CAPÍTULO I

ASPECTOS HISTÓRICO TÉCNICOS DEL MOTOR DE DOS TIEMPOS

1.1 HISTORIA DEL MOTOR

El motor de combustión interna se desarrolla como una evolución de la máquina de vapor. En este motor el trabajo se obtiene por la combustión de una mezcla de aire y combustible, a diferencia de la máquina de vapor que aprovecha la presión del vapor de agua que procede por una combustión externa.

El primer motor de combustión interna fue construido por el francés Etienne Lenoir en 1863. Este motor fue mejorado notablemente por el alemán Nikolaus Otto que, en 1876, inventó el primer motor que funcionaba con el ciclo de cuatro tiempos. En su honor este motor de explosión se denomina motor Otto.

El motor de dos tiempos data del año 1879, el responsable de su diseño teórico fue el inglés Clerk, y las primeras pruebas de motores con fase de compresión en el cárter se deben a Karl Benz, en el año 1880, los primeros motores de serie aparecieron en las motos a principios del siglo XX y desde entonces han sido los más utilizados.

Wilhelm Maybach y Gottlieb Daimler construyeron una moto con cuadro y cuatro ruedas de madera y motor de combustión interna en 1885. Su velocidad era de 18 km/h y el motor desarrollaba 0,5 caballos.

Figura 1.1 Réplica de la Reitwagen de Daimler-Maybach. Fuente: es.wikipedia.org/wiki/Motocicleta

En 1886, Karl Benz construye el primer automóvil de tres ruedas. Ese mismo año Daimler aplica el motor de Maybach sobre un carruaje de cuatro ruedas, la historia del automóvil había comenzado.

2

Figura 1.2 Automóvil construido por Benz en 1886. Fuente: historiadelautomovilpi.blogspot.com/

En 1892, el alemán Rudolf Diesel inventa un motor que funciona con combustibles pesados y no necesita sistema de encendido que se llamará motor Diesel. Cinco años después, en 1897, se construye el primero de estos motores. Sera aplicado en un camión por primera vez en el año 1923, aunque ya en 1912 se había montado en una locomotora.

En 1957, el alemán Felix Wankel prueba con éxito un nuevo motor de pistón rotativo que es conocido con el nombre de su inventor, motor Wankel. 1.2 MOTOR TÉRMICO DE COMBUSTIÓN INTERNA Se denomina así al motor que transforma la energía térmica en energía mecánica, mediante la combustión de una mezcla de aire y carburante que se quema interiormente generando un trabajo mecánico. Los motores térmicos de combustión interna empleados en automoción deben reunir una serie de cualidades:

- Buen rendimiento, es decir, que transforme en trabajo buena parte de la energía que produce la combustión,

- Bajo consumo en relación a su potencia,

- Gases de escape poco contaminantes,

- Fiabilidad y durabilidad,

- Bajo coste de fabricación y mantenimiento.

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1.2.1 CLASIFICACIÓN DE LOS MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA

Los motores de combustión interna se pueden clasificar atendiendo a

diferentes conceptos:

Por la forma de iniciar la combustión: - Motores Otto. - Motores Diesel Por el ciclo de trabajo: - Motores de 4 tiempos - Motores de 2 tiempos Por el movimiento del pistón - Motores de pistón alternativo - Motores de pistón rotativo

1.3 MOTOR DE DOS TIEMPOS

Un motor alternativo de combustión interna, en el cual el ciclo completo de trabajo se realiza en dos carreras del pistón, es decir, en una sola vuelta del cigüeñal, se define como motor de dos tiempos.

En su concepción definitiva, el motor de dos tiempos casi nunca utiliza válvulas para el control de la admisión y del escape de los gases del cilindro, sino que trabaja con lumbreras. Las lumbreras son orificios que se encuentran en el cilindro y sustituyen al complicado sistema de control de alimentación y escape llamado sistema de distribución en los motores de cuatro tiempos (válvulas, muelles, levas, correas o cadenas de transmisión) 1.

Figura 1.3 Lumbreras del motor de dos tiempos Fuente: tecnovega.wikispaces.com/Motores+de+2+tiempos

1 El Motor de dos tiempos [www.wikipedia.com/twostrokeengine]

BUJÍA

PISTÓN

VÁLVULA DE ADMISIÓN

CÁRTER

LUMBRERA

DE ADMISIÓN

TRANSFER

LUMBRERA DE ESCAPE

CILINDRO

4

El motor de dos tiempos (2T) es uno de los motores más sencillos que existen debido al reducido número de elementos de los que está conformado, los cuales son explicados a continuación:

1.3.1 EL CÁRTER

Es la parte metálica del motor que encierra la mayoría de sistemas móviles. En los motores de 2T es utilizado en la etapa de admisión en el ciclo de precarga, además en su parte posterior alberga la caja de cambios, alternador, embrague, entre otros.

Figura 1.4 Cárter del motor de dos tiempos. Fuente: Suzuki AX100 Manual de partes

El cárter interviene directamente en la admisión, por tanto, no es posible utilizarlo como depósito de aceite, los rodamientos que soportan el cigüeñal y la cabeza de la biela que se encuentran en el interior de este se lubrican gracias al aceite que se utiliza en la mezcla lubricante (gasolina y aceite).

Además es necesario un perfecto sellado y estanqueidad, la cual se consigue mediante la utilización de retenes de goma que ajustan exteriormente con el cárter e interiormente con el cigüeñal. 2

2El motor de dos tiempos [www.wikipedia.com]

BASE DEL

CILINDRO

PERNOS

PARA

JUNTA

JUNTA

ALOJAMIENTO

DEL CIGÜEÑAL

5

1.3.2 EL CILINDRO

El cilindro es la guía del pistón, ajusta con él lo más perfectamente posible, se apoya y sujeta al cárter y se cierra superiormente por la culata.

Se fabrica con aleteado (y a veces con cámara de refrigeración líquida) y por lo general es de hierro.

Figura 1.5 Cilindro del motor de dos tiempos. Fuente: Suzuki AX100 Manual de partes

Dentro del cilindro se hallan las lumbreras de escape y los transfers que son los responsables del verdadero funcionamiento del motor de dos tiempos, además de los sistemas de admisión y escape3.

La lumbrera de escape suele partirse en dos conductos para evitar el sobrecalentamiento y la interferencia en la carrera del pistón.

Los cilindros se ven expuestos a un desgaste continuo por lo que tiende a ovalizar la forma del alojamiento del pistón. Esto debido a que durante el giro del cigüeñal y la consiguiente carrera del pistón las partes que más rozan son las situadas en la perpendicular del bulón.

3El motor de dos tiempos [www.wikipedia.com]

JUNTA DE LA

CULATA

CULATA

SELLO DE LA

CULATA

ALETAS PARA

DISCIPACIÒN

DE CALOR

SELLO DEL

CILINDRO

6

Un cilindro siempre se puede rectificar a sobre medida un número limitado de veces, siempre y cuando sus paredes no hayan sido tratadas (tratamientos de endurecimiento, etc.). El número de rectificaciones posibles lo marca el espesor de la camisa del cilindro que no debe ser demasiado fina.

Figura 1.6 Lumbreras del cilindro del motor de dos tiempos.

Fuente: Suzuki AX100 Manual de partes

También se puede encontrar ralladuras en las paredes del cilindro que producen una pérdida de compresión, suelen ser ocasionadas por un desgaste en los segmentos o por la falta de lubricación, entre otros.

1.3.3 LA CULATA

La culata tiene como misión cerrar el cilindro por la parte superior y albergar la bujía de encendido. La culata configura, junto con la cabeza del pistón, la cámara de combustión. Por lo general, la culata también está aleteada como el cilindro para su perfecta refrigeración.

Las culatas se fabrican en aleaciones ligeras de aluminio, es raro ver culatas de fundición de hierro.

La cámara de combustión que forma la cabeza del pistón y el diseño de la culata es muy importante y decisiva para el rendimiento del motor. Una forma apropiada facilita el aprovechamiento de la energía liberada en la combustión, además facilita el correcto llenado de la mezcla y es eficaz en la eliminación de los gases quemados4

4El motor de dos tiempos [www.wikipedia.com]

LUMBRERA

DE ESCAPE

LUMBRERAS

TRANSFER

7

Figura. 1.7 Culata del motor de dos tiempos.

Fuente: es.wikipedia.org/wiki/Culata_(motor)

Si la refrigeración es por aire la junta de culata defectuosa implica pérdidas de compresión, si la refrigeración es líquida la junta de culata defectuosa implica fugas de compresión al circuito de refrigeración y la entrada de líquido en la cámara de compresión. La causa de esta avería suele ser un sobrecalentamiento de la culata. La culata también puede sufrir la destrucción de la rosca donde se aloja la bujía, para solucionar se puede adaptar un casquillo roscado interior y exteriormente en el orificio destruido.

A diferencia de la culata del motor de cuatro tiempos, la cual aloja las válvulas de admisión y escape, además del sistema de distribución, en el caso del motor de dos tiempos esta únicamente funge como tapa de cilindros y en su parte central se ubica la bujía de encendido.

En motores de dos tiempos antiguos se conformaba en una sola pieza el cilindro y la culata, con el fin de eliminar el proceso de maquinado de las superficies de las dos piezas para la junta y además para garantizar la estanqueidad. Hoy en día se fabrican en dos partes por motivos de mantenimiento específicamente.

1.3.4 EL CIGÜEÑAL

Es un elemento móvil que se encarga de transformar en movimiento circular, el movimiento de subida y bajada del pistón por dentro del cilindro. El cigüeñal que utiliza el motor de dos tiempos es diferente al de cuatro tiempos, tanto en aspecto como en construcción.

CÁMARA DE

COMBUSTIÓN

ALOJAMIENTO

DE LA BUJÍA

PUNTOS DE

SUJECIÒN

8

Se encuentra dentro del cárter que participa en el proceso de admisión, por tanto es imposible su lubricación desde el exterior ya que debe ser estanco total. En los apoyos de cigüeñal con los extremos del cárter se montan rodamientos de bolas, ya que éstos son mucho más estrechos que las agujas para una misma carga.

Figura 1.8 Cigüeñal del motor de dos tiempos. Fuente: Suzuki AX100 Manual de partes

Los rodamientos y la cabeza de la biela son lubricados por el aceite que incorpora la mezcla lubricante (gasolina y aceite) y se denomina "lubricación por niebla de aceite" El cigüeñal está formado por dos discos cilíndricos que incluyen el contrapeso para equilibrar la muñequilla y la biela, además ejercen las veces de volantes de inercia, imprescindibles para asegurar una buena marcha del motor y un régimen de ralentí idóneo5.

5El motor de dos tiempos [www.wikipedia.com]

RODAMIENTOS

CONTRAPESOS

CHAVETERO

MUÑEQUILLA

RETENEDOR

9

En una parte del cigüeñal se coloca el plato magnético en el otro el engranaje de la transmisión primaria, el cigüeñal lleva en sus extremos chaveteros paralelos al eje del mismo, en estas ranuras se insertarán chavetas que sirven para mantener en una posición única al volante magnético ya que este comanda el sensor de encendido o la leva que acciona el ruptor. Normalmente se fabrican de aleaciones capaces de soportar los esfuerzos a los que se ven sometidos y pueden tener perforaciones y conductos para el paso de lubricante. Hay diferentes tipos de cigüeñales; Los hay que tienen un apoyo cada dos muñequillas y los hay con un apoyo entre cada muñequilla6. El material empleado generalmente para la construcción de los cigüeñales es de acero al carbono; en los casos de mayores solicitaciones se emplean aceros especiales al cromo - níquel o al cromo -molibdeno-vanadio tratados térmicamente. Se construyen también cigüeñales en fundición nodular que poseen unas características de resistencia semejantes a las del acero al carbono. Los muñones de un cigüeñal se endurecen superficialmente mediante cementación, temple superficial o nitruración. En un sistema especial de temple superficial muy empleado en la fabricación en serie, el endurecimiento se produce mediante un calentamiento superficial obtenido por procedimiento eléctrico (por inducción) y posterior enfriamiento con agua; este sistema de endurecimiento es muy rápido. Otro sistema de endurecimiento superficial es el flameado, en el cual el calentamiento se obtiene con la llama7. 1.3.5 LA BIELA La biela transmite al cigüeñal el movimiento de subida y bajada del pistón, se fabrican en acero, se endurecen y tratan térmicamente y después se las conforma mecanizándolas, se construyen con sección de doble T u ovaladas a lo largo de su cuerpo para resistir al pandeo. Se diferencian de las bielas de motores de cuatro tiempos en que no suelen ser desmontables, suelen ser más largas ya que debido al sistema de abertura y cierre de lumbreras, el pistón necesita más carrera a lo largo del cilindro. Para facilitar el engrase de los rodamientos, se practica un orificio en el pie de biela y acanaladuras en la cabeza, por donde la niebla de aceite accede a las agujas de ambos, muchas bielas disponen de arandelas antifricción en su base y cabeza para evitar el rozamiento de la biela con cigüeñal y pistón respectivamente. 6 Cigüeñal [es.wikipedia.org/wiki]

7 Materiales empleados en cigüeñales [es.answers.yahoo.com]

10

Figura. 1.9 Biela del motor de dos tiempos. Fuente: Suzuki AX100 Manual de partes

La avería por excelencia de la biela es la llamada "Biela fundida" y se produce al deteriorarse el cojinete de apoyo, generalmente el de la cabeza de la biela (unión biela-cigüeñal), ello provoca un ruido procedente del golpeteo producido por la excesiva holgura. Si el ruido es intenso debe pararse inmediatamente el motor antes de que la biela se desprenda de su alojamiento produciendo daños importantes en el este8. 1.3.6 El PISTÓN Se encarga de bombear gases frescos y quemados, se desplaza por el interior del cilindro en un movimiento de subida y bajada a lo largo de su carrera, aprovecha la energía liberada en la combustión, generalmente se fabrican en aleaciones ligeras.

8El motor de dos tiempos [www.wikipedia.com]

MUÑEQUILLA

COJINETE DE

AGUJAS

ARANDELA

ANTIFRICCIÓN

PIÉ DE BIELA

CABEZA DE

BIELA

11

Figura 1.10 Pistón del motor de dos tiempos. Fuente: Suzuki AX100 Manual de partes

La falda, muy importante en los 2T, por ser la encargada de abrir y cerrar las lumbreras de admisión, se construye con recortes laterales o con ventanas recortadas en el lado de la admisión para el transfer corto o de barrido o para la admisión por la falda del pistón. Básicamente existen dos procesos para la fabricación de pistones, mediante fundición o a través de la forja. Los pistones forjados presentan mayor resistencia mecánica. Actualmente el material utilizado para la elaboración de pistones es el aluminio, debido al menor peso que presenta ante el hierro fundido este tiene menor inercia al momento de funcionar dentro del cilindro, lo que le permite alcanzar al motor mayores velocidades de giro. Un problema frecuente en los motores de dos tiempos es el GRIPAJE, se produce por la fusión de una parte del pistón y la pared del cilindro debida la falta de lubricación o al aumento excesivo de la temperatura9.

9El motor de dos tiempos [www.wikipedia.com]

FALDA

BULÓN

SEGMENTOS

CABEZA

ARANDELA DE

SEGURIDAD DEL

BULÓN

12

1.3.7 ANILLOS O SEGMENTOS Los segmentos son piezas circulares de sección generalmente rectangular, que se adaptan en el émbolo o pistón en las ranuras practicadas para el efecto, sirven para hacer un sello hermético de la cámara del pistón o émbolo sobre las paredes del cilindro.

Están fabricados con aleaciones de hierro dúctil (X) cromo (KC) y molibdeno (K) con estas letras podrán identificar de que material están fabricados los juegos, esto es importante para la adecuada selección de los segmentos a utilizar en motores re anillados o rectificados.

En el caso de los motores de cuatro tiempos por lo general se utilizan tres tipos de segmentos: el primer segmento llamado también de fuego por estar en contacto directo con la combustión contenida por la cabeza del pistón, el segundo segmento que se encarga de contener las fugas provenientes del segmento de fuego y el tercero que se encarga de dosificar la lubricación en la pared del cilindro.

En los motores de dos tiempos se utilizan únicamente dos segmentos de sección rectangular ya que la lubricación es por niebla de aceite el tercer segmento no es necesario, en el caso de motores de competencia generalmente se instala un solo segmento a fin de reducir la fricción con la pared del cilindro.

Figura 1.11 Anillos o segmentos. Fuente: Suzuki AX100 Manual de partes

Es importante tomar en cuenta que la instalación de los anillos en un motor de dos tiempos debe realizarse de tal manera que las puntas de estos no puedan engancharse en las lumbreras, por lo general se suelen colocar en la parte de

ANILLO DE

FUEGO

PUNTAS DEL

ANILLO

SEGUNDO

ANILLO

13

la admisión, salvando en su carrera las ventanas de la lumbrera de escape y transfer10.

1.3.8 EL CARBURADOR

El carburador es el sistema que alimenta al motor con la mezcla de aire-gasolina. Para ello dosifica la gasolina y la pulveriza en el aire que el motor aspira a través del depurador.

Cada régimen del motor necesita mayor o menor cantidad de gasolina. El carburador utiliza la aspiración del propio motor para funcionar, la aspiración la realiza el motor en la fase de admisión. Actualmente el carburador se sustituye por la inyección electrónica o mecánica.

Figura 1.12 Carburador para motor de dos tiempos. Fuente: Suzuki AX100 Manual de partes

10

Anillos o Segmentos [www.automotriz.net/tecnica/anillos-aros.html]

STARTER MANDO DEL

ACELERADOR

TORNILLO DE

BAJA

TORNILLO DE

RALENTÍ

CUBA

AGUJA CAMPANA

INGRESO

DE AIRE

FLOTADOR

14

El funcionamiento del carburador se basa en el principio de VENTURI, el cual afirma que si una masa de aire se hace pasar por un estrechamiento a una velocidad concreta, dicha masa aumenta la velocidad en dicho estrechamiento y de esta forma el caudal será constante. Es justamente en este estrechamiento donde el carburador añade la gasolina al flujo de aire, creando al final del estrechamiento una mezcla de aire-gasolina pulverizada11.

Uno de los mayores problemas del carburador es disponer de diferentes cantidades de mezcla para determinadas condiciones de régimen del motor. Esto se consigue variando el estrechamiento antes mencionado, de esto se encarga la aguja del carburador que se acciona al abrir o cerrar el mando de gas o acelerador.

El carburador posee la denominada CUBA situada en la parte inferior del mismo y que no es más que un almacén de combustible proveniente del depósito de gasolina, cuando la cuba se llena el flotador inmerso en ella cierra la entrada de mezcla.

Si el depósito de gasolina se encuentra encima del carburador la gasolina llega a la cuba por acción de la gravedad, si el depósito está por debajo del carburador será necesario emplear una bomba de gasolina.

Por debajo del circuito principal de ALTA, circula el circuito de BAJA que es un sistema para cuando el mando de gas está sin accionar y, por tanto, el circuito de ALTA está cerrado. Por este circuito circula la mezcla que mantiene a la motocicleta en "ralentí" cuando la campana está cerrada.

El "Tornillo de BAJA" regula la mezcla en este circuito, dependiendo de la ubicación de este tornillo (al final o principio del circuito de baja) regulará la entrada de aire o la salida de la mezcla.

El "Tornillo de ralentí" regula la altura a la que baja la campana y se dispone en una dirección perpendicular al recorrido de ésta.

El "Starter" no es más que un sistema que permite el ingreso de una cantidad adicional de combustible hacia el motor, de esta forma se enriquece la mezcla para lograr que el motor arranque en frío, en general el mismo mando que activa el starter acelera levemente la moto.

Algunos carburadores disponen de un "Pulsador" (actúa sobre el flotador de la cuba) cuya misión es llenar por completo la cuba de gasolina para arranques en frio.

Los carburadores de acuerdo a su forma y configuración constructiva se clasifican en: 11Carburadores Del Lorto [www.dellorto.com]

15

- Carburadores de difusor fijo

- Carburadores de difusor variable

- Carburadores dobles

- Carburadores de doble cuerpo (escalonados)

1.3.9 SISTEMA DE ESCAPE

Una vez que el tiempo de explosión ha tenido lugar, el pistón baja descubriendo la lumbrera de escape y con esto comienza el escape espontaneo de gases quemados, al acercarse al PMI la presión dentro de la cámara del cilindro es sumamente baja, aproximadamente igual a la atmosférica en este momento.

Al comenzar la carrera ascendente del pistón se cierra la lumbrera transfer y se inicia la compresión de la mezcla fresca, en este punto la lumbrera de escape se mantiene parcialmente abierta razón por la cual se expulsara parte de los gases combustibles por el conducto de escape, por esa razón es necesaria una onda de sobrepresión desde el tubo de escape para mantener en la cámara del cilindro los gases frescos.

Figura 1.13 Sistema de escape Fuente: Suzuki AX100 Manual de partes

EMPAQUE

TUBO

COLECTOR

CÁMARA DE

SILENCIADOR

SILENCIADOR

DE ABSORCIÓN

IMPACTADOR

16

El sistema de escape en los motores de dos tiempos se encuentra diseñado de tal forma que mediante un impactador produce una onda de dispersión que extrae los gases quemados del interior del cilindro e inmediatamente produce una onda de retorno que no permite la salida de los gases frescos12.

1.3.10 SILENCIADOR

El funcionamiento de un motor ocasiona la emisión de vibraciones al exterior que se transmiten por el aire, algunas de estas vibraciones son perceptibles al oído humano y forman ruido. Otra función del sistema de escape además de conducir los gases quemados al exterior es filtrar en lo posible esas frecuencias audibles, para esto se utilizan específicamente los silenciadores que se dividen en cuatro tipos básicos13:

- Silenciador de absorción. - Silenciador de Expansión - Silenciador de resonador lateral - Silenciador de interferencia

Figura 1.14 Tipos de silenciadores Fuente: www.2y4t.com/8/viewtopic.php?p=1052320

12 Preparaciòn de motoresde dos tiempos [www.motosonline.net/fichamecanica.asp]

13 Sitema de escape [www.gassattack.com/articulos_tecnicos/escapes]

17

1.3.11 SISTEMA DE LUBRICACIÓN En un motor de dos tiempos se utiliza el flujo de gases de entrada para transportar el aceite lubricante hasta cada una de las piezas que forman parte del conjunto. Para ello, el aceite deberá estar mezclado con el combustible, en una proporción previamente establecida. Hoy en día, la proporción de mezcla más usual recomendada por los fabricantes de motores de dos tiempos es cincuenta (50) partes de combustible para una (1) parte de lubricante (2%). Sin embargo, equipos de tecnología más antigua aún recomiendan la relación veinticinco (25) partes de combustible para una (1) parte de lubricante (4%)14. De esta forma, el aceite será introducido en el cárter del motor completamente atomizado en la medida en que lo hace el combustible, y una vez dentro, por diferencia de tensión de vapor se separará del flujo de gases para depositarse en todas las superficies que necesitan ser lubricadas. Posteriormente, el lubricante una vez que ha conseguido evaporarse, se sumará al flujo de gases que asciende hasta la cámara de combustión, incinerándose total o parcialmente junto al aire y la gasolina. El porcentaje de aceite diluido condicionará por una parte la protección de las partes sometidas a fricción y por otra, la calidad de combustión, si se utiliza en exceso se puede provocar una serie de residuos que pueden distorsionar el funcionamiento del motor. Es por ello que el tipo de aceite empleado ha de reunir propiedades que le permitan desarrollar una buena protección de las partes móviles y a la vez que su combustión sea optima, evitando la emisión a la atmósfera de residuos contaminantes. 1.3.12 SISTEMA DE INYECCIÓN AUTOMÁTICA DE ACEITE. Para estabilizar la cantidad de lubricante añadido al combustible, se han implantado en algunos motores de dos tiempos, sistemas de dosificación automática del aceite lubricante. En todos estos sistemas, la dosificación está garantizada mediante una bomba arrastrada por el eje del motor con engranajes tipo tornillo sin fin. Un pequeño émbolo con movimiento alternativo, es el encargado de recoger una pequeña cantidad de aceite procedente del depósito e inyectarla a presión en el circuito de alimentación, en el flujo de gases de admisión, entre el carburador y el motor, justo antes de entrar en el cárter.

14 Aceites para motores de dos tiempos [www.bostonlubricantes.com/aceites_2tiempos.htm]

18

Figura 1.15 Bomba de aceite lubricante Fuente: Suzuki AX100 Manual de partes

De esta forma la entrega de pequeñas gotas se realiza al mismo compás que el régimen del motor. En algunos sistemas más sofisticados, se ha incorporado la posibilidad de incrementar o disminuir la cantidad de cada entrega de aceite en relación directa con la posición del acelerador (carga momentánea del motor). Estos sistemas, además, permiten modificar los valores mínimos y máximos de volumen de aceite para adaptar a cada usuario una lubricación más adecuada. El aceite que se debe usar es un aceite para motores de dos tiempos que poseen una viscosidad menor la cual se encuentra entre los 40 y 60 cSt a 40ºC y su equivalencia aproximada es SAE 30.

MANGUERA DE

ALIMENTACIÒN DE

ACEITE HACIAL EL

MOTOR

MANGUERA

DEL DEPÓSITO

DE ACEITE

MANDO DEL

DOSIFICADOR

PUNTOS DE

SUJECIÒN PROTECTOR

1.4 FUNCIONAMIENTO

En los motores de dos tiempos se realizaexplosión y escape con la particularidad de que durante dos carreras del pistón, con lo cual se consigue una explosión o carrera motriz por cada vuelta del cigüeñal.

El ciclo completo se desarrolla de la manera siguiente:

Primer tiempo.- En la carrera ascendente hacia el puntopistón cierra la lumbrera transfer, que se estaba realizando con anterioridad y sucesivamente también la fase de escape.

Figura 1.16Fuente: tecnovega.wikispaces.com/Motores+de+2+tiempos

Desde este momento se inicia la compresión de la mezcla fresca, que termina con el encendido de esta cerca del punto muerto superior. En el último espacio de la carrera ascendente, el borde inferior del pistón destapa una lumbrera, a través de la cual se introduce en el cárter una nueva carga de mezcla fresca por efecto de la depresión creada al subir el

Segundo tiempo.- El pistón desciende desde el punto muerto superior por la acción de los gases quemados en expansión y antes de alcanzar el punto

En los motores de dos tiempos se realizan los ciclos de admisión, compresión, con la particularidad de que las cuatro fases tienen lugar

durante dos carreras del pistón, con lo cual se consigue una explosión o carrera motriz por cada vuelta del cigüeñal.

El ciclo completo se desarrolla de la manera siguiente:

En la carrera ascendente hacia el punto muerto superior, el transfer, terminando de este modo la fase de barrido

que se estaba realizando con anterioridad y sucesivamente también la fase de

16 Primer ciclo del motor de dos tiempos. tecnovega.wikispaces.com/Motores+de+2+tiempos

Desde este momento se inicia la compresión de la mezcla fresca, que termina cerca del punto muerto superior. En el último espacio

de la carrera ascendente, el borde inferior del pistón destapa una lumbrera, a través de la cual se introduce en el cárter una nueva carga de mezcla fresca por efecto de la depresión creada al subir el pistón.

El pistón desciende desde el punto muerto superior por la acción de los gases quemados en expansión y antes de alcanzar el punto

19

ompresión, cuatro fases tienen lugar

durante dos carreras del pistón, con lo cual se consigue una explosión o

muerto superior, el terminando de este modo la fase de barrido

que se estaba realizando con anterioridad y sucesivamente también la fase de

Desde este momento se inicia la compresión de la mezcla fresca, que termina cerca del punto muerto superior. En el último espacio

de la carrera ascendente, el borde inferior del pistón destapa una lumbrera, a través de la cual se introduce en el cárter una nueva carga de mezcla fresca

El pistón desciende desde el punto muerto superior por la acción de los gases quemados en expansión y antes de alcanzar el punto

muerto inferior, destapa la lumbrera de escape, a través de la cual los gases comienzan a fluir hacia el exterior por efecto de su presión.

En su bajada el pistón realiza al mismo tiempo la prede mezcla fresca que anteriormente había sido introducida en el cárter,presión impulsa la mezcla hacia la parte superior del pistón a lumbrera transfer para una nueva carga en la cámara de combustión, simultáneamente empuja el remanente de gases quemados hacia el tubo de escape.

De esta manera se completa el ciclo, que se repite cada giro completo del cigüeñal.

Figura 1.17 Fuente: tecnovega.wikispaces.com/Motores+de+2+tiempos

El motor de dos tiempos es muyen embarcaciones debido a la facilidad de instalación, ademásgeneral en los ciclomotores y motocicletas ligeras de cilindradas media y grande.

1.4.1 CICLO DE TRABAJO

A continuación se muestra el ciclo de trabajo de un motor de dosmediante un diagrama de presión

muerto inferior, destapa la lumbrera de escape, a través de la cual los gases el exterior por efecto de su presión.

En su bajada el pistón realiza al mismo tiempo la pre-compresión de la carga de mezcla fresca que anteriormente había sido introducida en el cárter,

impulsa la mezcla hacia la parte superior del pistón a través de la lumbrera transfer para una nueva carga en la cámara de combustión, simultáneamente empuja el remanente de gases quemados hacia el tubo de

De esta manera se completa el ciclo, que se repite cada giro completo del

Segundo ciclo del motor de dos tiempos. tecnovega.wikispaces.com/Motores+de+2+tiempos

El motor de dos tiempos es muy utilizado en la agricultura por su peso limitado,en embarcaciones debido a la facilidad de instalación, además general en los ciclomotores y motocicletas ligeras de cilindradas media y

CICLO DE TRABAJO

A continuación se muestra el ciclo de trabajo de un motor de dosmediante un diagrama de presión – volumen:

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muerto inferior, destapa la lumbrera de escape, a través de la cual los gases

compresión de la carga de mezcla fresca que anteriormente había sido introducida en el cárter, esta

través de la lumbrera transfer para una nueva carga en la cámara de combustión, simultáneamente empuja el remanente de gases quemados hacia el tubo de

De esta manera se completa el ciclo, que se repite cada giro completo del

peso limitado, de modo

general en los ciclomotores y motocicletas ligeras de cilindradas media y

A continuación se muestra el ciclo de trabajo de un motor de dos tiempos

21

Figura 1.18 Diagrama presión – volumen para un motor de dos tiempos.

En el punto 3 se efectúa el encendido de la mezcla aire combustible, y se desarrolla la combustión para dar origen después a la expansión. Esta continúa hasta que el pistón, en correspondencia con el punto 5, abre las lumbreras de escape. Como la presión en el cilindro es todavía elevada, la fase de escape comienza de modo espontaneo. Inmediatamente después, es decir, cuando la presión se ha reducido a un valor aproximadamente igual a la del conducto de alimentación, se abre en 1 la lumbrera transfer y la mezcla combustible es empujada por la presión existente en cárter.

En el segundo tiempo comienza la fase llamada de barrido, la cual se desarrolla desde el P.M.I., por encontrarse abiertas las lumbreras de escape y de admisión, se verifica simultáneamente el escape de gases y la introducción de la nueva carga de mezcla aire combustible. Los gases frescos expulsan a los gases de combustión para ocupar su puesto.

Si la compresión de la nueva carga se realiza en el cárter, la presión en el cilindro continua disminuyendo durante el barrido, porque el cilindro esta en comunicación con la atmósfera y la presión de alimentación va decreciendo gradualmente. En algunos casos, con tubos de escapes largos, la inercia de la columna de gases de escape produce una succión de gas fresco en el periodo final de la fase. Por esta razón, cuando en 2' se cierra la lumbrera de admisión

y prácticamente cesa la introducción de gas fresco, puede continuar el escape, con pérdida de gas que es imposible reemplazar

1.4.2 DIAGRAMA DE MANDO

A continuación se aprecia el diagrama de mando circular del tiempos:

AAEAAC

RCC

Figura 1.19 Diagrama de mando del motor

Como se puede observar la fase de barrido representa simultáneamente a la fase de carga ya que los gases frescos que ingresan por la lumbrera transfer empujan a los gases quemados producto de la combustión del ciclo anterior.

Además se en este diagrama seAAE se abre antes que la lumbrera transfer en el punto AAC, de la misma manera la lumbrera transfer se cierra en el punto RCC antes que la lumbrera de escape en el punto RCE.

y prácticamente cesa la introducción de gas fresco, puede continuar el escape, con pérdida de gas que es imposible reemplazar.

DIAGRAMA DE MANDO

A continuación se aprecia el diagrama de mando circular del motor de dos

AAE: adelanto a la apertura de escape AAC: adelanto a la apertura de carga

RCC: retraso al cierre de carga RCE: retraso cierre de escape

Diagrama de mando del motor de dos tiempos.

Como se puede observar la fase de barrido representa simultáneamente a la fase de carga ya que los gases frescos que ingresan por la lumbrera transfer empujan a los gases quemados producto de la combustión del ciclo anterior.

Además se en este diagrama se verifica que la lumbrera de escape en el punto AAE se abre antes que la lumbrera transfer en el punto AAC, de la misma manera la lumbrera transfer se cierra en el punto RCC antes que la lumbrera de escape en el punto RCE.

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y prácticamente cesa la introducción de gas fresco, puede continuar el escape,

motor de dos

Como se puede observar la fase de barrido representa simultáneamente a la fase de carga ya que los gases frescos que ingresan por la lumbrera transfer empujan a los gases quemados producto de la combustión del ciclo anterior.

verifica que la lumbrera de escape en el punto AAE se abre antes que la lumbrera transfer en el punto AAC, de la misma manera la lumbrera transfer se cierra en el punto RCC antes que la lumbrera

23

1.4.3 VENTAJAS

- Menor peso,

- Menores dimensiones,

- Mayor sencillez,

- Menor coste de fabricación,

- Menor número de elementos,

- Mayor número de rpm.

1.4.4 DESVENTAJAS:

- Mayor consumo específico de combustible,

- Mayor consumo de lubricante,

- La refrigeración no es óptima

- Presenta mayor desgaste por lo cual existe mayor contaminación

1.5 COMBUSTIBLES

La gasolina es una mezcla de varios hidrocarburos se encuentra en estado líquido a temperatura y presión normales se utiliza para accionar motores de combustión interna de ciclo de Otto. Por ser una mezcla de diversos productos, la gasolina no tiene un punto fijo de ebullición, sino una curva de destilación que comienza a 30 ºC y termina, generalmente, antes de los 200 ºC. Su peso específico es de 750 Kg/m3. La gasolina para automoción se presenta mezclada con colorantes orgánicos sintéticos y en general contiene aditivos de varias clases.

Los hidrocarburos que componen la gasolina están comprendidos entre los que poseen cuatro átomos de Carbono y los que tienen 10 y 11 átomos de Carbono (C10-C11). Existen cuatro clases en que se subdividen los hidrocarburos, estas son : parafínicos, nafténicos, aromáticos y olefínicos, la que predomina en el petróleo bruto es la clase de los hidrocarburos parafínicos (parafinas), que pueden ser de cadena lineal (n-parafinas) o ramificada (isoparafinas).

Las n-parafinas poseen una resistencia a la detonación inferior a la correspondiente a las isoparafinas. La propiedad evita el picado de las bielas (cascabeleo) del motor de ciclo Otto, las mezclas de n-parafinas e isoparafinas, presentes en el petróleo bruto en estado de equilibrio, tienen una resistencia a la detonación inferior a la necesaria para un correcto funcionamiento de los motores.

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1.5.1 NUMERO DE OCTANOS

Es el método para evaluar la resistencia a la detonación, a la que está ligada la característica más importante de la gasolina y la que, en definitiva, ha determinado la evolución técnica y ha sido la base de la elección de los procesos de producción de esta. Se puede afirmar que el aumento de las potencias específicas del motor del automóvil se ha logrado gracias al poder antidetonante de la gasolina.

El número de octanos en una gasolina, no es siempre la misma, entonces para ello, y para que el funcionamiento del motor del vehículo sea el correcto, se debe medir según éstas dos maneras:

RON: Número de Octano Research (Research Octane Number) MON: Número de Octano Motor (Motor Octane Number) El primero se mide en condiciones de máxima carga y bajas revoluciones, en el momento del arranque en ruta; el segundo se mide con baja carga y alta revoluciones, durante la aceleración en ruta15.

Los 2 métodos dan en general, y para la misma gasolina, distintos números de octano La diferencia entre ellos se denomina sensibilidad (sensitivity) por cuanto indica la predisposición de una gasolina a reflejar unas determinadas características, o las diversas condiciones de empleo del motor.

Para dar un ejemplo práctico, se puede decir que es posible encontrarse con 2 gasolinas que en el laboratorio han dado el mismo RON=98, pero que, ensayadas en un automóvil en aceleración, partiendo de baja velocidad, se puede demostrar que una de ellas posee un comportamiento indetonante correspondiente verdaderamente a 98 y la otra un comportamiento correspondiente a 94. No sólo eso, sino que las mismas gasolinas en el mismo motor, en distintas condiciones de marcha, por ejemplo a velocidad muy elevada y continua en autopista, pueden invertir su comportamiento y la primera dar prestaciones indetonantes, aunque sensiblemente inferiores a las de la segunda16.

15 Gasolina [http://www.ingenieroambiental.com/?pagina=1124]

16 Gasolina [www.campus.fortunecity.com/duquesne/623/home/gasolina/gasolina.htm ]

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1.5.2 CARACTERÍSTICAS DE LA GASOLINA

Peso específico.- Es la relación entre el peso y el volumen de una substancia determinada. El de la gasolina se expresa generalmente en gramos por litro. Muchas veces se emplea el peso específico relativo, es decir la relación entre el peso específico de la gasolina y el del agua a determinada temperatura.

Potencia calorífica.- Denominada también poder calorífico, es la cantidad de calor que se desprende de la combustión completa de 1 kg de gasolina, y es tanto menor cuanto más aumenta su peso específico.

Volatilidad - Está representada por la curva de destilación y por la tensión de vapor. La curva de destilación indica a qué temperatura una gasolina comienza a evaporarse, es decir a hervir (punto inicial), a qué temperatura se evapora completamente (punto final) y el porcentaje que se evapora a temperaturas intermedias.

Corrosividad.- A veces la gasolina puede contener azufre libre o en forma de mercaptanos. En el primer caso, la gasolina tiende a atacar las superficies metálicas con que llega a ponerse en contacto, sobre todo si se trata de cobre y sus aleaciones; en el segundo caso, la gasolina, además de ser corrosiva, tiene mal olor, a causa de los mercaptanos. Estos inconvenientes se eliminan mediante procesos de purificación y suavización.

1.6 GASES CONTAMINANTES

El Monóxido de Carbono en concentraciones altas y tiempos largos de exposición puede provocar en la sangre la transformación irreversible de la Hemoglobina, (molécula encargada de transportar el oxígeno desde los pulmones a las células del organismo) en Carboxihemoglobina, volviéndola incapaz de cumplir esa función. Por eso, concentraciones superiores de CO al 0,3 % en volumen resultan mortales. La falta de oxígeno en la combustión hace que ésta no se produzca completamente y se forme Monóxido de Carbono en lugar de Dióxido de Carbono. En un vehículo, la aparición de mayores concentraciones en el escape de CO indica la existencia de una mezcla inicial rica o falta de oxígeno. Los Hidrocarburos, dependiendo de su estructura molecular, presentan diferentes efectos nocivos. El Benceno, por ejemplo, es venenoso por sí mismo, y la exposición a este gas provoca irritaciones de piel, ojos y conductos respiratorios; si el nivel es muy alto, provocará depresiones, mareos, dolores de cabeza y náuseas. El Benceno es uno de los múltiples causantes de cáncer. Su presencia se debe a los componentes incombustibles de la mezcla o a las reacciones intermedias del proceso de combustión, las cuales son también responsables de la producción de Aldehídos y Fenoles.

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La presencia simultánea de Hidrocarburos, Óxidos de Nitrógeno, rayos ultravioleta y la estratificación atmosférica conduce a la formación del smog fotoquímico, de consecuencias muy graves para la salud de los seres vivos. Los Óxidos de Nitrógeno no sólo irritan la mucosa sino que en combinación con los Hidrocarburos contenidos en el smog y con la humedad del aire producen Ácidos Nitrosos, que posteriormente caen sobre la tierra en forma de lluvia ácida y contaminan grandes áreas, algunas veces situadas a cientos de kilómetros del lugar de origen de la contaminación. El Plomo es el metal más peligroso contenido en los aditivos del combustible. Inhalado puede provocar la formación de coágulos o trombos en la sangre, de gravísimas consecuencias patológicas. Se encuentra presente en las gasolinas en forma de Tetra-etilo de Plomo y se utiliza en su producción para elevar su índice de octano y también en motorizaciones antiguas como lubricante de los asientos de válvulas. En las gasolinas sin Plomo se ha sustituido este metal por otros componentes menos contaminantes que también proporcionan un alto índice de octano. 1.6.1 OPACIDAD Opacidad es la condición en la cual una materia impide parcial o totalmente el paso del haz de luz, para realizar la medición de este parámetro se utilizan analizadores de humo de cámara cerrada denominados Opacímetros, que funcionan bajo el procedimiento de muestreo de descargas parciales, de acuerdo a lo indicado en la norma técnica vigente. La medición de la opacidad tiene una aplicación de gran importancia en materia ambiental, ya que está referida a la evaluación de emisión de gases a la atmósfera generados por la combustión de motores diesel y motores de dos tiempos a gasolina17. 1.6.2 REGULACIONES DE CONTAMINACIÓN PARA EL DISTRITO

METROPOLITANO DE QUITO En la ciudad de Quito actualmente se realiza la medición de gases y opacidad para los vehículos que circulan dentro del Distrito Metropolitano, la medición de gases se realiza principalmente a los automóviles con motor de ciclo Otto a gasolina en Centros de Revisión Vehicular instalados para tales efectos. Los parámetros de las mediciones de gases verificados en estos centros por ser de mayor relevancia son: Monóxido de Carbono (CO), Dióxido de Carbono (CO2) Hidrocarburos no quemados (HC) y Oxigeno (O2). De estos gases, por

17 Medición de opacidad [www.metas.com.mx/guiametas/La-Guia-MetAs-08-02-opacidad.pdf]

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su capacidad de contaminación, son susceptibles de evaluación el CO y los HC por cuanto estos causan problemas de salud a las persona y además se depositan en la atmósfera como gases de invernadero produciendo cambios climáticos. En cuanto al CO2 y O2 estos no se evalúan por cuanto no mayormente nocivos y son resultado de todo proceso de combustión.

1.7 GENERADORES ELÉCTRICOS

Un generador eléctrico es aquel dispositivo electromecánico que puede convertir la energía mecánica en energía eléctrica.

Existen algunos generadores que pueden transformar la energía mecánica en energía eléctrica y viceversa, son los llamados "generadores reversibles"

Un generador que produce corriente CONTINUA se denomina DÍNAMO y un generador de corriente ALTERNA se denomina ALTERNADOR.

En una motocicleta la corriente se obtiene por medio de un aparato que gira en el interior de motor. El fundamento teórico de generación de electricidad es que toda espira metálica (trozo de conductor) moviéndose en el interior de un campo magnético (imán) posee una electricidad inducida, es decir se electrifica. Si en vez de una sola espira se hace girar varias se generará una corriente eléctrica en cada una de ellas y la corriente total generada será mayor.

1.7.1 DÍNAMO La dínamo es un generador de CORRIENTE CONTINUA, pero también puede generar movimiento consumiendo energía. Es por tanto un generador reversible (llamados dinamotores). El principio de funcionamiento es similar a todo generador, es decir, una espira (o varias) girando en el seno de un campo magnético (imán o imanes). Las espiras giran dentro del campo magnético y transmiten su corriente inducida a las escobillas de tal forma que cada escobilla recogerá sólo corriente de una única polaridad, de esta forma se produce corriente continua.

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Figura 1.20 Dínamo para motocicletas. Fuente: forum.motonline.pt/forum_posts.asp

1.7.2 ALTERNADORES

El alternador es un generador de CORRIENTE ALTERNA. En pequeñas motos se suele utilizar el denominado "volante magnético", que incorpora, además del alternador, el encendido. En las motocicletas grandes se emplean alternadores puros.

El funcionamiento del alternador es similar al de la dínamo: la principal diferencia radica en que la electricidad producida no se rectifica, sino que se permite que cambie de dirección (polaridad) a cada vuelta de la espira respecto al imán. Los alternadores monofásicos más sencillos son los "VOLANTES MAGNÉTICOS", por lo general disponen de dos bobinas para la generación de electricidad, una para los elementos accesorios (bocina, luces, etc. bobina de cable grueso) y otra para el encendido (bonina de cable fino). Las bobinas se sitúan en una zona fija y alrededor se instala un volante de aluminio en el que se han introducido unos imanes de manera que sus polos se encuentran diametralmente opuestos entre sí. De manera que en las bobinas se produce una corriente de tipo ALTERNO. El volante se denomina "ROTOR" y suele contener dos imanes por lo tanto cuatro polos, por tanto la frecuencia de la corriente generada es el doble de la del régimen del motor. Habitualmente si no existen consumos de electricidad en la moto, la bobina de generación de corriente se desactiva y así la resistencia del rotor al girar es menor.

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Figura 1.21 Volante magnético sencillo con dos bobinas.

Fuente: Suzuki AX100 Manual de partes

1.8 SISTEMA DE ENCENDIDO Este sistema provee la energía eléctrica necesaria para producir el encendido de la mezcla combustible. Su importancia radica en que su presencia garantiza el inicio de la combustión en los motores que funcionan bajo el principio del ciclo Otto, produciendo una chispa que enciende la mezcla combustible. El sistema de encendido cuenta con un sistema generador y otro regulador, por norma general el sistema generador es un alternador monofásico que entrega una baja tensión (sobre 20-30 V) y una alta intensidad, pero la más adecuada para el encendido es la alta tensión y la baja intensidad (alrededor de 8000 V y 0.5 a 1 A) La función principal es convertir energía eléctrica de baja tensión en alta tensión y distribuirla al cilindro del motor.

Figura 1.22 Esquema de un sistema de encendido básico, para motos.

Fuente: www.silcar11-11.com.ar

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Consta básicamente de la llave de contacto, un acumulador de energía o batería, un transformador o bobina de encendido, regulador y bujía. En la figura 1.15 vemos que todo se encuentra conectado en paralelo, en un primer momento el platino se encuentra cerrado, de forma que toda la corriente generada por la bobina es derivada a masa, luego éste es abierto mecánicamente por la leva en el momento preciso y la corriente deberá ahora circular por el primario de la bobina de ignición. Esta rápida aparición de corriente en el primario de la bobina inducirá una alta tensión en el secundario, la cual se traducirá en una chispa que encenderá el combustible18. La batería es la fuente que entrega la corriente primaria para el funcionamiento constante del sistema de encendido. Para aumentar su vida útil, es decir, que su tiempo de descarga aumente casi indefinidamente esta se mantiene en carga constante por medio del alternador, el cual es un generador de corriente alterna que recibe su movimiento directamente del motor. La bobina es el elemento eléctrico que se encarga de generar un impulso de tensión lo suficientemente alto para hacer saltar la chispa entre los electrodos de la bujía. Para este fin está constituida por dos arrollamientos ubicados uno directamente sobre el otro. El primario que recibe la corriente de la batería y al cual cuando se le interrumpe el paso hace que el secundario sea inducido y debido a la diferencia en cantidad de espiras genere una corriente que es capaz de vencer el poder aislante que presenta la mezcla del combustible. La bujía es el elemento encargado de producir la chispa que inicia la combustión la mezcla que se encuentra en la cámara de combustión. La Bujía se sitúa en la parte superior de la culata. Para que la bujía produzca esa chispa es necesario dotarla del nivel de corriente suficiente y que esa corriente llegue en el momento exacto, es decir, cuando la mezcla está en la cámara de combustión y el pistón está en su punto más alto. 1.9 INYECCIÓN A GASOLINA En los motores de gasolina, la mezcla se prepara utilizando un carburador o un equipo de inyección. Hasta hace pocos años atrás el carburador era el medio más usual de preparación de mezcla, que es un medio mecánico. En los últimos años aumentó la tendencia de la inyección de combustible ya sea preparando la mezcla por medio del colector de admisión, o inyectando el combustible directamente en el cilindro.

18 Sistema de encendido para motocicletas [www.silcar11-11.com.ar/Sistema%20de%20encendido%201.pdf]

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Esta tendencia se explica por las ventajas que propone la inyección de combustible en relación con las exigencias de potencia, consumo, comportamiento de marcha, así como de limitación de elementos contaminantes en los gases de escape. Las razones de estas ventajas residen en el hecho de que la inyección permite una dosificación muy precisa del combustible en función de los estados de marcha y de carga del motor; teniendo en cuenta así mismo el medio ambiente, controlando la dosificación de tal forma que el contenido de elementos nocivos en los gases de escape sea mínimo. Además, asignando una electroválvula o inyector a cada cilindro se consigue una mejor distribución de la mezcla, esto permite un consumo reducido de combustible 1.9.1 CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE INYECCIÓN. Según el lugar donde inyectan

• Inyección Directa

El inyector introduce el combustible directamente en la cámara de combustión. Este sistema de alimentación es el más novedoso y se está empezando a utilizar ahora en los motores de inyección gasolina como el motor GDI de Mitsubishi o el motor IDE de Renault19.

Figura 1.23 Inyección directa e indirecta Fuente: http://www.carandyou.com/profile/Bricolajedelautomovil

19 GERSCHLER, Stuttgart, Tecnología del automóvil, Barcelona 2004, Reverté S.A.

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• Inyección Indirecta

El inyector introduce el combustible en el colector de admisión, encima de la válvula de admisión, que no tiene por qué estar necesariamente abierta. Es la más usada actualmente20.

Según el número de inyectores

• Inyección Monopunto

Hay solamente un inyector, que introduce el combustible en el colector de admisión, después de la mariposa de gases. Es la más usada en vehículos turismo de baja cilindrada que cumplen normas de anti polución.

Figura 1.24 Sistema de inyección monopunto Fuente: http://www.velocidadmaxima.com/forum/showthread.php?t=96519&langid=1

20 GERSCHLER, Stuttgart, Tecnología del automóvil, Barcelona 2004, Reverté S.A.

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• Inyección Multipunto

Hay un inyector por cilindro, pudiendo ser del tipo "inyección directa o indirecta". Es la que se usa en vehículos de media y alta cilindrada, con anti polución o sin ella21.

Figura 1.25 Sistema de inyección multipunto.

Fuente: http://www.velocidadmaxima.com/forum/showthread.php?t=96519&langid=1 Según el número de inyecciones:

• Inyección Continua

Los inyectores introducen el combustible de forma continua en los colectores de admisión, previamente dosificada y a presión, la cual puede ser constante o variable.

• Inyección Intermitente

Los inyectores introducen el combustible de forma intermitente, es decir; el inyector abre y cierra según recibe órdenes de la central de mando. La inyección intermitente se divide a su vez en tres tipos:

21 RUEDA SANTANDER, Jesús, Manual técnico de Fuel injection, Zaragoza 2003, ETSII S.A.

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- Secuencial: El combustible es inyectado en el cilindro con la

válvula de admisión abierta, es decir; los inyectores funcionan de uno en uno de forma sincronizada.

- Semisecuencial: El combustible es inyectado en los cilindros de

forma que los inyectores abren y cierran de dos en dos.

- Simultánea: El combustible es inyectado en los cilindros por todos los inyectores a la vez, es decir; abren y cierran todos los inyectores al mismo tiempo.

Según las características de funcionamiento INYECCIÓN MECÁNICA (K-jetronic). INYECCIÓN ELECTROMECÁNICA (KE-jetronic). INYECCIÓN ELECTRÓNICA (L-jetronic, LE-jetronic, motronic, Dijijet, Digifant).

1.10 EL SISTEMA DE INYECCIÓN BÁSICO

Este sistema de inyección electrónica se basa en la medición de ciertos parámetros, como la cantidad o densidad de aire que ingresa al motor, la temperatura del mismo, la temperatura del motor, las revoluciones, etc. Estos parámetros son medidos para informar a una computadora, la cual los relaciona y logra enviar señales eléctricas de gran precisión a las válvulas, estas se las ha denominado inyectores, ya que logran suministrar el combustible al colector de admisión. El combustible finamente pulverizado se mezcla con el aire aspirado por el motor y esta mezcla se quema en el interior de la cámara de combustión. 1.11 LOS TRES ELEMENTOS DEL SISTEMA DE INYECCIÓN Al entender el proceso que se requiere para inyectar combustible, se puede mencionar ahora que se requieren de tres sistemas básicos en un sistema de inyección: el primero será el sistema de señales o sensores que deberán informar a la computadora de los PARÁMETROS más importantes para una relación ideal de mezcla; un segundo elemento es la alimentación del combustible que debe llegar hasta las válvulas de inyección o inyectores, lo cual alista al sistema para mezclarlo con el aire aspirado y el último elemento es el sistema de control que lo realiza la computadora, es decir, recibe las señales de los sensores, las cuales las transforma en pulsos eléctricos hasta

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los inyectores, abriéndolos el tiempo requerido para lograr inyectar una cantidad específica de combustible. En el esquema se puede notar los tres elementos que deben trabajar en conjunto para obtener el resultado esperado22.

Figura 1.26 Elementos básicos del sistema de inyección. Fuente: INDEA Curso de Inyección Básico Módulo I

1.11.1 SISTEMA DE ALIMENTACIÓN DE COMBUSTIBLE Está conformado por el depósito que se encarga de almacenar el combustible, el filtro cuya función es retener partículas de impurezas que pueden causar problemas al funcionamiento del sistema. La bomba que impulsa el combustible desde el depósito mediante las cañerías hacia el carburador o inyectores; dependiendo del caso para el primero se utiliza una bomba de baja presión que generalmente es de tipo mecánico y es accionada por el motor, en el segundo caso es de tipo eléctrico permaneciendo sumergida en el combustible. Para controlar la intermitencia que se presenta en la presión contenida en el riel de inyección provocada por la apertura y cierre de los inyectores, el sistema posee un regulador de presión. 22 COELLO, Efrén, Sistemas de inyección electrónica de gasolina, Ecuador 2002, Publicaciones S.A.

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Figura 1.27 Sistema de alimentación de combustible básico. Fuente: INDEA Curso de Inyección Básico Módulo I

1.11.2 SEÑALES QUE DEBE RECIBIR EL COMPUTADOR El sistema de inyección electrónica requiere de parámetros tales como: cantidad de Aire aspirado, Temperatura del Motor, revoluciones, posición del cigüeñal, posición de aleta del acelerador, entre otros, mediante esta información la unidad electrónica de control puede establecer la cantidad óptima de combustible que requiere el motor de acuerdo al régimen de trabajo. Los dispositivos encargados de recoger estor parámetros son los denominados sensores que se encuentran ubicados en lugares estratégicos en el motor del vehículo. Entre los principales sensores tenemos: - Sensor de temperatura de refrigerante, de aire, combustible, lubricante. - Sensor de presión del múltiple, presión barométrica, de turbo, de

combustible (línea y en depósito) - Sensor de velocidad del vehículo, de ejes primarios y de transmisión. - Sensor de giro mariposa – TPS - Sensor de pedal de aceleración. - Sensor de flujo másico de aire – MAF - Sensor de flujo volumétrico de aire – VAF - Sensor de carga eléctrica. - Sensores de giro del motor y/o posición de cigüeñal – CKP - Sensor de detonación – KS - Sensor de oxígeno en escape - EGO, HEGO - Sensores de accionamiento de Dirección Aire Acondicionado, dirección de

potencia, etc.

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- Sensores de accionamiento y apertura de válvulas (parcial o total). 1.11.3 SISTEMA DE CONTROL Conocido como ECU (Electronic Control Unit), ECM (Electronic Control Module), Computadora Abordo, es la encargada de recibir las señales de todos los sensores, las cuales son las procesadas y comparadas, con el fin de emitir las ordenes a los inyectores. La central de control está compuesta por:

- Unidad de salida y entrada de datos - Microprocesador - Memoria EPROM - Memoria RAM - Sistema de auto diagnóstico - En sistemas más modernos conexión con el sistema CAN

Figura 1.28 Computadora de control del sistema. Fuente: http://www.denso.co.jp/presskit/product_adaptive/index.html

Desde el punto de vista eléctrico y electrónico, la ECU está compuesta por elementos que se dividen en tres amplias categorías:

Conductores Aislantes Semiconductores

1.12 MATERIALES CONDUCTORES

En la categoría “conductores” se encuentran agrupados todos los metales que en mayor o menor medida conducen o permiten el paso de la corriente eléctrica por sus cuerpos. Entre los mejores conductores por orden de importancia para

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uso en la distribución de la energía eléctrica de alta, media y baja tensión, así como para la fabricación de componentes de todo tipo como dispositivos y equipos eléctricos y electrónicos, se encuentran el cobre (Cu), aluminio (Al), plata (Ag), mercurio (Hg) y oro (Au).

Figura 1.29 Cable de Cobre. Fuente: http://jcdonaire-electricidad.blogspot.com/

Los conductores de cobre son los materiales más utilizados en los circuitos eléctricos por la baja resistencia que presentan al paso de la corriente.

1.13 MATERIALES AISLANTES O DIELÉCTRICOS

A diferencia de los cuerpos metálicos buenos conductores de la corriente eléctrica, existen otros como el aire, la porcelana, el cristal, la mica, la ebonita, las resinas sintéticas, los plásticos, etc., que ofrecen una alta resistencia a su paso. Esos materiales se conocen como aislantes o dieléctricos.

Figura 1.30 Materiales aislantes utilizados en la industria. Fuente: http://conocimientospassivetechnologies.blogspot.com/2010_05_01_archive.html

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Existen diferentes materiales aislantes de plástico utilizados comúnmente en las cajas de conexión y en otros elementos propios de las instalaciones eléctricas domésticas de baja tensión, así como el PVC (PolyVinyl Chloride – Policloruro de Vinilo) empleado como revestimiento en los cables conductores. Además, se tiene aislantes de vidrio utilizado en las torres externas de distribución eléctrica de alta tensión, ver figura 1.30.

1.14 MATERIALES SEMICONDUCTORES

Los "semiconductores" como el silicio (Si), el germanio (Ge) y el selenio (Se), constituyen elementos que poseen características intermedias entre los cuerpos conductores y los aislantes, por lo que no se consideran ni conductores ni aislantes. Sin embargo, bajo determinadas condiciones esos mismos elementos permiten la circulación de la corriente eléctrica en un sentido, pero no en el sentido contrario. Esa propiedad se utiliza para rectificar corriente alterna, detectar señales de radio, amplificar señales de corriente eléctrica, funcionar como interruptores o compuertas utilizadas en electrónica digital, entre otros.

Los primeros semiconductores utilizados para fines técnicos fueron pequeños detectores diodos empleados a principios del siglo 20 en los primitivos radiorreceptores, que se conocían como “de galena”. Ese nombre lo tomó el radiorreceptor de la pequeña piedra de galena o sulfuro de plomo (PbS) que hacía la función de diodo y que tenían instalado para sintonizar las emisoras de radio. La sintonización se obtenía moviendo una aguja que tenía dispuesta sobre la superficie de la piedra. Aunque con la galena era posible seleccionar y escuchar estaciones de radio con poca calidad auditiva, en realidad nadie conocía que misterio encerraba esa piedra para que pudiera captarlas.

En 1940 Russell Ohl, investigador de los Laboratorios Bell, descubrió que si a ciertos cristales se le añadía una pequeña cantidad de impurezas su conductividad eléctrica variaba cuando el material se exponía a una fuente de luz. Ese descubrimiento condujo al desarrollo de las celdas fotoeléctricas o solares. Posteriormente, en 1947 William Shockley, investigador también de los Laboratorios Bell, Walter Brattain y John Barden, desarrollaron el primer dispositivo semiconductor de germanio (Ge), al que denominaron “transistor” y que se convertiría en la base del desarrollo de la electrónica moderna.

La mayor o menor conductividad eléctrica que pueden presentar los materiales semiconductores depende en gran medida de su temperatura interna.

En el caso de los metales, a medida que la temperatura aumenta, la resistencia al paso de la corriente también aumenta, disminuyendo la conductividad. Todo

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lo contrario ocurre con los elementos semiconductores, pues mientras su temperatura aumenta, la conductividad también aumenta.

En resumen, la conductividad de un elemento semiconductor se puede variar aplicando uno de los siguientes métodos:

• Elevación de su temperatura • Introducción de impurezas (dopaje) dentro de su estructura cristalina • Incrementando la iluminación.

Los materiales semiconductores, según su pureza, se clasifican de la siguiente forma:

1. Intrínsecos 2. Extrínsecos

1.14.1 SEMICONDUCTORES INTRÍNSECOS

Se dice que un semiconductor es “intrínseco” cuando se encuentra en estado puro, o sea, que no contiene ninguna impureza, ni átomos de otro tipo dentro de su estructura. En ese caso, la cantidad de huecos que dejan los electrones en la banda de valencia al atravesar la banda prohibida será igual a la cantidad de electrones libres que se encuentran presentes en la banda de conducción.

Cuando se eleva la temperatura de la red cristalina de un elemento semiconductor intrínseco, algunos de los enlaces covalentes se rompen y varios electrones pertenecientes a la banda de valencia se liberan de la atracción que ejerce el núcleo del átomo sobre los mismos. Esos electrones libres saltan a la banda de conducción y allí funcionan como “electrones de conducción”, pudiéndose desplazar libremente de un átomo a otro dentro de la propia estructura cristalina, siempre que el elemento semiconductor se estimule con el paso de una corriente eléctrica.

Figura 1.31 Estructura cristalina de un semiconductor intrínseco de Si. Fuente: http://www.asifunciona.com/fisica/ke_semiconductor/ke_semiconductor_4.htm

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Como se puede observar en la figura 1.31, los átomos de silicio (que sólo poseen cuatro electrones en la última órbita o banda de valencia), se unen formando enlaces covalente para completar ocho electrones y crear así un cuerpo sólido semiconductor. En esas condiciones el cristal de silicio se comportará igual que si fuera un cuerpo aislante.

1.14.2 SEMICONDUCTORES "EXTRÍNSECOS"

Cuando a la estructura molecular cristalina del silicio o del germanio se le introduce cierta alteración, esos elementos semiconductores permiten el paso de la corriente eléctrica por su cuerpo en una sola dirección. Para hacer posible, la estructura molecular del semiconductor se dopa mezclando los átomos de silicio o de germanio con pequeñas cantidades de átomos de otros elementos o "impurezas".

Generalmente los átomos de las “impurezas” corresponden también a elementos semiconductores que, en lugar de cuatro, poseen tres electrones en su última órbita tales como el galio (Ga) o el indio (In), o que poseen cinco electrones también en su última órbita como el antimonio (Sb) o el arsénico (As). Una vez dopados, el silicio o el germanio se convierten en semiconductores “extrínsecos” y serán capaces de conducir la corriente eléctrica.

En la actualidad el elemento más utilizado para fabricar semiconductores para el uso de la industria electrónica es el cristal de silicio (Si) por ser un componente relativamente barato de obtener. La materia prima empleada para fabricar cristales semiconductores de silicio es la arena, uno de los materiales más abundantes en la naturaleza.

En su forma industrial primaria el cristal de silicio tiene la apariencia de una oblea de muy poco grosor (entre 0,20 y 0,25 mm aproximadamente), pulida como un espejo.

El segundo elemento también utilizado como semiconductor, pero en menor proporción que el silicio, es el cristal de germanio (Ge).

Durante mucho tiempo se empleó también el selenio (S) para fabricar diodos semiconductores en forma de placas rectangulares, que combinadas y montadas en una especie de eje se empleaban para rectificar la corriente alterna y convertirla en directa. Hoy en día, además del silicio y el germanio, se emplean también combinaciones de otros elementos semiconductores presentes en la Tabla Periódica.

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Entre esas combinaciones se encuentra la formada por el galio (Ga) y el arsénico (As) utilizada para obtener arseniuro de galio (GaAs), material destinado a la fabricación de diodos láser empleados como dispositivos de lectura en Cd´s de audio.

Figura 1.32 Diodo laser. Fuente: http://www.3bscientific.es/Fisica-de-laser-de-estado-solido/Diodo-laser-1000-mW.html

En el caso del silicio (Si) y el germanio (Ge) cuando se encuentran en estado puro, es decir, como elementos intrínsecos, los electrones de su última órbita tienden a unirse formando "enlaces covalentes", para adoptar una estructura cristalina. Los átomos de cualquier elemento, independientemente de la cantidad de electrones que contengan en su última órbita, tratan siempre de completarla con un máximo de ocho, ya sea donándolos o aceptándolos, según el número de valencia que le corresponda a cada átomo en específico.

1.14.3 SEMICONDUCTOR DE SILICIO "TIPO-N"

Ni los átomos de silicio, ni los de germanio en su forma cristalina ceden ni aceptan electrones en su última órbita; por esto no permiten la circulación de la corriente eléctrica y se comportan como materiales aislantes.

Pero si la estructura cristalina de uno de esos elementos semiconductores la dopamos añadiéndole una pequeña cantidad de impurezas provenientes de átomos de un metaloide como, por ejemplo, antimonio (Sb) (elemento perteneciente los elementos semiconductores del Grupo Va de la Tabla Periódica, con cinco electrones en su última órbita o banda de valencia), estos átomos se integrarán a la estructura del silicio y compartirán cuatro de sus

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cinco electrones con otros cuatro pertenecientes a los átomos de silicio o de germanio, mientras que el quinto electrón restante del antimonio, al quedar liberado, se podrá mover libremente dentro de toda la estructura cristalina. De esa forma se crea un semiconductor extrínseco tipo-N, o negativo, debido al exceso de electrones libres existentes dentro de la estructura cristalina del material semiconductor.

Figura 1.33 Estructura cristalina compuesta por átomos de Sb y Si. Fuente: http://www.asifunciona.com/fisica/ke_semiconductor/ke_semiconductor_4.htm

Como se puede observar, esta estructura se ha dopado añadiendo átomos de antimonio (Sb) para crear un material semiconductor “extrínseco”. Los átomos de silicio (con cuatro electrones en la última órbita o banda de valencia) se unen formando enlaces covalentes con los átomos de antimonio (con cinco en su última órbita banda de valencia). En esa unión quedará un electrón libre dentro de la estructura cristalina del silicio por cada átomo de antimonio que se haya añadido. De esa forma el cristal. de silicio se convierte en material semiconductor tipo-N (negativo) debido al exceso electrones libres con cargas negativas presentes en esa estructura.

Si a un semiconductor tipo-N le aplicamos una diferencia de potencial o corriente eléctrica en sus extremos, los electrones libres portadores de cargas negativas contenidos en la sustancia impura aumentan. Bajo esas condiciones es posible establecer un flujo de corriente electrónica a través de la estructura cristalina del semiconductor si le aplicamos una diferencia de potencia o corriente eléctrica.

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No obstante, la posibilidad de que al aplicárseles una corriente eléctrica los electrones se puedan mover libremente a través de la estructura atómica de un elemento semiconductor es mucho más limitada que cuando la corriente fluye por un cuerpo metálico buen conductor.

1.14.4 SEMICONDUCTOR DE SILICIO "TIPO-P"

Si en lugar de introducir átomos pentavalentes al cristal de silicio o de germanio lo dopamos añadiéndoles átomos o impurezas trivalentes como de galio (Ga) (elemento perteneciente al Grupo IIIa de la Tabla Periódica con tres electrones en su última órbita o banda de valencia), al unirse esa impureza en enlace covalente con los átomos de silicio quedará un hueco o agujero, debido a que faltará un electrón en cada uno de sus átomos para completar los ocho en su última órbita.

En este caso, el átomo de galio tendrá que captar los electrones faltantes, que normalmente los aportarán los átomos de silicio, como una forma de compensar las cargas eléctricas.

De esa forma el material adquiere propiedades conductoras y se convierte en un semiconductor extrínseco dopado tipo-P (positivo), o aceptante, debido al exceso de cargas positivas que provoca la falta de electrones en los huecos o agujeros que quedan en su estructura cristalina.

Figura 1.34 Estructura cristalina compuesta por átomos de Ga y Si. Fuente: http://www.asifunciona.com/fisica/ke_semiconductor/ke_semiconductor_4.htm

45

Como en el caso anterior, una persiana, dopada ahora con átomos de galio (Ga) para formar un semiconductor “extrínseco”. Como se puede observar en la ilustración, los átomos de silicio (con cuatro electrones en la última órbita o banda de valencia) se unen formando enlaces covalente con los átomos de galio (con tres electrones en su banda de valencia). En esas condiciones quedará un hueco con defecto de electrones en la estructura cristalina de silicio, convirtiéndolo en un semiconductor tipo-P (positivo) provocado por el defecto de electrones en la estructura.

1.14.5 MECANISMO DE CONDUCCIÓN DE UN SEMICONDUCTOR

Cuando a un elemento semiconductor le aplicamos una diferencia de potencial o corriente eléctrica, se producen dos flujos contrapuestos: uno producido por el movimiento de electrones libres que saltan a la “banda de conducción” y otro por el movimiento de los huecos que quedan en la “banda de valencia” cuando los electrones saltan a la banda de conducción.

Figura 1.35 Movimiento que producen los electrones en un elemento semiconductor. Fuente: http://conocimientossemiconductors.blogspot.com/2010_02_01_archive.html

Cuando aplicamos una diferencia de potencial a un elemento semiconductor, se establece una “corriente de electrones” en un sentido y otra. “corriente de huecos” en sentido opuesto.

Si analizamos el movimiento que se produce dentro de la estructura cristalina del elemento semiconductor, se puede ver que mientras los electrones se mueven en una dirección, los huecos o agujeros se mueven en sentido inverso. Por tanto, el mecanismo de conducción de un elemento semiconductor consiste en mover cargas negativas (electrones) en un sentido y cargas positivas (huecos o agujeros) en sentido opuesto.

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Ese mecanismo de movimiento se denomina "conducción propia del semiconductor", que para las cargas negativas (o de electrones) será "conducción N", mientras que para las cargas positivas (de huecos o agujeros), será "conducción P".23

1.15 DIODOS

Figura 1.36 Tipos de Diodos. Fuente: http://modulo2electronicacecytem02.blogspot.com/2010_08_01_archive.html

El diodo ideal es un componente discreto que permite la circulación de corriente entre sus terminales en un determinado sentido, mientras que la bloquea en el sentido contrario.

1.15.1 SÍMBOLO

Figura 1.37 Símbolo de Diodo. Fuente: http://www.exa.unicen.edu.ar/catedras/edigital/cursoDistancia/simbolos.htm

23 Semiconductores: http://www.asifunciona.com/fisica/ke_semiconductor/ke_semiconductor_9.htm

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El funcionamiento del diodo ideal es el de un componente que presenta resistencia nula al paso de la corriente en un determinado sentido, y resistencia infinita en el sentido opuesto. La punta de la flecha del símbolo circuital, representada en la figura 1.37, indica el sentido permitido de la corriente.

1.15.2 DIODO ZENER

Tipo de diodo semiconductor diseñado para trabajar en polarización inversa y con corrientes más elevadas que las admitidas por los diodos comunes.

Esa característica evita que este diodo se destruya cuando alcanza el punto denominado “tensión de ruptura”, cuestión que ocurriría si se empleara un diodo normal en determinados circuitos.

El diodo Zener posee un amplio uso como regulador de tensión o voltaje, ya que permite mantener en todo momento los valores constantes de tensión en los circuitos electrónicos donde se emplea.

Figura 1.38 Diodo Zener. Fuente: http://www.ucontrol.com.ar/Articulos/Diodos/diodos.htm

1.15.3 DIODO SCHOTTKY O DE BARRERA

El diodo Schottky en lugar de construirse a partir de dos cristales semiconductores de unión tipo p-n, utiliza un metal como el aluminio (Al) o el platino (Pt) en contacto con un cristal semiconductor de silicio (Si) menos dopado que el empleado en la fabricación de un diodo común.

Esta unión le proporciona características de conmutación muy rápida durante los cambios de estados que ocurren entre la polarización directa y la inversa, lo que posibilita que pueda rectificar señales de muy altas frecuencias, así como suprimir valores altos de sobrecorriente en circuitos que trabajan con gran intensidad de corriente.

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Los diodos Schottky se emplean ampliamente en la protección de las descargas de las celdas solares en instalaciones provistas de baterías de plomo-ácido, así como en mezcladores de frecuencias entre 10 MHz y 1000 GHz instalados en equipos de telecomunicaciones.

Figura 1.39 Diodo Schottky. Fuente: http://www.asifunciona.com/fisica/ke_diodo/ke_diodo_6.htm

Nota.- No se debe confundir el diodo Schottky con el Shockley, ya que ambos poseen características diferentes.

1.15.4 DIODO TÚNEL O ESAKI

El diodo túnel guarda cierto parecido con el Zener, con la diferencia que los cristales de silicio que forman la unión p-n se fabrican más dopados.

Esta característica le otorga propiedades diferentes debido a que la “zona de deplexión” que normalmente se forma alrededor de la unión o juntura p-n es más reducida, cuestión que lo hace idóneo para su uso en aplicaciones de alta velocidad de conmutación. Se emplean en osciladores de alta frecuencia, en circuitos amplificadores con bajo nivel de ruido que operan a frecuencias por debajo de los mil megahertz (1000 MH) y como interruptores electrónicos.

1.15.5 DIODO VARICAP O VARACTOR

En general todos los diodos poseen cierta capacitancia en el mismo punto de unión p-n. En el caso de los diodos varicap estos permiten que su capacitancia varíe a medida que la tensión que se les aplica en polarización inversa se incrementa.

Esta característica se explota para utilizarlos en sustitución de los tradicionales condensadores variables del tipo mecánico (formado por chapas metálicas fijas y movibles, o por bobinas o inductancias), para sintonizar las estaciones de radio y los canales de televisión.

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Figura 1.40 Diodo Varicap o Varactor. Fuente: http://www.asifunciona.com/fisica/ke_diodo/ke_diodo_6.htm

1.15.6 DIODOS PARA APLICACIONES ESPECIALES

Existen también otros tipos de diodos completamente diferentes a todos los anteriormente expuestos, destinados a realizar funciones especiales en los circuitos electrónicos, como son los que se relacionan a continuación:

• Diodo LED (emisor de luz) • Diodo láser • Diodo IR (infrarrojo) • Fotodiodo

Diodo LED (Light Emitting Diode – Diodo emisor de luz).- Como su nombre indica, este diodo emite luz al igual que una lámpara pequeña cuando se conectan a la corriente eléctrica. En la actualidad tienen amplio uso como pilotos o testigos indicadores del funcionamiento de diferentes equipos, dispositivos, y aparatos eléctricos y electrónicos; en lámparas de linternas, en luminarias para alumbrado público de calles, en semáforos de control de tráfico, en luces de posición y cruce de los coches, en alumbrado doméstico, en paneles publicitarios y hasta en las pantallas de los últimos modelos de televisores

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Figura 1.41 Linterna provista de diodos LED. Fuente: http://www.asifunciona.com/fisica/ke_diodo/ke_diodo_6.htm

Los diodos LEDs tienen un consumo muy bajo de corriente eléctrica y su empleo en las pantallas de televisores puede llegar a ahorrar hasta un 80% del total de energía que consumen las actuales LCD-TFT y de plasma.

Figura 1.42 Diodos LED color rojo. Fuente: http://www.asifunciona.com/fisica/ke_diodo/ke_diodo_6.htm

Diodo láser.- Constituye un tipo especial de LED, cuya característica es emitir un haz de “luz coherente”. Se emplea en equipos lectores-grabadores de Cd`s y DVD`s, punteros de señalización, impresoras digitales, escáneres, lectores de código de barras, equipos de cirugía, maquinaria industrial, etc.

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Figura 1.43 Diodo láser de luz roja. Fuente: http://www.asifunciona.com/fisica/ke_diodo/ke_diodo_6.htm

En la figura 1.43 la flecha señala el haz de un diodo láser de luz roja instalado en un dispositivo lector de Cd`s y DVD`s. Se ha colocado un disco plástico transparente del mismo diámetro que un DVD para que se pueda observar el impacto del haz de luz sobre su superficie, tal como ocurre en un disco real durante el proceso de lectura.

Diodo IR (infrarrojo).- Representa otro tipo de LED, cuya característica es emitir una luz correspondiente al espectro infrarrojo, invisible para el ojo humano. Estos diodos funcionan como dispositivos de visión nocturna cuando la luz ambiente resulta ser insuficiente.

Se emplean, ampliamente, en videoporteros domésticos para ver y grabar imágenes en la obscuridad, para grabaciones de noche con videocámaras con la función “night-shot”, en mandos domésticos de control remoto para el cambio de canales en los televisores y en muchas otras aplicaciones enmarcadas dentro de los sectores de la electrónica doméstica e industrial.

Figura 1.44 Diodos infrarrojos colocados en un circuito electrónico. Fuente: http://www.asifunciona.com/fisica/ke_diodo/ke_diodo_6.htm

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Fotodiodo.- Este es un elemento semiconductor de funcionamiento opuesto a los LEDs, pues en lugar de emitir luz funciona sólo al recibirla. Cuando sobre la superficie del elemento semiconductor incide algún rayo de luz, la corriente eléctrica comienza a fluir por su circuito electrónico externo, activando así al dispositivo al que está conectado. Su principal uso es como sensor en circuitos automáticos.24

Figura 1.45 Fotodiodo de silicio. Fuente: http://www.asifunciona.com/fisica/ke_diodo/ke_diodo_6.htm

1.16 TRANSISTORES

Dispositivo semiconductor que permite el control y la regulación de una corriente grande mediante una señal muy pequeña.

Los transistores tienen multitud de aplicaciones, entre las que se encuentran:

• Amplificación de todo tipo (radio, televisión, instrumentación) • Generación de señal (osciladores, generadores de ondas,

emisión de radiofrecuencia) • Conmutación, actuando de interruptores (control de relés, fuentes

de alimentación conmutadas, control de lámparas, modulación por anchura de impulsos PWM)

• Detección de radiación luminosa (fototransistores)

Los transistores de unión (uno de los tipos más básicos) tienen 3 terminales llamados Base, Colector y Emisor, que dependiendo del encapsulado que tenga el transistor pueden estar distribuidos de varias formas.

24 Fotodiodos: http://www.electronica2000.com/temas/diodostipos.htm

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Figura 1.46 Distribución de los terminales de un transistor. Fuente: http://www.ifent.org/lecciones/semiconductor/default.asp

Por otro lado, los Transistores de Efecto de Campo (FET) tienen también 3 terminales, que son Puerta (Gate), Drenador (Drain) y Sumidero (Sink), que igualmente dependiendo del encapsulado que tenga el transistor pueden estar distribuidos de varias formas.

1.16.1 TIPOS DE TRANSISTORES

Existen varios tipos que dependen de su proceso de construcción y de las aplicaciones a las que se destinan, de los cuales la clasificación más aceptada consiste en dividirlos en:

• Transistores bipolares o BJT (Bipolar Junction Transistor) • Transistores de efecto de campo o FET (Field Effect Transistor). La

familia de los transistores de efecto de campo es a su vez bastante amplia, y tenemos: JFET, MOSFET, MISFET, etc.

Transistores bipolares

Los transistores bipolares surgen de la unión de tres cristales de semiconductor con dopajes diferentes e intercambiados. Se puede tener por tanto transistores PNP o NPN. Tecnológicamente se desarrollaron antes los transistores BJT que los FET.

Los transistores bipolares se usan generalmente en electrónica analógica. También en algunas aplicaciones de electrónica digital con la tecnología BICMOS o TTL.

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Figura 1.47 Transistores bipolares Fuente: http://www.profesormolina.com.ar/tutoriales/trans_bipolar.htm

Transistores de efecto de campo

Los transistores de efecto de campo más conocidos son los JFET (Junction Field Effect Transistor), MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor FET) y MISFET (Metal-Insulator-Semiconductor FET).

Tienen tres terminales denominadas puerta (o gate) a la equivalente a la base del BJT, y que regula el paso de corriente por las otras dos terminales, llamadas drenador (drain) y fuente (source).

Presentan diferencias de comportamiento respecto a los BJT. Una diferencia significativa es que, en los MOSFET, la puerta no absorbe intensidad en absoluto, frente a los BJT, donde la intensidad que atraviesa la base es pequeña en comparación con la que circula por las otras terminales, pero no siempre puede ser despreciada. 25

Figura 1.48 Transistores de efecto de campo Fuente: http://www.taringa.net/posts/apuntes-y-monografias/2735701/Transistores.html

25

Fuente: http://electronica.ugr.es/~amroldan/asignaturas/curso03-

55

1.16.2 SIMBOLOGÍA

En la Figura 1.49 se muestran los tipos de uso más frecuente y su simbología:

Transistor Bipolar de Unión (BJT)

Transistor de Efecto de Campo, de Unión (JFET)

Transistor de Efecto de Campo, de Metal-Óxido-Semiconductor (MOSFET)

Fototransistor

Figura 1.49 Simbología de diferentes tipos de transistores.

Fuente: http://enciclopedia.us.es/index.php/Transistor

Nota: En un esquema electrónico, los transistores se representan mediante su símbolo, el número de transistor (Q1, Q2, ...) y el tipo de transistor, tal como se muestra aquí:

Figura 1.50 Representación gráfica de un transistor. Fuente: http://enciclopedia.us.es/index.php/Transistor

Aquí se puede observar una selección de los transistores más típicos, mostrando su encapsulado y distribución de patillas.

56

Figura 1.51 Diferentes tipos de transistores. Fuente: http://enciclopedia.us.es/index.php/Transistor

1.17 EL TEMPORIZADOR 555

El dispositivo 555 es un circuito integrado muy estable cuya función primordial es la de producir pulsos de temporización con una gran precisión y que, además, puede funcionar como oscilador.

Figura 1.52 Temporizador 555. Fuente: http://mundoelectronics.blogspot.com/2009/04/el-temporizador-555-i.html

Sus características más destacables son:

• Temporización desde microsegundos hasta horas.

• Modos de funcionamiento: o Monoestable. o Astable.

• Aplicaciones:

o Temporizador. o Oscilador. o Divisor de frecuencia. o Modulador de frecuencia. o Generador de señales triangulares.

1.17.1 DISTRIBUCIÓN DE PINES DEL TEMPORIZADOR 555

Fuente: http://www.allaboutcircuits.com/worksheets/timers.html

1. Tierra o masa

2. Disparo: Es en este pinsi el 555 es configurado como cuando este pin va por debajo del nivel de 1/3 del pulso debe ser de corta duración, pla salida se quedará en alto hasta que la entrada de disparo pase a alto otra vez.

3. Salida: Aquí veremos el resultado de la operación del temporizador 555, ya sea que esté conectado como alta, el voltaje de salida es el voltaje de aplicación (Vcc) menos 1.7 Voltios. Esta salida se puede obligar a estar en casi 0 volt(reset).

4. Reset: Si se pone a un nivel por debajo de 0.7 Voltios, pone la patilla de salida # 3 a nivel bajo. Si por algún motivo esta patilla no se utiliza hay que conectarla a Vcc para evitar que el 555 se "resetee"

5. Control de voltaje: Cuando el controlador de voltaje, el voltaje en estepractica como Vcc-1 voltio) hasta casi 0 Ven que el pin No. 3 esta en alto o en bajo independiente del diseñopor las resistencias y condensadores

El voltaje aplicado al pin No.la configuración monoestable

.1 DISTRIBUCIÓN DE PINES DEL TEMPORIZADOR 555

Figura 1.53 Pines del 555. http://www.allaboutcircuits.com/worksheets/timers.html

in, donde se establece el inicio del tiempo de retardo, es configurado como monostable. Este proceso de disparo ocurre

cuando este pin va por debajo del nivel de 1/3 del voltaje de alimentación.pulso debe ser de corta duración, pues si se mantiene bajo por mucho tiempo la salida se quedará en alto hasta que la entrada de disparo pase a alto otra

Aquí veremos el resultado de la operación del temporizador 555, ya sea que esté conectado como monoestable, astable u otro. Cuando la salida es alta, el voltaje de salida es el voltaje de aplicación (Vcc) menos 1.7 Voltios. Esta salida se puede obligar a estar en casi 0 voltios con la ayuda del

Si se pone a un nivel por debajo de 0.7 Voltios, pone la patilla de salida # 3 a nivel bajo. Si por algún motivo esta patilla no se utiliza hay que conectarla a Vcc para evitar que el 555 se "resetee".

Cuando el temporizador 555 se utiliza en el , el voltaje en este pin puede variar casi desde Vcc (en la

1 voltio) hasta casi 0 V. Así es posible modificar los tiempos 3 esta en alto o en bajo independiente del diseño (establecido

condensadores conectados externamente al 555

voltaje aplicado al pin No. 5 puede variar entre un 45% y un 90 % de Vcc en monoestable.

57

, donde se establece el inicio del tiempo de retardo, . Este proceso de disparo ocurre

de alimentación. Este ues si se mantiene bajo por mucho tiempo

la salida se quedará en alto hasta que la entrada de disparo pase a alto otra

Aquí veremos el resultado de la operación del temporizador 555, ya Cuando la salida es

alta, el voltaje de salida es el voltaje de aplicación (Vcc) menos 1.7 Voltios. ios con la ayuda del pin No. 4

Si se pone a un nivel por debajo de 0.7 Voltios, pone la patilla de salida # 3 a nivel bajo. Si por algún motivo esta patilla no se utiliza hay que

se utiliza en el modo de puede variar casi desde Vcc (en la

modificar los tiempos (establecido

555).

5 puede variar entre un 45% y un 90 % de Vcc en

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Cuando se utiliza la configuración astable, el voltaje puede variar desde 1.7 voltios hasta Vcc. Modificando el voltaje en este pin en la configuración astable causará la frecuencia original del astable sea modulada en frecuencia (FM).

Si esta patilla no se utiliza, se recomienda ponerle un condensador de 0.01uF para evitar las interferencias

6. Umbral: Es una entrada a un comparador interno que tiene el 555 y se utiliza para poner la salida (Pin No. 3) a nivel bajo.

7. Descarga: Utilizado para descargar con efectividad el condensador externo utilizado por el temporizador para su funcionamiento.

8. V+: También llamado Vcc, es el pin donde se conecta el voltaje de alimentación que va de 4.5 voltios hasta 16 voltios (máximo). Hay versiones militares de este integrado que llegan hasta 18 Voltios

1.17.2 FUNCIONAMIENTO MONOASTABLE

Figura 1.54 Circuito monoestable del 555. Fuente: http://www.allaboutcircuits.com/worksheets/timers.html

Cuando la señal de disparo está a nivel alto (ej. 5V con Vcc 5V) la salida se mantiene a nivel bajo (0V), que es el estado de reposo.

Una vez se produce el flanco descendente de la señal de disparo y se pasa por el valor de disparo, la salida se mantiene a nivel alto (Vcc) hasta transcurrido el tiempo determinado por la ecuación:

T = 1.1*Ra*C (1.1)

Es recomendable, para no tener problemas de sincronización que el flanco de bajada de la señal de disparo sea de una pendiente elevada, pasando lo más rápidamente posible a un nivel bajo (idealmente 0V).

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NOTA: en el modo monoestable, el disparo debería ser puesto nuevamente a nivel alto antes que termine la temporización.

1.17.3 FUNCIONAMIENTO ASTABLE

Figura 1.55 Circuito astable del 555. Fuente: http://www.allaboutcircuits.com/worksheets/timers.html

En este modo se genera una señal cuadrada oscilante de frecuencia:

F = 1/T = 1.44 / [C*(Ra+2*Rb)] (1.2)

La señal cuadrada tendrá como valor alto Vcc (aproximadamente) y como valor bajo 0V.

Si se desea ajustar el tiempo que está a nivel alto y bajo se deben aplicar las fórmulas:

Salida a nivel alto: T1 = 0.693*(Ra+Rb)*C (1.3)

Salida a nivel bajo: T2 = 0.693*Rb*C (1.4)

1.18 RESISTENCIA

Figura 1.56 Resistencia. Fuente: http://electricomponentes.blogspot.com/2011/02/electricidad-y-componentes.html

La resistencia de un conductor depende de la longitud del mismo (L), de su sección (s) y del material con el que está fabricado, mediante la siguiente expresión:

60

s

LR

ρ= (1.5)

Donde: R = resistencia. ρρρρ = resistividad. L = longitud. s = Sección.

1.18.1 RESISTIVIDAD

La constante de proporcionalidad (ρ) se denomina resistividad, que depende del material con que está fabricado el conductor y de la temperatura. A la inversa de la resistividad se le denomina conductividad (σ).

Tabla 1.1 Resistividad de los materiales. (ρ)

Material Resistividad ( · mm2 / m ) a 20º C

Aluminio 0,028

Carbón 40,0

Cobre 0,0172

Constatan 0,489

Nicromo 1,5

Plata 0,0159

Platino 0,111

Plomo 0,205

Tungsteno 0,0549

FUENTE: www.electronica2000.com/temas/resistencias

1.18.2 UNIDAD

La unidad de la resistencia eléctrica es el Ohmio, que se representa por la letra griega Ω (omega). El ohmio se define como la resistencia que opone al paso de corriente eléctrica, una columna de mercurio de 106'3 centímetros de longitud y 1 milímetro de sección.

1.18.3 CLASIFICACIÓN DE LAS RESISTENCIAS

Podemos clasificar las resistencias en tres grandes grupos:

Resistencias fijas: Son las que presentan un valor óhmico que no podemos modificar.

Resistencias variables: Son las que presentan un valor óhmico que nosotros podemos variar modificando la posición de un contacto deslizante.

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Resistencias especiales: Son las que varían su valor óhmico en función de la estimulación que reciben de un factor externo (luz, temperatura).

1.18.4 NOMENCLATURA DE LAS RESISTENCIAS

En todas las resistencias nos podemos encontrar tres características, el valor nominal expresado en ohmios (Ω), la tolerancia en % y la potencia en vatios (W).

• Valor nominal: Es el que indica el fabricante. Este valor normalmente es diferente del valor real, pues influyen diferentes factores de tipo ambiental o de los mismos procesos de fabricación, pues no son exactos. Suele venir indicado, bien con un código de colores, bien con caracteres alfanuméricos.

• Tolerancia: Debido a los factores indicados anteriormente, y en función de la exactitud que se le de al valor, se establece el concepto de tolerancia como un % del valor nominal. De esta forma, si nosotros sumamos el resultado de aplicar el porcentaje al valor nominal, obtenemos un valor límite superior. Si por el contrario lo que hacemos es restarlo, obtenemos un valor límite inferior. Con la tolerancia, el fabricante nos garantiza que el valor real de la resistencia va a estar siempre contenido entre estos valores, Si esto no es así, el componente está defectuoso.

• Potencia nominal: Es el valor de la potencia disipada por el resistor en condiciones normales de presión y temperatura.

1.18.5 SÍMBOLOS

Nos podemos encontrar con dos símbolos, uno regulado por una norma americana y otro por una norma europea.

Figura 1.57 Simbología de una Resistencia.

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1.18.6 CÓDIGO DE COLORES

Como ya se indicó con anterioridad, una de las formas de indicar el valor nominal de una resistencia es mediante un código de colores que consta, como norma general, de 3 bandas de valor y una de tolerancia.

El código empleado es el siguiente:

Tabla 1.2 Código de colores para resistencias.

Color

1ª y 2ª

bandas

de

color

Factor

multiplicador Tolerancia Figura

Negro 0 x 1 -

Marrón 1 x 10 ± 1 %

Rojo 2 x 100 ± 2 %

Naranja 3 x 1000 -

Amarillo 4 x 10000 -

Verde 5 x 100000 ± 0'5 %

Azul 6 x 1000000 -

Violeta 7 x 10000000 -

Gris 8 x 100000000 -

Blanco 9 x 1000000000 -

Oro - : 10 ± 5 %

Plata - : 100 ± 10 %

FUENTE: Mundo de la Electrónica 26

Cogiendo como ejemplo la resistencia de la figura, colores rojo - amarillo - naranja - oro, tendremos:

2 4 x 1000 ± 5% (Ω) = 24000 Ω ± 5% = 24 K Ω ± 5%

1.18.7 CLASIFICACIÓN DE LOS RESISTORES FIJOS

En principio, las resistencias fijas pueden ser divididas en dos grandes grupos:

Bobinados: Están fabricados con hilos metálicos bobinados sobre núcleos cerámicos. Como regla general, se suelen utilizar aleaciones del Níquel. Podemos distinguir dos subgrupos:

26 www.piher-nacesa.com/es/product

63

• Resistores bobinados de potencia: Son robustos y se utilizan en circuitos de alimentación, como divisores de tensión. Están formados por un soporte de porcelana o aluminio aglomerado, sobre el que se devana el hilo resistivo. La protección la aporta el proceso final de cementado o vitrificado externo. Las tolerancias son inferiores al 10 % y su tensión de ruido es prácticamente despreciable. Para garantizar su fiabilidad es conveniente que el diámetro no sea excesivo y que no se utilicen a más del 50 % de su potencia nominal.

Figura 1.58 Resistores bobinados de potencia Fuente: http://www.electronicaypotencia.com/tercera-sesin

• Resistores bobinados de precisión: La precisión del valor óhmico de estos componentes es superior a + 1 por 100. Su estabilidad es muy elevada y presentan una despreciable tensión de ruido. El soporte, cerámico o de material plástico (baquelita), presenta gargantas para alojar el hilo resistivo. El conjunto se impregna al vacío con un barniz especial. Son estabilizados mediante un tratamiento térmico y se obtienen tolerancias del + 0,25 %, + 0,1 % y + 0,05

Figura 1.59 Resistores bobinados de precisión Fuente: http://www.directindustry.es/prod/precision-resistor/resistencias-de-alta-

precision-34974-432893.html

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No bobinados: En estas resistencias el material resistivo se integra en el cuerpo del componente. Están previstos para disipar potencias de hasta 2 vatios. Son más pequeños y económicos que los bobinados, y el material resistivo suele ser carbón o película metálica. Dentro de este apartado caben resistores destinados a diversas finalidades, los cuales ofrecen características básicas muy dispares.

1.18.8 CLASIFICACIÓN DE LOS RESISTORES VARIABLES

Este tipo de resistores presentan la particularidad de que su valor puede modificarse a voluntad.

Para variar el valor óhmico disponen de un cursor metálico que se desliza sobre el cuerpo del componente, de tal forma que la resistencia eléctrica entre el cursor y uno de los extremos del resistor dependerá de la posición que ocupe dicho cursor. En esta categoría cabe distinguir la siguiente clasificación:

• Resistencias ajustables: Disponen de tres terminales, dos extremos y uno común, pudiendo variarse la resistencia (hasta su valor máximo), entre el común y cualquiera de los dos extremos. Son de baja potencia nominal.

Figura 1.60 Resistencias Ajustables. Fuente: http://www.portaleso.com/usuarios/Toni/web_electronica_3/electronica_indice.html

• Resistencia variable (potenciómetro): Su estructura es semejante a la de los resistores ajustables, aunque la disipación de potencia es considerablemente superior. Se utilizan básicamente para el control exterior de circuitos complejos. Los potenciómetros pueden variar su resistencia de forma lineal (potenciómetros lineales) o exponencial (potenciómetros logarítmicos).

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Figura 1.61 Potenciómetros. Fuente: http://www.portaleso.com/usuarios/Toni/web_electronica_3/electronica_indice.html

1.18.9 CLASIFICACIÓN DE LOS RESISTORES ESPECIALES

En el apartado de resistores especiales caben toda una variedad de componentes resistivos no lineales que modifican su valor óhmico en función de algún factor externo: temperatura, tensión aplicada, luminosidad incidente.

Los principales tipos son:

Termistores: Son de mediana estabilidad y bajo precio. Se suelen fabricar a partir de elementos o materiales semiconductores. Los termistores o resistores variables con la temperatura se encuadran en dos categorías:

NTC (Negative Thermistor Coeficient): Posee un coeficiente de temperatura negativo. La resistencia eléctrica del componente disminuye al aumentar la temperatura.

Figura 1.62 Termistores NTC. Fuente: http://ayudaelectronica.com/que-es-un-termistor/

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PTC (Positive Thermistor Coeficient): En este caso el coeficiente de temperatura es positivo. La resistencia eléctrica del componente aumenta al hacerlo la temperatura.

Figura 1.63 Termistor PTC. Fuente: http://ayudaelectronica.com/que-es-un-termistor/

Características de los termistores:

Tolerancia sobre la resistencia nominal: Es la desviación máxima entre la resistencia nominal del termistor y la resistencia real a la temperatura de 25 ºC.

Coeficiente de temperatura nominal: Valor del coeficiente de temperatura a 25 ºC, expresado en tanto por ciento por grado centígrado, o en tanto por uno por grado centígrado.

Temperatura de conmutación: Temperatura para la cual el valor de la resistencia eléctrica es igual al doble de la que corresponde a 25 ºC.

Factor de disipación térmica (C): Se define como la potencia necesaria para elevar la temperatura del termistor en 1º C en aire calmado.

Relación Tensión-Intensidad: Cuando crece la intensidad de corriente que atraviesa a un termistor, la tensión entre sus extremos se mantiene proporcional hasta alcanzar un cierto valor que corresponde al comienzo del calentamiento del termistor. La variación súbita en el valor máximo de la tensión se denomina vuelco.

Potencia disipada: Coincide con el producto de la tensión aplicada al termistor por la intensidad de la corriente eléctrica que lo atraviesa en ese instante.

Varistores: VDR (Voltage Depended Resitor): Son resistencias cuyo valor óhmico depende con la tensión. Mientras mayor es la tensión aplicada en sus extremos, menor es el valor de la resistencia del componente.

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Figura 1.64 Varistor. Fuente: http://conocimientoselectrocompatibility.blogspot.com/2010/02/emi.html

Magnetoresistores: MDR (Magnetic Depended Resistor): El valor óhmico aumenta en función del campo magnético aplicado perpendicularmente a su superficie. Es decir la resistencia varía en función de la dirección del campo magnético.

Figura 1.65 Magnetoresistores. Fuente: http://www.eletrica.ufpr.br/edu/Sensores/1999/mauro/

Fotoresistores: LDR (Light Depended Resistor): El valor óhmico del componente disminuye al aumentar la intensidad de luz que incide sobre el componente.27

27 Fuente: http://fresno.pntic.mec.es/~fagl0000/clasificacion.htm Francisco Aguilar López

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Figura 1.66 Fotoresistores. Fuente: http://www.tme.eu/html/ES/fotoresistores/ramka_4031_ES_pelny.html

1.19 Condensadores o Capacitores

Es un componente electrónico que almacena cargas eléctricas para utilizarlas en un circuito en el momento adecuado.

Un condensador está compuesto por dos placas conductoras generalmente aluminio y un dieléctrico que puede ser aire, poliéster, papel, plástico o materiales cerámicos.

La capacidad de un condensador consiste en almacenar mayor o menor número de cargas cuando está sometido a tensión.

Figura 1.67 Tipos de condensadores.

Fuente: http://www.planetaelectronico.com/cursillo/tema2/tema2.3.html

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1.19.1 SIMBOLOGÍA

Figura 1.68 Simbología de los capacitores. Fuente: http://condensadoresvd.blogspot.com/

1.19.2 CARACTERÍSTICAS GENERALES

Los capacitores se utilizan en conjunto con las bobinas, formando circuitos en resonancia, en las radios y otros equipos electrónicos. Además, en los tendidos eléctricos se utilizan grandes capacitores para producir resonancia eléctrica en el cable y permitir la transmisión de más potencia. Los capacitores se fabrican en gran variedad de formas y se pueden mandar a hacer de acuerdo a las necesidades de cada aplicación. El aire, la mica, la cerámica, el papel, el aceite y el vacío se usan como dieléctricos, según la utilidad que se pretenda dar al dispositivo. Pueden estar encapsulados en baquelita con válvula de seguridad, sellados, resistentes a la humedad, polvo, aceite; con terminales para conector hembra y/o soldadura. También existen

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los capacitores de Marcha o Mantenimiento los cuales están encapsulados en metal. Generalmente, todos los Capacitores son secos, esto quiere decir que son fabricados con cintas de plástico metalizado, auto regenerativos, encapsulados en plástico para mejor aislamiento eléctrico, de alta estabilidad térmica y resistente a la humedad.

1.19.3 UNIDAD

La unidad de capacidad es el Faradio (F) que indica cuando en las placas del condensador aparece una diferencia de potencial eléctrico de 1 voltio (1 V) cuando está cargado de una cantidad de electricidad igual a un culombio (1 C).

1.19.4 CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS

Capacidad nominal.- Es el valor teórico esperado al acabar el proceso de fabricación. Se marca en el cuerpo del componente mediante un código de colores o directamente con su valor numérico.

Tensión nominal.- Es la tensión que el condensador puede soportar de una manera continua sin sufrir deterioro.

1.19.5 CLASIFICACIÓN

Condensadores fijos

Son componentes pasivos de dos terminales. Se clasifican en función del material dieléctrico y su forma. Pueden ser: de papel, plástico, cerámico, electrolítico, mica, Tántalo, vidrio, poliéster. A continuación se describirá, sin profundizar, las diferencias entre unos y otros, así como sus aplicaciones más usuales.

De papel

El dieléctrico es de celulosa impregnada con resinas o parafinas. Destaca su reducido volumen y gran estabilidad frente a cambios de temperatura. Tienen la propiedad de auto regeneración en caso de perforación. Las armaduras son de aluminio. Se fabrican en capacidades comprendidas entre 1uF y 480uF con tensiones entre 450v y 2,8Kv.

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Figura 1.69 Condensador de papel. Fuente: http://www.metahuman.com.mx/tutoriales/capacitor/capacitorpapel.shtml

Se emplean en electrónica de potencia, energía para acoplamiento, protección de impulsos y aplanamiento de ondulaciones en frecuencias no superiores a 50Hz.

De plástico

Sus características más importantes son: gran resistencia de aislamiento (lo cual permite conservar una gran carga), volumen reducido y excelente comportamiento a la humedad y a las variaciones de temperatura, además, tienen la propiedad de auto regeneración en caso de perforación en menos de 10s.

1 y 2 son las dos hojas de plástico; a y b son dos hojas de aluminio enrolladas conjuntamente.

Figura 1.70 Condensador de plástico bobinado.

Fuente: http://www.metahuman.com.mx/tutoriales/capacitor/capacitorpapel.shtml

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Los materiales más utilizados son: poli estireno (styroflex), poliéster (mylar), poli carbonato (Macrofol) y politetrafluoretileno (teflón). Se fabrican en forma de bobinas o multicapas.

También se conocen como MK. Se fabrican de 1nF a 100mF y tensiones de 25-63-160-220-630 [V], 0.25-4 [Kv]. Se reconocen por su aspecto rojo, amarillo y azul.

Cerámico

Los materiales cerámicos son buenos aislantes térmicos y eléctricos. El proceso de fabricación consiste básicamente en la metalización de las dos caras del material cerámico. Se fabrican de 1pF a 1nF (grupo I) y de 1pF a 470nF (grupo II) con tensiones comprendidas entre 3 y 10000 [V].

Su identificación se realiza mediante código alfanumérico. Se utilizan en circuitos que necesitan alta estabilidad y bajas pérdidas en altas frecuencias.

Figura 1.71 Condensadores Cerámicos. Fuente: http://www.metahuman.com.mx/tutoriales/capacitor/capacitorpapel.shtml

Electrolítico

Permiten obtener capacidades elevadas en espacios reducidos. Actualmente existen dos tipos: los de aluminio, y los de tántalo. El fundamento es el mismo: se trata de depositar mediante electrolisis una fina capa aislante.

Los condensadores electrolíticos deben conectarse respetando su polaridad, que viene indicada en sus terminales, pues de lo contrario se destruiría.

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Figura 1.72 Condensadores electrolítico. Fuente: http://fisica-agronomia2009.blogspot.com/2010/04/los-condensadores.html

El símbolo de un condensador electrolítico y de Tántalo se representa de la siguiente manera:

Figura 1.73 Símbolo de condensador electrolítico. Fuente: http://condensadoresvd.blogspot.com/

De mica

Son condensadores estables que pueden soportar tensiones altas, ya que la rigidez dieléctrica que presenta es muy elevada. Sobre todo se emplean en circuitos de alta frecuencia. Se utilizan en gamas de capacidades comprendidas entre 5pf y 100 KpF. La gama de tensiones para las que se fabrican suelen ser altas; hasta 7500 [V]. Se están sustituyendo por los de vidrio, de parecidas propiedades y más barato.

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Figura 1.74 Condensador de Mica. Fuente: http://www.unicrom.com/Tut_ClasifCapaci.asp

Condensadores variables

Constan de un grupo de armaduras móviles, de tal forma que al girar sobre un eje se aumenta o reduce la superficie de las armaduras metálicas enfrentadas, variándose con ello la capacidad.

Figura 1.75 Condensador Variable. Fuente: http://www.unicrom.com/Tut_ClasifCapaci.asp

El dieléctrico empleado suele ser el aire, aunque también se incluye mica o plástico. El símbolo para este tipo de condensador es el que se representa a continuación:

Figura 1.76 Representación de un condensador variable. Fuente: http://condensadoresvd.blogspot.com/

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Condensadores ajustables

Denominados también trimmers, los tipos más utilizados son los de mica, aire y cerámica.

Figura 1.77 Condensadores Ajustables Fuente: http://www.unicrom.com/Tut_ClasifCapaci.asp

Este tipo de condensador se representa:

Figura 1.78 Símbolo de un condensador ajustable. Fuente: http://condensadoresvd.blogspot.com/