadores inductivos y el alternador, aunque en este caso es rectificada a la salida por el puente de diodos. También vamos a encontrar consumidores
1.3. La corriente pulsatoria o discontinua.
Al igual que la corriente continua es una corriente positiva, pero se diferencia es que su valor va variando. En los vehículos lo más normal es que la tensión tome valores constantes, uno alto y otro bajo. A esta corriente la llamamos corriente pulsatoria cuadrada:
-
Nivel alto: Nivel de tensión más alto de la señal.
-
Nivel bajo: Nivel de tensión más bajo de la señal.
En los vehículos utilizamos una señal de corriente pulsatoria cuadrada para el control de actuadores (electroválvula del turbo, EGR, etc.). Y para la comunicación entre Unidades de Control por la línea de CAN-Bus.
1.4. La corriente compleja.
Este tipo de corriente son impulsos de corriente instantáneos. Durante los impulsos tienen altos picos de tensión y caídas rápidas hasta valores negativos de tensión. Estas señales las podemos localizar en el primario y secundario de la bobina de encendido o en la alimentación de los inyectores.
Principales magnitudes.
2. Principales magnitudes.
Las principales magnitudes en un circuito eléctrico son:
- Tensión (también llamado voltaje o diferencia de potencial).
- Intensidad (también llamada corriente).
- Resistencia.
- Potencia.
2.1. Tensión (también llamado voltaje o diferencia de potencial).
Es la fuerza con la que se empujan los electrones por un conductor al unir, por medio de un conductor (cable), dos puntos a diferente potencia. De esta forma se producirá una corriente eléctrica (movimiento de electrones).
La tensión es generada por una batería o una fuente de alimentación como el alternador, y es consumida por todos los consumidores del circuito (bombillas, lámparas, motores, etc.).
La tensión se representa por una “V” en la fórmula de la ley de Ohm (en algunos libros lo podemos encontrar con una “U” como es nuestro caso).
Su unidad de medida es el voltio que se representa por una “V”
Para medir la tensión de un circuito se utiliza el voltímetro y se conecta en paralelo.
2.2. Intensidad (también llamada corriente).
Cantidad de electrones que circulan por un consumidor cuando son empujados por una tensión.
La intensidad se representa por una “I” en la fórmula de la ley de Ohm.
Su unidad de medida es el amperio que se representa por una “A”
Para medir la intensidad de un circuito se utiliza el amperímetro y se conecta en serie.
2.3. Resistencia.
Es la oposición de los materiales al paso de electrones.
La resistencia se representa por una “R” en la fórmula de la ley de Ohm.
Su unidad de medida es el ohmio que se representa por una “Ω”
Para medir la resistencia de un circuito se utiliza el ohmímetro y se conecta en paralelo y debe estar aislado del circuito.
2.4. Potencia.
La potencia es la energía que se produce o se consume en la unidad de tiempo.
Su fórmula es: 
En la fórmula de la potencia, ésta se representa con una “P” o una “W”.
Su unidad de medida es el vatio y se representa con una “W”.
2.5 Ley de Ohm
La ley de Ohm nos dice que la intensidad de corriente es directamente proporcional a la tensión e inversamente proporcional a la resistencia.
Acordaros que podéis utilizar la regla del triángulo. Solo tenéis que tapar la magnitud que queréis calcular y ver en qué posición se quedan las otras dos magnitudes.
Resolución de ejercicios
Ejercicio:
1. Primer paso.
Para poder solucionar un ejercicio se suma de resistencias en serie y en paralelo, lo primero que tenemos que realizar es transformar cada conjunto de resistencias en paralelo en una resistencia equivalente.
En este caso tenemos tres conjuntos de resistencias en paralelo formados por las resistencias:
- R1, R2 y R3 forman el primer conjunto.
- R4 y R5 forman el segundo conjunto.
- R7, R8 y R9 forman el tercer conjunto.
1.1. Primer conjunto de resistencias en paralelo.
Empezamos por el primer conjunto de resistencias en paralelo. La fórmula para buscar la resistencia equivalente sería:
Como en el primer conjunto tenemos tres resistencias, cogeremos dos y sacaremos una equivalente, a continuación con esa equivalente y la tercera resistencia calcularemos la resistencia equivalente de las tres.
Como las dos primeras resistencias son R1 y R2 a la equivalente de estas dos la llamaremos R12.
Con este resultado podemos calcular la equivalente junto a la R3. A la equivalente de las tres resistencias la llamaremos R123.
1.2. Segundo conjunto de resistencias en paralelo.
En este segundo conjunto solo tenemos dos resistencias por lo que utilizando la misma fórmula que en el punto anterior conseguiremos calcular la equivalente.
En este caso vamos a calcular la equivalente de las resistencias R4 y R5 por lo que a su equivalente la llamaremos R45.
1.3. Tercer conjunto de resistencias en paralelo.
Ente tercer conjunto tiene tres resistencias por lo que haremos los mismos pasos que en el primer conjunto de resistencias en paralelo.
Como las dos primeras resistencias son R7 y R8 a la equivalente de estas dos la llamaremos R78.
Con este resultado podemos calcular la equivalente junto a la R9. A la equivalente de las tres resistencias la llamaremos R789.
2. Segundo paso.
Ahora sustituimos las resistencias equivalentes en el circuito del ejercicio y nos quedaría un circuito como el siguiente:
Ahora sustituimos las resistencias equivalentes en el circuito del ejercicio y nos quedaría un circuito como el siguiente:
Ahora tenemos un conjunto de 4 resistencias en serie. Para calcular su equivalente simplemente se suman. A la resistencia equivalente total la llamaremos RT.
Este resultado ya lo podemos incluir en la tabla de soluciones.
3. Tercer paso.
Ahora sustituimos la resistencia equivalente total en el circuito dejando una única resistencia.
Como tenemos la tensión en el circuito, que nos la da el ejercicio, y tenemos la resistencia podremos calcular la intensidad utilizando la Ley de Ohm.
Este resultado ya lo podemos incluir en la tabla de soluciones.
4. Cuarto paso.
Ahora tenemos que volver al circuito equivalente sin resistencias en paralelo que pusimos en el punto número 2.
Hay que recordar la teoría que dice que en un circuito en serie la intensidad que circula por cada uno de los consumidores es la misma y es igual a la intensidad del circuito equivalente (la calculada en el punto 3) por lo que la intensidad que circula por cada una de las resistencias será 3A. Los únicos resultados que podemos añadir a la tabla serán las resistencias que estén solas y no las que hemos calculado como equivalentes en el punto número 1.
En este caso solo podemos añadir el resultado de la R6.
Ahora hay que volver a recordar la teoría que nos decía que en un circuito en serie la tensión suministrada por la batería se reparte entre los consumidores. Aplicando la Ley de Ohm podremos calcular la tensión que consume cada una de las resistencias de ese circuito, es decir R123, R45, R6 y R789.
Al igual que pasó con la intensidad, los únicos resultados que podemos añadir a la tabla serán las resistencias que estén solas y no las que hemos calculado como equivalentes en el punto número 1.
En este caso solo podemos añadir el resultado de la tensión consumida en la R6.
5. Quinto paso.
Por último tenemos que volver al circuito que nos da el ejercicio y aplicar la teoría de los circuitos en paralelo que no dice que en cada paralelo la tensión que hay en cada una de las resistencias es la misma y es igual a la de la resistencia equivalente del circuito en serie. Y la intensidad que circulaba en la resistencia del circuito equivalente se divide aplicando la ley de Ohm.
Ponemos los resultados en la tabla antes de continuar.
Para calcular la intensidad en cada resistencia de los paralelos aplicamos la ley de Ohm.
Solo nos falta completar la tabla para terminar el ejercicio.
Rele.
3. Relé.
El relé es un interruptor electromagnético capaz de soportar gran intensidad de corriente, por lo que se usa para proteger a los interruptores que no están dimensionados para soportar ese paso elevado de intensidad. En el vehículo encontramos gran cantidad de relés como por ejemplo en los circuitos de luces, en el circuito de electroventiladores, etc.
Lo que se consigue son dos circuitos eléctricos uno de baja intensidad de corriente, comandado por un interruptor, y otro de corriente elevada comandado por el relé.
Otro beneficio al usar los relés es que podemos disminuir la sección de los cables del circuito de baja intensidad, por lo que reducimos en peso del vehículo y en coste de fabricación.
Un ejemplo de circuito sería:
En este ejemplo por el circuito que forma el relé por sus contactos “86” y “85” circularía una baja intensidad que se calcularía con la Ley de Ohm sabiendo que la bobina del relé puede tener 80Ω de resistencia. Quedaría:
Mientras que por el circuito que pasa por los contactos “30” y “87”, pasa una intensidad alta, sabiendo que las bombillas tienen una potencia de 55W podemos calcular por la fórmula de la potencia la intensidad.
Como la tensión “V” está multiplicando a la intensidad “I”, pasará al otro lado del igual dividiendo por lo que la fórmula quedará:
Como tenemos dos bombillas hay que multiplicar la intensidad por dos, lo que daría un total de 9,16A.
Como se puede obserbar, la diferencia de intensidad es bastante grande. De esta forma el cable que va al interruptor de la luces en la zana del salpicadero o valnte puede ser un cable más fino y un interruptor pequeño, mientras que el cable que va a las lámparas tiene que ser más grueso. Como ya se ha comentado anteriormente, es una forma de reducir costos y peso en el vehículo.
Existen varios tipos de relés, nos vamos a centrar en tres tipos.
3.1. Relé simple de trabajo.
Este relé en reposo no deja pasar la corriente por el circuito de alta intensidad (entre 30 y 87). Cuando se excita la bobina (cuando se deja pasar corriente por la bobina) se crea un campo magnético que cierra el interruptor y permite el paso de corriente entre 30 y 87.
3.2. Relé de doble trabajo.
Este relé en reposo no deja pasar la corriente por el circuito de alta intensidad (entre 30 y 87). Cuando se excita la bobina (cuando se deja pasar corriente por la bobina) se crea un campo magnético que cierra el interruptor y permite el paso de corriente desde el contacto 30 hasta los contactos 87 y 87b, creando dos salidas para ser utilizadas.
3.3. Relé conmutado.
Este relé en reposo deja pasar la corriente por un circuito de alta intensidad entre el pin 30 y el pin 87a. Cuando se excita la bobina (cuando se deja pasar corriente por la bobina) se crea un campo magnético que cambia de posición el interruptor y permite el paso de corriente entre 30 y 87.
Fusible.
4. Fusible.
El fusible es un elemento de seguridad del circuito. Está construido con un hilo o lámina de metal de bajo punto de fusión. El grosor de la lámina o del hilo depende de la intensidad de corriente que pueden soportar. El paso de corriente por un conductor genera cierta temperatura, por lo que cuando se supera la intensidad de corriente para la que están construidos aumenta la temperatura por encima de la de fusión del material rompiéndose la lámina o hilo y cortando el circuito. De esta forma ante un cortocircuito y cualquier otro fallo se están protegiendo a los interruptores, consumidores, unidades, etc. y ante un posible incendio provocado por un aumento de temperatura excesiva en los cables.
Para conocer la intensidad que aguanta un fusible hay una tabla normalizada de colores que puedes encontrar en diversas páginas de internet, aunque normalmente también viene escrito con números en el propio fusible.
Si quieres ver la tabla pincha aquí.
Resistencias.
5. Resistencias.
Están fabricados de diversos materiales, estos materiales se oponen al paso de corriente. Existen diversos tipos de resistencia.
- Resistencia fija.
- Resistencia variable.
- Resistencia dependiente de la luz.
- Resistencia dependiente de la temperatura.
- PTC.
- NTC.
- Resistencia magnetoresistiva.
5.1. Resistencia fija.
Estas resistencias tienen un valor óhmico fijo. Se fabrican en diversos materiales y suelen llevar 4 franjas de color (3 juntas y otra un poco separada) que nos indica su valor (las tres primeras el valor óhmico y la última la tolerancia). La tabla de colores se puede encontrar en diversas páginas de internet.
Para ver una resistencia fija pincha aquí.
para ver la tabla de colores pincha aquí.
Esta resistencia se puede utilizar como divisor de tensión en un circuito de ventilador del habitáculo, de esta forma podemos variar la velocidad de giro. Puedes ver el ejemplo aquí.
5.2. Resistencia variable.
Esta resistencia varía su valor al producirse el movimiento de un cursor, este movimiento puede realizarse por el movimiento de una ruleta movida por la mano o por una palanca movida por el pie. Al modificar su posición varía el valor óhmico de salida, dispone de tres patillas, una de entrada, otra de salida con la resistencia total y una tercera patilla donde se modifica el valor. Este tipo de resistencia se utiliza para saber la posición del acelerador y controlar la aceleración del vehículo.
Para ver una resistencia variable pincha aquí.
5.3. Resistencia dependiente de la luz.
Esta resistencia modifica su valor óhmico en función de la luz. A mayor luminosidad menor resistencia. Esta resistencia se utiliza para conocer la incidencia del sol para regular la temperatura del climatizador.
Para ver una resistencia dependiente de la luz pincha aquí.
5.4. Resistencia dependiente de la temperatura.
Estas resistencias varían su valor óhmico en función de la temperatura. Se utiliza para conocer la temperatura en diversos sitios y sistemas del vehículo. Existen dos tipos:
PTC: A mayor temperatura mayor resistencia.
NTC: A mayor temperatura menor resistencia.
Para ver una resistencia dependiente de la temperatura pincha aquí.
5.5. Resistencia magnetoresistiva.
Esta resistencia varia su valor óhmico cuando se ve afectado por un campo magnético. Variando de forma diferente al verse afectado por un polo norte o un polo sur del imán. Este tipo de resistencias se utiliza como sensor de velocidad de rueda.
Diodos.
6. Diodos.
Están fabricados con materiales semiconductores, como el silicio o el germanio. Existen diversos tipos de diodos.
- Diodo semiconductor.
- Diodo Zener.
- Fotodiodo.
- Diodo LED.
6.1. Diodo Semiconductor.
Este diodo permite el paso de corriente solo en un sentido, de ánodo a cátodo. En el otro sentido no dejará pasar la corriente y actuará de barrera. Cuando el ánodo está conectado al positivo y el cátodo al negativo se dice que está polarizado directamente. Este diodo se utiliza, entre otros sistemas, en el puente de diodos del alternador. Su símbolo es:
Para ver un diodo semiconductor pincha aquí.
6.2. Diodo Zener.
Este diodo deja pasar la corriente si está polarizado directamente. Cuando lo conectamos inversamente dejará pasar la corriente cuando se alcanza una tensión prefijada, denominada tensión Zener. Esta tensión viene inscrita en el propio diodo Zener. Este diodo lo podemos encontrar en el regulador del alternador, para derivar la corriente a masa al alcanzar la tensión máxima del alternador. Su símbolo es:
Para ver un diodos Zener pincha aquí.
6.3. Fotodiodo.
Este diodo deja pasar la corriente si está polarizado directamente. Cuando lo conectamos inversamente dejará pasar la corriente en función de la intensidad lumínica que incide sobre el fotodiodo, a mayor luminosidad mayor intensidad de corriente. Se utiliza por ejemplo para encender las luces automáticas en los vehículos. Su símbolo es:
Para ver un fotodiodo pincha aquí.
6.4. Diodo LED.
Este diodo permite el paso de corriente solo en un sentido, de ánodo a cátodo, cuando está conectado directamente el led emite una luz. En el otro sentido no dejará pasar la corriente y actuará de barrera. Se utiliza como luces en el vehículo. Su símbolo es:
Para ver un diodo LED pincha aquí.
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