INTRODUCCIÓN
El magnetismo se
define como una propiedad
peculiar poseída por ciertos materiales
mediante el cual se pueden repeler o atraer mutuamente con
naturalidad de acuerdo con determinadas leyes.Además podemos decir, que el magnetismo es una
forma elemental de fuerza
generada por el movimiento
orbital de los electrones alrededor del núcleo, que
luego produce el efecto del magnetismo. Cada electrón
crea un campo
magnético débil, los que al juntarse con
otros crean un campo magnético intenso (es el caso de
los imanes).El magnetismo es en realidad una fuerza que no se puede
ver aunque se pueden observar sus efectos en otros
materiales.Fig. 1 : Representación
de un imán y sus líneas de
fuerza- ELECTROMAGNETISMO
Debido a la existencia de una relación
entre magnetismo y corriente
eléctrica, es posible producir un
electroimán. Esta relación es la base del
funcionamiento de casi todos los aparatos
eléctricos del vehículo, como el motor
de arranque (marcha), alternador y bobina de
encendido.Para ver el gráfico
seleccione la opción "Descargar" del menú
superiorFig. 2
a)Representación de una bobina b)
Generación de flujo magnético
c) Generación de f.e.m.
(tensión)Cuando la corriente pasa por un conductor se
forma un pequeño campo magnético alrededor
de él. Para observar este campo, se coloca el
conductor sobre un trozo de cartulina y se esparcen
limaduras de hierro
alrededor de él. Cuando pasa corriente por el
conductor, las limaduras se agruparán en un
circulo alrededor de él. Para determinar el
sentido de movimiento del campo magnético se
emplean una brújula o la regla de la mano
izquierda.Para ver el gráfico
seleccione la opción "Descargar" del menú
superiorFig. 3 : Campo magnético
Fig.4 : Campo
magnético entre dos polos diferentes de dos
imanesEsta regla expresa: "si el pulgar de la mano
izquierda apunta en la dirección del flujo de corriente,
las puntas de los otros dedos indicarán la
dirección en la cual el campo magnético
circunda el conductor".Esta regla es aplicable a generadores de
corriente como el alternador.- Regla de la mano izquierda para
generadoresEsta regla nos dice: "con los dedos pulgar,
índice y del medio de la mano derecha
perpendiculares entre sí, el dedo índice
apuntando en la dirección del flujo
magnético, y el del medio en la dirección
del flujo de la corriente, el dedo pulgar indicará
la dirección en que se moverá el
conductor".Para ver el gráfico
seleccione la opción "Descargar" del menú
superiorFig. 5: Regla de la mano derecha para la
determinación de la dirección del
campo magnéticoEsta regla de la mano derecha es aplicable a
motores de corriente continua. El campo
magnético de un solenoide (bobina
cilíndrica de gran numero de espiras) se determina
también por la regla de la mano derecha. En el
solenoide el campo que se forma es de forma de una
"línea helicoidal". El procedimiento para determinar esto es: se
agarra el solenoide con la mano derecha de modo que los
dedos indiquen el sentido de la corriente en las espiras,
entonces el pulgar indica el sentido del campo en el
interior del solenoide, o sea el polo
Norte. - Regla de la mano derecha para motores
Es una bobina en forma de cilindro o tubo. El
solenoide esta generalmente provisto de un núcleo
movible de hierro (algunas veces el núcleo es de
aire,
pero esto no tiene aplicación en mecánica automotriz, salvo en
circuitos electrónicos de
radiofrecuencia). En este diseño, el núcleo de hierro
se mueve hacia el interior del enrollado cuando la
corriente fluye por las vueltas, por lo que el
núcleo se puede usar para mover
mecánicamente algunos aparatos.Los solenoides se usan comúnmente en
relés o interruptores de circuitos. El campo
magnético aumentado en el centro de la bobina
atrae el núcleo hacia el solenoide, haciendo abrir
o cerrar los contactos del relé.Para ver el gráfico
seleccione la opción "Descargar" del menú
superiorFig. 6 : Flujo de campo
magnético a través de un solenoide
(con núcleo)Fig. 7 : Líneas de
fuerza reales de un solenoide - SOLENOIDE:
- APLICACIONES DEL IMÁN
PERMANENTE
Una de las aplicaciones de los imanes permanentes es
el uso en motores
eléctricos y generadores eléctricos, tales
como el motor de arranque en el automóvil, usan el
principio de atracción y repulsión.Los motores eléctricos se usan para
crear una fuente de energía mecánica procedente de una fuente de
energía eléctrica. Los generadores crean una
fuente de energía
eléctrica procedente de una fuente de
energía mecánica. La fuerza ejercida sobre un
electrón en un campo magnético esta en
ángulo recto con relación al campo
magnético. Cuando el electrón se coloca en
ambos campos, uno magnético y el otro mecánico,
la fuerza ejercida en el electrón es perpendicular a
ambos campos. La regla de la mano derecha se usa para
determinar la dirección de la fuerza de los electrones
en un campo magnético y eléctrico.El campo magnético alrededor de un conductor
sigue la dirección de las manecillas del reloj. La
dirección del campo magnético del imán
permanente es del polo Norte hacia el polo sur, o de
izquierda a derecha. Las líneas sobre el conductor van
en la misma dirección, reforzando el campo sobre el
camino de los electrones. Debajo del conductor los campos se
oponen mutuamente.Los electroimanes (en las cuales se aplica e
interrumpe la corriente) se emplea para accionar aparatos
eléctricos del vehículo tales como: el
solenoide de arranque, bocinas y los relés de las
luces. Otros electroimanes( en los cuales se aumenta o
disminuye la corriente) se utilizan para el funcionamiento de
los limitadores de corriente y voltaje en un regulador de
voltaje.- MAGNETISMO
Cuando se diseñó y construyó el
primer motor de combustión interna a gasolina, uno de
los problemas
que tuvo fue dar el primer impulso al cigüeñal
para conseguir el primer tiempo
vivo. La solución se encontró al usar una
manivela, dando movimiento a mano hasta encontrar el punto
preciso para conseguir el primer impulso o chispazo que
inicie el funcionamiento del motor.Este primer problema se superó con la
construcción y uso del motor de marcha
(arranque) accionado mecánicamente con un contacto en
el piso, a manera de botón que en sí, era el
puente para conectar el circuito eléctrico que moviera
el arrancador y a su vez, movía el
cigüeñal y era posible encontrar con facilidad el
primer impulso de inicio de funcionamiento del motor; de esta
manera se dejo de usar la manivela de arranque.Actualmente se tiene un arrancador moderno con mando
magnético accionado por un botón en el tablero
o un contacto de retorno automático en la llave de
encendido o llave de contacto. - EL SISTEMA DE
ARRANQUEEl sistema de arranque tiene por finalidad de dar
manivela al cigüeñal del motor para conseguir el
primer impulso vivo o primer tiempo de expansión o
fuerza que inicie su funcionamiento.El arrancador consume gran cantidad de corriente al
transformarla en energías mecánica para dar
movimiento al cigüeñal y vencer la enorme
resistencia que opone la mezcla al comprimirse
en al cámara de combustión.Una batería completamente cargada puede
quedar descargada en pocos minutos al accionar por mucho
tiempo el interruptor del sistema de arranque, se calcula que
el arrancador tiene un consumo de
400 a 500 amperios de corriente y entones nos formamos una
idea de que una batería puede quedar completamente
descargada en poco tiempo, por eso no es recomendable abusar
en el accionamiento del interruptor de arranque.Para ver el gráfico
seleccione la opción ¨Descargar trabajo¨ del menú
superiorFig. 8 : Configuración
del Equipo de Arranque en el
automóvil - FINALIDAD DEL
SISTEMA DE ARRANQUEPuesto que un motor es incapaz de arrancar
sólo por el mismo, su cigüeñal debe ser
girado por una fuerza externa a fin de que la mezcla
aire-combustible sea tomada, para dar lugar a la
compresión y para que el inicio de la
combustión ocurra. El arrancador montado en el bloque
de cilindros empuja contra un engranaje motriz cuando el
interruptor de encendido es girado, una cremallera engancha
con el volante y el cigüeñal es
girado.Para ver el gráfico
seleccione la opción ¨Descargar trabajo¨ del
menú superiorFig. 9 : Vista Corte seccional de un motor
de arranque real.Fig.10 : Sección en corte de un motor
de arranque - FUNCIÓN DE LA MARCHA
El motor de arranque funciona como un motor
eléctrico, con un piñón y un dispositivo
para guiar el piñón en la rueda dentada del
volante. Exteriormente, la armadura, las zapatas polares y el
devanado de excitación son semejantes a los del
generador. El devanado de excitación se conecta en
serie, funcionando como el motor gracias a la corriente
principal se adapta bien a la marcha, debido a que, por su
elevado par motor, consigue desde el principio sobrepasar la
resistencia impuesta por el motor.La relación de transmisión entre el
anillo y la cremallera es de aproximadamente 20:1. En esta
alta relación de transmisión el
piñón no permanece engranado continuamente
puesto que el motor de marcha alcanzaría una
frecuencia de giro demasiada alta. Por ende, se necesita un
dispositivo especial de desenganche, con el fin de que haya
separación entre el motor principal y el de marcha,
cuando la frecuencia de giro del motor sobrepase cierto
valor. - FUNCIONAMIENTO DEL
MOTOR DE ARRANQUE - ESTRUCTURA DEL
MOTOR DE ARRANQUE
Fuente Arias Paz 40 edición
Pág. 254
La constitución interna de un motor de
arranque (o arrancador) es similar a un motor eléctrico
la que se monta sobre el Carter superior del motor del
automóvil, de tal modo que el piñón que
lleva en el extremo de su eje, engrane con la corona dentada de
la periferia del volante. De esta forma cuando gire el
motorcito eléctrico, obligará a girar
también al motor del automóvil y podrá
arrancar. El tamaño del piñón depende de
la velocidad
propia del arrancador eléctrico
Para ver el gráfico seleccione la
opción "Descargar" del menú superior
Fig. 12 : Estructura de un Motor de Arranque, se |
El arrancador esta compuesto
básicamente de tres conjuntos:
- Conjunto de Solenoide o mando
magnético - Conjunto del Motor de Arranque
propiamente - Conjunto del impulsor o Bendix
Las partes que conforman al conjunto del Motor de
Arranque propiamente dicho, son semejantes a las del generador
teniendo una diferencia en el bobinado de los campos y del
inducido. Además hay una diferencia muy notoria, el
arrancador consume corriente. Ambos trabajan en base a los
principios
del magnetismo y del electromagnetismo.
Dichas partes son las siguientes:
- Núcleo magnético
- Resorte de recuperación del núcleo
magnético del solenoide - Collar palanca de conexión del mecanismo de
impulsión - Conjunto de resorte y eje Bendix
- Bocina del extremo posterior del eje del
inducido - Anillo de tope del mando de impulsión o
Bendix - Tambor de embrague del mecanismo de
impulsión - Resorte de amortiguación de l retorno del
mecanismo impulsor - Zapatas polares o conjuntos de las bobinas de campo
y sus núcleos - Inducido
- Conjunto porta escobilla
- Escobillas de cobre
- Tapa delantera, su bocina y fieltro
- Pernos pasantes con sus anillos de
presión - Casco o carcasa.
La carcasa o casco es de hierro dulce, el bobinado el
campo y del inducido es de alambre grueso especial de cobre; las
escobillas son de cobre, las demás partes son semejantes
a las del generador.
Para ver el gráfico
seleccione la opción ¨Descargar trabajo¨ del
menú superiorFig. 13 : Parte
Eléctrica del motor de arranqueEn la figura se muestra, la
parte resaltada en negro, las dos bobinas eléctricas
que forman el relé de arranque. También se ve
el bobinado inductor y las escobillas, así como el
circuito eléctrico exterior que siempre
acompaña al motor de arranque.- PARTE ELÉCTRICA DEL MOTOR DE
ARRANQUELa problemática de los automóviles se
relaciona en la gran transmisión entre las frecuencias
de giro del árbol de levas y el piñón, y
en la relación de la guía de entrada y salida
del piñón. Los tipos de motores de marcha
difieren conforme al tipo de guía:Reciben inmediatamente su corriente total y
lanza, en función de la inercia de su masa,
al piñon de cremallera (tracción del tipo
Bendix) sobre una rosca helicoidal de paso largo. La
salida se produce en el instante en que aumenta la
frecuencia de giro: el piñón regresa a su
posición de descanso. Para altas potencias, el
dispositivo de marcha helicoidal se construye en dos
etapas. La entrada se hace en una preetapa
eléctrica; a continuación, después
de la entrada del piñón, se conecta la
corriente principal.- Dispositivos de marcha de tracción
helicoidal:La entrada del piñón es
mecánica, o por medio del control eléctrico del mecanismo de
enlace. Para proteger al motor de marcha contra las altas
frecuencia de giro, se instala entre el
piñón y el inducido del motor de marcha una
rueda libre, como dispositivo de seguridad contra las sobrecargas. Un freno
hace que el inducido se detenga con rapidez en su
posición de reposo. - Dispositivos de marcha de tracción por
impulsoSe desea asociar la entrada suave del
dispositivo de marcha con el buen par motor de arranque
del dispositivo de tracción de empuje. La entrada
se hace como en el mecanismo de enlace del dispositivo de
marcha de tracción helicoidal, que se controla por
medio de la electricidad. No obstante, a la salida el
piñón solo retrocede sobre una rosca de
paso largo, hasta el punto que le permite el
vástago de engranaje. Para eso se necesitan, como
dispositivos de seguridad contra la sobrecarga, una rueda
libre y un freno para el inducido. El dispositivo de
marcha combinado utiliza casi siempre en
automóviles particulares. - Dispositivos de marcha combinado, de empuje y
helicoidal - Dispositivos de marcha mediante empuje del
inducido
La entrada del piñón produce debido a
que el inducido comienza a girar , sufriendo la
atracción del campo magnético de ala bobinas de
excitación. Solo cuando termina la secuencia de
entrada y se conecta el dispositivo, mediante un mecanismo de
conexión, se aplica la corriente total. La secuencia
de salida es como sigue: el motor esta funcionando; el
consumo de corriente disminuye en función de la alta
frecuencia de giro del inducido del campo magnético y,
en esa forma, se retira el piñón de la
cremallera. Como protección del inducido contra las
altas frecuencias de giro, se ponen entre el
piñón y el inducido acoplamientos de laminas o
resortes. El dispositivo de engranaje de empuje del inducido
se utiliza, sobre todo, en camiones. - TIPOS DE DISPOSITIVOS
DE MARCHAHay dos tipos comunes de motor de arranque : los que
llevan solenoide separado, y los que lo llevan
incorporado.Cuando usted activa la llave hacia la
posición de arranque, un alambre lleva la
corriente de 12 voltios hacia el solenoide del
motor de arranque, el solenoide tiene un campo
magnético, que al ser activado hace 2 cosas,
primero, desliza un pequeño engrane llamado Bendix
,hacia los dientes del flywheel, y
al mismo tiempo hace un puente de corriente
positiva(+) entre el cable que llega al
motor de arranque desde la batería y el
cable que surte de corriente los campos del
motor de arranque, al suceder esto el motor de arranque
da vueltas rápidas y con la suficiente
fuerza para que el engrane pequeño de
vueltas al flywheel (rueda volante del motor).y
así se da inicio al arranque del
motor.- arrancador con solenoide
integrado - el motor de arranque con solenoide
separado
Utiliza el solenoide para conectar la corriente positiva
al motor de arranque. En cuanto se conecta la corriente, el
motor de arranque activa y desliza el engrane o
piñón que se acopla a la rueda volante, y al
mismo tiempo, gira con la fuerza necesaria, para que el motor
empiece su funcionamiento.Bendix Cuando usted deja que la llave de encendido regrese
a su posición normal, desconecta el solenoide, el
engrane regresa a su sitio de descanso, el motor de arranque
deja de dar vueltas, y queda desconectado del motor, hasta
que usted lo vuelva a activar.Para ver el gráfico
seleccione la opción ¨Descargar trabajo¨ del
menú superiorEn estas dos figuras, podemos observar la forma en
que actúa, el pequeño engrane del; bendix
(embrague de giro libre), cuando se acopla a la rueda
volante, para dar inicio al arranque del motor - TIPOS DE
MOTOR DE ARRANQUE- COMPROBACIÓN DEL MOTOR DE
ARRANQUE
- COMPROBACIÓN DEL MOTOR DE
- FALLAS, AVERIAS,
MANTENIMIENTO Y COMPROBACIÓN DEL MOTOR DE
ARRANQUE
Desmontando el motor de arranque del vehículo
podemos verificar la posible avería fácilmente.
Primero habría que determinar que elemento falla: el
motor o el relé.
- El Motor se comprueba fácilmente. si
falla: conectando el borne de + de la batería al
conductor (A) que en este caso esta desmontado del borne
inferior (C) de relé y el borne – de la
batería se conecta a la carcasa del motor (D) (en
cualquier parte metálica del motor). Con esta
conexión si el motor esta bien tendrá que
funcionar, sino funciona, ya podemos descartar que sea fallo
del relé de arranque. - El relé se comprueba de forma
efectiva: conectando el borne + de la batería a la
conexión (B) del relé (la conexión B es
el borne 50 que recibe tensión directamente de la
llave de contacto durante unos segundos hasta que arranca el
motor térmico. del vehículo). El borne –
de la batería se conecta a (D) y también al
borne (C) del relé, comprobaremos como el
núcleo de relé se desplaza y saca el
piñón de engrane (una vez que comprobamos el
desplazamiento del núcleo hay que desconectar el borne
– de batería a (C) ya que sino podríamos
quemar una de las bobinas del relé), esto significa
que el relé esta bien de lo contrario estaría
estropeado.
Para ver el gráfico seleccione la
opción "Descargar" del menú superior
Fig . 14 : Motor de |
Para comprobar el funcionamiento del conjunto
motor-relé conectaremos primero (A) con (C) y
después conectaremos el borne + de batería
con el borne superior (E) y borne (B) o borne 50 del
relé. El borne – de la batería se
conecta con la carcasa del motor (masa). Cuando este
montado el circuito, el motor de arranque funcionara. Para
estar seguro de
su perfecto estado
conectaremos un amperímetro que nos dará una
medida de intensidad que deberá ser igual a la
preconizada por el fabricante para un funcionamiento del
motor en vacío.Para ver el gráfico
seleccione la opción "Descargar" del menú
superiorFig. 15 Comprobación del Motor de
Arranque- COMPROBACIÓN
Antes de desmontar el motor de arranque del
vehículo tendremos que asegurarnos de que el
circuito de alimentación
del mismo así como la batería están en
perfecto estado, comprobando la carga de la batería
y el buen contacto de los bornes de la batería, los
bornes del motor con los terminales de los cables que
forman el circuito de arranque.En el motor de arranque las averías que mas
se dan son las causadas por las escobillas. Estos elementos
están sometidas a un fuerte desgaste debido a su
rozamiento con el colector por lo que el vehículo
cuando tiene muchos km: 100, 150, 200.000 km. esta
avería se da con frecuencia. Las escobillas
desgastadas se cambian por unas nuevas y solucionado el
problema.Otras averías podrían ser las
provocadas por el relé de arranque, causadas por el
corte de una de sus bobinas. Se podrá cambiar solo
el relé de arranque por otro igual, ya que este
elemento esta montado separado del motor.Pero en la mayoría de los casos si falla el
motor de arranque, se sustituye por otro de segunda mano (a
excepción si el fallo viene provocado por el
desgaste de las escobillas).Una avería ajena a la batería y al
dispositivo de arranque se puede determinar por la
caída de tensión observada. El
voltímetro se conecta entonces en paralelo al
conductor correspondiente. En el conductor del arranque se
tolera una caída de tensión del 4% y en la
conexión de masa del 5%. Hay que verificar
igualmente si en las conexiones entre conductores se acusan
resistencias de paso indebidas. Iguales
mediciones pueden ser también comprobadas en un
banco de
pruebas.
El dispositivo de arranque es accionado para ello como en
un coche por batería, y frenado gradualmente hasta
plena detención.Pueden también medirse al propio tiempo
intensidad y tensión, asi como el momento de
torsión creado. - FALLAS Y AVERIAS
Puesto que en todos los trabajos que se hagan en
las piezas eléctricas del motor de arranque existe
el peligro de un cortocircuito, lo mejor es desconectar el
cable de tierra
de la batería. Como el caso del generador, se deben
observar constantemente las escobillas para determinar las
condiciones en que se encuentra y sustituirlas cuando sea
necesario. Los colectores se deben examinar para ver si sus
superficies se encuentran lisas, limpiarlas con un trapo
humedecido en gasolina y secarlos cuidadosamente. La
chumacera adyacente al colector esta blindada. El buje,
junto al piñón, tiene una boca de
lubricación. La lubricación se hace cada
25000 km, con unos 3 cm2 de aceite.
El piñón y la cremallera se deben limpiar con
una brocha humedecida en gasolina, lubricándolos a
continuación con grasa grafitada.El arranque de un motor se lleva a cabo por medio
de un motor eléctrico que trasmite un par motor al
volante durante el tiempo necesario para que se produzcan
las primeras igniciones y el motor comience a funcionar por
sí solo.Los tipos de dispositivos de engranaje difieren ,
sobre todo m, en el modo en que el piñón
entra y sale de la cremallera del volante.El motor de arranque es eléctrico, de
corriente principal, que transmite su par motor
máximo al hacerse un contacto; de este modo se
consigue vencer las grandes resistencias del
arranque.- PRECAUCIONES QUE DEBEMOS TOMAR EN
CUENTA
- PRECAUCIONES QUE DEBEMOS TOMAR EN
- MANTENIMIENTO
Una falla muy común, en el sistema de arranque
de los motores actuales; es el siguiente:
- Cuando se activa la llave de encendido para dar el
arranque, se escucha un chasquido muy leve, pero el motor de
arranque no se activa, haciendo repetir el intento varias
veces, hasta lograr que funcione.
La idea inmediata, es que el solenoide del motor de
arranque no sirve; luego pensamos, que la batería tiene
un corto, o también, creemos, que el interruptor de la
transmisión esta desubicado o fuera de ajuste. Hacemos
los cambios, los ajustes; pero el problema se mantiene. En
estos casos, no descarte, que este problema lo puede estar
originando un corto circuito dentro de la
computadora del vehículo (recordemos que los
circuitos trabajan en base a resistencia; y esta resistencia
puede alterarse, dependiendo del daño
y de la temperatura
ambiental) no estaría demás, abrir el computador
para una inspección visual (Para hacer esta
inspección, se necesita tener conocimientos
previos).
- Un computador, puede dañarse, cuando por
alguna razón, le llega una sobrecarga. Asimismo
tengamos cuidado al cambiar o colocar una
batería, en el alojamiento del vehículo,
conectar bien los cables y nunca invertirlos. Y
asegúrese que al bajar el hoodo (tapa) cerrar el
compartimiento del motor, este no llegue a topar o besar, el
polo positivo [+] de la batería. El movimiento del
vehículo, y una batería demasiado grande, o
alta, puede originar cortos oscilantes, que terminan
dañando el computador, del vehículo. y dar como
resultado la falla mencionada. .
- "El magnetismo" Curso Básico de Electricidad
y Electrónica: Editorial Service
Company. - Arias Paz: "Manual del
Automóvil" - "Electricidad Automotriz" por los autores F. Niess,
R Kaerger B. Willenbuecher Edición: Colecciones
Tecnológicas. Lima Pág. 47-51 - Werner Schwoch : "Manual Practico del
Automóvil". Pág. 193 al 205 Dispositivos
de arranque - F. Nash : "Sistema Eléctrico –
Electromagnetismo" Pág. 53 – 56
Fuente Internet
- www.iespana.es/mecanicavirtual
"Motor de Arranque" - www.automecanico.com
"Motor de Arranque – Marcha- Starter"
Trabajo realizado por
Miguel A. Condori M.
Instituto Superior
Pedro P. Diaz
Arequipa – Perú
"La investigación es la fuente del conocimiento…"
Agradeceré Comentarios de este
trabajo.
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lo deseas puedes enviarme un e-mail.