Motor de arranque
Los motores térmicos de combustión interna tienen la capacidad de mantenerse en funcionamiento de forma autónoma, a régimen de ralentí o a régimen variable según la carga, debido a la energía generada dentro de sus cilindros, pero precisan de una fuente de energía externa para alcanzar un régimen mínimo de funcionamiento desde el estado de parada del motor. Esta fuente de energía la proporciona en los vehículos automóviles un motor eléctrico conocido por motor de arranque, el cual transforma la energía eléctrica que le proporciona la batería en energía mecánica a través de su eje, que mueve el motor térmico mediante un sistema de engranajes piñón-corona.
El motor de arranque, muy parecido a la dinamo en su construcción, tiene que vencer la resistencia que le ofrecen los elementos móviles del motor, como por ejemplo pistones, bielas, cigüeñal, etc., y sobre todo la presión que se genera dentro de los cilindros en la fase de compresión. La velocidad de rotación que debe alcanzar el motor térmico para obtener un funcionamiento regular es de 100 rpm para los motores de explosión y 150 rpm para los motores de combustión.
El consumo eléctrico del motor de arranque es máximo al inicio de su funcionamiento y va disminuyendo a medida que el motor térmico va realizando explosiones o combustiones que le ayudan a alcanzar las revoluciones necesarias para el arranque. Es evidente que en frío el consumo eléctrico es superior que con el motor en caliente.
Los fabricantes diseñan motores de arranque cuya relación peso/potencia proporcionen un par suficiente (para turismos hasta 30 Nm), sin que sean demasiado caros y que consuman el mínimo de corriente eléctrica.
En este capítulo se verá la misión que cumple el motor de arranque, los distintos tipos utilizados en los vehículos, su funcionamiento y los distintos sistemas de accionamiento, sus características eléctricas y las averías que pueden darse en estos motores eléctricos.
El principio de funcionamiento del motor de arranque de corriente continua se basa en las fuerzas de atracción y repulsión de dos campos magnéticos generados por una corriente eléctrica. Los imanes tienen la propiedad de atraer y ser atraídos al colocarse uno dentro del campo magnético del otro (fuerzas de atracción y repulsión) de forma que los polos del mismo nombre se repelen y polos contrarios se atraen.
Motor de arranque
Si se hace circular una corriente eléctrica continua por una espira, en ella se crea un campo magnético cuyas líneas de fuerza son perpendiculares al plano de la espira, el campo se polariza en ambas caras de la espira determinando los polos norte (N) y sur (S). Si se coloca esta espira dentro de otro campo magnético, tenderá a ubicarse de manera que las líneas de fuerza del campo entren por su cara sur y salgan por su cara norte, originándose un par de rotación (polos opuestos se atraen y polos iguales se repelen como se ha mencionado anteriormente).
Definición
Se conoce como espira a un conductor cerrado plano.
Si esta espira es colocada sobre un núcleo magnético giratorio, llamado rotor, y a su vez este campo magnético es introducido en un campo magnético estático, llamado estátor, el polo sur del rotor es atraído por el polo norte del estátor y al revés, generándose un par de rotación que origina el movimiento del rotor. Si se coloca una espira desfasada con respecto a la primera y conectadas ambas a delgas opuestas del colector, por las que se les proporciona corriente eléctrica continua, al orientarse la primera espira deja de alimentarse, pasa a alimentarse la segunda creando un nuevo campo magnético y un nuevo par de rotación, consiguiendo el movimiento giratorio del rotor.
Rotor
En los motores de arranque se colocan el número de espiras necesarias para conseguir un movimiento suave y continuo ocupando las ranuras del rotor y uniendo el extremo de cada espira a una delga en el colector, desfasada un ángulo determinado.
Los extremos de la espira pueden unirse a unos semianillos, aislados entre sí, sobre los cuales rozan dos escobillas fijas a través de las cuales circula la corriente de la espira.
Actividades
1. Buscar información sobre cómo conocer el sentido de la fuerza que actúa sobre el conductor por la regla de la mano derecha.
Recuerde
Si se ubica una espira dentro de un campo magnético, se colocará de forma que las líneas de fuerza del campo entren por su cara sur y salgan por su cara norte. Polos opuestos se atraen y polos iguales se repelen.
Cuando circula la corriente por las espiras del rotor se produce un campo magnético que tiende a orientarse con el campo estático del estátor, pero al girar las espiras dentro de un campo magnético se produce una variación de flujo magnético y por lo tanto se genera en ellas por inducción una fuerza electromotriz inducida y de sentido contrario que se opone a la tensión aplicada en el colector llamada fuerza contraelectromotriz (f.c.e.m.). De acuerdo con la ley de Lenz, la fuerza electromotriz tiende a oponerse a la causa que la genera, es decir, que tenderá a frenar al rotor. El valor de la f.c.e.m. depende de las revoluciones del inducido o rotor:
Donde:
Definición
Wb = wéber
Es la unidad de flujo magnético en el SI, equivalente al flujo magnético que al atravesar un circuito de una sola espira produce en la misma una fuerza electromotriz de 1 voltio si se anula dicho flujo en 1 segundo por decrecimiento uniforme.
La fuerza contraelectromotriz hace que la corriente absorbida sea menor al aumentar las revoluciones del motor, efectuando una autorregulación de su velocidad.
Donde:
La intensidad y la potencia absorbida en el arranque serán máximas para E’= 0, o sea, en el momento inicial del arranque.
Donde
Aplicación práctica
La tensión aplicada en bornes a un motor de arranque mediante un acumulador es de 11,50 V. Teniendo en cuenta la caída de tensión exterior, la resistencia interior del motor de arranque es de 0,06 Ω. ¿Cuál será la intensidad máxima absorbida por el motor y la potencia absorbida?
SOLUCIÓN
La intensidad máxima y la potencia absorbida se obtendrán de las siguientes expresiones:
Recuerde
La fuerza contraelectromotriz tiende a oponerse a la causa que la genera; tenderá a frenar al rotor, depende de las revoluciones del inducido.
Una de las principales limitaciones del motor de arranque es su tamaño; deberá ser lo más pequeño y compacto posible, robusto y de poco peso. Para cumplir con estas características es apropiado el motor eléctrico de corriente continua, que se acopla en el arranque a la corona del volante motor para hacer funcionar el motor térmico.
Las partes de que debe estar compuesto un motor de arranque son básicamente:
Actividades
2. Explicar brevemente a qué tipo de esfuerzo está sometido el resorte que hace que la escobilla esté en contacto permanente con las delgas del colector en el inducido.
4.1. Carcasa o cuerpo del motor
El estátor está constituido por una carcasa metálica de acero de bajo contenido en carbono a través de la cual se cierra el circuito magnético del campo inductor formado por las expansiones polares y creado por las bobinas inductoras, también llamadas zapatas, dentro del cual se mueve el inducido o rotor.
Estátor del motor de arranque
Recuerde
La velocidad de rotación que debe alcanzar el motor térmico para obtener un funcionamiento regular es de 100 rpm para los motores de explosión y 150 rpm para los motores de combustión.
Las expansiones o masas polares son núcleos de acero suave donde se forman los polos magnéticos del estátor; están alojados en el interior de la carcasa y sujetos mediante unión atornillada. Alrededor de los núcleos se colocan las bobinas inductoras, que están formadas de conductor de cobre de gran sección y aisladas entre sí con respecto a masa; al ser recorridas por la corriente eléctrica crean el campo magnético en las masas polares. Las bobinas inductoras se conectan eléctricamente en serie o en paralelo dos a dos, un extremo forma el borne de entrada al motor y el otro se une a la escobilla positiva.
Las masas polares adquieren la curvatura necesaria para que todos los puntos de su superficie queden a igual distancia del tambor del rotor, alojado en su interior.
La distancia que queda entre las masas polares y el tambor del rotor recibe el nombre de entrehierro (< 1 mm).
4.2. Rotor o inducido
El rotor o inducido está formado por un eje de acero sobre el que se monta el tambor, en el que se alojan los arrollamientos inducidos o espiras, y un colector en el cual se conectan los arrollamientos mediante soldadura blanda a sus respectivas delgas.
Las espiras son de gran sección y están formadas de pletinas de cobre aisladas entre sí y con respecto al cilindro.
El tambor está formado por la unión de chapas magnéticas ranuradas normalmente en forma de estrella.
El colector, en un lado del eje, está formado por laminillas de cobre aisladas que constituyen las delgas del mismo y sobre las que rozan las escobillas que alimentan el motor. Al otro lado del eje existen unas estrías sobre las cuales se desliza el mecanismo de arrastre; también puede llevar un piñón en los motores con reductora adecuado al par que se exige para ese motor.
Como se puede ver en la figura del rotor, en las espiras colocadas frente al polo norte la corriente circula en el mismo sentido, por lo tanto el empuje en todas ellas tiene el mismo sentido; todo lo contrario ocurre en las espiras situadas en el polo sur. Este efecto genera un par de giro en el rotor.
4.3. Soporte lado colector
Este elemento llamado tapa o soporte sirve para cerrar al conjunto del motor de arranque por uno de sus extremos; además, sirve de soporte al eje del inducido mediante un cojinete de bronce sintetizados.
Soporte lado colector
Definición
Sinterización
Es el tratamiento térmico de un polvo o compactado metálico o cerámico a una temperatura inferior a la de fusión de la mezcla, para incrementar la fuerza y la resistencia de la pieza creando enlaces fuertes entre las partículas.
Como se puede ver en la figura anterior, en la tapa soporte van los portaescobillas, uno de ellos aislado respecto a masa y el otro va conectado a masa. Dentro de los portaescobillas se montan las escobillas de carbón grafitado, las cuales se pueden desplazar longitudinalmente a medida que se van desgastando gracias al empuje de sus respectivos resortes, que ejercerán la presión necesaria para un buen contacto escobillas-colector del inducido.
4.4. Aplicación práctica
Al accionar el motor de arranque de un vehículo de pequeña cilindrada se escucha engranar el piñón en la corona, pero el motor térmico no gira. ¿Por qué puede ocurrir esto?
Solución
Al tratarse de un motor de pequeña cilindrada se refiere a un motor de arranque por horquilla, con o sin reductora.
En primer lugar hay que extraer el motor de su alojamiento en el vehículo para desmontarlo y comprobar sus componentes mecánicos y eléctricos. Se seguirá el siguiente procedimiento:
Nota
Si existe algún elemento defectuoso, como por ejemplo escobillas, debe ser sustituido.
Actividades
3. ¿Afectan las vibraciones del inducido al buen funcionamiento del motor de arranque?
4.5. Soporte lado delantero o de accionamiento
Este elemento se fabrica de fundición en acero o en aluminio, es la pieza que cierra el motor de arranque por el otro extremo. Al igual que la tapa anterior, dispone de un casquillo de bronce sinterizado para que se apoye el eje del inducido y pueda girar libremente.
Su diseño va a estar condicionado por el tipo de motor que lo incorpore, ya que es el elemento de unión al motor por lo que su forma y cogidas son muy diversas, pero todas incorporan un alojamiento para acoplar en ellas el contactor o relé de mando. En los motores de arranque con reductor el soporte dispone de un alojamiento para el conjunto reductor.
Tipos de soportes delanteros
Sabía que...
Dado que el relé es capaz de controlar un circuito de salida de mayor potencia que el de entrada, puede considerarse, en un amplio sentido, como un amplificador eléctrico. Como tal se emplearon en telegrafía, haciendo la función de repetidores que generaban una nueva señal con corriente procedente de pilas locales a partir de la señal débil recibida por la línea. Se les llamaba “relevadores”. De ahí “relé”.
4.6. Mecanismo de arrastre
La función del mecanismo de arrastre es la de transmitir el movimiento del motor de arranque al motor térmico y evitar que este, una vez arrancado, arrastre al motor de arranque.
El conjunto lo forman los siguientes elementos:
Nota: la relación entre piñón y corona del volante motor es de 1/10 a 1/16, para unas 200 rpm mínimas del motor; para iniciar su funcionamiento el motor de arranque debe girar de 2.000 a 3.000 rpm aproximadamente.
El mecanismo de rueda libre se utiliza con objeto de permitir que el eje motriz mueva al eje resistente y no al contrario; cuando el eje resistente gira a más revoluciones que el eje motriz, se desacopla.
El mecanismo funciona de la siguiente forma: el conjunto tiene dos ruedas, una de ellas con una serie de ranuras donde se introduce una serie de rodillos o bolas con unos muelles. Cuando la rueda motriz arrastra a la rueda conducida, los rodillos o bolas se enclavan entre ambas haciéndolas solidarias. De lo contrario, si la rueda conducida gira más deprisa, arrastra a los rodillos o bolas hacia la parte ancha de la ranura, produciendo un giro libre entre las ruedas.
Nota
Este sistema se utiliza en mecanismos que giran siempre en un mismo sentido.
4.7. Relé de arranque o interruptor
El relé de arranque, también conocido como interruptor, está incorporado al circuito eléctrico del motor de arranque, va intercalado entre la batería y el motor de arranque. Su misión es la de cerrar el circuito del motor para su funcionamiento.
Relé de arranque
Actividades
4. Para que engrane el piñón y la corona del volante, los módulos de los engranajes deben ser iguales. ¿Qué es el módulo de un engranaje? ¿Cómo se obtiene?
Los motores de arranque deben realizar un gran esfuerzo para conseguir un gran par motor que permita poner en funcionamiento al motor térmico, principalmente en el instante del accionamiento del mismo; la potencia del motor de arranque va a depender en gran medida de este esfuerzo que tiene que vencer.
Para aumentar la potencia de los motores de arranque, se aumenta el campo magnético y la fuerza de atracción del mismo; esto se consigue aumentando el número de masas polares. Según el número de masas polares se clasifican en bipolares, tetrapolares (los más utilizados) o hexapolares.
Importante
Según el número de masas polares que tenga un motor de arranque, este puede ser bipolar, tetrapolar o hexapolar. Los más utilizados son los tetrapolares.
Otra clasificación que se puede realizar de los motores de arranque es según sus características constructivas:
Motores de arranque convencionales
Conjunto reductor
Sabía que...
El conjunto reductor del motor de arranque consta de una serie de engranajes pequeños con dientes exteriores, llamados satélites y de un engranaje más grande con dientes interiores llamados coronas.
Motor de arranque coaxial
Recuerde
El motor de arranque transforma la energía eléctrica que le proporciona la batería en energía mecánica a través de su eje, que mueve el motor térmico mediante un sistema de engranajes piñón-corona.
Motor de arranque de inducido deslizante
Los dos últimos tipos se verán a continuación con más detalle.
Actividades
5. ¿Qué tipo de engranaje monta el piñón del motor de arranque y la corona dentada del volante de inercia del motor térmico?
5.1. Motor de arranque coaxial
Como se ha comentado anteriormente, los grandes motores térmicos precisan motores de arranque de gran potencia, donde el engrane se realice con suavidad para evitar el deterioro del piñón o de la misma corona del volante motor.
Los motores de arranque coaxiales cumplen con estas características, al principio de su funcionamiento el giro es lento, máxima potencia, y luego aumenta sus revoluciones cuando el motor térmico ha alcanzado un número de revoluciones determinado.
Nota
La diferencia principal con los demás motores de arranque radica en la incorporación del relé en su interior, coaxialmente respecto al motor, de ahí su nombre.
El funcionamiento del motor de arranque coaxial es el siguiente:
Sabía que...
La señal de arranque (+50) proviene de la llave de contacto del vehículo; esta señal es mantenida mientras el conductor acciona el arranque, en el momento en que deja de accionarlo, la llave vuelve a su posición de contacto (+15).
Actividades
6. En el mercado existen varios tipos de llaves de arranque dependiendo del modelo y tipo de vehículo. Buscar información sobre ello, además de imágenes ilustrativas.
5.2. Motor de arranque con inducido deslizante
Estos motores van montados generalmente en motores de mediana y gran potencia, el acoplamiento del piñón con la corona se efectúa debido al desplazamiento axial del inducido dentro de su campo magnético de excitación, necesitando un colector más largo.
Recuerde
El consumo eléctrico del motor de arranque es máximo al inicio de su funcionamiento y va disminuyendo a medida que el motor térmico va realizando explosiones o combustiones que le ayudan a alcanzar las revoluciones necesarias para el arranque. Es evidente que en frío el consumo eléctrico es superior que con el motor en caliente.
La puesta en marcha de estos motores de arranque se realiza mediante un relé especial 7 instalado en el interior del motor; se alimenta a través del interruptor de arranque de la llave de contacto, llevan un conmutador de doble contacto basculante que actúa en dos fases en su funcionamiento.
Entre el eje del inducido y el piñón de arrastre se encuentra el embrague de discos de fricción para que la unión piñón-eje sea progresiva y suave. Este conjunto actúa como mecanismo de rueda libre y como limitador de sobrecargas, protegiendo los discos de embrague cuando el par es muy grande.
Cuando se deja de excitar el relé, el muelle 14 efectúa el retroceso del inducido y del piñón a su posición de reposo.
Actividades
7. ¿Qué mecanismos intervienen en la evacuación de calor generada por la fricción mecánica entre los discos de embrague del motor de arranque?
El conexionado de las bobinas inductoras y el inducido de los motores de arranque en general se pueden efectuar de las siguientes formas:
A continuación se va a ver el conexionado y funcionamiento de los distintos motores de arranque más utilizados en el sector de la automoción para motores de pequeña, mediana y gran potencia:
6.1. Conexionado y funcionamiento del motor de arranque por horquilla
En la figura siguiente se puede ver el mecanismo de funcionamiento del motor de arranque y del interruptor electromagnético o relé de accionamiento, en estado de reposo.
Recuerde
Una de las principales limitaciones del motor de arranque es su tamaño; deberá ser lo más pequeño y compacto posible, robusto y de poco peso.
Al no existir señal de arranque, los interruptores 1 y 2 permanecen abiertos y no circula corriente eléctrica por ellos; el piñón no engrana con la corona gracias a la acción del muelle.
Cuando se pulsa el interruptor de arranque o demarré (1), la corriente eléctrica circula por las bobinas del relé (3A y 3B), que al magnetizarse atrae al núcleo o áncora (4); este efecto produce dos reacciones: el piñón (8) al bascular sobre la horquilla (12) engrana con la corona (9), y por otro lado se cierran los contactos (5) que alimentan las bobinas inductoras y que ponen al motor de arranque en marcha.
Nota
Si el motor térmico arranca antes de desconectarse el piñón de la corona y gira a más revoluciones que el motor de arranque, entra en funcionamiento el mecanismo de rueda libre de forma que no perjudique al inducido.
Actividades
8. Reflexionar sobre las siguientes cuestiones:
Cuando deja de accionarse el interruptor de puesta en marcha, el electroimán o relé deja de recibir corriente y el muelle (10) vuelve a su posición inicial y la horquilla desconecta al piñón de la corona; el motor de arranque queda en posición de reposo.
6.2. Conexionado y funcionamiento del motor de arranque con engrane por inercia
Es un sistema muy empleado, conocido con el nombre de Béndix; el conexionado se puede ver en la siguiente figura:
El piñón no se encuentra fijo sobre el eje del rotor, se puede desplazar a través de la rosca helicoidal que gira solidaria al eje.
Dispositivo de inercia o Béndix
Al ponerse en movimiento el motor de arranque, el efecto de la fuerza de inercia hace que el piñón se desplace a lo largo del eje mediante la rosca helicoidal y finalmente se conecte a la corona dentada del volante motor.
Sabía que...
La bobina es un elemento pasivo que almacena energía eléctrica en forma de campo magnético, esta energía depende de su inductancia (L) y de la corriente eléctrica (I) que la recorre.
Al ponerse en marcha el motor térmico, hace que el piñón gire más rápido que el eje del motor de arranque. El piñón se desplaza en dirección contraria a aquella en que se desplazó inicialmente, desconectándose así de la corona del volante motor.
6.3. Conexionado y funcionamiento del motor de arranque con inducido deslizante
Los motores de arranque con inducido deslizante son muy utilizados en los motores que requieren elevada potencia de arranque, los motores diésel.
Nota
Disponen de un arrollamiento de excitación en serie, un arrollamiento auxiliar y un arrollamiento de sujeción.
Al activar la señal de arranque el conmutador electromagnético pone en funcionamiento al motor de arranque en dos etapas. En estado de reposo el inducido se encuentra desplazado debido a la fuerza de un muelle, por lo tanto, el piñón se encuentra desengranado de la corona del volante de inercia.
Se verá a continuación el funcionamiento detalladamente. En una primera fase y al activar la señal de arranque, el inducido es atraído y emplazado dentro del flujo magnético generado por el arrollamiento auxiliar de excitación, girando lentamente hasta que el piñón engrane con la corona dentada.
En la segunda fase la corriente pasa por el arrollamiento principal, la conexión la realiza un puente basculador entre la batería y el arrollamiento en serie. Esto sucede al quedar libre el puente en la primera etapa, hasta entonces retenido por el gatillo. Al deslizarse el inducido para realizar el engrane, con él avanza el disco de disparo, este levanta el gatillo mientras el piñón engrana con la corona, de forma que el puente basculador puede colocar su otro extremo sobre el contacto.
Sabía que...
El motor diésel fue inventado en el año 1883, por el ingeniero Rudolf Diesel.
A finales del siglo XIX, en el año 1897, la firma MAN produjo el primer motor conforme los estudios de Rudolf Diesel, encontrando para su funcionamiento un combustible poco volátil, que por aquellos años era muy utilizado, el aceite liviano, más conocido como fuel oil, que se utilizaba para alumbrar las lámparas de la calle.
Una vez excitado el arrollamiento en serie, el motor de arranque hará girar el motor diésel hasta que comience a funcionar. Si el motor térmico aumenta de revoluciones, hace girar al inducido más rápido, por lo que la intensidad de corriente que circula por el mismo disminuye, el inducido pierde tracción en la dirección del engrane y se desengrana el piñón de la corona dentada.
6.4. Conexionado y funcionamiento del motor de arranque con desplazamiento por dispositivo de embrague
El conexionado de este tipo de motor de arranque es similar al anterior; sin embargo, sus características constructivas y su funcionamiento es totalmente distinto. Un acoplamiento por discos de fricción está intercalado entre el inducido y el piñón de arrastre; hace que el acoplamiento sea suave y actúa como rueda libre. Dispone de un dispositivo contra sobrecargas formado por unas arandelas elásticas que están en contacto con el anillo de presión, limitando la presión sobre los discos de embrague cuando el par de transmisión es muy alto. Un muelle situado entre el inducido y el sinfín del piñón hace que el mismo retroceda a su posición de reposo cuando desaparece la señal de arranque.
La caja de embrague está unida fija al inducido por medio de una chaveta y sobre la tuerca deslizante roscada sobre las estrías del sinfín, de forma que puede haber un desplazamiento axial pero no gira libremente.
Cuando engrana el piñón en la corona dentada, el eje del inducido sigue girando, y desplaza la tuerca sobre las estrías del sinfín hacia el interior del motor de arranque, acoplándose de forma progresiva los discos de embrague; la fuerza del eje se transmite al piñón.
Recuerde
El motor diésel necesita un motor de arranque más potente que uno de gasolina, ya que debe vencer un par resistente mayor debido a las altas presiones que se generan dentro de los cilindros.
Aplicación práctica
Se dispone de un vehículo que monta un motor de arranque con inducido deslizante; ¿se podría sustituir este motor de arranque por uno con desplazamiento por dispositivo de embrague?
SOLUCIÓN
En primer lugar hay que comentar que todos los elementos, piezas, etc., de los que dispone un motor térmico y un vehículo han sido diseñados y fabricados para ese modelo en particular; cualquier modificación debe ser aprobada por el fabricante.
En el caso del motor de arranque, sí se podrá sustituir uno por otro tipo, siempre y cuando se cumplan los siguientes requisitos:
De cumplirse lo anterior se admite la modificación.
Actividades
9. Localice el manual de taller de dos vehículos distintos y averigüe si puede montar motores de arranque distintos. En caso afirmativo indique las características de cada uno de ellos..
Cuando el motor de arranque entra en funcionamiento, debido a la señal de arranque, aumenta rápidamente de revoluciones hasta conseguir que el motor térmico se ponga en funcionamiento; puede ocurrir que el motor térmico alcance un mayor número de revoluciones que el motor de arranque un instante después. Para que no resulte dañado el inducido debido a las altas revoluciones y a la fuerza centrífuga, se incorpora un dispositivo que permita transmitir el par del motor de arranque al motor térmico pero no al revés.
El engrane del piñón de arranque y su mecanismo de mando pueden ser de dos tipos:
Otro elemento de mando eléctrico incorporado en el motor de arranque es el relé de arranque, que está intercalado entre la batería y el motor de arranque y cumple la misión de cerrar el circuito del motor para su funcionamiento eléctrico.
Relé de mando eléctrico
Importante
La duración del accionamiento del motor de arranque para poner en marcha un motor térmico no debe exceder de 6 segundos. Entre arrancadas, esperar unos minutos para que se recupere la batería.
En los motores con engrane por horquilla el relé va incorporado en el motor, pone en marcha el motor y desplaza el mecanismo de arrastre para acoplar el piñón y la corona. En los motores con engrane por inercia, cumple la misión de interruptor solamente, es independiente del motor de arranque.
Actividades
10. La unión del relé de mando con la carcasa del motor de arranque es por unión atornillada; esta unión suele tener un alto par de apriete para que no se suelte con las vibraciones. ¿Qué herramienta se suele emplear para aflojar y apretar estos tornillos?
Aplicación práctica
Dispone de un vehículo de mediana potencia que no arranca, al accionar la llave de contacto en la posición de arranque no responde ni se escucha nada, ¿cuál puede ser el problema?
SOLUCIÓN
En el 90% de los casos cuando ocurre este tipo de averías en los vehículos de mediana y gran potencia, el problema es que el terminal que va conectado al motor de arranque y le da la señal desde la llave se ha soltado o salido de su enclavamiento.
La solución es sustituir el terminal y colocarlo en su enclavamiento, asegurándose de que no se vuelva a salir debido a las vibraciones a las que se ve sometido durante el funcionamiento del motor térmico.
Normalmente los terminales de señal de arranque en estos tipos de motores suelen ir unidos al enclavamiento del motor de arranque mediante unión atornillada para evitar conflictos de este tipo.
El 10% restante de los casos pueden ser ocasionados por problemas internos del motor de arranque, para ello proceder a su desmontaje, comprobación y verificación de sus elementos.
Los sistemas de reducción y engranaje se utilizan en motores de arranque de mediana y gran potencia para motores térmicos diésel. La característica principal de estos motores de arranque es que el inducido no transmite el movimiento directamente al piñón, sino que lo hace mediante un conjunto reductor de velocidad que permite aumentar las revoluciones del motor y aumentar el par en el piñón. De esta forma aumenta la relación potencia-peso; mediante un motor de arranque más pequeño se puede obtener la misma potencia.
Nota
Es muy importante la lubricación de la reductora del motor de arranque, por lo que se debe lubricar los satélites y la corona con una grasa con excelente adherencia a los metales de alta estabilidad y de alta fricción.
El eje del inducido termina en un piñón que engrana exteriormente con los cuatro satélites del tren planetario que a su vez lo hacen con la corona fijada a la carcasa del motor de arranque mediante unos tetones. Los satélites giran locos sobre sus ejes montados en los huecos del anillo que forma cuerpo con el eje donde va el estriado donde se monta el piñón de engrane.
Conjunto reductor
Al girar el inducido, transmite el movimiento mediante el piñón a los satélites que ruedan sobre la corona, arrastrando el piñón de engrane con su correspondiente reducción y aumentando el par de arrastre.
Aplicación práctica
Al accionar el arranque de un motor térmico, que equipa un motor de arranque con reductora, se pueden escuchar ruidos fuertes e irregularidades en la velocidad de giro del motor térmico en el momento del arranque. ¿Cuál puede ser la causa de esta anomalía?
SOLUCIÓN
Esta causa puede ser debida a anomalías en los engranajes, bien del piñón de la corona dentada, por defecto de algún diente, o bien por problemas en el mecanismo reductor.
Para ello hay que desmontar el motor de arranque de su alojamiento en el motor o en la caja de cambios y revisar los dientes del piñón y de la corona del volante motor. Si no hay ninguna anomalía en estos engranajes, desmontar el motor de arranque y comprobar la reductora.
Normalmente la reductora, debido a la fatiga del material, rompe por la corona, por lo que los piñones saltan y no engranan bien a veces; la solución es sustituir el conjunto reductor, engrasar bien y montar el motor de arranque.
Montar en el vehículo, arrancar y probar.
Los motores de arranque se caracterizan por su tensión nominal o tensión a la cual deben funcionar, la potencia nominal y potencia máxima absorbida en el arranque. Estos parámetros determinarán la tensión en bornes y la capacidad del acumulador que debe llevar el vehículo.
9.1. Tensión nominal y potencia de los motores de arranque
Como se ha comentado anteriormente, la tensión nominal de un motor de arranque es aquella tensión de alimentación a la cual debe funcionar. En vehículos, la tensión nominal suele ser de 12 V para turismos y pequeños vehículos industriales y de 24 V para vehículos industriales. La obtención de los 24 V se obtiene conexionando dos acumuladores en serie.
Parte de la energía absorbida por el motor de arranque se pierde en el circuito exterior y en el circuito interno debido principalmente a rozamientos mecánicos, por lo que la potencia mínima que necesita un motor de arranque será igual a la potencia consumida más la que necesita para arrancar el motor térmico.
Siendo:
En la siguiente tabla se puede ver la potencia necesaria para arrancar un motor dependiendo de sus características.
| Potencia para arrancar el motor térmico | ||
|---|---|---|
| Vehículos | Potencia (CV) | Potencia (kW) |
| Ligeros | 0,5-1 | 0,4-0,8 |
| Medios | 1-3 | 0,8-2,2 |
| Pesados | 3-6 | 2,2-5 |
Consejo
Es aconsejable dejar un tiempo prudencial entre arranques del motor, sobre todo en épocas de frío, para que la batería se recupere.
Para contrarrestar la caída de tensión en el circuito exterior (2,5 a 3% de la tensión nominal), debido al alto consumo eléctrico, se dota al motor de arranque de un conductor de alimentación eléctrica de gran sección; la resistencia del cable será mínima. El alto consumo eléctrico puede ocasionar una descarga rápida de la batería, por lo que se debe dejar un tiempo prudencial entre arranques del motor, sobre todo en épocas de frío, para que la batería se recupere.
La potencia necesaria para poner en marcha el motor térmico viene determinada por el par resistente del mismo para ponerlo en funcionamiento. El par resistente para unas 120 a 150 rpm es:
Siendo:
Por lo tanto, la potencia útil en el motor eléctrico o necesario para realizar el arranque se puede expresar de la siguiente forma:
En la práctica, la potencia es ligeramente superior, teniendo en cuenta el rendimiento mecánico del motor de arranque y el coeficiente se seguridad para temperaturas:
La velocidad de lanzamiento o velocidad de régimen del motor de arranque se puede calcular en función de las características constructivas del mismo:
Recuerde
Las partes de que debe estar compuesto un motor de arranque son básicamente:
Otra de las características importantes del motor de arranque es el par de arranque, o dicho de otro modo, el par máximo a transmitir por el motor de arranque para mover la corona del motor térmico. Este par se obtiene en el banco de pruebas por medio de un dinamómetro. Siendo el par de arranque transmitido por el piñón:
Siendo:
9.2. Curvas características de los motores de arranque
Las curvas características de los motores de arranque se obtienen de los ensayos realizados en el banco; se representan en un sistema de ejes coordenados en función de la corriente absorbida en distintas fases de funcionamiento (eje abscisas); los valores de tensión, par de arranque, rpm y potencia máxima se reflejan en el eje de ordenadas.
| Puntos significativos de las curvas del motor de arranque | |
|---|---|
| Puntos significativos de las curvas | Denominación |
| A | Tensión en vacío (V0) |
| B | Tensión de bloqueo (Vc) |
| C | Velocidad de régimen en vacío (n0) |
| D | Máxima intensidad de bloqueo (Imáx) |
| E | Intensidad en vacío (I0) |
| F | Par máximo obtenido en el bloqueo (Cmáx) |
| Ia | Intensidad a la cual se obtiene la potencia máxima |
| Wa | Potencia máxima en el arranque |
| Va | Tensión en el arranque |
| G | Par de arranque (Ca) |
| H | Velocidad en el arranque (na) |
| Vn, In , Vn Wn, nn , Cn | Valores nominales a 2/3 de la potencia máxima |
En este capítulo se ha tratado un elemento fundamental para el motor térmico y el automóvil como es el motor de arranque; sin él se hace muy difícil la puesta en marcha del mismo.
Conocer el principio de funcionamiento y los elementos constructivos que lo forman ayudará al técnico a verificar y comprobar que funciona correctamente, localizar averías y elegir el motor adecuado para cada motor térmico.
El mecanismo de arrastre es el conjunto que más esfuerzos soporta, ya que es el encargado de transmitir el movimiento al motor térmico y acoplarse al mismo, mientras que el relé activará o desactivará eléctricamente al motor de arranque.
Existen diferentes tipos de motores de arranque para cada motor y para cada potencia, por lo que es muy importante saber elegir correctamente las características del mismo para un motor determinado. Los mecanismos reductores disminuyen los esfuerzos provocados por el par resistente sobre todo en los motores diésel a baja temperatura o en frío.
Los elementos de mando del motor de arranque activarán el motor de arranque y lo pondrán en marcha a la vez que protegerán de sobrevelocidades al inducido.
Como todos los motores eléctricos y los motores térmicos, los motores de arranque van acompañados de sus curvas características, que se han desarrollado en el banco de pruebas; esta información sirve para conocer el comportamiento del motor de arranque para cada estado de funcionamiento.
1. De las siguientes afirmaciones, señale la correcta:
2. De acuerdo con la ley de Lenz, la fuerza electromotriz tiende a oponerse a la causa que la genera, es decir, que tenderá a...
3. Son partes del motor de arranque...
4. El colector, en un lado del eje, está formado por laminillas de cobre aisladas que constituyen las delgas del mismo y sobre las que rozan...
5. Señale si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas.
a. El elemento llamado tapa o soporte sirve de soporte al eje del inducido mediante un cojinete de bronce sinterizado.
b. Dentro de los portaescobillas se montan las escobillas de cobre, las cuales se pueden desplazar longitudinalmente a medida que se van desgastando gracias al empuje de sus respectivos resortes.
c. La función del mecanismo de arrastre es la de transmitir el movimiento del motor de arranque al motor térmico y evitar que este una vez arrancado arrastre al motor de arranque.
d. El mecanismo de rueda libre se utiliza con objeto de permitir que el eje motriz mueva al eje resistente y no al contrario.
e. La función del relé de arranque es la de cerrar el circuito del motor para su funcionamiento.
f. Para aumentar la potencia de los motores de arranque se aumenta el campo magnético y la fuerza de atracción del mismo, esto se consigue disminuyendo el número de masas polares.
g. Los motores de arranque según el número de masas polares se clasifican en bipolares, tripolares o hexapolares.
6. La diferencia principal entre los motores de arranque coaxiales y los demás motores de arranque radica en la incorporación...
7. Dibuje el conexionado mixto de las bobinas inductoras y el inducido de un motor de arranque.
8. Realice el esquema de funcionamiento de un motor de arranque por horquilla y describa su funcionamiento.
9. Señale si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas.
a. El engrane del piñón de arranque y su mecanismo de mando pueden ser de dos tipos, mando de inercia y mando con embrague de sobrevelocidad.
b. El relé de arranque está intercalado entre la batería y el motor de arranque.
c. El accionamiento del motor de arranque no debe exceder de 10 segundos.
d. En los motores de arranque con sistema reductor el inducido transmite directamente el movimiento al piñón.
e. Los motores de arranque se caracterizan por su tensión nominal, la potencia nominal y potencia máxima absorbida en el arranque.
f. La tensión nominal de un motor de arranque es aquella tensión máxima de alimentación a la cual debe funcionar.
g. La obtención de 24 V en bornes se consigue conexionando dos acumuladores en paralelo.
10. El par de arranque...