UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN BANCO DE PRUEBAS PARA
DIAGNÓSTICO Y COMPROBACIÓN DE BOBINAS DE
ENCENDIDO COP, DIS, Y CONVENCIONAL
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO AUTOMOTRIZ
OCHOA GALÁN JOSÉ CARLOS
DIRECTOR: ING. JULIO MORALES
DECLARACIÓN
Yo JOSÉ CARLOS OCHOA GALÁN, declaro que el trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento.
La Universidad Tecnológica Equinoccial puede hacer uso de los derechos correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional vigente.
_________________________
José Carlos Ochoa
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo que lleva por título “Diseño y construcción de un banco de pruebas para diagnóstico y comprobación de bobinas de encendido COP, DIS, y convencional”, que, para aspirar al título de Ingeniero Automotriz fue desarrollado por José Carlos Ochoa Galán, bajo mi dirección y supervisión, en la Facultad de Ciencias de la Ingeniería; y cumple con las condiciones requeridas por el reglamento de Trabajos de Titulación artículos 18 y 25.
___________________
Ing. Julio Morales
DIRECTOR DEL TRABAJO
DEDICATORIA
AGRADECIMIENTO
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
BIBLIOTECA UNIVERSITARIA
FORMULARIO DE REGISTRO BIBLIOGRÁFICO PROYECTO DE TITULACIÓN
DATOS DE CONTACTO
CÉDULA DE IDENTIDAD: 172115332-6
APELLIDO Y NOMBRES: OCHOA GALAN JOSE CARLOS
DIRECCIÓN: CALLE MIGUEL CRUZ OE2-42 Y FERNANDO
COS
EMAIL: [email protected]
TELÉFONO FIJO: 2035996
TELÉFONO MOVIL: 0995910584
DATOS DE LA OBRA
TITULO:
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN BANCO DE PRUEBAS PARA DIAGNÓSTICO Y COMPROBACIÓN DE BOBINAS DE ENCENDIDO COP, DIS, Y CONVENCIONAL
AUTOR O AUTORES: OCHOA GALÁN JOSÉ CARLOS
FECHA DE ENTREGA DEL PROYECTO
DE TITULACIÓN: Mayo 2016
DIRECTOR DEL PROYECTO DE
TITULACIÓN: ING. JULIO MORALES
PROGRAMA PREGRADO POSGRADO
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RESUMEN: Mínimo 250 palabras
El sistema de encendido es uno de los componentes principales del vehículo; para su correcto funcionamiento, se necesita que
todos los componentes que lo integran trabajen correctamente, entre los cuales encontramos las bobinas de encendido; por
tanto, el objetivo del proyecto es diseñar y construir un banco de pruebas para bobinas de encendido tipo COP, DIS, y convencional, el cual permitió diagnosticar y comprobar las distintas presentaciones de las mismas y así se determinó el estado de funcionamiento de
dichas bobinas.
Al desarrollar el proyecto, mediante la investigación, se llegó a conocer los fundamentos de funcionamiento de los diferentes tipos de bobinas de encendido,
como son las bobinas COP de dos, tres y cuatro cables; las bobinas DIS de tres y cuatro
cables; y las bobinas convencionales, para aprender el procedimiento adecuado, y los requisitos necesarios, para estimularlas y simular su funcionamiento, en un banco de
pruebas, fuera del vehículo. Luego de la experimentación y de la investigación se pudo concluir el trabajo con la construcción de un banco de pruebas capaz
de estimular diferentes modelos de bobinas del tipo COP, DIS y convencional, con la finalidad de verificar el funcionamiento de las
mismas fuera del vehículo.
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trabaje como si estuviera en el vehículo, logrando así verificar su funcionamiento, se la
calibró en diferentes regímenes de trabajo, ya que esta señal es variable y ajustable a nuestras necesidades con la finalidad de
realizar diferentes pruebas en diferentes cargas o revoluciones.
Para un fácil uso del banco de pruebas se elaboró un sencillo manual de funcionamiento
donde se indicó el proceso de diagnóstico en diferentes tipos de bobinas de encendido;
este consta de las normas de seguridad necesarias para la manipulación y ejecución
del mismo, dentro del taller automotriz.
PALABRAS CLAVES: Probador
Bobina
ABSTRACT:
The ignition system is one of the main components of the vehicle; for proper operation, it is necessary that all the components that comprise it work properly, among which are the ignition coils; therefore,
the objective of the project is to design and build a testbed for ignition coils type COP,
DIS, and conventional, which led to the diagnosis and check the different presentations of the same and thus the operating status is determined of said coils. In developing the project, through research, he came to know the basics of operation of the various types of ignition coils, such as the
COP coils two, three and four wires; the coils DIS three and four wires; and conventional
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operation in a test outside the vehicle. After experimentation and research it was concluded the work with the construction of a test capable of stimulating different models of coils COP, DIS and conventional type, in order to verify their operation outside the vehicle.
The operating principle of the test is to generate a similar signal emitted by the computer or drive vehicle control signal, causing the coil works as if he were in the vehicle, thus achieving verify its operation, the
calibrated in different working arrangements, as this signal is variable and adjustable to our
needs in order to perform different tests at different loads and speeds.
For easy use of the testbed a simple manual operation where the diagnostic process indicated in different types of ignition coils are
developed; this consists of the necessary safety standards for the handling and execution, within the automotive workshop.
KEYWORDS Fitting room
Coil
Se autoriza la publicación de este Proyecto de Titulación en el Repositorio Digital de la Institución.
f:__________________________________________
OCHOA GALAN JOSE CARLOS
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DECLARACIÓN Y AUTORIZACIÓN
Yo, OCHOA GALAN JOSE CARLOS, CI 172115332-6 autor del proyecto titulado: Diseño y construcción de un banco de pruebas para diagnóstico y comprobación de bobinas de encendido COP, DIS, Y convencional previo a la obtención del título de GRADO ACADÉMICO COMO APRECE EN EL CERTIFICADO DE EGRESAMIENTO en la Universidad Tecnológica Equinoccial.
1. Declaro tener pleno conocimiento de la obligación que tienen las Instituciones de
Educación Superior, de conformidad con el Artículo 144 de la Ley Orgánica de
Educación Superior, de entregar a la SENESCYT en formato digital una copia del
referido trabajo de graduación para que sea integrado al Sistema Nacional de
información de la Educación Superior del Ecuador para su difusión pública respetando
los derechos de autor.
2. Autorizo a la BIBLIOTECA de la Universidad Tecnológica Equinoccial a tener una copia
del referido trabajo de graduación con el propósito de generar un Repositorio que
democratice la información, respetando las políticas de propiedad intelectual vigentes.
Quito,………..
f:__________________________________________
OCHOA GALAN JOSE CARLOS
i
ÍNDICE DE CONTENIDOS
PÁGINA
1. INTRODUCCIÓN ... 1
1.1. PROBLEMA ... 2
1.2. JUSTIFICACIÓN ... 2
1.3. OBJETIVOS DEL PROYECTO ... 3
1.3.1. OBJETIVO GENERAL ... 3
1.3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 4
1.4. ALCANCE ... 4
2. MARCO TEÓRICO ... 5
2.1. BANCO DE PRUEBAS... 5
2.1.1. TIPOS DE BANCOS DE PRUEBAS ... 5
2.1.2. DISEÑO Y SELECCIÓN DE BANCO DE PRUEBAS ... 6
2.2. SISTEMAS DE ENCENDIDO ... 6
2.2.1. FUNCIONES DEL SISTEMA DE ENCENDIDO ... 7
2.3. SISTEMA DE ENCENDIDO CONVENCIONAL ... 7
2.3.1. FUNCIONAMIENTO ... 8
2.4. SISTEMA ENCENDIDO ELECTRÓNICO ... 9
2.4.1. SISTEMA DE ENCENDIDO ELECTRÓNICO INTEGRAL ... 10
2.5. ENCENDIDO ELECTRÓNICO CON CAPTADOR INDUCTIVO ... 11
2.5.1. SENSOR CAPTADOR ... 12
2.6. ENCENDIDO ELECTRÓNICO CON CAPTADOR HALL ... 13
2.7. MÓDULO DE ENCENDIDO ELECTRÓNICO ... 14
2.8. UNIDAD DE CONTROL ELECTRÓNICA ... 15
2.9. BOBINA DE ENCENDIDO ... 16
ii
2.11. CABLES DE ENCENDIDO ... 19
2.12. SISTEMA DE ENCENDIDO DIS ... 19
2.12.1. FUNCIONAMIENTO ... 21
2.13. SISTEMA DE ENCENDIDO COP ... 22
2.13.1. FUNCIONAMIENTO ... 23
2.13.2. BOBINA COP CON MODULO INCORPORADO ... 24
2.14. COMPROBAR BOBINA ... 25
2.15. CONTINUIDAD EN BOBINADOS ... 26
2.16. MEDICIÓN DE VOLTAJE POSITIVO EN LA BOBINA ... 26
3. METODOLOGÍA ...28
3.1. DISEÑO Y PROYECCIÓN DEL BANCO DE PRUEBAS... 28
3.1.1. DELIMITACIÓN ... 28
3.2. PARÁMETROS DE DISEÑO ... 28
3.3. DESCRIPCIÓN DE ELEMENTOS ELECTRÓNICOS ... 29
3.4. DESCRIPCIÓN DE MATERIALES UTILIZADOS ... 30
3.5. DESCRIPCIÓN DE EQUIPOS UTILIZADOS ... 30
3.6. DESCRIPCIÓN DE PROGRAMAS UTILIZADOS ... 30
3.7. PROCESO DE CREACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS ... 31
3.8. PROCESO DE CONSTRUCCIÓN Y ENSAMBLAJE DEL BANCO DE PRUEBAS... 31
3.9. PROCESO DE COMPROBACIÓN DEL BANCO DE PRUEBAS ... 32
4. ANÁLISIS DE RESULTADOS ...33
4.1. APLICACIÓN Y UTILIDAD ... 33
4.1.1. APLICACIÓN DEL BANCO DE PRUEBAS ... 33
4.1.2. UTILIDAD DEL BANCO DE PRUEBAS ... 33
iii
4.2.1. RESISTENCIAS ... 34
4.2.2. DIODOS ... 36
4.2.3. LED ... 37
4.2.4. CAPACITORES... 38
4.2.5. POTENCIÓMETRO ... 38
4.2.6. TRANSISTOR ... 39
4.2.7. DISIPADOR DE CALOR ... 40
4.2.8. OPTOACOPLADOR ... 40
4.2.9. PROTOBOARD ... 41
4.2.10. MICROCONTROLADORES ... 42
4.2.11. FUENTE DE PODER ... 44
4.2.12. REGULADOR DE VOLTAJE ... 45
4.2.13. FUSIBLES ... 46
4.2.14. CABLES ELÉCTRICOS ... 46
4.2.15. TABLERO DE INSTRUMENTOS ... 48
4.2.16. LCD 16X2 ... 48
4.2.17. PANTALLA DE DISPLAY DE 7 SEGMENTOS ... 49
4.2.18. TECLADO MATRICIAL 4X3 ... 49
4.2.19. BAQUELITA ... 50
4.2.20. CONECTORES O TERMINALES... 51
4.2.21. TERMINALES DEL CONECTOR DE LA BOBINA ... 51
4.2.22. CABLES DE BUJÍAS ... 52
4.2.23. PROBADOR DE ANCHO DE CHISPA AJUSTABLE ... 52
4.2.24. BOBINAS DE ENCENDIDO ... 53
4.3. CIRCUITOS ELECTRÓNICOS ... 53
4.3.1. DISEÑO DEL CIRCUITO ... 53
4.3.2. CIRCUITO DE GENERACIÓN DE SEÑALES ... 55
4.3.3. CIRCUITO DE POTENCIA ... 57
4.3.4. CIRCUITO DE ALIMENTACIÓN DE TENSIÓN O FUENTE ... 58
iv
4.4. DESARROLLO DEL SOFTWARE DE CONTROL... 59
4.5. ELABORACIÓN DE PLACAS ELECTRÓNICAS ... 60
4.5.1. DISEÑO DIGITAL DE CIRCUITOS ... 60
4.5.2. CONSTRUCCIÓN DE CIRCUITOS ... 61
4.6. CONSTRUCCIÓN Y ENSAMBLAJE DEL BANCO DE PRUEBAS ... 66
4.6.1. DESCRIPCIÓN DEL BANCO DE PRUEBAS. ... 66
4.6.2. DISEÑO DE LA CARCASA ... 66
4.6.3. DIMENSIONAMIENTO DEL BANCO DE PRUEBAS ... 66
4.6.4. MATERIAL A UTILIZAR ... 67
4.6.5. CONSTRUCCIÓN ... 67
4.6.6. ENSAMBLAJE DEL BANCO DE PRUEBAS ... 68
4.7. FASE EXPERIMENTAL ... 70
4.7.1. PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO DE LOS COMPONENTES DEL BANCO DE PRUEBAS ... 71
4.7.2. COMPROBACIÓN DE LAS SEÑALES PULSANTES ... 73
4.7.3. COMPROBACIÓN DE LOS ELEMENTOS ILUSTRATIVOS ... 73
4.8. DIAGNÓSTICO DE FALLAS DEL BANCO DE PRUEBAS ... 74
4.9. PRUEBA DE BOBINA DE ENCENDIDO ... 74
4.9.1. PRUEBA EN BOBINA DE ENCENDIDO CONVENCIONAL ... 75
4.9.2. PRUEBA EN BOBINA DE ENCENDIDO DIS ... 77
4.9.3. PRUEBA EN BOBINA DE ENCENDIDO COP ... 82
4.10. INSTRUCTIVO DE OPERACIÓN ... 90
4.11. SEGURIDAD Y RECOMENDACIONES ... 91
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ...93
5.1. CONCLUSIONES ... 93
v
GLOSARIO ...95
BIBLIOGRAFÍA ...96
vi
ÍNDICE DE TABLAS
PÁGINA
Tabla 1. Características del Arduino Mega………..44 Tabla 2. Calibre de cables por la AWG……….47
vii
ÍNDICE DE FIGURAS
PÁGINA
Figura 1. Esquema eléctrico del Sistema Encendido Convencional ... 8
Figura 2. Esquema del circuito de encendido ... 9
Figura 3. Sistema de encendido electrónico integral ... 10
Figura 4. A. Captor con bobina interior, B. Captador con bobina exterior ... 11
Figura 5. Sensor captador ... 12
Figura 6. Onda del generador inductivo ... 12
Figura 7. Captador hall ... 13
Figura 8. Onda del generador inductivo ... 13
Figura 9. Módulo de encendido ... 14
Figura 10. Modulo electrónico de encendido ... 14
Figura 11. Unidad de Control electrónica ... 15
Figura 12. Esquema de la Unidad de Control electrónica ... 16
Figura 13. Aspecto interno y externo de la bobina ... 17
Figura 14. Esquema de bujía ... 18
Figura 15. Estructura de cable de encendido ... 19
Figura 16. Bobina de sistema DIS ... 20
Figura 17. Esquema eléctrico del sistema de encendido DIS ... 20
Figura 18. Salto de chispa en sistema de encendido DIS ... 21
Figura 19. Esquema eléctrico del sistema de encendido COP ... 22
Figura 20. Bobina de sistema COP ... 23
Figura 21. Esquema eléctrico del sistema de encendido COP ... 24
Figura 22. Bobina COP con modulo incorporado ... 24
Figura 23. Medición de resistencia en el primario y en el secundario ... 25
Figura 24. Medida de resistencia en bobinas ... 26
Figura 25. Código de colores para resistencia ... 34
Figura 26. Código de colores ... 35
viii
Figura 28. Diodos utilizados en el Banco de pruebas ... 37
Figura 29. Leds utilizados en el Banco de pruebas ... 37
Figura 30. Capacitores utilizados en el Banco de pruebas ... 38
Figura 31. Potenciómetros utilizados en el Banco de pruebas ... 39
Figura 32. Transistor utilizado en el Banco de pruebas ... 39
Figura 33. Disipador de calor utilizado en el Banco de pruebas ... 40
Figura 34. Optoacoplador utilizado en el Banco de pruebas ... 41
Figura 35. Protoboard utilizado en el Banco de pruebas ... 41
Figura 36. Arduino Mega utilizado en el Banco de pruebas ... 42
Figura 37. Fuente de poder utilizada en el Banco de pruebas ... 45
Figura 38. Regulador de voltaje utilizado en el Banco de pruebas ... 45
Figura 39. Fusibles utilizados en el Banco de pruebas ... 46
Figura 40. Cables Jumper utilizado en el Banco de pruebas ... 46
Figura 41. Cable de poder convencional utilizado en el Banco de pruebas ... 47
Figura 42. Lcd 16x2 utilizado en el Banco de pruebas ... 48
Figura 43. Pantalla de display de 7 segmentos utilizado en el Banco de pruebas ... 49
Figura 44. Teclado matricial de membrana utilizado en el Banco de pruebas ... 50
Figura 45. Baquelita utilizada en el Banco de pruebas ... 50
Figura 46. Conectores utilizados en el Banco de pruebas ... 51
Figura 47. Cables de bujías utilizados en el Banco de pruebas ... 52
Figura 48. Probador de ancho de chispa ajustable. ... 52
Figura 49. Señal digital y analógica ... 56
Figura 50. Generación de señal del banco de pruebas ... 56
Figura 51. Circuito de potencia ... 57
Figura 52. Cargador de poder de 12 voltios utilizado en el Banco de pruebas ... 58
ix
Figura 54. Diseño de placa en 3D ... 61
Figura 55. Pista circuito ... 62
Figura 56. Baquelita con papel transfer ... 63
Figura 57. Eliminación de exceso de cobre ... 63
Figura 58. Placa terminada ... 64
Figura 59. Placa perforada ... 65
Figura 60. Placa con componentes colocados ... 65
Figura 61. Carcasa utilizada en el banco de pruebas ... 68
Figura 62. Componentes en carcasa ... 69
Figura 63. Banco de prueba terminado ... 70
Figura 64. Comprobación de señal del circuito ... 73
Figura 65. Esquema bobina convencional ... 75
Figura 66. Medición de resistencia en bobinado ... 76
Figura 67. Conexión de bobina a banco de pruebas ... 77
Figura 68. Esquema bobina DIS de tres cables ... 78
Figura 69. Medición de resistencia en bobinado ... 78
Figura 70. Conexión de bobina a banco de pruebas ... 79
Figura 71. Esquema bobina DIS de cuatro cables ... 80
Figura 72. Medición de resistencia en bobinado ... 81
Figura 73. Conexión de bobina a banco de pruebas ... 82
Figura 74. Esquema bobina COP de dos cables ... 83
Figura 75. Medición de resistencia en bobinado ... 83
Figura 76. Conexión de bobina a banco de pruebas ... 84
Figura 77. Esquema bobina COP de tres cables ... 85
Figura 78. Medición de resistencia en bobinado ... 86
Figura 79. Conexión de bobina a banco de pruebas ... 87
Figura 80. Esquema bobina COP de tres cables ... 88
Figura 81. Medición de resistencia en bobinado ... 88
x
ÍNDICE DE ANEXOS
PÁGINA
ANEXO 1.
Código programación del microcontrolador ... 99
ANEXO 2.
Diagrama de bobina de encendido Chevrolet Rodeo ... 99
ANEXO 3.
Diagrama de bobina de encendido Volkswagen Gol / Voyage / Saveiro ... 103
ANEXO 4.
xi
RESUMEN
El sistema de encendido es uno de los componentes principales del vehículo; para su correcto funcionamiento, se necesita que todos los componentes que lo integran trabajen correctamente, entre los cuales encontramos las bobinas de encendido; por tanto, el objetivo del proyecto es diseñar y construir un banco de pruebas para bobinas de encendido tipo COP, DIS, y convencional, el cual permitió diagnosticar y comprobar las distintas presentaciones de las mismas y así se determinó el estado de funcionamiento de dichas bobinas.
Al desarrollar el proyecto, mediante la investigación, se llegó a conocer los fundamentos de funcionamiento de los diferentes tipos de bobinas de encendido, como son las bobinas COP de dos, tres y cuatro cables; las bobinas DIS de tres y cuatro cables; y las bobinas convencionales, para aprender el procedimiento adecuado, y los requisitos necesarios, para estimularlas y simular su funcionamiento, en un banco de pruebas, fuera del vehículo.
Luego de la experimentación y de la investigación se pudo concluir el trabajo con la construcción de un banco de pruebas capaz de estimular diferentes modelos de bobinas del tipo COP, DIS y convencional, con la finalidad de verificar el funcionamiento de las mismas fuera del vehículo.
El principio de funcionamiento del banco de pruebas es generar una señal similar a la señal que emite la computadora o unidad de control del vehículo, haciendo que la bobina trabaje como si estuviera en el vehículo, logrando así verificar su funcionamiento, se la calibró en diferentes regímenes de trabajo, ya que esta señal es variable y ajustable a nuestras necesidades con la finalidad de realizar diferentes pruebas en diferentes cargas o revoluciones.
xii
ABSTRACT
The ignition system is one of the main components of the vehicle; for proper operation, it is necessary that all the components that comprise it work properly, among which are the ignition coils; therefore, the objective of the project is to design and build a testbed for ignition coils type COP, DIS, and conventional, which led to the diagnosis and check the different presentations of the same and thus the operating status is determined of said coils.
In developing the project, through research, he came to know the basics of operation of the various types of ignition coils, such as the COP coils two, three and four wires; the coils DIS three and four wires; and conventional coils, to learn the proper procedure, and requirements to stimulate and simulate its operation in a test outside the vehicle.
After experimentation and research it was concluded the work with the construction of a test capable of stimulating different models of coils COP, DIS and conventional type, in order to verify their operation outside the vehicle. The operating principle of the test is to generate a similar signal emitted by the computer or drive vehicle control signal, causing the coil works as if he were in the vehicle, thus achieving verify its operation, the calibrated in different working arrangements, as this signal is variable and adjustable to our needs in order to perform different tests at different loads and speeds.
1
1.
INTRODUCCIÓN
Dentro de un automóvil una buena combustión es la clave para un mejor rendimiento del mismo, esta combustión está regida por el sistema de inyección electrónica y el sistema de encendido. Mientras el sistema de inyección se encarga de entregar una mezcla estequiométrica al motor el sistema de encendido es el que se encarga de generar la chipa dentro del motor y así generar una adecuada combustión.
En el sistema de encendido las bobinas son las encargas de generar la alta tensión que será transferida a las bujías y así generar la chispa necesaria para una correcta combustión. Cuando la bobina de encendido no está trabajando correctamente la mezcla de aire combustible no se inflama, generando una pérdida de energía y de rendimiento en el motor; además, al no ser consumida esta mezcla de combustible se genera la salida de hidrocarburos al medioambiente generando contaminación.
2
1.1. PROBLEMA
Debido a la necesidad de ocupar un buen equipo para diagnosticar bobinas de encendido, donde se pueda comprobar el buen funcionamiento de las mismas se diseñará y construirá un banco de pruebas para diferentes tipos de bobinas de encendido automotriz como son: COP, DIS y convencional, para lograr tener su mejor funcionamiento dentro del sistema de encendido de los vehículos a inyección, siendo esta la razón para la realización de este proyecto.
Otra razón fundamental es la necesidad del ahorro de gasolina y la reducción de gases contaminantes al ambiente, cuando una bobina de encendido no está trabajando adecuadamente el vehículo consume mayor cantidad de combustible y emite más gases contaminantes al medio ambiente, además de que al tener un mal funcionamiento las bobinas el vehículo falla y pierde fuerza, pudiendo incluso provocar otros daños en el vehículo.
Por la necesidad de equipos de laboratorios para tener un mejor estudio y diagnóstico de bobinas de encendido, y así poder detectar el estado de las mismas y para entender cómo influye en el funcionamiento del vehículo cuando las bobinas presentan un mal funcionamiento, es importante contar con una herramienta que permita realizar este tipo de trabajos y así comprobar el correcto funcionamiento y la detección de posibles fallas que estas puedan presentar. De esta manera el banco de pruebas será un aporte al estudio y prácticas de futuros estudiantes, ya que este será un aporte para el aprendizaje de los mismos.
1.2. JUSTIFICACIÓN
3 componente del vehículo antes de comprar una bobina nueva, sobre todo tomando en cuenta el precio que estas pueden alcanzar y los gastos que aparecerán si se debe remplazar la misma cuando tiene un mal funcionamiento en el vehículo.
El fin de este proyecto busca aportar al diagnóstico y comprobación de bobinas de encendido y al enriquecimiento del conocimiento teórico práctico de la inyección electrónica, enfocado en el sistema de encendido, generando un banco de pruebas que sirva para futuras prácticas en el laboratorio de Ingeniería Automotriz, donde se compruebe el estado y el funcionamiento de los diferentes tipos de bobinas de encendido.
Se puede tener un mejor rendimiento del vehículo cuando sus componentes (sensores y actuadores) están trabajando correctamente, sobre todo cuando el sistema de inyección y el sistema de encendido están en sus óptimas condiciones, de esta manera se logra ahorrar combustible y al tener una combustión más adecuada se baja la cantidad de gases tóxicos al medio ambiente; además, se pueden prevenir nuevas fallas o problemas dentro del vehículo causadas por el mal funcionamiento del sistema de encendido o una chispa que no tenga la energía suficiente para generar una buena combustión en el motor.
1.3. OBJETIVOS DEL PROYECTO
1.3.1. OBJETIVO GENERAL
4
1.3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Conocer e investigar los fundamentos de funcionamiento de las bobinas de encendido.
Señalar las características de un banco de pruebas y los límites en los trabajos que se pueden realizar en el mismo.
Elaborar un manual o guía de proceso de diagnóstico de bobinas de encendido, junto con las normas de seguridad para el uso del banco de pruebas.
1.4. ALCANCE
5
2.
MARCO TEÓRICO
2.1. BANCO DE PRUEBAS
Un banco de pruebas, como su nombre lo indica, es un equipo utilizado para la comprobación rigurosa del comportamiento real de un componente especifico, en este trabajo de titulación se comprobará específicamente el funcionamiento de bobinas de encendido automotrices.
El término banco de pruebas suele ser utilizado en varios campos y busca obtener un ambiente seguro de posibles riesgos al ejecutar las diversas pruebas. El banco de pruebas trabaja con un método para probar un componente específico en forma aislada. (Velasco M., 2011, p. 7)
2.1.1. TIPOS DE BANCOS DE PRUEBAS
Hoy en día existen varios tipos de bancos de pruebas, que se acoplan a la necesidad de cada uno de ellos para la obtención de datos referentes a un componente a ser analizado. (Solana R. y Díaz C., 2012, p. 6)
En nuestro caso, no hay muchos modelos o tipos de bancos de pruebas que analice el funcionamiento de las bobinas de encendido, pero existen tipos caseros que ocupan un micro procesador muy básico como el 555 simulando pulsos para activarlas. En Argentina se encontró un comprobador de bobinas bastante didáctico como es el Bobi-22 del creador profesor José Luis
6
2.1.2. DISEÑO Y SELECCIÓN DE BANCO DE PRUEBAS
Para la selección del banco de pruebas a utilizarse hay que determinar los principios de operación o funcionamiento que este tendrá, además se definen los parámetros y especificaciones principales que tendrá, para ello es recomendable dividir el banco de pruebas en subsistemas que tendrán una función específica pero trabajando en conjunto completan el trabajo que se requiere en el banco de pruebas. (González A. y Tejada A., 2006, p. 21 – 23)
Otros parámetros que se deben considerar en la selección definitiva para el banco de pruebas son los siguientes:
Costo o inversión principal Facilidad de uso
Facilidad de trasporte Mantenimiento requerido
Espacio requerido para instalación Tiempo de preparación de la prueba Durabilidad
2.2. SISTEMAS DE ENCENDIDO
7
2.2.1. FUNCIONES DEL SISTEMA DE ENCENDIDO
“El sistema de encendido dentro de un motor a gasolina realiza 4 funciones
principales:
Ruptura del circuito primario de carga de la bobina y el consecuente salto de chispa en la bujía.
Calculo del avance de encendido en función del régimen y la carga del motor.
Elaboración de energía de alta tensión.
Distribución de la alta tensión a las bujías de encendido.
Estas funciones que cumple el sistema de encendido son realizadas ya sea por componentes mecánicos o sistemas electrónicos” (Gil, 1999, p. 192).
2.3. SISTEMA DE ENCENDIDO CONVENCIONAL
El sistema de encendido convencional o conocido también como de platinos es el más sencillo de los sistemas de encendido. Este sistema es un encendido prácticamente mecánico, para que se abra y se cierre el circuito se utiliza unos contactos llamados platinos, coordinando la producción de la chispa en la bobina.
8
Figura 1. Esquema eléctrico del Sistema Encendido Convencional (Pardiñas, 2007, p.13)
2.3.1. FUNCIONAMIENTO
9
Figura 2. Esquema del circuito de encendido (Pérez, 2011, p. 27)
2.4. SISTEMA ENCENDIDO ELECTRÓNICO
Rodríguez J. (2012) Explica en su libro que el sistema de encendido electrónico no tiene elementos electrónicos que necesiten ser accionados mecánicamente es decir no contienen platinos y condensador, pero está conformado por elementos que cumplen con la misma función como son el sensor captador, sensor óptico, el sensor de efecto Hall entre otros.
10
2.4.1. SISTEMA DE ENCENDIDO ELECTRÓNICO INTEGRAL
En este tipo de sistema de encendido se sustituyen las piezas mecánicas por piezas estáticas, que se harán cargo de todas estas funciones mecánicas, evitando así el desajuste. Se introduce el uso de componentes que generan diferentes tipos de señales las cuales serán procesadas por la unidad de control él se encargara de generas los impulsos necesarios para que trabaje de manera correcta la bobina. El distribuidor se dedicará a solo a distribuir la chispa como su nombre lo indica. Entre las ventajas que presenta este sistema de encendido se tiene:
Mejor funcionamiento en ralentí. Menor consumo de combustible. Buenas condiciones de arranque.
Adaptación y regulación del encendido en las diferentes condiciones del motor.
Inclusión de nuevos parámetros de mando como temperatura.
En la figura 3 se tiene un esquema del sistema de encendido integral.
11 Para el buen funcionamiento del sistema de encendido integral la unidad de control depende de diferentes parámetros recibidos desde los sensores, entre los cuales se tienen el régimen de giro del motor, posición del cigüeñal, carga del motor, tensión de batería, temperatura del motor, temperatura del aire, detonación, posición de la mariposa de gases, entre otros.
2.5. ENCENDIDO ELECTRÓNICO CON CAPTADOR INDUCTIVO
Pérez M. (2011) Menciona que este sistema es un avance en el sistema de encendido en el cual se elimina o remplaza el ruptor por un captador o sensor inductivo, el cual está ubicado en el distribuidor. Este captador está formado por un rotor de hierro dulce, que consta de buenas propiedades magnéticas, y su estructura contiene la cantidad de dientes igual a la cantidad de cilindros con los que está conformado el motor. Además, está conformado por un sensor captador que se encuentra expuesta a los efectos de un campo magnético producto de un imán permanente. Este giro de los dientes del rotor produce a oscilaciones en el campo magnético del imán permanente, estas alteraciones producen, por inducción, variaciones en las características de la corriente que circula por la bobina, conformando una señal que luego será amplificada y rectificada en el módulo amplificador. Existen dos variantes de este sistema, en función de la ubicación del sensor captador, estos son: captador de bobina interior y captor de bobina exterior que se los puede apreciar en la figura 4.
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2.5.1. SENSOR CAPTADOR
El sensor captador, se conforma por un imán permanente y un bobinado enrollado alrededor de un polo, fijo al eje va el rotor, que es una pieza muy parecida a un engranaje que va unido al distribuidor. La señal generada por la bobina captadora es análoga con voltajes bajos, pero es suficiente para indicar al módulo electrónico que el motor está en movimiento. En la figura 5 se tiene el esquema de una bobina captadora.
Figura 5. Sensor captador
(Sánchez, 2008, p. 49)
El módulo electrónico modula los pulsos generados por el sensor captador, los mismos que son amplificados para genera una señal de potencia, esto lo realiza mediante transistores, para inducir a la bobina de encendido, cortando o dando paso a la corriente en el primario, para producir la alta tensión en el secundario, esta señal genera una onda como la que se representa en la figura 6.
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2.6. ENCENDIDO ELECTRÓNICO CON CAPTADOR HALL
Este sistema está constituido por una placa al interior del distribuidor que permanecerá fija y la misma donde se encontrara instalado un generador que sustituye a los platinos, además aquí se aloja una parte fija compuesta por un circuito hall que va a ser alimentado por corriente continua y un imán permanente con piezas conductoras, y una parte móvil que estará constituida por un tambor el mismo que tendrá ventanas o aberturas, las mismas que tienen que ser en la misma cantidad del cilindros que tiene el motor. En la figura 7 se aprecia las ranuras del captador hall.
Figura 7. Captador hall (Sánchez, 2008, p. 54)
El efecto Hall ocurre se da en conductores y semiconductores, con los conductores se obtienen voltajes muy pequeños, limitando sus aplicaciones, pero con algunos semiconductores se obtienen voltajes más grandes, que pueden ser utilizado para tal fin. (Sánchez, 2008, p. 54).
La onda cuadrada generada por este captador hall se muestra en la figura 8.
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2.7. MÓDULO DE ENCENDIDO ELECTRÓNICO
Este módulo de encendido puede tomar diferentes nombres como Ignito, módulo ignición, caja transistorizada, modulo electrónico y en otros casos los fabricantes de automóviles le dan un nombre propio, así es el caso de la figura 9 de General Motors que lo llaman Módulo HEI (High Electronic Ignition).
“El modulo tiene la misión de conducir o interrumpir la conducción de corriente
por el primario bobina; pero además también efectúa otras funciones sobre el primario como: 1. Limitación de la corriente, 2. Regulación del tiempo de conducción.” (Gil, 1999, p. 217).
Figura 9. Módulo de encendido
Existe un sinnúmero de módulos electrónicos de encendido y en diferentes posiciones que pueden ser dentro o fuera del distribuidor o incluso adjunto a la bobina. En la figura 10 se puede apreciar un ejemplo de módulo de encendido con siete terminales donde: 1. Negativo de bobina, 2. Masa del módulo, 3. Masa del generador Hall, 4. Alimentación del módulo, 5. Alimentación del generador Hall, 6. Señal del generador Hall, 7. Salida de revoluciones.
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2.8. UNIDAD DE CONTROL ELECTRÓNICA
Alonso J. (2002) explica en su libro que la unidad de control electrónica puede tomar varios nombres como es UCE, PCM, ECU, computadora, cerebro, entre otras, esta unidad de control electrónica está encargada de gestionar el correcto funcionamiento del vehículo. En un principio solo se trabajaba con el sistema de inyección, pero con el mejoramiento de los vehículos estas se han ido mejorando y ahora ya controlan diferentes sistemas del vehículo entre los cuales está el sistema de encendido. Hay vehículos que pueden llegar a tener varios módulos de control que se encargaran de diferentes sistemas del vehículo. En la figura 11 se observa la placa interna de una unidad de control electrónico.
Figura 11. Unidad de Control electrónica
16 Estas señales son analógicas, para ser procesadas por el microprocesador se transforman en señales digitales mediante un Conversor A/D, posterior a la transformación las señales son conducidas al microprocesador. El microprocesador consta de una memoria interna donde se guarda todas las posibles situaciones, y así determinar el ángulo de encendido y generar la señal de mando que será enviada a la bobina.
En la figura 12 se puede apreciar cómo están constituida las entradas y salidas de señales a la unidad de control electrónica.
Figura 12. Esquema de la Unidad de Control electrónica (Alonso, 2002, p. 70)
2.9. BOBINA DE ENCENDIDO
17 La bobina en su interior se encuentra formada por láminas de hierro que constituyen el núcleo, sobre este se encuentran los enrollados primario y secundario, encargado de aumentar el campo magnético generado por el paso de corriente. En la figura 13 puede verse el esquema de una bobina y sus partes internas 1. Conexión exterior de alta tensión. 2. Capas de arrollamiento con papel aislante. 3. Tapa aislante. 4. Conexión interna de alta tensión sobre contacto con muelle. 5. carcasa. 6. Abrazadera de fijación. 7. Chapa magnética de envoltura. 8. Arrollamiento primario 9. Arrollamiento secundario. 10. Masa de relleno 11. Cuerpo aislante. 12. Núcleo de hierro.
Figura 13. Aspecto interno y externo de la bobina (Pérez, 2011, p. 8-9)
18 La entre el primario y el secundario existe una relación en el número de espiras de 60 hasta el 150.
Con motores más modernos que exigen altas cargas, se necesitan sistemas encendido más potentes. Por ello los diferentes desarrolladores automotrices crean nuevas bobinas variando sus formas geométricas y los materiales, mejorando el aislante, la tensión de encendido, el espacio y peso.
2.10. BUJÍAS
Dentro del motor de combustión interna el componente encargado de realizar la chispa para iniciar la combustión es la bujía este fenómeno se logra cuando se suministra una fuerte descarga eléctrica. (Rueda, 2010)
En la figura 14 se describen los diferentes componentes por los que está formada una bujía.
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2.11. CABLES DE ENCENDIDO
Los cables de encendido o de alta tensión también pueden ser conocidos como cables de bujías o de ignición y son los encargados de transferir la corriente desde la bobina hasta las bujías y dependiendo del sistema de encendido pasando por el distribuidor. Estos cables están conformados en general por un alma y por un aislante que pueden ser de diferentes materiales como se muestra en la figura 15.
Figura 15. Estructura de cable de encendido (Pérez, 2011, p. 20)
2.12. SISTEMA DE ENCENDIDO DIS
20 una chispa en común. Gracias a que se suprime por completo el distribuidor y logrando así evitar la utilización de dispositivos mecánicos se producen menor cantidad de fallas por desgaste de materiales. (Pérez, 2011, p. 52).
Figura 16. Bobina de sistema DIS
Las chispas se generan al mismo tiempo por lo tanto una estará cumpliendo su función en la etapa de combustión generando una correcta inflamación de la mezcla aire combustible que contiene el motor y la otra estará justo en el tiempo de escape por lo que su función es nula, esto se logra gracias a que la mezcla de aire combustible y la temperatura que se tiene en el tiempo de compresión genera mayor resistencia y al incrementar la resistencia el voltaje también se incrementa. El esquema eléctrico del sistema de encendido DIS está dado en la figura 17.
21 Con el sistema de encendido DIS se obtienen además ventajas como un mayor margen en el control del encendido, gracias a que se tiene mayor precisión en el avance al encendido, al obtener un mayor lapso de tiempo para la generación del campo magnético que se necesita para tener mejor control sobre la chispa de encendido, logrando así inflamar la mezcla aire combustible de mejor manera. Una gran ventaja que presenta este sistema es que las bobinas son colocadas mucho más cerca de las bujías, reduciendo la longitud de los cables de bujía o de alta tensión, incluso se reduce el peso y espacio de los componentes.
2.12.1. FUNCIONAMIENTO
Sánchez E. (2008) Explica que cada bobina DIS se conecta a dos bujías en cada extremo del bobinado, saltando la chispa en dos bujías a la vez cuando se genera la alta tensión; en la figura 18 se aprecia como una bobina corresponde a las bujías de los cilindros 1 y 4 respectivamente y la otra bobina corresponde a las bujías de los cilindros 2 y 3 respectivamente.
22 Cuando una bobina genera la alta tensión vamos a tener la chispa en los dos cilindros, la chispa que se aprovecha para inflamar la mezcla en el cilindro es la que se encuentra en compresión (cilindro 1), la otra chispa se pierde debido a que se produce en el cilindro que se encuentra en escape (cilindro 2), obteniendo así su nombre de sistema de encendido de chispa perdida.
2.13. SISTEMA DE ENCENDIDO COP
Rodríguez J. (2012) menciona en su libro que el sistema de encendido COP significa bobina sobre bujía por sus siglas en inglés (coil-on plug) también es conocida como bobina independiente, es una variación del sistema de encendido DIS, con la particularidad que la bobina se conecta directamente con la bujía, suprimiendo de esta forma la necesidad de cables de bujías, siendo esta una gran ventaja sobre los sistemas anteriores, ya que los cables son susceptibles a fallas y se minimiza la perdida de energía en conductores, mejorando así la eficiencia del motor. En la figura 19 se tiene un esquema de la bobina de encendido COP.
23 Otra gran ventaja de este sistema, aparte de los propios de un sistema de encendido DIS, es que cuando se avería una bobina de encendido solo se suspende el funcionamiento de un cilindro y no de dos como en el sistema DIS O todas como en el convencional, además el sistema a bordo permite suprimir independientemente la corriente a cada cilindro para pruebas. Este sistema es de los más comunes hoy en día ya que permite un mayor control del motor y mayores prestaciones.
También existe una variación del sistema de encendido COP que es el Sistema de encendido CNP que significa bobina cerca de bujía por sus siglas en inglés (Coil-Near-Plug) este sistema es idéntico al COP, pero debido a dificultades en la posición de la cabeza de cilindros para su ubicación las bobinas cuentan con un pequeño cable para cada cilindro. Un ejemplo de bobina COP es el de la figura 20.
Figura 20. Bobina de sistema COP
2.13.1. FUNCIONAMIENTO
24 por la PCM, y una salida de alta tensión hacia la respectiva bujía. El secundario comparte positivo con el primario, por lo tanto, cualquier descarga de secundario se va a realizar buscando al final electrodo de masa de la bujía.
Figura 21. Esquema eléctrico del sistema de encendido COP
2.13.2. BOBINA COP CON MODULO INCORPORADO
En vehiculó un poco más modernos se puede encontrar instalado un tipo de bobina COP con el módulo de encendido incorporado la cual genera una señal de retroalimentación al PCM, para informar que se está generando una correcta inducción en el primario. Esto se logra gracias un circuito que tiene en su interior capaz de generar dicha señal que será recibida por la PCM cada vez que existe una correcta inducción. La forma en la que se genera la chispa es exactamente igual, lo único que las diferencia es que el cuarto pin envía una señal al PCM cada vez que se genera una inducción en el primario. En la figura 22 se muestra una bobina COP con modulo incorporado.
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2.14. COMPROBAR BOBINA
Lo primero que se comprueba en las bobinas de encendido es la resistencia tanto del primario como del secundario, esta medición se la realiza como se muestra en la figura 23.
Figura 23. Medición de resistencia en el primario y en el secundario (Sánchez, 2008, p. 68)
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Figura 24. Medida de resistencia en bobinas
Seleccionamos la escala según los rangos de cada bobinado, para el primario tomamos la medida entre el pin positivo y negativo del conector de la bobina y en el secundario tomamos la medida entre las dos salidas de alta tensión que van hacia las bujías.
2.15. CONTINUIDAD EN BOBINADOS
Al medir la resistencia del primario o del secundario en la bobina se puede encontrar que la resistencia es infinita o que no existe continuidad, al no circulará corriente por el primario y no se generará voltaje en el secundario, generando una falla en la bobina, la misma que tendrá que ser remplazada. Si los valores obtenidos al medir resistencia están acordes con el fabricante, se descarta un posible fallo en la bobina de encendido.
2.16. MEDICIÓN DE VOLTAJE POSITIVO EN LA BOBINA
27 algunos sistemas de encendido convencional, se utilizan resistencia para aumentar la potencia, en estas el voltaje puede variar entre 6 a 7 V.
28
3.
METODOLOGÍA
3.1. DISEÑO Y PROYECCIÓN DEL BANCO DE PRUEBAS
Este proyecto de investigación está enfocado en la fabricación de un banco de pruebas, dentro de este proceso se han identificado las diferentes necesidades, ya sea de manipulación como de funcionamiento del comprobador, que ayudarán a obtener un mejor rendimiento del mismo, sin dejar de lado la estética y la seguridad al momento de realizar prácticas. Razón por la cual, es importante analizar el volumen, el peso y el espacio que tendrá el equipo y obtener una mayor comodidad.
Se inició con el diseño electrónico en el programa PROTEUS 8 Professional, el cual permitirá insertar todos los diferentes requisitos técnicos que requiere el banco de pruebas y mediante comprobación de su funcionamiento, se realizó los ajustes necesarios para su mejor funcionamiento.
3.1.1. DELIMITACIÓN
El banco de pruebas es una herramienta de laboratorio que permitirá a los estudiantes realizar prácticas especialmente en la materia de Electricidad II, ya que permite analizar el buen funcionamiento de las bobinas de encendido COP, DIS, y convencional.
3.2. PARÁMETROS DE DISEÑO
El equipo debe cumple con las siguientes características:
Diseño sencillo que permita transportarlo y maniobrado de forma sencilla
29 Identificación de colores para cada cable en su conexión.
Suministrar energía constante de 12 voltios y de 3 a 4 amperios. Conexión a masa constante.
Generación de señal de activación para simulación de bobina de
encendido.
Variación de régimen del banco de pruebas, para un mejor diagnóstico de las bobinas de encendido.
Modo automático o auto diagnóstico. Apagado de emergencia.
3.3. DESCRIPCIÓN DE ELEMENTOS ELECTRÓNICOS
Dentro del banco de pruebas se utilizaron algunos elementos electrónicos, como son:
Microcontrolador Fuente de poder Regulador de voltaje Optoacoplador Pantalla Lcd 16x2
Pantalla de displays de 7 segmentos Teclado matricial 4x3
Protoboard Resistencias Diodos Leds
30 Fusibles
Cables eléctricos Baquelita
Conectores o terminales
Además de estos componentes electrónicos se ocupó un probador de ancho de chispa ajustable y bobinas de encendido del tipo COP, DIS y convencional.
3.4. DESCRIPCIÓN DE MATERIALES UTILIZADOS
Además de los componentes electrónicos se utilizaron otros materiales para la fabricación de la carcasa del banco de pruebas, entre los cuales están:
Plancha de metal, tol negro de 0.6 mm de espesor Plancha de acrílico blanco de 2,5 mm de espesor Pintura
Tornillos
3.5. DESCRIPCIÓN DE EQUIPOS UTILIZADOS
Para las diferentes etapas del proceso de pruebas del banco de pruebas se ocuparon los siguientes equipos:
Multímetro automotriz Osciloscopio automotriz
3.6. DESCRIPCIÓN DE PROGRAMAS UTILIZADOS
31 desarrollo del software de control, la elaboración de placas electrónicas y el diseño digital de circuitos.
3.7. PROCESO DE CREACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS
Para la elaboración de los diferentes circuitos electrónicos utilizados en el banco de pruebas se siguió los siguientes pasos:
Diseño del circuito Impresión
Trasferencia de impresión Revelado
Perforado
Montaje de componentes electrónicos Prueba de circuitos
3.8. PROCESO DE CONSTRUCCIÓN Y ENSAMBLAJE DEL
BANCO DE PRUEBAS
Para la construcción final y ensamblaje de componentes del banco de pruebas se pasó por las siguientes etapas:
Diseño de la carcasa
Dimensionamiento del banco de pruebas
Instalación de la fuente o circuito de alimentación Instalación de las placas electrónicas
32
3.9. PROCESO DE COMPROBACIÓN DEL BANCO DE
PRUEBAS
Una vez que se terminó de construir el banco de pruebas se comprobó que trabaje de la manera deseada, para ello se siguió las siguientes fases:
Comprobación de las señales pulsantes Comprobación de los elementos ilustrativos Prueba de bobina de encendido
33
4.
ANÁLISIS DE RESULTADOS
4.1. APLICACIÓN Y UTILIDAD
Aquí se determina el uso que se le dará al banco de pruebas, reconociendo sus alcances y limitaciones; logrando así, obtener el máximo rendimiento del mismo dentro del nuestra área, como es el campo automotriz.
4.1.1. APLICACIÓN DEL BANCO DE PRUEBAS
El banco de pruebas es un comprobador de bobinas, que será utilizado en el taller de Ingeniería Automotriz de la Universidad Tecnológica Equinoccial, para completar el aprendizaje de los estudiantes mediante las prácticas y la experimentación. Con este equipo se pondrán a prueba diferentes tipos de bobinas automotrices verificando su funcionamiento y determinando las posibles fallas que pueden presentar, también permitirá medir las resistencias internas que estas pueden tener, para poder comparar con el valor especificado por el fabricante, mejorando así la capacidad de los alumnos de detectar problemas en el sistema de encendido.
4.1.2. UTILIDAD DEL BANCO DE PRUEBAS
34
4.2. ELEMENTOS ELECTRÓNICOS
Para la fabricación del banco de pruebas se utilizan diversos componentes electrónicos como resistencias, diodos, capacitores, etc.; según la necesidad que vayamos teniendo, los mismos que se detallan a continuación.
4.2.1. RESISTENCIAS
Las resistencias son componentes que dificultan el paso de la corriente eléctrica, cuando esta pasa sobre ellas. Esta característica depende de la construcción física de la misma. Las resistencias se miden en ohmios (Ω).
Existen dos posibilidades para determinar el valor de una resistencia. La primera es mediante un multímetro, seleccionamos el modo óhmetro y medimos directamente el valor de resistencia; la segunda es identificando los códigos de colores que estas tienen, como se muestra en las figuras 25 y 26.
35
Figura 26. Código de colores (Alcalde, 2014, p.30)
Para el banco de pruebas se ocupará resistencias en los diferentes circuitos entre las cuales para obtener su valor se ocupa la fórmula 1 que habla del cálculo de resistencia:
𝑅 =𝑉𝐼 [1]
Dónde:
R = Resistencia V = Voltaje I = Intensidad
Entre las resistencias utilizadas tenemos una de 100 Ω para trabajar con los leds, para obtener así la máxima cantidad de corriente que soportan, que es de 50 mA, el cálculo se lo obtuvo de la siguiente forma:
R =0.055 = 100 Ω
Una resistencia de 1 Ω - 60 watts se ocupó como protección en la salida de
voltaje en el circuito de potencia, el resultado se lo obtuvo de la siguiente forma: R =125 = 2.4 Ω
Debido a valor comercial escogimos una de 1 Ω, Para el obtener este resultado
de potencia máxima se ocupa la fórmula 2 que refiere al cálculo de potencia: 𝑃 = 𝑉 × 𝐼 [2] 𝑃 = 12 × 5 = 60 𝑤
Dónde:
36 Debido al valor comercial escogimos 3 resistencias de 20 w contándolas en paralelo.
La resistencia de 220 Ω se ocupó para ajustar el voltaje a 5 voltios en el
regulador trabajando conjuntamente con el potenciómetro, que terminara de regular el mismo. Estas resistencias se encuentran en la figura 27:
Figura 27. Resistencias utilizadas en el Banco de prueba
4.2.2. DIODOS
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Figura 28. Diodos utilizados en el Banco de pruebas
4.2.3. LED
Los Leds es un tipo de diodos, con la diferencia que emite una radiación en forma de luz visible. En la actualidad estos diodos emiten luz de alto brillo en tonos rojo, azul, amarillo y verde, e incluso en infrarrojo y ultravioleta.
Gracias a su operación a altas frecuencias, son útiles en muchas tecnologías, sobre todo de comunicaciones y control. Para su mejor reconocimiento los diodos Led poseen un terminal corto que indica el negativo (cátodo y un terminal largo que corresponde al positivo (ánodo).
En el banco de pruebas se ocuparon Leds de alto brillo para tener una mejor visualización y por la el bajo consumo de energía que tienen, ese ocuparan en color verde y azul por ser los colores de la universidad como se indica en la figura 29.
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4.2.4. CAPACITORES
Capacitor, también llamado condensador, es un dispositivo pasivo capaz de almacenar energía, es utilizado en electricidad y electrónica, está formado por un par de superficies conductoras, separadas por un material dieléctrico o por vacío. Las placas, sometidas a una diferencia de potencial, adquieren una determinada carga eléctrica, positiva en una de ellas y negativa en la otra, siendo nula la variación de carga total. Para su instalación se debe tomar en cuenta la polaridad, su unidad es el Faradio (F).
Los capacitores se ocuparon como filtros de ruido para proteger al circuito, los valores ocupados son de 10 nF, 100 nF, 1 µF, 22 aF indicados en la figura 30; que son los recomendados por el fabricante, basado en la curva de descarga.
Figura 30. Capacitoresutilizados en el Banco de pruebas
4.2.5. POTENCIÓMETRO
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Figura 31. Potenciómetros utilizados en el Banco de pruebas
4.2.6. TRANSISTOR
Es un componente electrónico semiconductor que permite regular y controlar una corriente grande, ocupando simplemente una señal muy pequeña. Existen algunos tipos de transistores entre los cuales existen los transistores NPN y PNP. En las fases se tienen tres diferenciadas. Primera, cuando no circula intensidad por la base, por lo que; la intensidad entre el colector y el emisor es nula. Segunda, cuando por la base circula una intensidad, existe un incremento de la corriente de colector considerable; y tercera, cuando actúa como amplificador, dejando pasar más o menos corriente, para el banco de pruebas se ocupó un transistor tipo MOSFET K794 de 900 voltios, como el de la siguiente figura 32. Este fue ocupado ya que en el mercado es el que tiene mayor voltaje y para que la bobina genere la chispa se trabaja con altos voltajes.
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4.2.7. DISIPADOR DE CALOR
Se encarga de extraer el calor que genera el componente que está refrigerando y lo expulsa al exterior; es decir, baja la temperatura de los componentes electrónicos al aumentar la superficie de contacto con el aire y así eliminar pronto el calor. Se encuentra elaborado principalmente a base de aluminio ya que se requieren que sean más ligeros pero capaces de transmitir el calor hacia el exterior, para el banco de bobinas se ocupó un disipador de calor de 3cm x 7cm de longitud para disipar el calor de manera más rápida en el transistor, en la figura 33 se observa el disipador de calor ocupado en el banco de pruebas.
Figura 33. Disipador de calor utilizado en el Banco de pruebas
4.2.8. OPTOACOPLADOR
41
Figura 34. Optoacoplador utilizado en el Banco de pruebas
4.2.9. PROTOBOARD
También es conocido como tabla de pruebas, es una herramienta indispensable para hacer pruebas del funcionamiento de los diferentes circuitos electrónicos que diseñemos. Los protoboard son pequeñas tablas con diferentes perforaciones, diseñadas para colocar diversos componentes electrónicos, tienen diferentes filas y columnas para identificar en qué ubicación colocar cada componente, a los lados consta de dos rieles, para las líneas positiva y negativa para cada circuito.
En la creación de los circuitos para el banco de pruebas se utilizó un protoboard estándar de 400 puntos de conexión, para tener el espacio suficiente para cada componente electrónico de los circuitos creados en la fase del diseño y prueba de los mismos.
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4.2.10. MICROCONTROLADORES
A los microcontroladores son unidades autosuficientes, considerados como mini computadores digitales, que se encuentran integrados en un chip, los micro controladores están conformados por un microprocesador (CPU) y dos memorias una encargada de almacenar el programa, una memoria encargada de almacenar datos y puertos de entrada y salida. La función esta dado según la necesidad para la que se utilice ya que en su memoria se puede grabar la programación que uno desee. Esta puede escribirse en distintos leguajes como el C, C++, ensamblador, entre otros, el que vamos a ocupar es un lenguaje C. Además, la mayoría de los microcontroladores actuales pueden reprogramarse repetidas veces. Para la construcción del banco de pruebas automotrices trabajaremos con un microcontrolador Arduino Mega, como el de la figura 36, el cual llevara la programación para generar las señales, las mismas que activaran las bobinas de encendido.
Figura 36. Arduino Mega utilizado en el Banco de pruebas
43 microcontroladores de potencia, pero se escogió este por ser el que se obtienen en nuestro mercado y por el alto costo que puede llegar a tener un microcontrolador de potencia.
4.2.10.1. Arduino Mega
Arduino. Como describe que:
“El Arduino Mega es una placa electrónica basada en el ATmega1280.
Cuenta con 54 pines digitales de entrada / salida (de los cuales 14 se pueden utilizar como salidas PWM), 16 entradas analógicas, 4 UARTs (puertos serie de hardware), un 16 MHz oscilador de cristal, una conexión USB, un conector de alimentación, una cabecera ICSP, y un botón de reinicio. Contiene todo lo necesario para apoyar el microcontrolador; basta con conectarlo a un ordenador con un cable USB o la corriente con un adaptador de CA a CC o una batería para empezar. La Mega es compatible con la mayoría de los shield para el Arduino Duemilanove o Diecimila”. (Arduino.com, 2016)
4.2.10.2. Voltaje de trabajo
La tarjeta puede funcionar con un suministro externo de 6 a 20 voltios. Si se suministra con menos de 7V, sin embargo, el pasador de 5V puede suministrar menos de cinco voltios y la junta puede ser inestable. Si se utiliza más de 12 V, el regulador de voltaje se puede sobrecalentar y dañar la placa. El rango recomendado es de 7 a 12 voltios. (Arduino.com, 2016)
4.2.10.3. Memoria
44 EEPROM (que puede ser leído y escrito con la librería EEPROM). (Arduino.com, 2016)
Sus características se pueden observar a continuación en la tabla 1.
Tabla 1. Características del Arduino Mega
Microcontrolador ATmega1280
Tensión de funcionamiento 5V
Voltaje de entrada (recomendado) 7-12V
Voltaje de entrada (límites) 6-20V
E / S digitales prendedores
54 (de los cuales 15
proporcionan salida PWM o
modulación por ancho de
pulsos)
Pines de entrada analógica
Dieciséis, cada uno de los
cuales proporcionan 10 bits
de resolución
Corriente continua para Pin I / O 40 mA
Corriente CC para Pin 3.3V 50 mA
Memoria flash
128 KB de los cuales 4 KB
utilizado por el gestor de
arranque
SRAM 8 KB
EEPROM 4 KB
Velocidad de reloj 16 MHz
(Arduino, 2016)
4.2.11. FUENTE DE PODER
45 voltios y 5 amperios, como la indicada en la figura 37, ya que con este voltaje trabajará el microcontrolador. Existen fuentes con más amperaje en el mercado, pero la ocupada cumple con los rangos necesarios y no aumenta costos en la construcción del banco de pruebas.
Figura 37. Fuente de poder utilizada en el Banco de pruebas
4.2.12. REGULADOR DE VOLTAJE
Regulador de tensión o regulador de voltaje es un dispositivo electrónico diseñado específicamente para mantener el nivel de la tensión de manera constante al aparato al que sea instalado.
Debido a que la capacidad de la fuente es de 5 amperios se dimensionó los componentes para este valor, realizando las pruebas y el amperaje máximo fue aproximadamente de 4 amperios, además en el circuito de potencia se necesita trabajar con 5 voltios pero en el mercado el más próximo es el de 5 amperios, por lo que se utilizó el regulador de voltaje LM338K, de la figura 38.
46
4.2.13. FUSIBLES
El fusible es el medio de protección de cualquier componente electrónico, por lo cual el equipo llevará incorporado uno que proteja de cualquier posible sobrecarga generada dentro del mismo, en el banco de pruebas este fusible estará instalado en la fuente de poder principal y será de 5A, puesto que en las especificaciones de funcionamiento del mismo se indica que trabaja con una corriente de 12 voltios y 5 amperios, este fusible se muestra en la figura 39.
Figura 39. Fusibles utilizados en el Banco de pruebas
4.2.14. CABLES ELÉCTRICOS
Los cables eléctricos son necesarios para la unión de algunos componentes del circuito, así como entre los diferentes circuitos del banco de pruebas, se utilizan cables de diferentes colores para así poder identificar de que se trata cada uno como, si es positivo, negativo o señal. En el banco de pruebas se utilizó para la comunicación entre el micro controlador y la pantalla un juego de cables Jumper macho y hembra como el de la figura 40.
47 Para alimentar de energía al banco de pruebas se ocupará un cable de poder convencional, señalado en la figura 41, que obtendrá la corriente de un interruptor normal, dirigiéndola a la fuente de poder.
Figura 41. Cable de poder convencional utilizado en el Banco de pruebas
Para los juegos de cable con los que conectaremos las bobinas se ocupó un cable grosor de 18 ya que el amperaje máximo que se registró en pruebas es de 3,18 amperios, rigiéndonos con la tabla 2:
Tabla 2. Calibre de cables por la AWG
TAMAÑO
AWG
DIAMETRO AREA RESISTENCIA
Ω/1000pies
CAPACIDAD DE
CORRIENTE
A
PULGADAS mm MC mm2
26 0.0159 0.404 253 0.128 41.0 0.75
24 0.0201 0.511 404 0.205 25.7 1.30
22 0.0253 0.643 640 0.324 16.2 2.00
20 0.0320 0.813 1020 0.519 10.1 3.00
18 0.0403 1.020 1620 0.823 6.39 5.00
16 0.0508 1.290 2580 1.310 4.02 10.00
14 0.0641 1.63 4110 2.080 2.52 15.00
12 0.0808 2.05 6530 3.310 1.59 20.00
10 0.1019 2.588 10380 5.261 0.9988 30.00