Cómo afectan los voltajes la velocidad, la carga y el deslizamiento

Como dice el dicho, "los viejos hábitos son difíciles de morir". Entre los viejos hábitos que han durado mucho en la profesión de reparación está la forma en que probamos los alternadores. En el pasado, el trabajo del alternador o generador era simplemente recargar la batería después del arranque y llevar cargas accesorias menores como encendido, iluminación, radio, calefacción o aire acondicionado al embrague y al motor del ventilador. Con 14 voltios de carga, el consumo total de corriente para estos accesorios y la recarga de la batería era generalmente de unos 40 amperios o 560 vatios de corriente.

Pero avancemos rápidamente hasta 2006, cuando la capacidad de carga de la mayoría de los alternadores puede haber superado los 100 amperios o 1400 vatios. El vataje simplemente es igual al voltaje multiplicado por el amperaje. Si la salida máxima de un alternador es igual a 100 amperios de corriente a 12,0 voltios a través de los terminales de la batería, su capacidad sería igual a 1200 vatios de electricidad. El vataje representa un número más preciso porque el voltaje de carga real de un alternador variará según la temperatura y la carga.

Debido a que la carga potencial total de accesorios de un automóvil moderno puede ser de hasta 1145 vatios, solo quedan 255 vatios para recargar la batería. Si bien los números anteriores pueden representar un extremo, ilustran la dificultad que puede tener el alternador moderno para mantener completamente cargada la batería de un vehículo.

La demanda eléctrica varía según la aplicación y el uso del vehículo, por lo que los ingenieros construyeron un alternador que satisfará la demanda promedio de accesorios de cualquier vehículo y aún tendrá suficiente capacidad de reserva para mantener la batería cargada. Si la demanda eléctrica aumenta con accesorios adicionales, como sistemas de sonido de alto amperaje o luces y frenos del remolque, entonces la capacidad potencial del alternador para recargar la batería del vehículo se reduce prácticamente a cero. Además, si el vehículo se conduce en viajes cortos con altas cargas de accesorios, la duración del ciclo de carga simplemente no será lo suficientemente larga para recargar completamente la batería.

Un alternador está diseñado para girar a aproximadamente dos o tres veces la velocidad del cigüeñal. La salida total del alternador generalmente se clasifica en 6,000 rpm del alternador. En consecuencia, una relación de transmisión del alternador de 2:1 generalmente se puede encontrar en motores de alto rendimiento o motores de camión de carretera de velocidad constante donde la velocidad promedio del motor es de aproximadamente 3,000 rpm. Para la mayoría de los automóviles de pasajeros, una relación de 3:1 entre la velocidad del alternador y del cigüeñal se traduce en una salida máxima del alternador de 2000 rpm del motor, que es la velocidad del motor a la que se prueban la mayoría de los alternadores.

Debido a que las transmisiones de sobremarcha automáticas reducen drásticamente las velocidades del motor, muchos motores modernos funcionan muy por debajo de las 2000 rpm hasta que alcanzan velocidades de carretera de alrededor de 60 a 70 mph. En consecuencia, si el alternador no mantiene el voltaje de carga nominal a velocidades más bajas del motor, la batería se descargará bajo cargas de accesorios pesadas. En la mayoría de los casos de carga insuficiente, el alternador puede tener instalada una polea de diámetro incorrecto, la correa de transmisión puede estar resbalando o el alternador mismo puede estar por debajo de la capacidad para la aplicación del vehículo.

Debido a que una batería se vuelve menos activa químicamente a temperaturas más bajas, se requieren voltajes de carga más altos para estimular la actividad química en las placas de la batería. En consecuencia, el regulador de voltaje del alternador está diseñado para aumentar el voltaje a temperaturas ambiente más bajas, mientras que la batería se vuelve químicamente muy activa a temperaturas más altas. El regulador de voltaje reduce el voltaje de carga para evitar que la batería falle al hervir el agua del electrolito de la batería y exponer sus placas al aire.

Dependiendo de la temperatura ambiente, el voltaje de carga generalmente varía entre 14,8 y 13,5 voltios. El voltaje de carga real diseñado en un regulador de voltaje depende de factores tales como qué tan lejos se encuentra el alternador de la batería y cuál puede ser la temperatura del aire ambiental que rodea la batería. En condiciones normales de funcionamiento, un alternador debe mantener aproximadamente 14,2 voltios a una temperatura ambiente de 70 °F.

Dado que el regulador de voltaje ajusta constantemente la salida del alternador según la temperatura del aire ambiente y el voltaje de los terminales de la batería, es importante comprender cómo una batería defectuosa puede dañar un alternador en perfecto estado. Una batería completamente cargada en buenas condiciones con la "carga superficial" eliminada debería producir 12,6 voltios de circuito abierto (OCV) en las terminales. Una batería con solo una celda defectuosa puede producir solo alrededor de 10.5 OCV, lo que hace que el alternador trabaje horas extra tratando de mantener el voltaje de carga nominal en los terminales de la batería. En la mayoría de los casos, el alternador sobrecargará las celdas restantes, provocando sobrecalentamiento, gasificación excesiva y acumulación de ácido en las superficies exteriores de la batería.

El deslizamiento de la correa de transmisión en condiciones de alta carga obviamente puede causar problemas de batería baja porque el alternador no está funcionando a la velocidad requerida. Algunos fabricantes intentan reducir los problemas de deslizamiento diseñando más "envoltura" de correa o cobertura alrededor de la polea del alternador. Obviamente, la polea con la menor cantidad de contacto con la correa es la más propensa al deslizamiento.

Para abordar el desgaste de la correa y la polea, muchos fabricantes incorporan indicadores de desgaste en el tensor de resorte automático de la correa. En otros casos, la correa y la polea se desgastarán hasta que el motor típicamente desarrolle un chirrido de la correa durante un arranque en frío. Si la polea está desgastada, por lo general puede exhibir un aspecto bien pulido a lo largo de las ranuras de la polea.

En lugar de probar el consumo parásito, un técnico, en muchos casos, culpará al alternador por la baja carga de la batería. La mayoría de las computadoras y módulos a bordo del vehículo consumen entre 20 y 30 miliamperios (mA) de corriente para mantener las memorias electrónicas presentes en los módulos y computadoras del vehículo. En contraste, una sola bombilla de luz en miniatura #194 (usada para encender la guantera) consumirá entre 200 y 300 mA, que es 10 veces el consumo parásito normal de un vehículo.

Desafortunadamente, un consumo parásito excesivo mantendrá la batería en un estado constante de descarga, especialmente si el vehículo se conduce solo distancias cortas. A medida que pasa el tiempo, la sulfatación de la placa provocada por una condición de descarga continua reduce el amperaje de arranque en frío (CCA) disponible de la batería y hace que la batería sea más resistente a la carga.

Antes de hablar sobre las pruebas del alternador, tengamos en cuenta que los fabricantes han integrado cada vez más el alternador con el sistema de gestión electrónica del motor. Esto permite que el sistema de gestión del motor seleccione las condiciones óptimas para recargar la batería del vehículo. Además, los voltajes de carga se controlan más cuidadosamente para aumentar la vida útil de la electrónica y la iluminación del vehículo. Debido a que las estrategias operativas pueden variar significativamente entre diferentes aplicaciones, es más importante que nunca evitar cometer costosos errores de diagnóstico consultando los datos técnicos apropiados antes de probar el alternador en cualquier vehículo moderno.

Antes de probar el alternador, siempre se debe comprobar el estado de las celdas de la batería utilizando un hidrómetro o un probador electrónico de baterías. Una vez que se confirma el estado de carga de la batería y la condición de la celda, la salida del alternador debe probarse en el vehículo usando un probador de pila de carbón. Cuando está equipado con una sonda de amperaje inductiva, el probador de pilas de carbón puede medir la salida de amperaje total conectando la sonda al cable B+ en el alternador, o la salida neta (salida del alternador menos el encendido del motor y la carga de la bomba de combustible) conectando la sonda al positivo. cables de bateria

En cuanto a las pruebas de banco, el mismo acto de retirar y transportar el alternador puede remediar temporalmente las condiciones intermitentes causadas por cosas como cepillos de anillos deslizantes pegados o tableros de circuitos agrietados en el regulador de voltaje interno. Por el contrario, si bien siempre es un buen procedimiento probar un nuevo alternador en banco antes de la instalación o para fines de garantía, la prueba de banco nunca debe considerarse una prueba definitiva de la condición de un alternador.

Es obvio que las demandas de los sistemas eléctricos modernos requieren pruebas precisas del alternador. Para ilustrar, un diodo de alternador en las primeras etapas de falla puede reducir la capacidad de carga de un alternador hasta en un 30%. Por lo tanto, es sumamente importante comprobar siempre la presencia de corriente alterna o CA en el circuito de carga. Por último, es imperativo probar el alternador de acuerdo con las especificaciones escritas para la aplicación del vehículo. Las conjeturas y las reglas generales ya no tienen cabida en el mundo de los modernos sistemas de carga controlados por computadora que se encuentran en los vehículos de hoy.