El Osciloscopio en el Diagnóstico Automotriz

El osciloscopio es un aparato capaz de representar en una pantalla una imagen gráfica de señales eléctricas variables en el tiempo. El desplazamiento vertical sobre el eje Y representa el valor de tensión, mientras que el eje X representa el tiempo.

Funciones del Osciloscopio

• Canales de entrada: Determinan las señales que pueden visualizarse simultáneamente.
• Auto rango: Permite el control automático de los rangos de tensión y la base de tiempos.
• Selección de flanco: Permite elegir en qué flanco se inicia la imagen desde el punto de disparo considerado.

Función Trigger (Disparo)

Permite conseguir que las ondas repetitivas aparezcan estáticas en la pantalla. Determina el punto de disparo sobre el que se inician los barridos de una misma señal. Existen dos modos:

• Manual: Podemos desplazar el punto de disparo a donde sea necesario. Si seleccionamos un modo de disparo demasiado alto o bajo para la señal a visualizar, el osciloscopio no podrá representarla.
• Automático: Realiza un barrido de la señal aunque no exista un nivel de disparo adecuado, garantizando que siempre tengamos una señal capturada en pantalla.

Función Smooth (Suavizado)

Permite ajustar un filtro que elimina el ruido de las formas de onda presentadas.

Señales Eléctricas más Comunes

Las señales más habituales incluyen: señales continuas, señales alternas o senoidales, señales por variación de la amplitud (AM), señales por variación de la frecuencia (FM), señales cuadradas, señales de pulso, señales de onda compleja y señales de mando.

• Señal continua: Este tipo de señal tiene como particularidad que no cambia de sentido ni de amplitud en un intervalo de tiempo considerable (ejemplo: la batería).
• Señal senoidal: Se define por los siguientes parámetros:
  • Amplitud o tensión de pico: Es el valor de tensión instantáneo para un determinado momento; la altura de la onda respecto a la línea de cero voltios.
  • Onda: Parte de la señal que corresponde a un ciclo completo.
  • Frecuencia: Representa el número de ciclos de la señal por unidad de tiempo (medido en Hz).
  • Periodo: Es el tiempo que tarda la señal en completar un ciclo. La frecuencia se calcula como F = 1/T.
  • Tensión RMS: Representa el valor eficaz en corriente alterna. Es el valor necesario para que, al ser aplicada sobre una resistencia, genere un trabajo igual que su equivalente en corriente continua. V(rms) = Vmax / 1,41.
  • Tensión pico-pico: Es el valor comprendido entre el máximo y el mínimo de la señal.
  • Tensión instantánea: Determinada por Vo = Vmax · SEN(Wt), siendo W = 2πF.
• Señales basadas en la variación de la amplitud: Por ejemplo, la señal que produce el sensor de picado.
• Señales cuadradas: Generalmente de dos formas: por la señal que transmite un sensor (ejemplo: Hall) o por señales RCO aplicadas a actuadores.
• Señal RCO (Relación de Ciclo de Trabajo): Es una señal cuadrada de frecuencia fija y módulo variable; el tiempo a 0V puede variar en cada ciclo. Son generadas por sensores electrónicos o unidades de control para regular la intensidad de alimentación.

Tiempo de Activación de la Bobina

Se puede medir en milisegundos o en porcentaje. Al ciclo completo de ondas se le denomina factor de trabajo:

• Factor de trabajo positivo (PWM): Indica que la activación del consumidor se realiza por positivo (tensión de batería).
• Factor de trabajo negativo (RCO): La activación se realiza cerrando a masa (tensión de 0 voltios).
• Señal de pulso: Se produce en electroválvulas, donde se observa el funcionamiento de «todo o nada».

Aplicaciones Prácticas en Automoción

1. Verificación del estado de la batería: Con el motor apagado, se comprueba el estado de carga midiendo la tensión del sistema.
2. Caída de tensión en fase de arranque: Se utiliza una base de tiempo conectando la punta positiva al borne de la batería y la negativa a masa mientras se enciende el motor.
3. Comprobación de conductores y contactos: Vital para detectar altas resistencias en conexiones a masa que causan fallos eléctricos. Nota: No medir resistencia bajo tensión.
4. Verificación del sistema de carga: Configuración: 1 ms/div y 5V/div. Punta roja al alternador y negra a masa.
5. Medición de la tensión de rizado: Se realiza en el alternador (no en la batería) para evitar que esta actúe como condensador. Se deben encender consumidores (luces, limpiaparabrisas) para cargar el sistema.
6. Comprobación de la tensión de carga en TREND-PLOT: Útil para observar cómo afecta el calor a los componentes, utilizando una pinza amperimétrica.
7. Verificación del sistema de arranque: Se mide el consumo del motor de arranque con una pinza amperimétrica. Un consumo superior al nominal indica avería.

Alternadores y Rectificación

El funcionamiento se basa en un campo magnético que gira delante de un conductor fijo. La rectificación de la onda alterna senoidal se realiza mediante diodos:

• Un diodo: Obtiene ondas variables continuas solo del semiperiodo positivo.
• Cuatro diodos: Obtiene ondas variables continuas de ambos semiperiodos (positivo y negativo).

Estructura del Alternador: El Rotor

Eje de acero sobre el que se montan:

• Dos mitades de ruedas polares (colectores de flujo) con polos en forma de almena intercalados.
• Un cilindro aislante termoestable con dos anillos rozantes conectados a la bobina inductora.

La Batería: Componente Esencial

Sus funciones principales son:

• Suministrar corriente al motor de arranque.
• Almacenar energía eléctrica mediante procesos electroquímicos y absorber picos de tensión.
• Suministrar corriente a consumidores con el motor parado o cuando el alternador es insuficiente.

Características Eléctricas

• Tensión nominal: 12 Voltios.
• Capacidad: Medida en Amperios-hora (Ah), indica la energía almacenada.
• Corriente de arranque en frío (CCA): Intensidad máxima de descarga (ej. 620 A durante 30s a -18ºC).
• Resistencia interna: Valor ideal de 0,05 Ω al 100% de carga. Un valor alto indica deterioro.

Fórmula de obtención: R = (Vvacío – Vcarga) / Intensidad

Tipos de Baterías

• Convencionales: Ácido-plomo (con mantenimiento, bajo mantenimiento y sin mantenimiento).
• Ácido-calcio.
• VRLA (Selled): De Gel y de electrolito absorbido (AGM).
• Ión-litio: Comunes en vehículos híbridos.

Proceso Químico de Carga y Descarga (Ácido-Plomo)

El electrolito está formado por ácido sulfúrico y agua. Al 100% de carga, su densidad es de 1,28 gr/cm³. Las placas negativas son de Plomo (Pb) y las positivas de Peróxido de Plomo (PbO2).

Reacción de descarga:
2H2SO4 + Pb + PbO2 → 2PbSO4 + 2H2O + 2 e-

Durante la descarga, el ácido sulfúrico se disocia, el oxígeno e hidrógeno forman agua (H2O) y se crea sulfato de plomo (PbSO4) en las placas, liberando electrones que fluyen del borne negativo al positivo.

Comprobación y Mantenimiento

Métodos de Verificación

• Tensión en vacío: Si es superior a 12,6 V, está al 100%.
• Ojo de buey: Visor colorimétrico. Verde (cargada), Negro (descargada), Amarillo (mal estado).
• Resistencia interna: Valores por encima de 0,5 ohmios indican una batería defectuosa.
• Densímetro: Mide la densidad del electrolito. 1,28 g/cm³ (100% carga) vs 1,11 g/cm³ (10% carga). Se debe corregir según la temperatura (referencia 25ºC).

Tipos de Mantenimiento

• Preventivo: Realizado periódicamente para evitar el deterioro.
• Correctivo: Realizado cuando la batería ya está descargada o en condiciones no óptimas.

Baterías VRLA (Valve Regulated Lead Acid)

Diseño sellado que impide la gasificación, permitiendo su colocación en cualquier posición.

• Baterías de Gel: Utilizan un compuesto de silicona para gelatinizar el electrolito. Son libres de mantenimiento y tienen mayor vida útil que las AGM.
• Baterías AGM (Electrolito Absorbido): El ácido está absorbido en una malla de fibra de vidrio entre placas de plomo-calcio. No deben instalarse en el compartimento del motor debido al calor.