Los dispositivos electrónicos automotrices generalmente utilizan el chasis metálico como el conector a tierra negativa para los circuitos de corriente continua. Obviamente, esto ahorra algo de cableado. ¿Existe una razón eléctrica para este enfoque?
(No estoy preguntando por qué negativo en lugar de positivo, sino por qué marco metálico en lugar de cable.)
No hay una razón eléctrica, sino una razón de peso. Al utilizar la estructura metálica existente como tierra, se reduce efectivamente el número de cables a la mitad, y por lo tanto se ahorra una gran cantidad de peso. (Por ejemplo, de lo contrario cada luz trasera tendría que tener dos cables en lugar de uno).
Recuerda también que algunas cargas eléctricas en un automóvil utilizan mucha corriente. Un motor de arranque, por ejemplo, comúnmente utiliza cable calibre 0 AWG que pesa alrededor de 0.5 kg/m.
Curiosamente, aunque no es tu pregunta, la elección de negativo versus positivo es completamente arbitraria. De hecho, en la década de 1960, Volkswagen utilizó un sistema de "tierra positiva" de 6V para el Beetle hasta alrededor de 1967, cuando finalmente cambiaron al sistema estándar de tierra negativa de 12V que se usa hoy en día.
Puede haber cierto beneficio en la protección contra la corrosión galvánica al usar la tierra como negativa, la corrosión ocurrirá en el cuerpo y no en el cableado cargado positivamente. Además, al tener el chasis como tierra, hay casi ninguna posibilidad de rebote de tierra o bucles de tierra porque todos los sistemas tienen una conexión de tierra de punto único/céntrico casi total.
@KalleMP, creo que has entendido mal la protección contra la corrosión. Todo la corrosión se acumula en mi terminal positivo de la batería, no en el cuerpo de mi coche. También se llama protección catódica. Este fue mi primer resultado, rroc.org.au/wiki/index.php?title=Technical:Polarity
@KalleMP, pero un chasis positivo proporciona la misma conexión común de baja impedancia, ¿entonces no tiene la misma falta de bucles de "tierra" como un chasis negativo? No veo cómo la polaridad afecta a los bucles de tierra.
Cuanto más cables uses, más cables tienes que pueden fallar. Cuantos más cables tengas que puedan fallar, más probable es que algo deje de funcionar. Realmente no hay forma (que yo sepa) de que el chasis falle electrónicamente sin que también deje de funcionar por otras razones más importantes, así que al usar el chasis reduces la cantidad de posibles maneras en las que tu coche, o algún componente del mismo, puede dejar de funcionar.
Ironicamente, esto surgió porque tuve una falla en la conexión del chasis de mi remolque de barco. El remolque es de tipo pivotante y solo un perno oxidado conecta la sección delantera con la trasera. El cable de tierra estaba en la parte delantera y las luces en la trasera. Al ser remolcado, ocasionalmente se perdía la conexión a medida que las secciones rebotaban y las luces parpadeaban. Desde entonces, he adjuntado un cable de tierra más largo y he movido el punto de conexión a la sección trasera del chasis.
Una serie de problemas molestos y difíciles pueden ocurrir con una correa de tierra faltante o corroída entre el motor y el chasis; desde fallas aleatorias hasta batería descargada o luces traseras parpadeantes.
Si bien las otras respuestas coherentes son correctas, debo agregar la respuesta realmente obvia, que dado que este es un sitio enfocado en la ingeniería, debería haber sido mencionada hasta ahora.
COSTO
La industria automotriz es altamente competitiva, con márgenes muy estrechos y un entorno exigente en el que operar. Y el cobre es muy caro.
Sospecho que el trabajo adicional requerido para conectar todas las conexiones a tierra, probar las conexiones y solucionar cualquier problema potencial podría ser al menos tan costoso como el cobre en sí mismo. Hasta donde yo sé, todavía necesitas a un humano para hacer todo el cableado, los robots aún no manejan eso de manera rutinaria.
Esta será una parte significativa de la respuesta. Hubo un período en el que los automóviles estaban utilizando hebras de acero revestido de cobre en los cables. El cobre proporcionaba la conductividad y resistencia ambiental y el acero proporcionaba la resistencia mecánica. Esto permitía el uso de cables más delgados para corrientes más bajas, ya que el acero proporcionaba la suficiente resistencia que faltaría en un cable de cobre puro muy delgado. No he escuchado que esto sea común y hará que el reciclaje sea mucho más difícil, pero muestra las medidas a las que los ingenieros llegarán para ahorrar algo de cobre.
Esta es una respuesta a mi comentario anterior que no cabría en un comentario.
También intenta ofrecer un enlace a un buen artículo sobre la pregunta principal y luego algo de historia para aclarar el tema de la conexión a tierra negativa versus positiva que erróneamente pensé que estaba claro.
En este primer enlace, el autor explica claramente las razones y beneficios de utilizar el chasis como punto común de conexión a tierra y también cómo usarlo mejor y cuándo no hacerlo. En pocas palabras, el chasis es un buen punto de referencia de voltaje común de baja resistencia. http://www.w8ji.com/negative_lead_to_battery.htm
Muchos sitios parecen indicar que la conexión a tierra positiva se usaba para prevenir la corrosión de los cables en los días de menor efectividad del aislamiento. http://lajagclub.com/the-argument-for-positive-ground/ http://www.jalopyjournal.com/forum/threads/why-neg-ground-vs-pos-ground.497935/
Wikipedia tiene un breve fragmento de discusión relacionado con la elección de la polaridad mencionada en una página de discusión, pero la información sobre el lodo del radiador ya no está en la página de la batería de automóvil, ya que podría haber sido no verificable. https://en.wikipedia.org/wiki/Wikipedia:Reference_desk/Archives/Science/2010_October_4#Six_volt_automotive_systems
Muchas referencias vagas indican que la corrosión fue motivo de preocupación, pero no hay consenso sobre cuál era peor realmente o si se estaba protegiendo el chasis o el cableado. http://www.yesterdaystractors.com/cgi-bin/viewit.cgi?bd=nboard&th=848277
El paso a la estandarización puede haber sido impulsado desde el mercado de accesorios. El aumento en el uso de componentes semiconductores (reguladores de voltaje) significaba que importaba la forma en que se conectaban las piezas. Los automóviles a menudo se convertían a tierra negativa para soportar equipos de radio diseñados electrónicamente. La necesidad de elegir un estándar 'cualquier estándar' para los automóviles puede haber sido externa a los deseos de las necesidades eléctricas del automóvil y motivada por conveniencia comercial. Ocasionalmente se menciona la calidad de la chispa, pero la polaridad del chasis no habría obligado a que fuera una u otra, ya que la bobina se podría conectar según sea necesario.
Los primeros radios de coche de estado sólido utilizaban transistores Ge PNP en todas partes porque era todo lo que estaba disponible en ese momento. Esto hacía que la conexión a tierra positiva fuera más conveniente y puede haber contribuido a que los coches británicos se retrasaran en cambiar a conexión a tierra negativa.
Creo que encontrarás que la mayoría de los cables automotrices son de 12VDC, por lo que un humano puede tocar de manera segura ambos terminales de la batería de un automóvil. La única parte que tiene voltaje alto (en un automóvil no eléctrico ni híbrido de todos modos) es el lado secundario del circuito de encendido, es decir, los cables de las bujías.
Verdad, generalmente prefiero mantenerme en el lado seguro y mantenerlo aterrizado. Otra razón es que las fuentes de alimentación diferentes podrían potencialmente exceder sus capacidades si fluye corriente de un dispositivo al siguiente a través del chasis. Esto aumenta el riesgo de fallo.
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Es una gran mancha conductiva con probablemente un equivalente de impedancia muy muy baja... y sí, se puede usar para ahorrar un montón de cables de retorno a tierra
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Y algunos coches son de tierra positiva. ¿No recuerdo cuáles: ¿Viejos VW?
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¿Alguna vez has tenido ese molesto problema de "cable de tierra suelto" antes, en las placas de pruebas, etc? Bueno, ¡no con un auto! ¡Solo atorníllalo ahí mismo! ¡Estará bien, amigo!
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@KyranF Tengo que estar en desacuerdo, desafortunadamente. Hay demasiados (o más) cables a tierra en un automóvil y cuando uno de ellos se suelta puede causar todo tipo de problemas extraños. Bajo el tablero (muchos cables) y la correa a tierra que une el bloque del motor al chasis son comunes en autos más antiguos. Ugh. Tanto dolor, y parece que sucede mucho más a menudo que los problemas del otro lado.