Alternador.
Requisitos para el sistema de carga del vehículo
El sistema de carga de los vehículos modernos enfrenta importantes requerimientos de "corriente". Debe tener la capacidad de cumplir con estas demandas en todos los escenarios operativos, al mismo tiempo que logra una recarga rápida de la batería.
El elemento principal del sistema de carga es el alternador, que en la mayoría de los vehículos contemporáneos (excluyendo el cableado asociado) es el único componente responsable de la carga. A continuación se muestra un alternador comúnmente utilizado. Aunque genera energía de corriente alterna (CA), debe convertirla en corriente continua (CC) en el terminal de salida, ya que solo la CC puede cargar efectivamente la batería y alimentar los circuitos electrónicos. La salida del alternador debe mantener un voltaje constante, sin verse afectada por la velocidad del motor o la carga de corriente.
En resumen, el sistema de carga debe cumplir con las siguientes condiciones cuando el motor está en marcha:
- Cumplir con los requerimientos de corriente de todas las cargas.
- Proporcionar la corriente de carga necesaria según lo demandado por la batería.
- Funcionar eficientemente a velocidad de ralentí (o sea con el coche parado pero con motor en funcionamiento ).
- Mantener un voltaje constante en todas las circunstancias.
- Poseer una relación potencia-peso eficiente.
- Mostrar confiabilidad, funcionamiento silencioso y resistencia a la contaminación.
- Requerir un mantenimiento mínimo.
- Ofrecer una indicación de un funcionamiento correcto.
El alternador desempeña un papel crucial al convertir la energía mecánica en energía eléctrica y suministrar energía a varias cargas eléctricas. Cuando la energía generada por el alternador no coincide con la carga eléctrica requerida, la batería complementa temporalmente el exceso de energía necesario para los equipos eléctricos. Sin embargo, con el avance de los vehículos más tecnológicamente avanzados equipados con características como sistemas de navegación y paneles de control electrónicos complejos, las demandas sobre el alternador han aumentado significativamente.
Naturalmente, el sistema de gestión del motor (EMS), que incluye funciones como encendido del motor e inyección de combustible, requiere cargas de potencia continuas y pesadas. La introducción de nuevos sistemas EMS ha intensificado aún más el consumo de energía debido a la mayor cantidad de sensores y actuadores presentes en los vehículos modernos.
No obstante, el componente principal que ejerce la mayor presión sobre la batería a nivel de componente probablemente sean los faros avanzados, los parabrisas calefactables, los motores de limpiaparabrisas y los motores de ventilador, que son características estándar en los vehículos modernos.
La proliferación de tecnología integrada en los automóviles ha hecho que los alternadores sean esenciales para el funcionamiento del motor, al tiempo que se encargan de proporcionar todas las comodidades tecnológicas comunes en los vehículos modernos. En consecuencia, los alternadores han tenido que evolucionar de manera paralela a la necesidad de una mayor capacidad de salida eléctrica sin comprometer las limitaciones de peso y cumpliendo con los estándares ambientales mejorados.
El enfoque principal en la fabricación de alternadores siempre ha sido producir modelos más eficientes. Uno de los avances clave se ha logrado mediante el enrollado denso de los cables de cobre en el bobinado del estator del alternador para minimizar la pérdida de energía.
En el panorama automotriz actual, especialmente en vehículos de lujo y de mayor tamaño, existe una mayor demanda de alternadores de mayor potencia debido al aumento del consumo de energía de la electrónica integrada en el automóvil. En respuesta a esto, los fabricantes han desarrollado gradualmente alternadores con capacidades de salida más altas y una mayor eficiencia. En el pasado, era raro encontrar alternadores ligeros y refrigerados por aire que ofrecieran más de 150 A. Hoy en día, se ha vuelto bastante común encontrar alternadores compactos con salidas que superan los 200 A, especialmente en modelos de automóviles nuevos o de alta gama, y esta tendencia sigue en aumento.
Para adaptarse a la creciente tecnología vehicular y las mayores demandas sobre los alternadores, los fabricantes han implementado diversas mejoras. Estas incluyen escobillas reforzadas y diodos mejorados, que permiten que los alternadores manejen cargas pesadas al tiempo que minimizan su impacto en la durabilidad.
Los avances más recientes se centran en la tecnología de "Carga Inteligente", que facilita la comunicación e interacción entre el regulador del alternador y la unidad de control electrónico (ECU) del motor. Esta tecnología emergente garantiza un control confiable y preciso sobre la generación y distribución de la salida del alternador. No solo permite tiempos de carga más rápidos, sino que también mejora el rendimiento del motor, la estabilidad en ralentí con retraso de arranque suave y las características de control de respuesta de carga.
Mirando hacia el futuro, los vehículos eléctricos (EV) están revolucionando el panorama de fabricación y están destinados a desempeñar un papel importante en la industria automotriz. Si bien esto presenta oportunidades para avances en tecnología alternativa de motor-generador, el futuro sigue siendo prometedor para la tecnología de alternadores. En comparación con varios conceptos híbridos que conllevan costos sustanciales y requieren un retorno de inversión a través de la economía de combustible, la tecnología emergente de arranque-parada sigue ofreciendo una solución más rentable.
Actualmente, el mercado está dominado en gran medida por sistemas de arranque-parada que utilizan motores de arranque mejorados y alternadores de alta eficiencia. Estos sistemas seguirán siendo una característica clave junto con otras tecnologías de ahorro de combustible y contribuirán significativamente al cumplimiento de las estrictas regulaciones de emisiones en 2020 y más allá.
¿Qué hay de nuevo?
Científicos del Laboratorio de Sistemas Electromagnéticos y Electrónicos del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) en Cambridge USA han logrado avances significativos en la mejora de las capacidades de potencia de los automóviles del futuro. Liderado por David J. Perreault, el equipo de investigación ha ideado métodos innovadores para hacer la transición del sistema eléctrico de 14 voltios (V) actualmente utilizado en los vehículos al sistema de 42 V más potente previsto para el futuro.
La adopción de un sistema eléctrico de 42 V es imprescindible para soportar funciones eléctricas avanzadas en los vehículos. Características como parabrisas calefactados, dispositivos de reducción de emisiones y suspensión avanzada requieren energía adicional. Por lo tanto, el equipo se ha centrado en reconfigurar el alternador, también conocido como generador eléctrico, para aumentar la capacidad de potencia general del vehículo.
El diseño experimental del alternador se basa en modelos matemáticos y demuestra un notable aumento en la potencia de salida pico y promedio en comparación con un alternador convencional tipo Lundell. Al reemplazar tres diodos pasivos en un alternador estándar con tres interruptores activos, los ingenieros obtienen un control preciso sobre el flujo de energía en todo el vehículo, optimizando así su rendimiento.
Además, el diseño experimental del alternador incorpora un rectificador de modo conmutado y una técnica de control de coincidencia de carga. A diferencia del alternador tipo Lundell, que solo optimiza la energía en modo de ralentí y no adapta su voltaje de salida fijo a las condiciones de funcionamiento variables, el alternador del MIT logra la máxima potencia de carga coincidente a todas las velocidades.
El nuevo sistema utiliza control de campo y un rectificador de modo conmutado para lograr una mayor potencia de salida que los sistemas tradicionales. El rectificador de modo conmutado actúa como un mecanismo de control secundario, asegurando la coincidencia adecuada de la carga de voltaje constante con el alternador, lo que permite que el alternador genere la máxima potencia sin aumentar las pérdidas ni el estrés térmico a medida que varía la velocidad del vehículo. La potencia de salida en esta configuración se determina por el voltaje del puente en lugar del voltaje de salida, lo que permite que el alternador entregue su máximo potencial en diferentes velocidades.
Gracias a su mayor eficiencia, el nuevo sistema disipa menos energía en forma de calor y consume significativamente menos combustible al generar la misma cantidad de energía que los automóviles convencionales. Además, la configuración del MIT aborda el problema de las sobretensiones en un sistema eléctrico de 42 V. Mientras que una sobretensión en un sistema de 14 V puede alcanzar hasta 80 V, la sobretensión en un sistema de mayor voltaje puede llegar a 240 V. El diseño del MIT garantiza que las sobretensiones durante tales episodios no superen los 60 V.
Otro desafío asociado con un sistema eléctrico de 42 V es la imposibilidad de arrancar el vehículo utilizando una batería de 14 V. Sin embargo, el diseño aborda este desafío utilizando la energía almacenada magnéticamente en el alternador durante el flujo de corriente, lo que ayuda a arrancar el vehículo. Con la inclusión de controles específicos en el nuevo sistema, arrancar un vehículo de 42 V utilizando una batería de 14 V se vuelve factible.
Indicaciones de un sistema de carga defectuoso y en mal estado
Con el tiempo, los componentes del sistema de carga, incluido el alternador, pueden desgastarse o dañarse. Aquí hay algunas señales que indican un sistema de carga defectuoso o en mal estado:
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Luces tenues: Si las luces del vehículo parecen más tenues de lo habitual, especialmente cuando se encienden otros equipos eléctricos, puede ser una señal de un problema en el sistema de carga.
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Problemas de arranque: Si el vehículo tiene dificultades para arrancar, especialmente cuando la batería es nueva, puede ser un indicio de un problema en el sistema de carga. El alternador puede no estar suministrando suficiente energía para recargar la batería después del arranque.
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Batería descargada: Si la batería se descarga con frecuencia y requiere recargas frecuentes, incluso después de reemplazarla por una nueva, puede haber un problema con el sistema de carga.
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Indicadores de advertencia: Si los Indicadores de advertencia de la batería o del sistema de carga se encienden en el tablero de instrumentos, es probable que haya un problema en el sistema de carga. Es importante prestar atención a estos indicadores y hacer que el sistema se revise y repare si es necesario.
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Olores o ruidos extraños: Si se perciben olores a quemado o se escuchan ruidos extraños, como chirridos o zumbidos, procedentes del compartimento del motor, podría ser un signo de un alternador defectuoso.
Si experimentas alguno de estos síntomas, es recomendable llevar tu vehículo a un taller de confianza para que realicen una evaluación del sistema de carga y realicen las reparaciones necesarias. Un sistema de carga en mal estado puede resultar en una batería descargada, fallos en el arranque del motor y la falta de alimentación eléctrica adecuada para los componentes del vehículo. |