Alternadores
Las exigencias planteadas a la alimentación eléctrica en el automóvil han aumentado considerablemente: entre 1970 y 1990, la potencia necesaria del alternador aumentó aproximadamente dos veces y media, y hasta el año 2000 cabe esperar una duplicación adicional de la demanda promedia de potencia. Desde la introducción del alternador trifásico, su tamaño se ha reducido a pesar del aumento de potencia, habiéndose ampliado simultáneamente su gama de velocidades de rotación.
Las grandes variaciones en la velocidad de giro y las grandes oscilaciones de carga de un motor de combustión requieren también un sistema regulador fiable para la tensión del alternador. Los reguladores electrónicos, libres de desgaste, de muy poco peso y reducido tamaño, son capaces de mantener constantes la tensión del alternador a cualquier velocidad de giro del motor del vehículo.
Generación de energía eléctrica en el vehículo
Energía eléctrica a bordo
Los vehículos a motor necesitan para la alimentación de energía al motor de arranque, sistema de inyección y encendido, unidades de control de aparatos electrónicos, electrónica de seguridad y confort, alumbrado, etc.., una fuente de energía propia que sea eficaz y fiable , y esté disponible en todo momento.
Mientras que en los vehículos la batería desempeña el papel de un acumulador de energía cuando el motor está parado, con éste en marcha el alternador es la auténtica “central eléctrica” del vehículo. Su misión consiste en abastecer de energía a todos los aparatos eléctricos de a bordo. (ver Fig. 1).
La potencia del alternador, la capacidad de la batería y el consumo del motor de arranque y de todos los demás consumidores eléctricos deben estar en óptima consonancia para que el conjunto de la instalación funcione con seguridad y sin averías.
Después de un ciclo de marcha típico (por ejemplo un recorrido urbano en invierno), la batería debería estar todavía suficientemente cargada para que sea posible el siguiente arranque bajo las temperaturas reinantes. Deben presentar siempre aptitud funcional las unidades de control, los sensores y elementos actuadores de los sistemas electrónicos.
Además deben funcionar el sistema de seguridad, el equipo de señalización y, en la oscuridad o con niebla, el sistema de alumbrado.
Asimismo han de estar siempre operativos los sistemas de información y confort. Con el vehículo parado, deben poder funcionar los consumidores eléctricos durante un tiempo razonable sin que ello imposibilite el arranque sucesivo.
Cualquier conductor espera que su automóvil esté siempre listo para circular y que el sistema eléctrico funcione con seguridad y sin problemas. Y esto a lo largo de muchos miles de kilómetros, tanto en verano como en invierno.
Potencias de los consumidores
Los consumidores eléctricos presentan diferentes tiempos de conexión (Fig. 2).
Se distingue entre consumidores de conexión permanente (encendido, inyección de combustible, etc.) de conexión prolongada (iluminación, autorradios, calefactor del vehículo, etc.) y de conexión breve (intermitentes, luz de freno, etc.). La utilización de algunos consumidores depende de la época del año (acondicionador de aire en verano, calefacción del asiento en invierno). La frecuencia de conexión del ventilador eléctrico del radiador depende de la temperatura y de las condiciones de marcha.
Cálculo del balance de carga
En el cálculo del balance de carga se determina con ayuda de un programa de ordenador el estado de carga de la batería, el tamaño del alternador y las potencias de los consumidores.
Un ciclo corriente en los turismos es el tráfico de ida y vuelta al lugar del trabajo (Baja oferta de revoluciones) combinado con el servicio en invierno (reducida entrada de corriente de carga a la batería).
En vehículos con acondicionador de aire, el servicio en verano puede ser aún más desfavorable.
Configuración de la instalación eléctrica del vehículo
La forma del cableado entre el alternador, la batería y los consumidores influye asimismo en el nivel de tensión y, con ello, en el estado de carga de la batería.
Si los consumidores están todos conectados por el lado de la batería, pasa por el cable de carga la totalidad de la corriente, es decir, la suma de la corriente de carga de la batería y la corriente de los consumidores y, debido a la elevada caída de tensión, la tensión de carga es más baja.
Si, por el contrario, todos los consumidores están conectados por el lado del alternador, la caída de tensión es pequeña y la tensión de carga es alta, pero en este caso pueden resultar afectados negativamente los consumidores sensibles a los picos de potencia o a la tensión sinusoidal (componentes electrónicos).
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Es aconsejable conectar al alternador los consumidores insensibles a la tensión que tengan un elevado consumo de potencia y, a la batería, los consumidores sensibles a la tensión con menor consumo de potencia.
Los cables de sección apropiada y los buenos puntos de conexión, cuyas resistencias de paso no empeoran ni siquiera después de un prologando tiempo de servicio, no dan lugar a caídas de tensión.
Generación de corriente mediante alternadores trifásicos
La disponibilidad de diodos de potencia económicos (desde 1963 aprox.) fue la condición previa para la introducción en serie de alternadores trifásicos por parte de Bosch. Por su mayor aprovechamiento electromagnético condicionado por su ejecución y por el margen de revoluciones, esencialmente mayor que con el generador de corriente continua, el alternador síncrono trifásico es capaz de entregar potencia incluso a velocidades de ralentí del motor de combustión y cubrir la gran demanda de potencia del vehículo a motor. Gracias a la posibilidad de adaptar la velocidad de rotación del alternador a la del motor mediante una desmultiplicación adecuada, la batería puede mantenerse en buen estado de carga, incluso en invierno y durante la circulación urbana, caracterizada por frecuentes paradas.
Además han cambiado los ciclos de marcha. Ha aumentado la parte proporcional de recorridos urbanos con paradas prolongadas en ralentí. (Fig. 4)
La mayor demanda de potencia se debe a la mayor cantidad de aparatos eléctricos instalados en el vehículo, a las unidades de control para sistemas electrónicos y a la electrónica de seguridad y de confort. (Fig. 3)
Los frecuentes tiempos de espera cuando se forman atascos debido a la creciente densidad del tráfico y ante los semáforos implican para el alternador un funcionamiento a bajas revoluciones, correspondiente al ralentí del motor.
La falla de viajes prolongados por carretera influye también negativamente en el balance de carga.
En los motores de combustión es, pues necesario garantizar la carga de la batería incluso en ralentí.
El alternador trifásico entrega ya, al régimen de ralenti del motor, por lo menos un tercio de su potencia nominal (Fig. 5).
Los alternadores trifásicos están dimensionados para tensiones de carga de 14 V y 28 V (para vehículos industriales). En el estator existe un devanado de corriente trifásica de tres fases y en el rotor se encuentra el devanado de excitación.
La corriente alterna trifásica generada se somete a rectificación. Los rectificadores impiden que se descargue la batería estando parado el vehículo. (Fig. 4)
Magnitudes influyentes
Velocidad de giro
El rendimiento de un alternador (energía generable por kg de masa) aumenta con la velocidad de giro; por eso debe procurarse que la relación de desmultiplicación entre el cigüeñal del motro y el alternador sea lo más alta posible.
Temperatura
Las pérdidas en el alternador elevan la temperatura de los componentes. El suministro de aire fresco al alternador es una medida apropiada pra reducir la temperatura de componentes y con ello, aumentar la vida útil del alternador y sus grado de rendimiento.
Vibraciones
Según las condiciones de montaje y las características de trepidación del motor, se producen aceleraciones de vibración de hasta 500 …. 800 m/s2. Deden evitarsse las resonancias críticas.
Otras Influencias
Asimismo, el alternador está expuesto a la influencia de las salpicaduras de agua, la suciedad, la neblina de aceite y combustible y la sal antihielo.
Excelente comentario sobre alternadores
Gracias Mario. Espero pronto ampliar más el tema. saludos