Unidad 3. Funcionamiento y arquitectura de un circuito eléctrico en maquinaria pesada
Funcionamiento y arquitectura de un circuito y agrícola.
INTRODUZCA: NOMBRE CURSO
eléctrico en maquinaria pesada y agrícola
Gildemeister
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Unidad 3. Funcionamiento y arquitectura de un circuito eléctrico en maquinaria pesada y agrícola.
Unidad 3: Funcionamiento y arquitectura de un circuito eléctrico en maquinaria pesada y agrícola
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Unidad 3. Funcionamiento y arquitectura de un circuito eléctrico en maquinaria pesada y agrícola.
ÍNDICE DE CONTENIDO Introducción
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Tema 1: Circuito eléctrico en maquinaria pesada y agrícola
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1.1.- Diagramas
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1.2.- Componentes
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1.3.- Sistemas
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Tema 2: Análisis de sistemas eléctricos en maquinaria pesada y
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agrícola 2.1.- Detección de fallas
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2.2.- Interpretación de resultados de mediciones
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Conclusiones
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Bibliografía
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Unidad 3. Funcionamiento y arquitectura de un circuito eléctrico en maquinaria pesada y agrícola.
INTRODUCCIÓN En las unidades anteriores habíamos estudiado distintos tipos de circuitos eléctricos, desde el punto de vista de su tipología, mencionado sus componentes más importantes y calculado algunas variables eléctricas por medio de las leyes de Ohm y Kirchhoff. Sin embargo, no habíamos definido su simbología ni sus componentes y sistemas en detalle. En esta unidad se describe y se explica la información disponible para ayudar al técnico en distinguir la simbología, la terminología, los componentes y las referencias del cableado, que componen un circuito eléctrico en la maquinaria pesada y agrícola, utilizando los instrumentos de medición y analizar los resultados de las mediciones en un circuito eléctrico de la maquinaria pesada y agrícola. Comenzaremos con la definición y los usos de los diagramas eléctricos, la interpretación de los símbolos de los componentes de los distintos sistemas, para poder relacionar todo lo anterior y determinar el funcionamiento del circuito. Luego estudiaremos más en profundidad, los componentes principales de los sistemas eléctricos de las maquinarias, haciendo hincapié en sus características técnicas y de funcionamiento. Luego analizaremos los sistemas eléctricos más importantes, considerando: función, funcionamiento, componentes, conexiones y flujo de corriente. Finalmente, estudiaremos las fallas, su tipología, las mediciones que se deben realizar en cada sistema, tanto de voltaje como de amperaje, información que deberá ser interpretada para la obtención de un diagnóstico o identificación de averías, considerando las posibles causas que generan estas fallas.
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Unidad 3. Funcionamiento y arquitectura de un circuito eléctrico en maquinaria pesada y agrícola. Tema 2: Análisis de sistemas eléctricos en maquinaria pesada y agrícola 2.1.- Detección de fallas
¿Qué es una falla eléctrica? Es un defecto en el aislamiento o conductividad, de cualquier componente o mecanismo de un circuito eléctrico, que provoca la interrupción de la corriente. También es llamada fuga de corriente o pérdida de corriente.
Tipos de fallas eléctricas
Es importante entender estas fallas y sus efectos para poder localizar los problemas. Falla por Falla por circuito Falla por circuito cortocircuito. abierto. resistivo. Una falla por Una falla por Una falla por cortocircuito es circuito abierto es circuito resistivo es una conexión una interrupción en una resistencia no eléctrica no el trayecto planeada en el planeada, que planeado para la trayecto planeado proporciona un corriente eléctrica. para la corriente trayecto adicional eléctrica. para el flujo de corriente eléctrica.
Falla por cortocircuito a tierra. Una falla por cortocircuito a tierra es un trayecto no planeado para la corriente eléctrica de retorno a la fuente de energía eléctrica.
En este circuito, por ejemplo, la corriente sale del borne positivo de la batería (+) y retorna por el borne negativo.
Falla por circuito abierto
Cuando ocurre una interrupción en el circuito, se 3rompe Material Unidad | 5 el trayecto para el flujo de la corriente.
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Falla por circuito resistivo
Para que funcionen correctamente, los circuitos deben ofrecer muy poca o ninguna resistencia al flujo de la corriente, excepto donde está proyectado que haya una resistencia.
Falla por cortocircuito
La cantidad de resistencia que los circuitos pueden tolerar y aún seguir funcionando correctamente varía considerablemente y esto depende en gran medida del circuito.
Algunas causas de resistencias en un sistema eléctrico son: una conexión de la batería que presente corrosión, lo cual impide el giro del motor, un interruptor con los contactos quemados, un conector con corrosión.
El cortocircuito en este circuito proporciona un trayecto para la corriente eléctrica que se desvía del interruptor. Como resultado, el interruptor ya no controla el circuito. Debido a que un cortocircuito es una conexión añadida incorrecta o no deseada, con frecuencia crea un circuito que toma más corriente que la esperada.
Al gunas causas de cor toci rcui tos en un si stema el éctri co son: un mazo de cables pellizcado, un solenoi de de motor de arranque quemado.
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Falla por cortocircuito a tierra
El cortocircuito a tierra en este circuito proporciona un trayecto para la corriente eléctrica que se desvía del resistor. Como resultado, hay un incremento de la corriente que hace que el disyuntor se dispare.
Algunas causas de cortocircuitos a tierra en un sistema eléctrico son: corrosión que produce un trayecto directo al bastidor de la máquina, un mazo de cables al que se le desgastó el aislamiento debido a la fricción contra el bastidor de la máquina y que hace contacto con el bastidor.
¿Qué son las fallas intermitentes? Las fallas intermitentes son difíciles de localizar, ya que sus síntomas no son estables en el tiempo, a veces aparecen y luego desaparecen. Esto se puede ver reflejado cuando un componente de cualquier sistema eléctrico funciona y a veces no. Para localizar una falla intermitente, se debe recopilar información, analizarla, probar el sistema y hacer un diagnóstico, sin embargo, puede resultar útil mover rápidamente diferentes partes del mazo de cables mientras se buscan los síntomas de la falla.
¿Cómo detectamos una falla eléctrica? Para poder detectar una falla eléctrica, cualquiera sea su causa, además de recolectar información con el operario de la maquinaria, es preciso realizar las mediciones correspondientes en el sistema que esté presentando los síntomas. Se puede verificar el funcionamiento normal de cualquier circuito haciendo mediciones con el multímetro y con el amperímetro de mordaza, para luego comparar las lecturas con las especificaciones. Material Unidad 3 | 7
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Detección de falla
Falla
Medición con instrumento
Comparación de mediciones con especificaciones
Mediciones en el sistema de arranque
Voltaje
Se instala el multímetro en los bornes de la batería de 24 V
Amperaje
Se instala el amperímetro entre el borne positivo de la batería y el motor de arranque
Valores de voltaje durante el giro: 16 a 20 V a 27 °C
La extracción máxima de corriente es de: 750 A - 24 V ; 1200 A - 12V
Voltaje:
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Unidad 3. Funcionamiento y arquitectura de un circuito eléctrico en maquinaria pesada y agrícola. El voltaje a través de los bornes de la batería variará dependiendo de la temperatura ambiente, la del motor, la viscosidad del aceite, el estado de la batería, de los cables y las conexiones y, por último, de la condición mecánica del motor. Voltaje del sistema durante el giro Temperatura ambiente °C
Sistema 24 V
Sistema 12 V
27
16 – 20 V
8 – 10 V
16
15 – 19 V
7,5 – 9 V
2
14 – 18 V
7–9V
-12
13 – 17 V
6,5 – 8,5 V
-23
12 – 16 V
6–8V
Caídas de voltaje Durante el giro o el intento de giro, las caídas de voltaje a través de los interruptores, contactos, cables, alambres y conexiones en el circuito, no deben sobrepasar el mínimo permitido. En circuitos que extraen mucha corriente, aun una pequeña resistencia puede dar lugar a una pérdida de energía significativa. Las caídas de voltaje máximas permisibles en un sistema de arranque de 24 voltios durante el giro o el intento de giro, son aproximadamente: 0,8 V en el relé de arranque, 0,5 V en el disyuntor, 0,5 V entre el borne positivo de la batería y el motor de arranque, 0,8 V en el relé de arranque y 1,4 V entre la conexión a tierra del motor y el borne negativo de la batería. Las caídas de voltaje máximas permisibles para los
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Unidad 3. Funcionamiento y arquitectura de un circuito eléctrico en maquinaria pesada y agrícola. sistemas de arranque de 12 voltios, son exactamente la mitad de las caídas de voltaje aquí mostradas.
Mediciones en el sistema de carga
Voltaje
Se instala el multímetro en los bornes de la batería de 24 V
Amperaje
Se instala el amperímetro entre el alternador y el motor de arranque.
Valores de voltaje con motor funcionando: 27,5 ± 1 V
La corriente de carga debe corresponder a las especificaciones del alternador.
2.2.- Interpretación de resultados de mediciones
¿Cómo interpreto las mediciones?
Falla
Medición
Interpretación
Diagnóstico
Solución
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Para poder interpretar las mediciones realizadas a los distintos sistemas eléctricos de las maquinarias, debe ser capaz de distinguir entre las lecturas normales y anormales, para los distintos parámetros y contrastarlos con las especificaciones técnicas del fabricante.
Mediciones de voltaje en el sistema de iluminación
Las lecturas de la caída de voltaje a través de los componentes en este sistema, le informan si el circuito está funcionando normalmente o no. La caída de voltaje es la diferencia en el potencial eléctrico, o voltaje, que resulta de la corriente que fluye por una resistencia. La caída de voltaje representa la pérdida de energía a través de una carga.
Componente Disyuntor Relé Fusibles Interruptor luces Conectores
Medición
0V
Estado
Normal
Observación
Luces encendidas Todos los interruptores cerrados La corriente fluye por los componentes, pero con poca o ninguna resistencia.
Normalmente, con el interruptor en la posición de desconexión, existe un potencial de unos 24 voltios a través del interruptor abierto. El mismo voltaje deberá existir a través de cualquier par de puntos de comprobación, en los lados opuestos de una interrupción en este circuito. Ahora si el interruptor está en la posición de conexión y existe algún potencial, al medir con el multímetro, indica la presencia de una falla. Material Unidad 3 | 11
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Efectos de las fallas en el sistema de iluminación
Falla
Causas probables
Cortocircuito a Corrosión que produce un tierra entre el trayecto directo al bastidor de fusible y el la máquina. interruptor de las Un mazo de cables al que se le luces. desgastó el aislamiento debido a la fricción contra el bastidor de la máquina y que hace contacto con el bastidor. Circuito abierto Un cable roto. entre el conector Un fusible quemado o un y una de las disyuntor disparado. luces en Una conexión de un mazo de paralelo. cables con un enchufe o pasador que muestre corrosión. Cortocircuito en Un mazo de cables pellizcado. el interruptor de Un solenoide de motor de las luces. arranque quemado.
Cortocircuito en Un mazo de cables pellizcado. el relé principal. Un solenoide de motor de arranque quemado. Cortocircuito a Corrosión que produce un tierra entre el relé trayecto directo al bastidor de y el fusible. la máquina. Un mazo de cables al que se le desgastó el aislamiento, debido a la fricción contra el bastidor de la máquina y que hace contacto con el bastidor.
Efectos Luces apagadas. Fusible quemado.
Enciende solo una de las luces.
La corriente fluye aun si el interruptor está abierto (off), por lo tanto las luces se mantienen encendidas. Las luces permanecen tenuemente encendidas. La corriente toma inmediatamente la vía de menor resistencia y retorna al borne negativo de la batería, también se produce un aumento de la intensidad de corriente, debido a la Material Unidad 3 | 12
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Cortocircuito a tierra entre el disyuntor y el relé principal.
Resistencia entre el interruptor de la luces y el conector.
ausencia de las resistencias de las luces, el fusible se quema. Corrosión que produce un Se dispara el disyuntor trayecto directo al bastidor de y la corriente cesa en la máquina. el circuito, por lo tanto Un mazo de cables al que se le el fusible no se desgastó el aislamiento, debido quema. a la fricción contra el bastidor de la máquina y que hace contacto con el bastidor. Una conexión de la batería que Al incrementarse la presente corrosión, lo cual resistencia el flujo de impide el giro del motor. corriente se reduce, Un interruptor con los contactos por lo tanto las luces quemados, un conector con bajarán su intensidad corrosión. o se apagarán.
Para cerciorarse que algún componente sufrió una falla, se deben realizar las mediciones de voltaje o de amperaje correspondientes y comparar su resultado con las especificaciones técnicas, con todos los interruptores cerrados el voltaje debería marcar 0 V, lo que indicaría la ausencia de alguna falla presente.
Efectos de las fallas en el sistema de arranque
Falla
Causas probables
Ausencia de sonido cuando la llave está en posición Start.
La bobina del relé de arranque está en mal estado. El relé de arranque no está recibiendo energía. Las baterías están descargadas o con muy poca carga. El interruptor de desconexión de la batería tiene un circuito abierto. El disyuntor tiene un circuito abierto.
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Relé de arranque emite un clic con la llave en posición Start.
Un chasquido repetido o “chirrido” con la llave en la posición de arranque. Giro del motor es lento y de respuesta demorada.
Un cable de la batería está desconectado del borne. Hay un conector desconectado. Hay una falla en la llave de contacto. Fallas en: Contactos del relé de arranque. Solenoide de arranque. Motor de arranque Cables y conexiones. Baterías (con poca carga). Contacto del tope de la corona con el piñón. Motor o transmisión (atascados). Una bobina de retención de corriente del solenoide de arranque con un circuito abierto. Bajo voltaje en el motor de arranque debido a poca carga en la batería. Una alta resistencia en el circuito (contactos o conexiones deficientes). En el motor de arranque: Las escobillas o el inducido en mal estado. Los devanados en cortocircuito parcial. Atascado mecánicamente. Bajo voltaje debido a baterías parcialmente cargadas o alta resistencia en el circuito. Problema mecánico en el motor diésel, producto de una combinación de aceite del motor de alta viscosidad y bajas temperaturas, que ocasionan un arrastre excesivo. Se ha instalado una pieza incorrecta (posiblemente el piñón). Un espacio producido por un desajuste del piñón que ocasiona un enganche parcial del piñón con la corona. Montajes del motor de arranque suelto o un piñón o una corona muy gastados.
Sonido de chirrido o choque entre los dientes del engranaje del piñón y los dientes de la corona. Resistencia en el Corrosión en el conector. circuito. Disminución del voltaje de la batería durante el giro. Efecto general. Detención del motor de arranque y del motor diésel.
Mediciones en el sistema de arranque Material Unidad 3 | 14
Unidad 3. Funcionamiento y arquitectura de un circuito eléctrico en maquinaria pesada y agrícola. Para realizar un diagnóstico asertivo en el caso que el motor de arranque haga que el motor diésel gire mucho más lento de lo habitual o no lo haga girar, se deberán realizar tres mediciones que se utilizan comúnmente para aislar el problema: 1. Medir el voltaje de la batería y la corriente del motor de arranque mientras el motor está girando o intenta girar. Mientras el motor está en giro, la caída de voltaje máxima permitida del borne negativo de la batería al borne negativo del motor de arranque, es de 1,4 voltios en un sistema de 24 voltios y de 0,7 voltios en un sistema de 12 voltios. La caída de voltaje máxima permitida mientras el motor está en giro en el interruptor de desconexión, es de 1,0 voltios en un sistema de 24 voltios y de 0,5 voltios en un sistema de 12 voltios.
2. Medir la caída de voltaje a través del motor de arranque mientras el motor está girando o intenta girar. La caída de voltaje máxima permitida mientras el motor está en giro en el solenoide de arranque, es de 0,8 voltios en un sistema de 24 voltios y de 0,4 voltios en un sistema de 12 voltios.
3. Comprobar la existencia de un atascamiento del motor u otros problemas mecánicos. Trate de rotar el cigüeñal manualmente con una herramienta de giro del motor. Si el cigüeñal se resiste más de lo normal o no puede rotarlo en absoluto, es que el motor tiene un pistón atascado o existe algún otro problema mecánico que hay que reparar. Material Unidad 3 | 15
Unidad 3. Funcionamiento y arquitectura de un circuito eléctrico en maquinaria pesada y agrícola. Si el cigüeñal rota libremente de forma manual pero aún gira débilmente con el motor de arranque, reemplace el motor de arranque.
Mediciones en el sistema de carga
Las caídas de voltaje máximas permitidas en un circuito de carga de 24 voltios, durante la carga con el alternador suministrando su capacidad nominal de corriente de salida y el motor funcionando a su capacidad nominal de RPM, son las siguientes: entre el borne positivo de la batería y el relé del motor de arranque es de 0,05 V, entre el alternador y el disyuntor 0,15 V, entre la conexión a tierra del alternador y la conexión a tierra del motor de arranque 0,10 V y entre la conexión a tierra del motor de arranque y el borne negativo de la batería 0,15 V. Las caídas de voltaje máximas permitidas en un circuito de carga de 12 voltios, son exactamente la mitad de los valores aquí mostrados.
Efectos de las fallas en el sistema de carga
Falla
Causas probables
Giro lento o Correa de transmisión del alternador rota o que patina. ningún giro, luces Uno o varios diodos rectificadores dentro del alternador en muy débiles o cortocircuito o con interrupción del circuito. apagadas. Falla del regulador de voltaje. Cables en cortocircuito o con interrupción en el circuito de campo del alternador. Cables en cortocircuito o con interrupción en el circuito (de salida) del estator del alternador. Ausencia de un cable a tierra entre el terminal a tierra del motor de arranque y el bloque del motor. Una interrupción o una interrupción intermitente en cualquier parte del circuito de carga. Corrosión en los terminales de la batería. Material Unidad 3 | 16
Unidad 3. Funcionamiento y arquitectura de un circuito eléctrico en maquinaria pesada y agrícola. Polea de transmisión del alternador floja o una polea equivocada (sobre medida) instalada. Baterías que no pueden aceptar una carga debido a una falla interna. Electrólito bajo Voltaje de carga excesivo (por encima de los 30,0 voltios de (excepto cuando CC). no requiere Descomposición del agua (se hidroliza) en oxígeno e ningún hidrógeno gaseoso. mantenimiento). Deformación de las placas de la batería. Evaporación del electrólito. Conector u otro Superficies corroídas, quemadas, ennegrecidas o fundidas componente pueden resultar en resistencia alta, interrupción del circuito, o quemado, cortocircuitos. ennegrecido o Condiciones atmosféricas (sal, neblina ácida) desfavorables, corroído. metales no similares en contacto, o productos químicos cáusticos utilizados en la limpieza. Superficies desgastadas que desarrollan resistencia y calor. Conexión floja o por abrir el interruptor de desconexión de la batería durante la carga. Fallas del Cortocircuito a tierra en el alternador o a lo largo del cable disyuntor del de salida del alternador. alternador. Herramienta que tocó el cable de salida del alternador y tierra a la vez. Disyuntor quede soldado en un estado “cerrado” y no pueda en lo sucesivo volver a abrir el circuito, debido a una sobre corriente. Observación visual y ruidos en el alternador, correa y polea.
los del
Correa de transmisión floja o equivocada. Desgaste y rajaduras en la parte interior de la correa. Cojinetes del alternador secos o desgastados por completo. Polea floja o equivocada. Cable dañado o conexiones flojas. Alternador dañado o sobrecalentado. Falta o daño del cable a tierra del motor.
Daño en cojinetes motor. Efecto general Cuando el alternador falla, las baterías no se recargan. Por lo tanto, la carga de la Material Unidad 3 | 17
Unidad 3. Funcionamiento y arquitectura de un circuito eléctrico en maquinaria pesada y agrícola. batería disminuye cada vez que se le coloca una carga. En algún momento las baterías se descargarán hasta un punto en que no podrán girar el motor o hacer funcionar los accesorios.
CONCLUSIONES En la presente unidad hemos definido qué son los diagramas eléctricos y cuál es su utilidad en los distintos sistemas eléctricos de las maquinarias, entre las que podemos comentar que sirven para explicar su funcionamiento y como apoyo para las intervenciones y mantenciones. Otro aspecto muy importante y relacionado directamente con los diagramas, es la simbología que se utiliza, aquí pudimos identificar los principales símbolos con los componentes más comunes a los distintos sistemas eléctricos, para maquinaria pesada. Revisamos finalmente en el tema de los diagramas, cuáles eran sus principales características, tomando como ejemplo las utilizadas en los planos de la maquinaria CASE, entre las que podemos destacar: las leyendas de diagramas de circuitos, simbología, identificación de cables y componentes.
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Unidad 3. Funcionamiento y arquitectura de un circuito eléctrico en maquinaria pesada y agrícola. Respecto a los componentes, estudiamos de manera más detallada las principales características técnicas y en algunos casos de selección (cables), así como su función en los sistemas eléctricos de las maquinarias. A continuación y ya teniendo claro tanto el uso de los diagramas y de la simbología utilizada, así como también los principales componentes de los sistemas eléctricos, estudiamos los tres principales sistemas de las maquinarias: luces, arranque y carga, desde el punto de vista de su función, funcionamiento, circuito simplificado, los tipos de conexiones presentes y los componentes que la conforman y el flujo de corriente. Por último, estudiamos respecto a la detección de fallas, mediante un análisis de los sistemas eléctricos de maquinaria pesada, comenzando por definir qué era una falla eléctrica, los tipos, características principales, causas, las etapas de cómo detectar una falla eléctrica: detección de la falla, medición con instrumento y la comparación de mediciones con las especificaciones. Finalmente, analizamos las mediciones para los sistemas de luces, arranque y carga, tanto de voltaje como de intensidad de corriente, la interpretación de los datos obtenidos en las mediciones y las tablas de falla, causas probables y efectos para todos los sistemas. BIBLIOGRAFÍA Álvarez, F. Introducción al sistema eléctrico de tractores agrícolas. Recuperado el 20 de
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