Control Bomba Combustible

1. ¿Qué es y para qué sirve?

El Control de Bombas de Gasolina es un circuito electrónico diseñado para autos de carrera que permite gestionar dos bombas de combustible en configuración de respaldo (redundancia). Su función principal es permitir que, si una bomba falla durante una carrera, el piloto o el equipo pueda conmutar instantáneamente a la bomba de respaldo sin perder potencia ni tener que detenerse.

En una carrera, una bomba de combustible dañada significa abandono. Este circuito evita eso permitiendo cambiar entre dos bombas en caliente.

Aplicaciones típicas:

• Autos de circuito y rally
• Dragsters y vehículos de aceleración
• Kartings de competición
• Cualquier vehículo donde una falla de combustible signifique perder la carrera

2. Funcionamiento del Circuito

El circuito maneja dos bombas de combustible independientes a través de dos relés, cada uno controlado por su propio transistor driver.

Esquema de funcionamiento

+12V Batería
    │
    ├─── [Relé 1 (U1)] ──── Bomba 1 (principal)
    │
    └─── [Relé 2 (U3)] ──── Bomba 2 (respaldo)

Control de la Bomba Principal (INPUT → Q1 → Relé 1)

El conector INPUT (J3) recibe la señal de encendido del vehículo. A través de la resistencia R1 (10K), esta señal polariza la base del transistor Q1 (2N3904). Cuando Q1 entra en saturación, activa la bobina del relé U1 (SRD-12VDC), que cierra su contacto normalmente abierto (NO) y envía +12V a la salida OUT_1, conectada a la Bomba 1.

Control de la Bomba de Respaldo (SENSE → Q2 → Relé 2)

El conector SENSE (J1) se usa para recibir la señal de conmutación manual — un botón o interruptor en el tablero que el piloto o copiloto puede accionar. Esta señal pasa por el potenciómetro RV1 (5K) y luego al amplificador operacional U2 (TL082) configurado como comparador. Cuando se activa, polariza Q2 (2N3904) que activa el relé U3 (SRD-12VDC) y envía +12V a OUT_2, conectada a la Bomba 2.

Selector de Modo (SELECT)

El conector SELECT (J2) permite configurar el modo de operación mediante jumpers:

3. Componentes Clave

4. Diagrama de Conexión

                    ┌──────────────────────┐
                    │   Tablero del auto    │
                    │                      │
                    │  [Switch Encendido]───┤──────┐
                    │                      │      │
                    │  [Botón CAMBIO]──────┤──┐   │
                    │                      │  │   │
                    └──────────────────────┘  │   │
                                              │   │
                    ┌─────────────────────────┘   │
                    │                             │
                    ▼                             ▼
             ┌───────────┐               ┌───────────┐
             │  J1       │               │  J3       │
             │  SENSE    │               │  INPUT    │
             └─────┬─────┘               └─────┬─────┘
                   │                           │
                   ▼                           ▼
              ┌────────┐                 ┌────────┐
              │ RV1    │                 │ R1     │
              │ 5K CAL │                 │ 10K    │
              └───┬────┘                 └───┬────┘
                  │                          │
                  ▼                          ▼
             ┌────────┐                 ┌────────┐
             │ TL082  │                 │ Q1     │
             │ U2     │                 │ 2N3904 │
             └───┬────┘                 └───┬────┘
                 │                          │
                 ▼                          ▼
            ┌────────┐                ┌────────┐
            │ Q2     │                │ Relé 1 │
            │ 2N3904 │                │ U1     │
            └───┬────┘                └───┬────┘
                │                          │
                ▼                          ▼
           ┌────────┐                ┌────────┐
           │ Relé 2 │                │ Bomba  │
           │ U3     │                │   1    │
           └───┬────┘                └────────┘
               │
               ▼
          ┌────────┐
          │ Bomba  │
          │   2    │
          └────────┘

Conexión en el auto:

5. Cómo se usa en un auto de carrera

Instalación

1. El módulo se monta en la cabina, protegido de la humedad y temperatura excesiva.
2. La Bomba 1 se conecta a OUT_1 y se instala como bomba principal del sistema de combustible.
3. La Bomba 2 se conecta a OUT_2 y se instala como respaldo, típicamente en paralelo con su propia línea de combustible y una válvula unidireccional (check valve) para evitar que el combustible retroceda por la bomba inactiva.
4. El INPUT se conecta al switch de ignición para que las bombas se activen al encender el auto.
5. Un botón pulsador se monta en el volante o tablero y se conecta a SENSE para que el piloto pueda cambiar a la bomba de respaldo sin soltar el volante.

Operación normal

• Arranque: Al girar la llave, la Bomba 1 se activa automáticamente.
• Durante la carrera: La Bomba 1 funciona normalmente.
• Si falla la Bomba 1: El piloto nota pérdida de presión de combustible (por el manómetro o porque el motor empieza a fallar). Presiona el botón de cambio → la Bomba 2 se activa al instante → el motor retoma potencia → la carrera continúa.
• Modo automático (jumper SELECT): Ambas bombas operan simultáneamente para mayor caudal. Si una falla, la otra sigue suministrando.

¿Por qué dos bombas en un auto de carrera?

• Las bombas de combustible de alto flujo (usadas en carrera) trabajan al límite de sus especificaciones.
• Vibraciones extremas, temperatura elevada y combustible de alto octanaje acortan la vida útil.
• Una falla en carrera = abandono. Con respaldo, el equipo tiene una segunda oportunidad.

6. Características Técnicas y de Seguridad

Protección de los relés

• Diodos flyback D1, D2 (1N4007): Protegen los transistores Q1 y Q2 de los picos de voltaje generados al desactivar las bobinas de los relés.
• Capacitores C1, C2, C3 (100nF): Filtran transitorios y ruido en la línea de alimentación.

Capacidad de corriente

• Relés SRD-12VDC: Bobina de ~30-40mA, contactos clasificados para 10A @ 28VDC, suficientes para bombas de combustible de alto flujo.
• Transistores 2N3904: Capaces de manejar la corriente de la bobina sin problemas.

Aislamiento galvánico

• Los relés aíslan eléctricamente el circuito de control del circuito de potencia de las bombas.

Válvula check (externo, recomendado)

• En la salida de cada bomba debe instalarse una válvula antirretorno para evitar que el combustible circule por la bomba inactiva en sentido inverso.

7. Paso a paso de implementación

Materiales necesarios:

• PCB fabricado (Gerbers en /Doc/gerber/)
• Componentes según tabla
• Soldador, estaño, flux
• Multímetro
• Fuente 12V para pruebas
• Dos bombas de combustible (una principal, una respaldo)
• Válvulas check (x2)
• Mangueras y conexiones para combustible
• Botón pulsador para cabina
• Caja o soporte para montar el módulo

Pasos:

1. Fabricar el PCB: Enviar los Gerber a un fabricante PCB (~55mm × 57.5mm, 2 capas).
2. Poblar la placa:
   • Resistencias primero
   • Diodos (1N4007) — ¡cuidado con la polaridad!
   • Capacitores cerámicos
   • Transistores 2N3904
   • Potenciómetro RV1
   • Headers y borners
   • Socket DIP-8 para TL082 (opcional pero recomendado)
   • Relés SRD-12VDC
3. Inspección visual: Revisar cortos, puentes de soldadura y polaridad de diodos.
4. Prueba de continuidad:
   • Sin cortos entre +12V y GND
   • Continuidad según esquemático
5. Prueba funcional en banco:
   • Alimentar con 12V por INPUT
   • Aplicar señal de encendido → Relé 1 debe activarse (clic audible)
   • Presionar botón en SENSE → Relé 2 debe activarse
   • Verificar +12V en OUT_1 y OUT_2 según corresponda
6. Instalación en el vehículo:
   • Montar el módulo en la cabina
   • Conectar bomba principal a OUT_1 con manguera y válvula check
   • Conectar bomba de respaldo a OUT_2 con manguera y válvula check
   • Conectar INPUT al switch de encendido
   • Montar botón de cambio en el volante y conectar a SENSE
   • Configurar SELECT según modo deseado
7. Prueba en frío:
   • Encender el auto → debe activarse Bomba 1
   • Presionar botón de cambio → debe activarse Bomba 2
   • Verificar presión de combustible con manómetro
8. Prueba simulando falla:
   • Con el motor funcionando, desconectar Bomba 1 (simular falla)
   • Presionar botón de cambio → Bomba 2 debe tomar el relevo
   • El motor debe mantenerse estable sin pérdida de potencia

8. Posibles Mejoras

1. LEDs indicadores en cabina:
   • LED verde: Bomba 1 activa
   • LED amarillo: Bomba 2 activa (respaldo en uso)
   • LED rojo: Falla detectada
2. Conmutación automática por presión:
   • Usar un sensor de presión de combustible para detectar falla de la bomba principal y cambiar automáticamente a la respaldo.
3. MOSFET en lugar de relés: Mayor vida útil, menor tamaño y conmutación sin ruido.
4. Microcontrolador (ESP32 / ATtiny):
   • Lógica programable
   • Data logging de eventos
   • Alertas por CAN bus a la ECU
   • Cambio automático con histéresis
5. Protección contra inversión de polaridad: Diodo Schottky en serie con la entrada de +12V.
6. Regulador 7805: Para alimentar el TL082 a 5V y hacerlo menos sensible a fluctuaciones del sistema eléctrico.
7. Fusible de protección: Portafusible automotriz en la entrada de +12V.
8. Tercera bomba de respaldo: Para aplicaciones de extrema confiabilidad (Le Mans, rally raid).
9. Circuito de cebado automático: Que active ambas bombas por unos segundos al arrancar para purgar aire del sistema.
10. Display OLED en cabina: Mostrar estado de bombas, presión de combustible y modo activo.