De la dínamo al alternador

El automóvil de gasolina, fuente de energía seleccionada en los inicios, necesita electricidad para funcionar (las bujías y sistema de encendido) y también la precisan innumerables sistemas complementarios, entre estos las luces y limpiaparabrisas, además de otros muchos. El motor de arranque eléctrico se incorporó en 1.913 y permitió prescindir del arranque con manivela.

Para contar con electricidad el automóvil necesita dos fuentes de esta energía, un almacén que la pueda aportar con el motor parado, es la batería, y otro elemento que genere electricidad con el motor en marcha, para suministrar la necesaria durante el funcionamiento automóvil y recargar la batería tras el arranque del motor térmico, serán cronológicamente la dínamo y el alternador. Pero antes algunos comentarios sobre los dos tipos genéricos de corriente eléctrica.

Corriente continua y alterna

La corriente eléctrica se basa en la energía que aporta el movimiento de electrones en el interior de un conductor eléctrico, generalmente de cobre. Según sea este movimiento así será el tipo de corriente, veámoslo en esta animación:

    • Tomamos unas bombillas como representantes de los consumidores eléctricos
    • Tenemos dos fuentes de electricidad distintas en las imágenes superior e inferior, con dos bornes de conexión
    • Los cables de conexión de cada fuente de electricidad con las bombillas: para que el circuito eléctrico se establezca hace falta que esté cerrado entre el consumidor y la fuente de energía, cada extremo de la fuente está conectado a uno de la bombilla
    • Se intercala en cada cableado un interruptor con dos posiciones para permitir el paso de la corriente o cortarle, que es como está al principio
    • La fuente de energía de la imagen superior es de corriente alterna; los electrones van cambiado de sentido de movimiento permanentemente. Su símbolo es ˜ . Al cambiar de sentido la corriente permanentemente sus bornes de conexión no tienen signo que les defina, pues indicaría el sentido de la corriente (de + a –)
    • En la imagen inferior la fuente de energía es de corriente continua; los electrones van siempre en el mismo sentido, lo que permite identificar los bornes como positivo + (salida) y negativo – (entrada).

 

    • Se conecta el interruptor en los dos circuitos para que circule la corriente, y se aprecia lo explicado sobre el movimiento de los electrones:
      • Alternativo en la corriente alterna y sin identificación en los bornes, pues cambian permanentemente de + a –
      • En el mismo sentido en la corriente continua con identificación de los bornes como + y –
    • El automóvil funciona con corriente continua, principalmente por la batería que es el tipo de corriente que almacena y que requiere para recargarse

Generador de electricidad; la dínamo

La dínamo se afianzó como el generador más habitual en los automóviles de producción en sus inicios. Este es su funcionamiento didáctico elemental:

    • La bombilla sigue representando al consumidor eléctrico del automóvil
    • Un imán con sus polos norte y sur con el campo o flujo magnético entre ambos
    • El bobinado y los colectores; el bobinado se representa por cables que conforman un circuito abierto que termina en dos semicolectores circulares
    • Las escobillas están en contacto con los semicolectores y en los extremos de sus cables están los bornes de salida de la dínamo
    • Al girar el colector – bobinado entre los polos norte y sur del imán el bobinado pasa por el campo magnético siempre en el mismo sentido al cambiar de semicolector las escobillas. El campo magnético del imán genera el movimiento de los electrones en el bobinado al girar
    • Al ser en el mismo sentido siempre el paso por el campo magnético la corriente eléctrica producida es también en el mismo sentido permanentemente, es decir corriente continua con bornes + y –. Si se conecta un consumidor a los bornes, la bombilla, se cierra el circuito eléctrico y se enciende
    • La corriente continua permite que la dínamo recargue la batería del automóvil tras el arranque del motor y se encargue, en principio, del suministro eléctrico necesario del automóvil con el motor en marcha

 

La dínamo en el automóvil

Conocido el funcionamiento elemental de la dínamo veamos en la animación siguiente su aplicación en el automóvil:

    • La batería del automóvil, con su conexión con el motor de arranque a través de la llave de contacto en eje del volante
    • La dínamo es arrastrada por el cigüeñal del motor mediante dos poleas y la correa de accesorios o exterior
    • Se ven los cables de conexión entre dínamo y batería
    • Aparecen los mandos de luces y limpiaparabrisas sobre el eje de dirección (son representantes de consumidores eléctricos)
    • Cableado de conexión entre la batería, mandos de luces y limpiaparabrisas y sus respectivos consumidores
    • Arranca el motor del automóvil, lo que implica una descarga de la batería
    • Con el motor a ralentí y hasta unas 1.500 RPM la dínamo no llega a generar más de 12 voltios (V), que es la tensión de la batería, lo que supondría que la batería se descargue hacia la dínamo
    • Se evita con el disyuntor que corta la conexión dínamo – batería a bajas RPM
    • Al subir el motor de RPM la dínamo ya produce más de 12 V, el disyuntor la conecta con la batería que recibe carga
    • Se encienden los faros y se ponen en marcha los limpiaparabrisas, al estar el motor a más de 1.500 RPM la dínamo es capaz de suministrar la electricidad necesaria
    • Si con estos consumidores conectados el motor baja de RPM el disyuntor corta la conexión dínamo – batería, siendo esta la encargada de suministro eléctrico con la correspondiente descarga
    • Queda claro que la dínamo para automóvil con bastante tiempo a ralentí o bajas RPM no es capaz de mantener cargada la batería

 

Además del disyuntor la dínamo necesita un regulador para no superar un determinado voltaje (es como la “fuerza” de la corriente eléctrica generada), y también para limitar la intensidad de circulación (un símil es compararlo con la “velocidad” de circulación de la corriente)

Generador de electricidad; el alternador

Con el alternador se logra más rendimiento de generación de electricidad desde ralentí, antes de ver su aplicación en el automóvil vamos a explicar las diferencias didácticas elementales de diseño con relación a la dínamo con esta animación:

    • Vemos la bombilla como consumidor eléctrico, el imán y el campo magnético entre sus polos
    • El bobinado termina en dos colectores independientes completos
    • Las escobillas asientan cada una en uno de los colectores
    • Los extremos del cableado de las escobillas llevan a las conexiones de pre salida del alternador
    • Giran los colectores – bobinado entre los polos norte y sur del imán, y el bobinado pasa por el campo magnético en diferentes sentidos pues están conectados sus extremos a distintos colectores
    • Al ser en distintos sentidos siempre el paso por el campo magnético la corriente eléctrica producida va también cambiando de sentido permanentemente, es decir la corriente generada es alterna con cambios seguidos de polaridad en los bornes de pre salida
    • La corriente alterna no es válida para recargar la batería
    • Se incorpora en los bornes de pre salida de corriente alterna un transformador, con la función de convertir la corriente alterna en continua. En este transformador están los bornes + y – de corriente continua de salida del alternador, capaz de cargar la batería y alimentar al circuito eléctrico del automóvil. (En el alternador el paso de corriente alterna a continua se hace mediante diodos, elementos que permiten el paso de la corriente en un sentido solamente)

 

El alternador en el automóvil

En la animación que sigue se ve la aplicación del alternador en el automóvil:

    • Se inicia con la imagen del automóvil, la batería, mandos de luces y limpiaparabrisas con sus respectivas conexiones, además de las conexiones con el motor de arranque
    • Aparece el alternador con el transformador de corriente alterna en continua
    • Conexiones alternador – batería
    • Se pone en marcha el motor térmico lo que supone una descarga de la batería
    • Desde ralentí el alternador genera más de 12 V y ya puede recargar la batería
    • Se encienden los faros y se conecta el limpiaparabrisas a ralentí y sigue siendo el alternador capaz de suministrar la electricidad necesaria
    • Sube el motor de RPM y el alternador aumenta la tensión de carga (V), lo que requiere un regulador de voltaje para no superar un valor pre determinado de unos 14,4 V
    • Se encienden ahora los faros antiniebla
    • Incluso con este consumo adicional aunque el motor baje de RPM el alternador actual sigue siendo capaz de suministrar la electricidad necesaria

 

El alternador no necesita regulador de intensidad (“velocidad” de circulación de la corriente generada), se auto adapta a las demandas de consumo eléctrico del automóvil y de carga de la batería.

Si con el motor a ralentí se conectan muchos consumidores eléctricos, podría no ser capaz el alternador de suministrar toda la demanda. No hay riesgo de que la batería se descargue hacia el alternador en estas circunstancias, pues los diodos encargados de la transformación de corriente alterna en continua no permiten el paso de corriente en este sentido.

El testigo de batería en el cuadro

El estado de la batería y si recibe carga se controla con un testigo específico en el cuadro de instrumentos. Vemos el comportamiento del testigo de batería con la animación siguiente con dínamo y alternador:

    • Se ven dos cuenta RPM con los testigos de emergencia debajo, a la izquierda en un automóvil con dínamo y a la derecha con alternador
    • El testigo de estado y carga de batería; cuando está encendido indica que no hay carga y apagado cuando se está cargando
    • Los demás testigos genéricos de emergencia son:
      • Presión de aceite; se enciende cuando la presión de aceite de engrase del motor cae por debajo de un valor mínimo pre determinado. Si se circula con el testigo encendido se producirán rápidamente graves daños en el motor
      • Sobrecalentamiento del motor; cuando se enciende informa de que el motor está funcionando con exceso de temperatura. Se ha de parar el motor enseguida para evitar daños adicionales
      • Nivel del líquido de frenos; se ilumina al bajar el nivel de un mínimo antes de que se presenten fallos de frenos por esta causa
    • Comportamiento del testigo de batería con dínamo (imagen izquierda):
      • Al poner el contacto; se encienden los testigos de presión de aceite y batería
      • Con el motor en marcha a ralentí; se apaga el testigo de presión de aceite y permanece encendido el de batería, pues la dínamo no carga
      • Subida de RPM; al pasar de 1.500 RPM la dínamo ya carga y el testigo se apaga (hay carga), al bajar de este régimen se enciende de nuevo (no hay carga). Se entiende que en tráfico urbano intenso habrá déficit de carga de la batería con dínamo
    • Comportamiento del testigo de batería con alternador (imagen derecha):
      • Al poner el contacto; se encienden los testigos de presión de aceite y batería
      • Con el motor en marcha; el alternador carga la batería desde las RPM de ralentí, testigo de batería apagado, por lo que será capaz de mantenerla en buen estado de carga en todas las condiciones de uso

 

Hace muchos años que el alternador sustituyó a la dínamo, se inició en los automóviles de gamas altas, con más equipamiento y consumo eléctrico hasta llegar a todos los modelos.

Actualmente (2014), con las tecnologías para reducir consumo y contaminación se han ido evolucionando la batería y el alternador, dos de estas son el “Stop & start” y el “Alternador inteligente”. Si te interesan estos temas encontrarás información en los enlaces siguientes del blog:

http://autastec.com/blog/nuevas-tecnologias/el-alternador-inteligente/

http://autastec.com/blog/tecnologias-limpias/stop-start/

 

 

Dínamo y alternador

http://www.areatecnologia.com/La_dinamo.htm

http://www.sabelotodo.org/automovil/generador.html

 

Imágenes de la dínamo

http://www.cobaltus.com/fh/dinamo.jpg

http://3bv8x43y68hc448rg43goku7yq.wpengine.netdna-cdn.com/media/2013/02/Renault-Dauphine_drawing-engine-and-suspension.jpg

 

Imágenes de alternador

http://densoautoparts.com/sites/default/files/styles/cutaway_image/public/products/cutaway/am-alternator-es.png?itok=-HDVA6Mp

http://www.modernracer.com/memfeatures/carcutaways/pontiacgtoinsides2.jpg

http://pictures.topspeed.com/IMG/crop/200612/2005-renault-clio-54_600x0w.jpg

http://3.bp.blogspot.com/-ds0OrnR-4ik/UMY4S6YTzuI/AAAAAAAAPOg/-iq85LLOEac/s1600/Ford+3.2+litre+Duratorq+engine.jpg

 

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