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Jun 24, 2023

Cubre todas las bases de los sistemas de carga modernos

Para citar una situación familiar: "El automóvil de mi cliente ahora está en su tercer alternador

Para citar una situación familiar: "El automóvil de mi cliente ahora tiene su tercer alternador en seis meses y mi tienda de trabajo se niega a garantizar un cuarto". En otras palabras, el proveedor de repuestos cree que un problema subyacente está causando la falla de estos alternadores y, por lo tanto, no garantizará más alternadores. Si bien ocasionalmente experimentamos una secuencia de fallas causadas por problemas de control de calidad, la razón principal de la mayoría de las fallas repetidas es que el técnico pudo haber omitido algunos pasos críticos durante su diagnóstico inicial. Para evitar errores costosos, siempre es mejor "cubrir todas las bases" durante cualquier diagnóstico del sistema de carga.

Los sistemas eléctricos de los vehículos modernos requieren hasta 20 amperios de amperaje eléctrico para alimentar los sistemas de gestión del motor, suministro de combustible y accesorios. Cuando se agrega HVAC, enfriamiento del motor e iluminación exterior a esta carga eléctrica base, la carga total puede superar con creces la marca de 50 amperios. Si la batería tiene una celda defectuosa o está muy descargada debido a un consumo parásito excesivo o al uso de accesorios, el alternador se cargará cerca de su capacidad nominal, especialmente en condiciones de manejo severas.

Si bien los alternadores modernos pueden tener una capacidad nominal de 100 amperios o más, la mayoría de los diseños compactos no están diseñados para funcionar a plena capacidad durante largos períodos de tiempo sin sobrecalentarse. Debido a tasas de carga excesivamente altas, el alternador de reemplazo puede fallar en poco tiempo.

Un alternador convencional contiene cuatro partes eléctricas básicas: 1) rotor, 2) escobillas de carbón, 3) estator y 4) puente rectificador. En el nivel más básico, se produce una corriente alterna (CA) cuando los cables de cobre enrollados a través del estator del alternador "cortan" el campo electromagnético giratorio creado por el rotor del alternador. El circuito de "campo" del rotor se alimenta a través de una escobilla de carbón positiva (B+) de la batería montada en un anillo deslizante de cobre montado en el eje del rotor. Una segunda escobilla de carbón conecta a tierra el circuito de campo con la caja del alternador y, en última instancia, con el negativo de la batería (B-).

El amperaje de salida del alternador se controla aumentando o disminuyendo el amperaje del campo que fluye a través de las escobillas de carbón, lo que, a su vez, puede aumentar o disminuir la fuerza del campo magnético giratorio.

Un regulador de voltaje montado interna o externamente controla el amperaje de campo. Para detectar con precisión el voltaje de carga, el regulador de voltaje debe estar conectado a B+ y su base conectada a tierra a B- a través de la caja del alternador.

Según la aplicación, el regulador de voltaje también se puede integrar externamente en el módulo de control del tren motriz (PCM). En aplicaciones más modernas, el PCM controla un regulador de voltaje interno a través de un sistema de comunicaciones de bus o un cable de voltaje de referencia para modificar el modo de carga según las condiciones de conducción.

Como se ilustra arriba, el campo magnético giratorio creado por el regulador de voltaje es "cortado" por tres bucles separados de alambre de cobre enrollados a través de un conjunto de estator que rodea el rotor de campo. El estator produce CA, y la CA que fluye a través de cada bucle del estator se rectifica a corriente continua (CC) mediante un diodo positivo y otro negativo.

Los seis diodos combinados generalmente se montan en un conjunto de disipador de calor llamado "puente" de diodos que enfría los diodos. Estos diodos positivos y negativos no solo rectifican la corriente CA en corriente CC, sino que también evitan que el estator agote la batería cuando el motor está apagado.

Para evitar dañar la batería, la iluminación y los componentes electrónicos de a bordo, el alternador debe limitar la salida de voltaje a la batería. La batería juega un papel vital en el proceso de regulación de voltaje porque actúa como un capacitor que amortigua los picos de voltaje que ocurren en el sistema eléctrico. La batería también permite que el regulador de voltaje del alternador detecte con mayor precisión el voltaje de la batería al actuar como una resistencia.

Tenga en cuenta que la actividad química del electrolito de la batería está directamente relacionada con la temperatura central de la batería. El regulador de voltaje, por lo tanto, está diseñado para limitar el voltaje de carga a unos 15,2 voltios en climas muy fríos y a unos 13,8 voltios en climas muy cálidos.

Con estos conceptos básicos en mente, es obvio que una batería débil reducirá la vida útil del alternador. Para ilustrar, la tasa de carga normal en una buena batería incluye un modo de carga de alto amperaje y bajo voltaje (por ejemplo, 40 amperios a 13,2 voltios) llamado modo de carga "a granel". Una vez que el voltaje del terminal de la batería se acerca a 14,0 voltios, el amperaje de carga disminuye mientras que el voltaje aumenta (por ejemplo, 5 amperios, 14,2 voltios), lo que se denomina modo de "saturación".

Los sistemas de carga modernos controlados por computadora también pueden producir un modo de carga "flotante" de aproximadamente 2 amperios a 13,4 voltios, lo que indica que la batería está completamente cargada y que la salida del alternador alimenta principalmente los sistemas operativos del vehículo. Si bien estos amperajes y voltajes son típicos de lo que vemos en el campo, ambos valores dependen en gran medida de la antigüedad y el estado de la batería.

Si la batería está muy sulfatada por el desuso, se recuperará rápidamente de un estado completamente descargado a un estado completamente cargado. Si la batería tiene una celda defectuosa o generalmente está desgastada, sobrecargará el alternador porque nunca se alcanzará el voltaje de carga completo en las terminales de la batería.

En consecuencia, el primer paso para diagnosticar cualquier problema de tasa de carga del alternador es probar el estado de carga (SOC) y el estado de salud (SOH) de la batería. Si la batería no pasa la prueba SOC, debe recargarse a un ritmo que no sobrecaliente la batería. Tenga en cuenta que las baterías modernas de estera de fibra de vidrio absorbida (AGM) requieren voltajes de carga y tasas de amperaje más bajos para evitar el sobrecalentamiento de la batería. En cualquier caso, siga siempre las recomendaciones de recarga del fabricante o utilice un cargador de baterías "inteligente" que programe la tasa de carga al tipo de batería.

Por último, las baterías comienzan a degradarse gradualmente después de la instalación. En muchos casos, las baterías se subestiman hasta en un 25 % para adaptarse a la degradación normal a efectos de la garantía. Para compensar la degradación de la batería, algunos modelos de vehículos recientes incorporaron una estrategia adaptativa en su sistema de carga que ajusta la tasa de carga del alternador al SOH de la batería. Cuando la batería se reemplaza por una nueva, el sistema de carga requiere una herramienta de escaneo para "volver a aprender" el SOH de la batería nueva.

Muchos sistemas de carga modernos incorporan poleas "desacopladoras" que funcionan como embragues unidireccionales, lo que permite que el alternador siga girando a medida que el motor se desacelera. Este efecto de desacoplamiento reduce el estrés y la vibración en la correa serpentina y en las poleas de transmisión. En algunos casos, el desacoplador puede agarrotarse, lo que puede producir una vibración de la correa. En otros casos, el mecanismo de desacoplamiento puede fallar por completo, provocando una condición sin carga.

Si bien el caucho EPDM que se usa en las correas serpentinas modernas normalmente no se agrieta ni se deshilacha a medida que envejece, puede desgastarse hasta el punto de que las nervaduras de las poleas impulsoras de acero tocarán fondo en las nervaduras de la correa. En muchos casos, este tipo de desgaste puede provocar deslizamientos bajo cargas de carga elevadas que no van acompañados del chirrido normal de la correa. La mayoría de los fabricantes de cinturones suministran medidores simples de desgaste de las costillas y algunos incluso ofrecen aplicaciones para teléfonos inteligentes que pueden evaluar instantáneamente el desgaste del cinturón mediante el uso de la función de cámara del teléfono.

Dado que los sistemas de carga en muchos vehículos modernos están controlados por computadora, recomiendo conectar una herramienta de escaneo para el diagnóstico inicial de cualquier falla del sistema de carga. Si el PCM controla el sistema de carga, es probable que se almacene un código de problema relacionado. Si no está familiarizado con el sistema de carga administrado por PCM en el vehículo, consulte la información de su servicio para obtener información más detallada.

Siempre confirme los datos del parámetro de voltaje del sistema de carga indicado cargando el sistema activando los accesorios y la iluminación exterior, y luego probando el voltaje en la batería. Si el voltaje varía, el cableado del sistema de carga o el propio PCM podrían estar defectuosos.

Con el voltímetro en la mano, pruebe si hay una caída de voltaje en el sistema de tierra conectándolo entre la batería B- y la caja del alternador o la tierra del motor. Y, ya que estás en eso, realiza la misma prueba entre B- y la tierra de la carrocería/chasis. Del mismo modo, verifique la caída de voltaje de la batería B+ al alternador B+. Se debe mostrar una caída de voltaje de menos de 0,5 voltios para cualquiera de las pruebas.

Si la prueba B+ antes mencionada indica un circuito abierto, verifique la continuidad del fusible Maxi del sistema de carga ubicado en la caja de fusibles debajo del cofre. Este fusible tendrá una capacidad de al menos 100 amperios. Los primeros alternadores estaban conectados a la batería con un enlace fusible como protección del circuito. Una prueba sencilla es tirar del aislamiento de silicona del eslabón fusible. Si el aislamiento se estira, el cable interno de baja temperatura de fusión se quema en dos.

Si el alternador no está cargando, comience probando el fusible del regulador de voltaje del alternador. En algunas aplicaciones, este fusible alimenta el regulador de voltaje, mientras que, en otras, alimenta directamente el circuito de campo del alternador. Para detectar fallas relacionadas con la temperatura, siempre deje que el alternador se caliente a la temperatura de funcionamiento haciendo funcionar el motor con una carga completa de luces y accesorios. Si el fusible del regulador de voltaje prueba un circuito abierto, el regulador de voltaje, el cableado o, en algunos casos, el circuito de campo en el rotor del alternador pueden tener un cortocircuito a tierra. La falla repetida del regulador de voltaje generalmente es causada por un corto a tierra en el propio rotor del alternador.

La mayoría de las pruebas del alternador se realizan en caliente a una velocidad del motor de 2500 rpm. Si el alternador no soporta la carga nominal en estas condiciones, sospeche que la correa de transmisión se desliza o que el diodo del alternador está defectuoso. Si el alternador produce una condición de carga intermitente, sospeche de malas conexiones de cableado o, más comúnmente, de escobillas de carbón gastadas o atascadas.

Con los sistemas controlados por computadora, asegúrese de que el alternador sea absolutamente correcto para la aplicación. Incluso si el conector del arnés se conectara al regulador de voltaje del alternador, es posible que el software del PCM no reconozca o no pueda comunicarse con el regulador de voltaje.

Y no olvide que cada vez que se realiza el mantenimiento de rutina en un vehículo, se debe probar el SOC y el SOH de la batería para garantizar que la batería esté en buenas condiciones. Una batería que está en malas condiciones debe reemplazarse no solo para restaurar la confiabilidad del vehículo, sino también para reducir la tensión en el sistema de carga.