Category Curso Mecanica Automotriz

Introduccion (leer Primero)

Foto Ing. Juan SosaSaludos,  soy el Ingeniero Juan Alberto Sosa Mota, naci en 1969 y creo que desde ese momento mi mundo giro alrededor de los autos, dicen que los niños vienen con el pan debajo del brazo, bueno yo debi de venir con algun guia, goma o cuarto de aceite, porque el pan me ha dado mucho trabajo conseguirlo, las otras cosas por el contrario se me han hecho mucho mas facil.  Existimos un grupo de seres humanos que amamos los autos y es por esto que he decidido crear un site dedicado exclusivamente para este mundo, se que ya existen muchos, pero la idea es aportar mis conocimientos para que otras personas no tengan que pasar por todas las dificultades que yo tuve que enfrentar para conseguir algo de conocimiento y poder disfrutar a plenitud este mundo maravilloso.

Primero es hacer esta introduccion, para que se entiendan mis motivos y que quede claro que los conocimientos aportados no son copias de otros lugares sino el resultado de años de estudio y una gran experiencia en el area.

Para aprender algo nuevo hay dos formas de realizar esta actividad, de lo general a lo particular y de lo particular a lo general, en la mayoria de los casos el metodo mas empleado es de los particular a lo general, o sea estudiamos todos los detalles de un tema, pero no tenemos idea de las estructura general, por ejemplo estudiamos todo lo relativo a las valvulas del motor de un vehiculo, materiales de construccion, formas, tamaños, etc pero nunca sabemos a que parte del motor corresponde y de que forma interactua con el resto de los otros componentes, este metodo te deja con un basto conocimiento sobre un tema especifico sin tener la mas minima idea de donde aplicarlo o con relacion a que corresponde, por otro lado el metodo de lo general a lo particular permite aprender de forma estructurada y colocar los conocimientos en su lugar correspondiente, esto es asi porque el cerebro guarda la informacion mediante algoritmos relacionales, por eso es mucho mas sencillo recordar cosas que estan relacionadas a nuestro medio que aquellas que nos son totalmente nueva. Asi pues vamos a estudiar nuestros temas de lo general a lo particular, asi sera mucho mas sencillo, ademas el material tambien ha sido estructurado en forma de escalera, o sea el material que estudiamos primero es justamente la base de lo que necesitamos saber para entender el material siguiente, asi que atencion a los genios callejeros, hermanos de Albert Einstein y sobrinos de Isaac Newton, si quieren aprender realmente sobre el mundo automotriz, sigan las guias de estudio y no se salten los capitulos, pues aqui todo esta relacionado y en orden.

Esto no es un articulo, esto es un curso completo sobre el area automotriz y constantemente se esta actualizando y ampliando para beneficio de todos nosotros.

Un auto es una maquina muy compleja, con muchos sistemas y partes necesarias para su funcionamiento, pero su mayor ventaja es tambien su mayor desgracia, esta maquina esta hecha para ser altamente resistente a los fallos y su diseño le permite operar en condiciones muy adversas, un equipo electronico por ejemplo, tambien es altamente sofisticado, pero si colocas una parte incorrectamente o no tiene las caracteristicas especificadas por el fabricante, no va a funcionar, mientras que un automovil, le quitan partes, se las montan incorrectamente, le colocan imitaciones de mala calidad y la maquina funciona, no con todas sus caracteristicas, pero funciona, de aqui su ventaja, funciona como quiera, pero tambien su desgracia, permite que personas sin ningun tipo de conocimiento realizen sus reparaciones, trayendo como consecuencia la degradacion de la maquina.

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I.- Estructura Basica

Recuerden la forma de aprendizaje, de lo general a lo particular, asi que primero una vista a la estructura que vamos a utilizar y la cual luego desarrollaremos.

Capitulo I.- Estructura del Automovil, Aqui veremos todo lo relativo a la estructura metalica, materiales de construccion y los sistemas de seguridad que han sido incorporado en el automovil

Capitulo II.- Tren y Suspension, el cuerpo del auto es una estructura rigida, por tal razon no tiene capacidad para absorver las irregularidades de la carretera, ni le es posible adpatarse a los diferentes terrenos, por tal razon los neumaticos no son colocados directamente a la estructura sino a traves de un sistema de suspension que le permite la flexion y la adaptabilidad.

Capitulo III.- Sistema de Guia (Cremallera y Sin Fin), aqui tratamos todo lo relativo al sistema de direccion de los automoviles, el auto no viaja en linea recta, por tanto necesita de un sistema para poder cambiar su direccion, segun sea requerido.

Capitulo IV.- Sistemas de Freno, la parte mas importante, si bien es cierto que el auto tiene que moverse, mucho mas importante es que logre detenerse, sobre todo a tiempo para evitar impactos. El sistema de frenado es el encargado de disipar la energia que tiene la masa en movimiento, un auto pesa mas de 2,000lb al desplazarse a 80km/h tiene una gran cantidad de energia por la inercia, si queremos detener esta masa entonces tenemos que disipar esa energia, esto lo realiza el sistema de frenado al convertir esta energia en calor a traves de la friccion.

Capitulo V.- Motores de Combustion Interna, la gran aficcion de todos nosotros, es el alma del auto, es la bestia que queremos domar y entender, es quien produce la energia necesaria para lograr el desplazamiento.

Capitulo VI.- Sistemas de Embrage y Transmisiones, producir la energia es responsabilidad del motor, pero entregarla a los neumaticos para que impulsen el auto de manera suave y lineal es responsabilidad de los sistemas de embrage y transmision.

Un Automovil cuenta con muchos otros sistemas, pero estos seran tratados en cursos apartes, como por ejemplo la electricidad, la electrononica, la refrigeracion, etc.

I.- Estructura Básica del Automovil

Un automóvil esta compuesto por aproximadamente mas de 7,000 piezas individuales, muchas de ellas forman parte de su estructura vital y otras son colocadas para comodidad, adaptabilidad o simplemente como accesorios. Pero en sentido general podemos dividir su estructura en seis  grandes bloques, chasis, tren y suspensión, frenos, motor, transmisión y el sistema eléctrico.

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Chasis es el cuerpo del auto, es una estructura metálica que debe de ser ligera y a la vez resistente para proporcionar seguridad a los pasajeros.

Tren y suspensión conjunto estructural que permite la flexibilidad del cuerpo sobre la superficie de la carretera para permitir adaptarse al terreno y a la vez direccional en el sentido correcto.

Frenos sistema para detener el movimiento del vehículo, trabaja en base a la fricción de un material de asbesto sobre una superficie metálica en forma de disco o tambor dispuesta en el centro de la goma.

 Motor generador de fuerza para desplazar el auto, se emplean mecanismo que logran su energía a partir de la quema un combustible fósil, aunque en la actualidad se esta comenzando a emplear la energía eléctrica.

 Transmisión mecanismo usado para llevar la fuerza generada por el motor a las gomas y además adecuar las revoluciones producidas por el motor a la fuerza y velocidad requerida para el desplazamiento del coche.

Sistema Eléctrico es el encargado de proporcionar la energía eléctrica empleada en el automóvil para el funcionamiento de las computadoras, sistema de ignición, motor de arranque y los accesorios

Diferentes tipos de chasis

El chasis es la estructura metálica que constituye el esqueleto del auto y sobre la cual se ensamblan todos los demás sistemas, esta consta de una sección interna que sirve de alojamiento para los pasajeros, otra que funciona para la colocación del motor y la transmisión, el baúl o sección de deposito de equipaje y por ultimo diferentes subsecciones que alojan el tren de rodaje. Dependiendo de la forma de construcción y de la rigidez requerida existen diferentes tipos de chasis.

Bastidor Independiente es aquel que dispone de un esqueleto metálico (bastidor)

de alta resistencia física y un cuerpo de material mas ligero que sirve de habitáculo, normalmente empleado en vehículos de carga.

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 Monocasco constituido en una sola pieza en la cual se combinan el bastidor y el cuerpo para lograr una sola estructura, construido generalmente de metales liguero y con una tecnología de chasis aplastable para fines de seguridad.

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Semichasis es una combinación del independiente y el monocasco, es básicamente un monocasco con un bastidor o medio chasis que es colocado en la parte frontal del auto donde va colocado el motor y el tren delantero.

 

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Tubular construido con diseños especiales a partir de una combinaciones de tubos, empleado para carros de competencia y vehículos especiales de altas prestaciones.

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II.- Tren y Suspension

Tren y Suspensión

Es un conjunto de partes metálicas  empleado para permitir la flexibilidad del cuerpo del auto y lograr la adaptabilidad y el control sobre las carreteras, así como lograr la dirección en el sentido deseado. Tenemos tres grandes componentes que logran realizar esta función

Sistema de Flexión.- Permite al cuerpo del vehiculo flexionarse sobre las carreteras a la vez que lo mantiene suspendido sobre los neumáticos, logrando así adaptarse a las irregularidades del camino. Inicialmente se emplearon hojas de acero flexible, las cuales podían ser dispuestas en grupos para lograr soportar mayor peso, regularmente conocido como sistema de muelles, fueron el soporte de los autos en los inicios y actualmente todavía es empleado en los vehículos de carga. Luego se desarrolla un sistema de flexión sobre el uso de esprines, esto permite mayor independencia de cada una de las ruedas, logrando así una mayor adaptabilidad y confort. Tenemos muchas configuraciones diferentes para el sistema de flexión, pero finalmente todas deben de cumplir con su objetivo principal, logrando un mayor confort, mientras otras se concentran en la estabilidad.

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Brazos de catre
su función es permitir la flexibilidad del chasis, para lograr adaptarse a los diferentes suelos.

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Bushing piezas construida de goma y metal, cuya función es permitir la flexibilidad a la vez que absorbe las vibraciones.

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Bola esférica Permite que el neumático delantero pueda girar sobre su propio eje, para lograr la dirección del auto.

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Rodamientos y Piña esta combinación de un rodamiento, una base metálica para su alojamiento y una base para la instalación del neumático(pina) es la que permite que el auto pueda deslizarse.

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Suspensión es el sistema que permite soportar el peso del vehículo y amortiguar el movimiento oscilatorio creado por los muelles

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Barra estabilizadora no siempre usada en los autos, su función principal es compensar el movimiento de las suspensiones independiente para estabilizar el auto en las curvas y virajes.

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III.- Sistemas de Direccion

Sistema de Guía conocido también como cremallera o sin fin del guía, permite la dirección del vehículo, su función principal es transformar el movimiento giratorio del volante en un desplazamiento horizontal que permita mover las ruedas de una manera coordinada en la dirección deseada. Sus partes fundamentales son:

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Volante o Guía de forma circular utilizado como instrumento de control de giro

Varilla del guía conecta el volante con el mecanismo de cremallera

Cremallera o Sin Fin mecanismo de engranajes que convierte el movimiento giratorio del volante en un desplazamiento horizontal que activa las ruedas en la dirección deseada

Rotula/Terminal brazos mecánicos usados para conectar la cremallera a las ruedas

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IV.- Sistema de Frenos

Mecanismo hidro-mecánico utilizado para reducir la velocidad del vehículo o detenerlo completamente. Es activado a través de una palanca empujada con el pie y transmite la fuerza a un mecanismo de apriete de un disco o un tambor que van conectado a la ruedas. Sus componentes principales son:

 

o       Bomba Hidráulica transmite la fuerza del pedal a los cilindros a través de un liquido hidráulico

o       Supertanque mecanismo de asistencia neumática para ayudar con la fuerza ejercida al pedal

o       Cilindros transforma la fuerza hidráulica enviada por la bomba en un movimiento mecánico

o       Bandas de Freno partes metálicas recubiertas de asbestos que aprisionan los discos o tambores dispuestos sobre las ruedas

o       Discos y Tambores discos metálicos conectados a las ruedas para controlar el movimiento rotacional de las mismas

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 Bomba de Freno: Es el corazón del Sistema hidráulico de frenos. El cilindro Presuriza el fluido en el sistema cuando el conductor presiona el pedal.

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Supertanque: El propósito del servofreno es aumentar la fuerza que se aplica a los pistones del cilindro maestro de frenos, esta acción se conoce como servoasistencia..

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Frenos de Tambor: Es un conjunto compuesto por zapatas (bandas) que son  comprimidas contra la superficie interna de un tambor.

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Frenos de Discos:  Es un conjunto que posee un pistón hidráulico que comprime las pastillas contra la superficie de los discos de freno. Generalmente se montan en el eje delantero,  disipan el calor mas fácilmente,  fácil servicio de mantenimiento y  no necesitan ajuste
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Válvulas del circuito de Frenos:  el objetivo es contrarrestar algunos de los factores que puedan afectar negativamente la fuerza de frenado. Suelen montarse en vehículos con sistema de frenos convencional (Sin ABS), el propósito de una válvula es controlar y regular la presión hidráulica, su función es alterar la fuerza de frenado entre los frenos delanteros y traseros  para evitar el sobrefrenado en diversas condiciones de carga, además una válvula de control de presión de frenos reduce la presión hidráulica  en los frenos traseros para evitar que se bloqueen en la transferencia de peso.

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ABS(SISTEMA ANTIBLOQUEO DE FRENOS): Es un sistema que a través de múltiples dispositivos electrónicos controla la frenada de las ruedas, impidiendo su bloqueo en frenadas fuertes y sobre todo en pisos de baja adherencia, el sistema de frenos antibloqueo mantiene la estabilidad de la dirección y la maniobrabilidad, reduciendo la fuerza de frenado en alguna rueda cuando está a punto de bloquearse, con ello se evita que el vehículo gire sobre su eje vertical.

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El ABS evita el bloqueo de las ruedas durante el frenado. En los vehículos que no están equipados con ABS, puede ocurrir el bloqueo del neumático durante una frenada de emergencia sobre una carretera pavimentada y sobre carreteras resbalosas. Ello puede ocurrir algunas veces durante una frenada. Cuando ocurre el bloqueo de un neumático, la dirección del recorrido del vehículo no puede controlarse por medio del volante de dirección, de tal modo que es difícil librarse de una situación peligrosa (esto es debido a que cuando los neumáticos se bloquean, la fuerza de agarre lateral de los neumáticos, denominada “fuerza angular” se pierde). El ABS es un sistema que evita el bloqueo del neumático y trabaja para mantener la habilidad del vehículo para librarse de situaciones peligrosas y mantener así la estabilidad.

 

Operación

En una situación de frenado con pánico, los sensores de velocidad de las ruedas detectan cualquier cambio repentino que ocurre en la velocidad de las ruedas. La ECU del ABS calcula la velocidad rotacional de las ruedas y el cambio en su velocidad, luego calcula la velocidad del vehículo a partir de estos datos. La ECU luego juzga las condiciones de los neumáticos y de la carretera, y da instrucciones a los actuadores para proporcionar la presión hidráulica optima a cada rueda. Las unidades de control hidráulico operan recibiendo Ordenes de la ECU, aumentando o reduciendo la presión hidráulica o reteniendo la presión constante, si es necesario, a fin de evitar el bloqueo de las ruedas.

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V.- Motor de Combustion Interna

Mec 23Es una maquina mecánica que transforma la energía térmica de un combustible en fuerza mecánica giratoria, empleándose dicha fuerza para el desplazamiento del automóvil.

El mecanismo mas utilizado para lograr esta transformación es la Combustión Interna, proceso mediante el cual se enciende una mezcla de aire y combustible, sometido a una alta presión,  para generar una reacción térmica que es aprovechada para mover un mecanismo  que transmite movimiento a las ruedas.

Para su funcionamiento los motores de combustión interna succionan aire del medio ambiente hacia las cámaras de compresión; este aire es mezclado a su entrada a la recamara con el combustible y luego es sometido a un proceso de compresión para elevar su temperatura, una vez comprimida la mezcla de aire y combustible es detonada por medio a una chispa eléctrica liberando una gran cantidad de energía térmica, que es aprovechada para impulsar el coche.

Ciclos de un motor de 4 Tiempos

v     Admisión.-  en este momento el pistón se encuentra en su punto mas alto (punto muerto superior, PMS) e inicia un recorrido hacia abajo con la correspondiente apertura de la válvula de admisión.

v     Compresión.- se inicia inmediatamente después del pistón alcanzar el punto mas bajo de su recorrido (punto muerto inferior, PMI), la válvula de admisión es cerrada y se inicia la compresión de la mezcla de aire y carburante.

v     Explosión.- cuando el pistón regresa al PMS la mezcla ha alcanzado su punto más alto de compresión y esta lista para ser detonada, en este instante se produce la chispa de la bujía y se crea la combustión de la mezcla, generando una gran fuerza mecánica que empuja el pistón hacia abajo, desplazando el cigüeñal.

v     Escape.- luego del recorrido del pistón al ser empujado por la combustión de la mezcla, este alcanza el PMI y en este momento la válvula de escape es abierta para permitir el escape de los gases quemados, el pistón se desplaza hacia arriba empujando los residuos y preparándose para un nuevo ciclo.

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Componentes de un motor de combustión interna de 4 tiempo

Originalmente los primeros motores contruidos eran realizados en una sola pieza, pero este diseño resulto ser un poco complicado para las reparaciones e ineficiente en el logro de la obtención de mejores rendimientos. Estas razones impulsaron el desarrollo de un motor constituido por dos partes fundamentales, un block central que sirve de alojamiento a los cilindros, pistones y cigüeñal y otra conocida como el cabezal o culata, donde es alojado las válvulas y ejes de levas.

Bloque de Cilindros.- Es la parte central del motor y alrededor de el se ubican todas las partes necesarias para lograr su funcionamiento. Puede ser construido de hierro fundido, aluminio o aleaciones de materiales ligeros y resistentes. Un block comun cuenta con los cilindros que sirven de alojamiento para los pistones, la bancada para colocar el cigüeñal, canales de refrigeración para el coolant y los canales de lubricación para transportar el aceite.

Pistones  el pistón recibe la presión de la combustión y funciona para transmitir esa energía al cigüeñal vía la biela, al igual que para empujar a los gases de combustión fuera del cilindro. Los pistones son hechos de materiales que puedan resistir altas temperaturas y alta presión. Con la finalidad de reducir el peso para igualar los más altos movimientos para arriba y abajo, aleación de aluminio es usada.

 

Anillos de Pistón  los anillos de pistón consisten en anillos de compresión, los cuales actúan para prevenir que los gases escapen a través de la holgura entre el pistón y las paredes del cilindro, y los anillos de aceite, los cuales actúan para raspar el exceso de aceite lubricante de las paredes del cilindro, que fluye, regresando al cárter de aceite.

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Mec 28Biela.- Esta funciona para transmitir la fuerza recibida por el pistón al cigüeñal. Desde que esta varilla está sometida a resistir fuerzas de compresión y fuerzas de extensión mientras el motor está funcionando, los materiales que son usados tienen suficiente resistencia siendo al mismo tiempo livianos de peso como los pistones.

Cigüeñal.-   Este eje funciona para convertir los movimientos para arriba y abajo generados por la carrera de combustión de los pistones en cada uno de los cilindros en movimientos rotatorios. El cigüeñal también trabaja para generar movimientos continuos para suministrar movimiento a los pistones en las otras carreras.

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Mec 30Cojinetes.- Los cojinetes son montados en la parte de apoyo, la cual viene a ser el centro de la rotación del cigüeñal, y donde las bielas conectan a los pistones y cigüeñal. Ellos funcionan para facilitar la rotación así como también para prevenir el desgaste.

 

Volanta del Motor.-  Esto es una placa redonda hecha de hierro fundido la cual es montada en la parte posterior del cigüeñal, este recibe la fuerza rotacional desde la carrera de combustión solamente, mientras que en las otras carreras, éste pierde fuerza rotacional. Como resultado, perdida en la fuerza rotacional es generada. El volante del motor funciona para apaciguar ésta perdida por la energía de inercia.

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Culata.- la culata de cilindros es montada en la parte superior del bloque de cilindros, que en unión con los cilindros y pistones, forman la cámara de combustión. Como en el bloque de cilindros, la culata de cilindros, está hecha de hierro fundido o aleación de aluminio. Las partes principales de la culata de cilindros tienen los siguientes nombres y funciones:

v     Cámara de Combustión: esta cámara es donde la mezcla de aire-combustible es quemada y donde las bujías de encendido prenden la mezcla aire-combustible que es ingresada.

v     Orificios de Admisión y Escape: estos son conductos a través de los cuales la mezcla aire-combustible es entregada al cilindro y a través de los cuales los gases de escape son expulsados desde los cilindros. Ellos son abiertos y cerrados por sus respectivas válvulas.

v     Camisa de Agua y Galería de Aceite: estas proveen conductos para el refrigerante y aceite del motor alrededor de las cámaras de combustión para enfriarlas.

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Sistema de Lubricación

Mec 33Los motores de combustión interna necesitan utilizar aceites para lubricar sus partes metálicas y evitar que se fundan. Para lograr este objetivo utiliza una bomba de aceite, la cual toma el lubricante del deposito formado por la tapa del crack y lo distribuye a través de canales creado dentro del block de motor a puntos vitales que necesitan una buena lubricación, como son los babis del cigüeñal y los ejes de leva en la parte superior del motor.

El sistema de lubricación esta compuesto por el cedazo, bomba de aceite, filtro de aceite, válvula de presión y canales de lubricación.

Mec 34Cedazo.- es una tubería  con un extremo conectado a la bomba de aceite y el otro a un colador sumergido en el fondo del crank, el cual filtra partículas metálicas que podrían dañar los engranajes internos.

Bomba de Aceite.- es un mecanismo usado para circular el aceite dentro del motor, este toma el lubricante del deposito y lo impulsa a una presión entre 50 y 150 libras a todos los lugares a través de unos canales interno creado dentro del block del motor.

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VI.- Sistema de Enfriamiento

Los motores de combustión interna son muy ineficientes en su labor de transformar la energía calorífica de los carburantes (energía química) en energía mecánica para movilizar el automóvil, es por esta razón que el 70% de la energía del carburante es desperdiciada en calor y este a su vez debe de ser removido del motor para evitar que el mismo se funda por las altas temperaturas. Para esta finalidad se empleaba inicialmente un sistema de enfriamiento por aire, pero con las nuevas tecnologías se utiliza un sistema de enfriamiento a base de liquido, este consiste en unos canales construidos alrededor de la cámara de combustión, los cuales se rellenan con un liquido que es circulado hacia un sistema de transferencia de calor para reducir la temperatura. La función básica de este sistema es retirar el calor generado y a la vez mantener la temperatura de trabajo en unos 92 grados Celsius, que es el valor ideal donde se consigue realizar una mejor combustión y conseguir un menor desgaste de los metales del motor. El sistema de refrigeración por liquido esta compuesto por una bomba de circulación, un radiador, tapón de presion, un termostato, mangueras de conexión y un ventilador.

Mec 36Boma de Agua.- es una bomba centrifuga que toma el agua del radiador y la bombea hacia el block del motor, haciéndola circular alrededor del mismo para recoger el calor producido y llevarlo de vuelta al radiador para disiparlo.

Radiador.- es un panel construido con una serie de tuberías o canales paralelos a través de los que circula el refrigerante y que están sometido a una corriente de aire creada por el ventilador. Fabricado normalmente de aluminio o cobre para lograr una buena transferencia de calor.

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Tapón de Presión.- este tapón es utilizado para retener la presión generada dentro del sistema de refrigeración y así elevar el punto de ebullición del refrigerante, además tiene un mecanismo de seguridad que permite liberar el coolant si el sistema presenta una sobre presurización provocada por algún fallo mecánico.

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Termostato.- es un dispositivo diseñado para controlar el flujo del refrigerante dentro del sistema, esto permite obtener la temperatura de funcionamiento (92 grados Celsius) en un menor tiempo, reduciendo así el desgaste en el motor.

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Abanico del radiador.- la función de este ventilador es crear una corriente de aire a través del radiador , para lograr el intercambio de calor entre los canales del radiador y la corriente de aire creada. Existen dos tipos fundamentales, los mecánicos, movidos por una correa conectada a la polea del cigüeñal y los eléctricos, activados a través de un switch térmico instalado en algún lugar del flujo del refrigerante.

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 Mangueras del radiador.- usadas para conectar el radiador al motor y a los diferentes accesorios que emplean el liquido refrigerante, como son la calefacción, las válvulas de aceleración en frió, el trothle body y otros.

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VII.- Sistema de Escape

Sistema de escape del automóvil

A primera vista podía parecer que el dispositivo de evacuación de los gases de escape de los automóviles debía ser un simple tubo que desechara los gases a la atmósfera, pero en la práctica, ese concepto está bien lejos de la realidad, y, de hecho, este sistema es muy importante y tiene sus particularidades que veremos a continuación.

El sistema de escape se puede dividir en dos partes:

  1. Las que corresponden al motor.
  2. Las que corresponden al tubo de escape que conduce los gases al ambiente.

En la figura  se muestra un diagrama de bloques de un sistema de escape, en él se podrá observar que las partes que lo constituyen son las siguientes:

  1. Las válvulas de escape.
  2. El múltiple de escape.
  3. Los sensores de oxígeno.
  4. El convertidor catalítico.
  5. El silenciador.
  6. El Resonador
  7. El Tubo o Cola de salida
  8. Los tramos de conducto que unen las partes.

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Se observará que los gases muy calientes, (hasta 700ºC), que abandonan el motor se hacen converger en el múltiple de escape, y se conducen a través de tuberías a los distintos dispositivos que componen el sistema, hasta terminar en la atmósfera a través del tubo de cola. Note que la temperatura de los gases va decreciendo a medida que se mueve por el sistema, pero siempre se tratará de que salgan a la atmósfera aun a mas de 100ºC.Veamos ahora algunas particularidades de las partes componentes.

Válvulas de escape

Mec 103Mec 102Son una parte constituyente del motor, pero como al mismo tiempo son parte del sistema de escape las trataremos aquí.
Estas válvulas tienen un trabajo muy severo, se mueven a alta velocidad cuando el motor gira rápido, tiene la responsabilidad de cerrar herméticamente la salida de la cámara de combustión y están en el medio del paso de gases a mas de 700ºC cuando el motor trabaja con carga y velocidad elevadas. Estas condiciones hacen que las válvulas de escape sean una pieza del motor de altas exigencias constructivas y de material.

Desde el punto de vistas de funcionamiento, las válvulas se abren y cierran por el empuje de una leva (figura 2), de este modo, la apertura y cierre no son instantáneas y demoran algún tiempo; tiempo en el que se mantiene el movimiento del pistón. Si se espera hasta que el pistón esté abajo, al final de la carrera de fuerza, en su movimiento, el pistón se habrá elevado una distancia notable mientras se abre completamente la válvula de escape, durante esta elevación tendrá que oponerse a la presión residual que queda en el cilindro, una suerte de compresión de los gases quemados, y esto, evidentemente, va en contra de la eficiencia del motor. Teniendo en cuenta ese asunto, la válvula de escape comienza a abrirse antes de que el pistón alcance el punto muerto inferior, y los gases de escape, aun a presión dentro de cilindro, comienzan a fluir a través de la abertura formada entre la cabeza de la válvula y su asiento, abertura que crece con el tiempo. Literalmente fluye “fuego” que envuelve la cabeza de la válvula. Mas tarde cuando el pistón comience a subir podrá “barrer” los gases quemados con mucha menor oposición dado que la válvula ya estará abierta.Constructivamente las válvulas están hechas de aceros muy especiales, que son capaces de resistir por largo tiempo la acción erocionante y corrosiva de los gases de salida y también las altas temperaturas de trabajo, pero aun así, la temperatura de la cabeza de las válvulas puede llegar a valores muy altos y no soportables por los materiales de que están hechas, si no se les dota de una vía de enfriamiento.En la figura 2 se muestra un esquema de como está montada la válvula de escape, podrá ver que la cabeza está en la misma linea de fuego, especialmente cuando se abre y los gases incandescentes la rodean. La única zona de contacto de la cabeza de la válvula con un material “frío” es con el delgado borde del asiento donde cierra, y este, a todas luces, no es suficiente vía para eliminar el calor que va recibiendo la válvula, por lo que se va produciendo un notable aumento de su temperatura. En la figura puede apreciarse la vía efectiva por donde puede fluir el calor para enfriar la cabeza, es decir a través del vástago, y de este, a las paredes frías del bloque de cilindros rodeado del líquido refrigerante. Pero hay un factor agravante, y es el material de la válvula, ella, para soportar el ambiente extremadamente corrosivo, de gases altamente oxidantes a muy elevada temperatura se construyen de aceros de fuerte aleación, que son malos conductores del calor, lo que impide en cierta manera el tráfico del calor.Para palear esta situación, en muchos motores los vástagos de las válvulas son huecos, como puede verse en la figura 3. El interior se rellena con alguna sal o con sodio, estos materiales se funden cuando la temperatura de la cabeza de la válvula crece, y ya en estado líquido, establecen una corriente convectiva que transporta el calor mucho mas rápido que el material del vástago de la válvula hasta la zona donde se puede disipar, es decir a la zona del vástago rodeado de la masa metálica del bloque, el que a su vez lo está del líquido refrigerante.

El múltiple de escape.

Mec 104Esta pieza es algo mas que un conjunto de conductos que hacen converger los gases quemados a un tubo único dotado de un platillo de acople donde se une el tubo de escape. Lo primero que debe cumplir el múltiple de  escape es tener suficiente resistencia a la corrosión para ser duradero a las altas temperaturas de funcionamiento, lo que generalmente se logra con un proceso de aluminación, silicación, cromización o la combinación de estos procesos sobre un tubo de acero, o bien utilizando hierro fundido aleado, además debe impedir un elevado enfriamiento de los gases calientes, por eso, es común que sean de paredes metálicas gruesas. Mas adelante cuando tratemos las partes del tubo de escape veremos porqué es importante conservar la temperatura de la mezcla quemada.

La forma y longitud de los tubos del múltiple de escape pueden jugar un papel notable a la hora de favorecer la limpieza del cilindro, y su diseño en particular está relacionado con las características del motor.

Cuando se abre la válvula de escape, los gases en el interior del cilindro aun están a elevada presión, por lo que se expanden en forma de una onda mecánica de choque dentro del espacio mas amplio del tubo al que desembocan, esta onda mecánica debe viajar por los tubos que componen el múltiple de escape con libertad, si durante su trayectoria, la onda de expansión tropieza contra una superficie, por ejemplo con un codo muy pronunciado, puede rebotar en él (reflexión) y tomar un movimiento en reversa que se opone al libre paso del resto de los gases, por lo que el cilindro no se limpiará adecuadamente. Incluso, si se da el caso, la onda de retorno puede llegar a la válvula de escape abierta cuando el pistón está casi en el punto muerto superior y ya no realiza empuje de los gases, con la consecuencia de que entran gases quemados por esa válvula a alimentar la cámara de combustión. No hay que explicar que esto es muy nocivo para la eficiencia del motor.

Observe el múltiple de escape hecho por soldadura de un motor de cuatro cilindros mostrado en la figura 4, en él se deben destacar las características siguientes:

  1. Todas las bocas de unión a los cilindros están montadas en una pieza común, lo que le permite a través de pernos acoplarse de manera segura y apretada  al motor.
  2. Todos los codos de los tubos son de curvatura alargada para facilitar el flujo de las ondas de presión sin rebote.
  3. Los tubos convergen dos a dos en una “Y” hasta terminar en el tubo final de salida.
  4. Los diámetros de los tubos crecen a medida que se acoplan mas de ellos, la segunda sección después de la primera “Y” es de diámetro mas grande que los tubos que entran a la “Y”, lo mismo sucede en la segunda convergencia. Esto se debe a que mas de un cilindro puede estar aportando volumen de flujo al conducto y por tanto se necesita mas diámetro para reducir las pérdidas por rozamiento.
  5. Finalmente termina en un platillo con orificios para pernos a fin de acoplarse al tubo de escape.

La convergencia en “Y” se usa porque tiene ventajas con respecto a otras formas, veamos cuales son estas ventajas.

  1. Se produce un cambio de dirección suave y poco pronunciado en la trayectoria de los gases, lo que introduce pocas pérdidas por rozamiento y evita además la posibilidad de rebote de las ondas de presión.
  2. La alta velocidad de los gases que circulan por la “Y” desde uno de los tubos, pueden hacer trabajo de succión a modo de tubo Vénturi en el otro conducto del par, lo que es un factor de limpieza adicional del cilindro del segundo tubo, si en ese momento se está produciendo el final de la carrera de escape del pistón correspondiente. Note en la figura 4 que los tubos que se llevan a una “Y” no corresponden siempre a cilindros vecinos, se hacen converger aquellos en los que el efecto de succión se puede aprovechar, es decir, aquellos cuyos pistones tengan las posiciones relativas adecuadas para que se cumpla lo descrito arriba.

El sensor de oxígeno.

Ya este asunto se ha tratado en el artículo correspondiente, estos dispositivos solo se usan en los automóviles dotados de inyección de gasolina y el algunos Diesel, y no siempre estará presente el sensor secundario.

El convertidor catalítico.

Mec 105El convertidor catalítico es una de las numerosas piezas caras que tienen los automóviles y que no son necesarias para su funcionamiento. La utilización de este dispositivo se debe a la necesidad de eliminar hasta un alto porcentaje los gases tóxicos que acompañan al escape del motor. Solo está reglamentado su uso obligatorio en algunos países, donde el tránsito vial es intenso y por consiguiente la contaminación ambiental elevada. La dinámica de su funcionamiento es compleja y dependiente de diversos factores que deben ser controlados con exactitud para lograr el objetivo perseguido, la moderna forma de alimentar los motores por inyección de gasolina asistida por ordenador, y el uso de sensores de precisión han hecho posible que el trabajo eficiente del convertidos catalítico sea una realidad.

A este dispositivo entran los gases aun calientes procedentes del motor y en su interior se producen las reacciones químicas que convierten los gases tóxicos, en gases no tóxicos a la salida. Las reacciones se producen de forma catalítica por lo que de ello deriva su nombre.En los convertidores modernos (de triple acción) las transformaciones se producen cambiando el monóxido de carbono (CO), los óxidos de nitrógeno (NOx) y los hidrocarburos sin quemar (CnHm) que vienen del motor, a dióxido de carbono (CO2), nitrógeno molecular (N2) y agua (H2O). Anteriormente los convertidores solo transformaban los hidrocarburos sin quemar y el monóxido de carbono y se les llama de doble acción, pero en la actualidad se les considera obsoletos o tienen un campo de utilización limitada.Como catalizadores se emplean metales preciosos que son escasos y caros, entre ellos los mas utilizados son el platino, el paladio y el rodio, especialmente el primero.Para que el trabajo de convertidor pueda llevarse a cabo debe haber cierta cantidad de oxígeno sobrante en los gases de escape y una elevada temperatura (se dice que mas de 400ºC), por tal motivo en los 5-10 minutos iniciales del arranque del motor frío la eficacia del convertidor es prácticamente nula.El uso de estos aparatos establece altas exigencias en cuanto a ciertos elementos que son frecuentes en las gasolinas, de hecho el plomo, que fue utilizado por mucho tiempo como mejorador del octanaje de la gasolina en forma de tetra etilo de plomo no puede  utilizarse, ya que resulta muy tóxico para los materiales catalíticos. Otro componente indeseable en la gasolina es el azufre, debido a que en el convertidor produce sulfuro de hidrógeno que tiene un olor desagradable. Existen otras reacciones adversas en el catalizador pero el diseño cada vez mejor de estos va resolviendo esos problemas.

En la figura  se muestra un esquema de un convertidor catalítico cortado para ver el interior, la parte fundamental del dispositivo es un cuerpo de estructura en forma de panal de abejas que ocupa todo el núcleo, y por donde pasan los gases de escape a través de las celdas. Este cuerpo, que puede ser de alguna aleación metálica de alta resistencia a la corrosión y a la temperatura, o de cerámica, tiene recubierto el interior de las celdas con una capa que contiene los materiales catalizadores (sustrato activo).
La gran compartimentación de núcleo hace que la superficie de contacto entre los gases de escape y los materiales catalizadores sea muy elevada y así favorecer las reacciones, pero al mismo tiempo, supone un elemento que adiciona resistencia al flujo de los gases. Por eso hay cierta situación de compromiso en el diseño del núcleo, lo que da lugar a un constante trabajo de mejoras.

El núcleo es un material frágil, por lo que se recubre con un paño de material refractario expandido para evitar su rotura durante las dilataciones y contracciones de todo el conjunto al calentarse y enfriarse. Por fuera del paño hay una cubierta metálica de protección, luego esta cubierta, a su vez, está rodeada de un material aislante para evitar el enfriamiento del convertidor, y, finalmente, viene la cubierta externa que es la que vemos. Resulta evidente que todos los materiales involucrados en la construcción del convertidor catalítico deben ser de alta resistencia al calor y a la corrosión.

Finalmente creemos conveniente aclarar que las reacciones químicas principales que se desarrollan en el convertidor son de tipo exotérmicas, es decir generan calor, por eso es normal que los gases de salida tengan una temperatura superior que los de entrada, si la cantidad de oxígeno sobrante e hidrocarburos sin quemar que llegan al convertidor es muy grande, se puede dar el caso de que se fundan parcialmente algunas partes del núcleo arruinando por completo el dispositivo.

El silenciador

Mec 106Este elemento tiene el objetivo de amortiguar el ruido que se produciría si la onda mecánica de choque generada cuando se abre la válvula de escape llegase directamente al exterior. El silenciador tampoco es imprescindible, pero pueden imaginarse una vía de tráfico intenso si todos los automóviles produjeran ruido intenso, por eso, en la mayoría de los países es de uso obligatorio este dispositivo.
Hay infinidad de diseños de silenciadores con mejor o peor eficiencia acústica, pero todos sin excepción, lo que buscan es convertir el flujo pulsante de ondas de choque de los gases de escape a un flujo continuo y silencioso. Para ello se utiliza la cualidad de las ondas de reflejarse e interferirse, veamos como funciona.La clave para su funcionamiento radica en conducir las gases de escape que salen del motor, como ondas de choque desde cada uno de los cilindros, a una cámara donde estas ondas choquen y se reflejen desde las paredes y actúen de manera destructiva sobre las ondas entrantes.En la figura 6 se ha representado un esquema simplificado de como se atenúan las ondas dentro del silenciador.  Para comenzar, diremos que el silenciador es una cámara cerrada, con una entrada por donde se introducen los gases del motor y una salida al resto del tubo de escape. Adentro tiene un tabique separador para formar dos cámaras (en la práctica son hasta 4), a una de las cámaras se introduce la mezcla entrante (rojo), formada por una serie de pulsos de presión u ondas de choque, estas ondas se mueven por la cámara hasta alcanzar la pared de donde se reflejan (azul). Si la distancia desde la boca del tubo de entrada hasta la pared del fondo se calcula bien, teniendo en cuenta la velocidad de propagación de las ondas en ese medio, se puede lograr que las ondas de rebote interactúen con las de entrada interfiriéndolas de modo destructivo, con la consiguiente disminución de la amplitud. De esa cámara pasan a la otra, donde el efecto se repite, y al final del silenciador salen los gases con las ondas (equivalentes al ruido) muy atenuadas. El gráfico de abajo muestra como podía ser el proceso a lo largo del silenciador. Entran con una gran amplitud y salen con ella muy reducida.El proceso en la figura 6 está bastante simplificado y sirve para entender el funcionamiento, pero en la práctica, las ondas chocan en todas las paredes del dispositivo, y la interacción es entre un patrón de ondas mas complejo que el representado.En los silenciadores reales, se usan otros modos de favorecer el objetivo, como por ejemplo, llenar de perforaciones los tubos interiores para convertir la onda de choque en múltiples ondas (una por cada agujero), que al moverse y rebotar  dentro de la cámara producen un intenso patrón de interferencia.Otra cosa que se hace es llenar el espacio interior del silenciador con una material fibroso que absorbe y atenúa las ondas sonoras.

El resonador

El resonador no es mas que otro dispositivo con un funcionamiento análogo al silenciador, y que refuerza el trabajo de eliminación de ruidos para obtener un escape mas silencioso. No todos los vehículos tienen el resonador, mas bien está reservado para los automóviles mas caros y silenciosos.

Hay una variante del resonador que hace todo lo contrario, lo que busca es cambiar el patrón de ruido y hacerlo de mayor volumen y con una frecuencia modificada que da la impresión sicológica de un motor mas potente. Estos resonadores no vienen nunca de fábrica en los automóviles, se compran y montan por los amantes a esos ruidos, generalmente jóvenes. Lo mas común es que se coloquen en el lugar del tubo de cola.

El tubo de cola.

Durante su trayectoria a lo largo de todo el laberinto anterior en el tubo de escape, los gases se han enfriado, este enfriamiento, en ciertos casos de funcionamiento a poca potencia, permite que los gases puedan llegar a una temperatura menor de 100ºC dentro del tubo de escape, lo que implica que el abundante vapor de agua que contienen pueda condensarse como agua líquida, mas probablemente en el tubo de cola que está al final. El agua en este estado puede formar soluciones con las otras sustancias que contienen los gases de escape, para producir agentes muy corrosivos, preferentemente ácidos: nítrico, con los óxidos de nitrógeno, y sulfúrico, con el dióxido de azufre de las gasolinas que contiene este elemento.

Además de este factor funcional, el tubo de cola es el elemento visibles del tubo de escape, por estas dos razones esta parte final se construye de materiales vistosos y resistentes a la corrosión.

Los tramos de tubo

No son tramos de un tubo cualquiera, son en general de paredes muy finas para que sean de poco peso, y relativamente flexibles y así evitar cargas adicionales a las partes integrantes durante las dilataciones y contracciones, por el notable cambio de temperatura entre reposo y funcionamiento. Además recuerde que están en el “frente de guerra” sometido por el exterior a la intemperie y por el interior a gases oxidantes muy caliente, por eso reciben un tratamiento protector superficial, generalmente aluminado, que le permite resistir esas condiciones por largo tiempo.

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VIII.- Sistemas de Transmision

Es el mecanismo responsable de transmitir la fuerza generada en el motor a las ruedas del auto para producir y controlar el desplazamiento. Esta compuesto por el sistema de acoplamiento, la caja de las velocidades, el diferencial y los ejes de acople. Disponemos de varios sistemas pero los más comunes son los sistemas mecánicos controlados por el conductor y los sistemas automáticos controlados por mecanismos hidráulicos.

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Caja de Velocidades  es un conjunto de parejas de piñones con relaciones diferentes dispuestos sobre dos ejes y con un sistema de sincronización y selectores que permiten elegir la relación deseada. Tenemos dos tipos empleados mas comúnmente:

 

Mecánica la selección de la relación es realizada por el conductor a través de un sistema de varillaje o cable conectado a una palanca ubicada en el interior del vehículo

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Clutche usado en las cajas de velocidades manuales, es activado a través de una palanca accionada por el pie del conductos y consiste en un sistema de un plato de presión , un disco giratorio recubierto de asbesto y una volanta sobre la que se realiza la presión

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Automática cuenta con un sistema hidráulico el cual selecciona la relación correcta dependiendo de la velocidad del vehículo, teniendo el conductor solamente la responsabilidad de seleccionar la marcha hacia delante o el retroceso

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Torque Converter utilizado en las cajas de velocidades automáticas, su función es hidráulica y consta de unas aspas interna que transmiten la fuerza mecánica a través de un acople hidráulico dependiendo del ángulo de las mismas.

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IX.- Sistema Electrico Basico

Es el conjunto de componentes eléctricos que permiten el correcto funcionamiento del automóvil. Esta compuesto por varias partes fundamentales:

Alternador  produce la energía eléctrica necesaria en el auto, es un transformador del movimiento mecánico obtenido del motor a través de una correa de goma a corriente eléctrica.

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Batería acumula energía para permitir el funcionamiento de los dispositivos cuando el motor esta apagado y sobre todo proporciona la electricidad para activar el motor de arranque y encender el auto

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Motor de Arranque es un motor eléctrico de corriente continua que realiza los giros iniciales que necesita el motor para poder funcional.

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Tablero es el panel informativo para el conductor, aquí se indica la velocidad del vehículo, las revoluciones del motor, las señales de las diferentes alarmas así como cualquier otra información que se requiera transmitir al conductor

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Sistema de Ignición

La función del sistema de ignición es suministrar la chispa de encendido para combustionar la mezcla de aire y carburante, esta acción debe de ser perfectamente sincronizada con el movimiento de los pistones para lograr la chispa en el momento exacto y poder obtener la mayor potencia en cada explosión. La bujía debe de producir la chispa justo antes de que el pistón alcance el punto muerto superior, así la mezcla entrara en combustión elevando la temperatura y generando una gran presión sobre el pistón empujando hacia abajo para lograr llevar la fuerza a la volanta a través del cigüeñal.

El sistema de ignición esta compuesto por varios elementos, entre ellos las bujías, el coil, los cables de bujías, el distribuidor, el modulo y el sensor de disparo.

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Bujías.- su trabajo es crear un arco eléctrico entre dos electrodos a partir de una tensión eléctrica, este voltaje ronda entre los 40,000 y 100,000 voltios. La bujía esta construida de un electrodo aislado por una capa de cerámica y otro que esta formado por el cuerpo mismo de la bujía.

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Coil.- este es un transformador electromagnético que convierte el voltaje de la bateria(12Vdc) en el alto voltaje requerido para crear la chispa en las bujías.

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Distribuidor.- es un sistema mecánico de distribución del alto voltaje generado por el coil a cada una de las bujías. Consiste de una paleta plástica que tiene dispuesto sobre ella una placa metálica que va desde el centro a uno de sus extremos y se coloca sobre un eje giratorio que va conectado al cigüeñal o al eje de levas, para lograr la sincronización esta paleta gira dentro de un encapsulado plástico que tiene dispuesto en un área circular los contactos para cada una de las bujías, la paleta recibe la energía a través de su centro y la desplaza hasta su extremo, el cual al girar se encuentra con cada uno de los contactos  y descarga la energía a estos para ser transportada hasta la bujía y poder crear la chispa.

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Modulo.- es un circuito electrónico que maneja el coil para generar el alto voltaje, esto lo logra a través de interrumpir la corriente de alimentación de la bobina primaria del coil, lo cual produce un cambio brusco en el campo electromagnético del bobinado secundario, generando así una alta tensión.

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Sensor de disparo .- es un sensor electromagnético que produce una señal eléctrica cada vez que una punta metálica cruza cerca de su centro, esta señal es enviada al modulo para que interrumpa la corriente del coil, produciéndose así la alta tensión.

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Cables de Bujía.- son conductores eléctrico con un aislante de alta impedancia y con una resistencia eléctrica  predefinida y su función es transportar la energía desde el distribuidor hasta  las bujías

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