Funcionamiento del alternador

El alternador de un coche es uno de los elementos principales del circuito eléctrico. Su finalidad es transformar la energía mecánica en energía eléctrica para cargar la batería y proporcionar el suministro eléctrico necesario al coche cuando está en funcionamiento.

Para saber cómo funciona un alternador, primero debemos conocer qué partes lo forman y que misión tienen.

Partes de un alternador

Las partes básicas de un alternador estándar incluyen a un rotor, estátor, puente rectificador y escobillas, además de la presencia del regulador. A continuación detallamos cada una:

• Polea. Es el elemento que recibe, a través de una correa, la fuerza mecánica que genera el motor del coche. Esta polea está unida al eje del alternador y tiene como finalidad mover el rotor que han en su interior. En los alternadores de nueva generación, existe un pequeño ventilador que los ayuda a refrigerarse y éste es movido a su vez por esta polea.
• Rotor o inductor. Está formado por un electroimán que produce un campo magnético fruto de la corriente que recibe desde el regulador a través de los anillos rozantes situados en el eje. Cuando este campo magnético está activo, las bobinas del estátor (parte fija del alternador) reaccionan produciendo la corriente eléctrica necesaria.
• Regulador. Su misión es doble. Por una parte está controlar que la tensión máxima de salida del alternadorno sufra variaciones ni picos. Por otro lado está regular el amperaje que recibe la batería cuando demanda carga.
• Estátor. Es el elemento inducido y fijo del alternador. En él se sitúa el bobinado trifásico que permite la reacción y por tanto la corriente eléctrica. Su forma puede ser en triángulo o estrella.
• Puente rectificador de diodos. Este sistema es el encargado de transformar la corriente alterna que se crea en el alternador a corriente continua (que es la que necesita la batería y emplean los diferentes sistemas del coche).

Cómo funciona el alternador

Una vez conocemos los principales elementos que forman un alternador, pasaremos a describir su funcionamiento de forma muy sencilla.

Al introducir la llave en el contacto y girarlo la bobina rotor del alternador recibe corriente de la batería. Una vez arrancamos el motor la bobina rotor comienza a girar y pasa de recibir energía a generarla. De esta sencilla forma pasa a autoabastecerse y proporcionar la energía necesaria para satisfacer la demanda de los sistemas que facilitan la conducción y vida a bordo del coche como el climatizador, la dirección asistida o el sistema de audio.

Si el alternador funciona correctamente la luz que hay en el cuadro de instrumentos se apagará. Si tras poner el coche en marcha no se apaga la luz, podría ser indicativo de que el alternador no proporciona corriente a los sistemas auxiliares. De ser así, habrá que comprobar que los 12 voltios de la batería llegan a la entrada del regulador y que los diodos del puente rectificador no están en mal estado. Además, también podría darse que las escobillas de los anillos rozantes estén en mal estado y por tanto no llegaría la corriente necesaria al rotor.

Componentes y Funcionamiento.

El circuito de carga del automóvil cumple dos funciones: Recargar la batería y suministrar corriente durante el trabajo. Existen dos tipos de circuitos de carga: Por generador y por alternador.

En que se diferencian uno de otro.?

Ambos circuitos generan corrientes alternantes, y ambos se diferencian únicamente por el modo de entregar esta corriente para convertirla en corriente continua.

Un generador de corriente alterna genera una corriente alterna cuando la corriente cambia de polaridad durante la rotación de generador, sin embargo una batería no puede almacenar corriente alterna, es por eso que esta corriente es transformada a corriente directa por diodos dentro del generador.
Los diodos solo permiten a la corriente fluir en una sola dirección.
Los diodos son válvulas de retención eléctricas de un solo sentido que permiten a la corriente fluir en una sola dirección, al generador de corriente alterna (ca) se le llama comúnmente alternador.

Alternador

Es fundamentalmente el corazón de los circuitos de carga. El alternador es como el generador, cumple la misma función de transformar fuerza mecánica en energía eléctrica.

Componentes y funcionamiento

Los componentes de un alternador son los siguientes
1. Caja o carcasa. 2. Rotor. 3. Estator. 4. Anillos colectores o escobillas. 5. Polea. 6. Ventilador.

Caja o carcasa

Un alternador esta construido por una caja formada por dos piezas de aluminio , el aluminio es empleado por su poco peso y por sus propiedades no magnéticas y de transferencia de calor que se necesita para ayudar a mantener el alternador frío.

Estator

Soportado entre las dos mitades de la caja del alternador están tres devanados de alambre de cobre arrollados en un núcleo metálico laminado, conforme gira el rotor, su campo magnético móvil induce una corriente en los devanados del estator.

Rotor

El rotor es la parte giratoria del alternador, esta formado por muchas vueltas de alambre de cobre enrollado en un núcleo de hierro, el núcleo esta montado sobre el eje del rotor.
En ambos extremos de los devanados del rotor (alambre enrollado) se encuentran unas placas de metal de grueso calibre que se doblan sobre los devanados en dedos de forma triangular, estos dedos no se tocan pero se entrelazan, cuando la corriente fluye a través de los devanados del rotor las piezas del metal del polo en cada extremo del rotor se convierten en electroimanes.

El rotor está montado sobre unos rodamientos (baleros) dentro del estator y es accionado por la banda del ventilador, sólo contiene una bobina, cuyos extremos están conectados a un anillo rozante.

La corriente llega a los anillos a través de dos pequeñas escobillas fijas de carbón; cuando la corriente pasa a través de la bobina del rotor éste se convierte en electroimán.
La corriente se genera cuando un electroimán atraviesa una bobina del estator. Cuanto mayor. sea el número de electroimanes que crucen cada bobina en un tiempo determinado, más elevada será la corriente generada.

Aunque el rotor no es más que un solo electroimán, se comporta como si fuera una serie de ellos, pues sus extremos están dispuestos en forma de garras, cada una de las cuales constituye de hecho un pequeño electroimán.
A diferencia del generador, el alternador no dispone de un colector del que se toma corriente continua. Al atravesar una serie de polos positivos y negativos por cada bobina del estator, genera en ellas corriente positiva y negativa alternativamente.
La corriente alterna se transforma en corriente continua (C.C.), por medio de unas válvulas electrónicas direccionales que reciben el nombre de diodos o rectificadores y que se alojan en el alternador. Algunas válvulas no dejan pasar más que corriente positiva de modo que en las terminales se obtiene corriente continua (C.C.)

Tipos de alternadores

Aunque todos los alternadores son fundamentalmente iguales, hay dos tipos principales que tienen diferente aplicación.
Abiertos
Cerrados.

Los alternadores abiertos llevan ventanas para facilitar su ventilación. Un ventilador, montado por detrás de la polea de accionamiento, fuerza el paso del aire a través del interior del alternador.
Los alternadores cerrados no llevan ventana alguna. Están especialmente proyectados para trabajar en atmósferas muy cargadas de polvo o en lugares donde las chispas podrían causar incendios. Sin embargo, necesitan refrigeración, lo mismo que los abiertos y ésta se logra por aire o aceite.

Como Genera Energía

El generador produce energía eléctrica por inducción electromagnética, por tanto, lleva un conductor de corriente que corta las líneas de fuerza de campo magnético estacionario.
Construyamos un generador elemental y veamos su funcionamiento.

El generador elemental consta de dos partes:
Los polos magnéticos (campo magnético estacionario)
Un inducido formado por hilo que gira (conductor)

Componentes

El generador consta de una carcasa exterior con dos electroimanes diametralmente opuestos, cada uno formado por una masa polar y una bobina inductora.

Entre los imanes gira un inducido que generalmente posee 28 bobinas de alambre independientes, cuyos extremos están unidos a los segmentos de cobre que forman el colector.
El inducido se apoya sobre casquillos o rodamientos y es movido por la correa del ventilador. Dos escobillas fijas de carbón rozan continuamente con el colector. Al atravesar las bobinas inductoras una corriente reducida, se crea un campo magnético. Al girar el inducido en el campo magnético se produce una corriente que abandona cada bobina, a través del colector y de las escobillas de carbón que rozan con él.
Una escobilla recibe siempre corriente negativa y la otra positiva, por lo que la corriente generada es continua. La intensidad de corriente generada depende de la velocidad de giro del inducido y la intensidad del campo magnético creado por las bobinas inductoras. Este campo puede variarse si se altera la intensidad de corriente que reciben las bobinas inductoras.

Inducido

El inducido está formado por multitud de espiras para obtener un voltaje mayor. Las espiras se arroyan sobre un núcleo de láminas de hierro dulce que es atravesado por el eje del accionamiento del generador o dínamo.

Colector

La sección del colector tiene que ser tal que corresponda con la acción del hilo del inducido. El colector es un anillo formado por delgas. Cada delga está aislada de las dos adyacentes y los extremos de cada espira se conectan a dos delgas adyacentes.

Escobillas

Las escobillas se fabrican de distintos materiales, según la potencia y las características del generador o dínamo.

Portaescobillas

Las portaescobillas constan de un brazo y un muelle que aplican fricción a la escobilla con una fuerza determinada.

Zapata de los polos

Las zapatas de los polos son imanes permanentes que se fijan a la pared interior de la caja del generador. Las dos zapatas quedan una frente la otra, formando un campo magnético.

El arrollamiento y bobina de campo

Consta de varias espiras sobre cada uno de los polos, uno de los extremos del arrollamiento se conecta a una escobilla; el extremo opuesto se conecta a la terminal de campo del generador.

Caja

Todas las piezas del generador van dentro de una caja. La caja suele ser cilíndrica, con una tapa en cada extremo provista de ventanas para que pueda circular el aire.

Polea

La polea del accionamiento del generador suele llevar unas paletas que fuerzan el aire a través del interior del generador.

Funcionamiento

Todos los circuitos de carga trabajan de tres modos. Durante el arranque del motor, la batería es la única que entrega corriente a la carga. Durante los momentos de máximo consumo de corriente, la batería suple la corriente.

En trabajo normal, el generador suministra toda la corriente que consume y recarga la batería. En ambos tipos de carga, la batería se activa para arrancar el motor.

Una vez en marcha el motor, éste hace girar la dínamo generador o alternador que produce la corriente necesaria para el encendido, las luces y las cargas accesorias para todo el sistema.
Por lo tanto, una vez que está en marcha el motor, es el generador o alternador el que realiza todo el trabajo, que consiste en suministrar corriente al sistema eléctrico.

Unidades Auxiliares

El funcionamiento del generador requiere tres importantes componentes eléctricos.
1. Disyuntor
Como ya se ha dicho, el generador recarga la batería y suministra corriente al resto del sistema eléctrico. Para que la batería pueda cargarse es preciso que se cierre el circuito de carga. Ahora bien, si este circuito no se abre al pararse el generador, la batería se descargaría a través del generador.
Para que esto no ocurra se intercala en el circuito de carga un disyuntor. Mientras el generador está produciendo corriente, el disyuntor mantiene cerrado el circuito de carga. Al parar el generador, el disyuntor se abre automáticamente.

2. Regulador de voltaje
La tensión del generador subiría todo lo necesario para hacer pasar la corriente a través de cualquier resistencia que pudiera tener el circuito. Si la resistencia del circuito es alta, y el voltaje es alto, así como si el voltaje es demasiado alto en el generador, podría causar averías en el circuito de campo o excitación del generador y en el circuito de carga.
El generador no puede regular por sí mismo la tensión de la corriente que produce. Por eso se equipa siempre con un regulador de corriente intercalado con el circuito de excitación. Consta de una bobina en paralelo con la excitación y unos contactos que al abrirse y cerrarse regulan la intensidad del campo magnético, y de esta forma el voltaje del generador.

3. Regulador de corriente
Si la resistencia de cualquier circuito alimentado por generador es demasiado baja, la intensidad de la 'corriente puede ser excesiva y quemar el inducido.
Para controlar la intensidad de la corriente se intercala en el circuito de carga un disyuntor, que es muy parecido al regulador de voltaje que se acaba de describir.