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Fundamentos de electricidad y electronica
- 1. 1 Fundamentos de electricidad y electrónica Katheryn Caicedo, Stiven Delgado, Juan Montenegro, Alejandra Molina, y David Garcia Tecnología Presentado al docente: Guillermo Mondragon 24 de febrero de 2021
- 2. 2 Tabla de contenido 1. Términos básicos………………..……………………………………………....…..4-5 2. Transporte de la corriente eléctrica …………………………………………...…….6-9 3. La electrónica……………………………………………………..…………….…10-21 4. Resistencias……………………………………………………………….……....22-24 5. Resistencias variables………………………………………………………..……25-32 6. Condensadores……………………………………………………………….……33-37 7. Diodos……………………………………………………………………….….…38-44 8. Transistores…………………………………………………………………...……45-47 9. Motores…………………………………………………..…………………...…....48-51 10. Servomotores…………………………………………………….………………...52-55 11. Relés……………………………………………………………………….………56-63
- 3. 3 12. Conclusiones……………………………………………………………..……64- 65 13. Mapa conceptual………………………………………………………………….66 14. Capturas de Google Drive…………………………………………………….…..67 15. Webgrafía………………………………………………………………………68-69 16. Referencias…………………………………………………………..…………70-71
- 4. 4 Términos básicos Electricidad: Es el conjunto de fenómenos físicos relacionados con la presencia y flujo de cargas eléctricas. Voltaje: Es una magnitud física que cuantifica la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos. Amperaje: También conocido como corriente o intensidad, es el flujo o la cantidad de electrones que atraviesan un conductor durante un tiempo determinado. Se mide en amps o amperios. Potencia: Es el consumo real de un dispositivo, es decir la cantidad de trabajo por unidad de tiempo. Su fórmula es: Potencia igual a Voltaje por Intensidad (P = VI). Se mide en watts o vatios. La resistencia: Es la resistencia que presenta cualquier tipo de material al flujo de electrones. Determina que tan conductor es un material, por ejemplo los metales son buenos conductores, en cambio los plásticos no. Se mide en ohms o ohmios. Componente eléctrico: Es un dispositivo que cumple con cierta función, como los LEDs, los relevadores, los condensadores, etc. Estos funcionan a base de voltaje y consumen cierto amperaje que dependiendo de la fuente de energía determina el tiempo que pueden estar en funcionamiento. Conductor eléctrico: Es un material que ofrece poca resistencia al movimiento de la carga eléctrica. Semiconductor: Es un elemento que se comporta como un conductor o como un aislante dependiendo de diversos factores, por ejemplo: el campo eléctrico o magnético.
- 5. 5 Aislantes: Los aislantes eléctricos son materiales donde los electrones no pueden circular libremente, como por ejemplo la cerámica. Corriente continua: Es la corriente eléctrica que fluye de forma constante en una dirección, como la que fluye en una linterna o en cualquier otro aparato con baterías es corriente continua. Corriente alterna: Es un tipo de corriente eléctrica, en la que la dirección del flujo de electrones va y viene a intervalos regulares o en ciclos. Se observa en los enchufes de la pared. Ley de Ohm: La intensidad de la corriente eléctrica que circula por un conductor eléctrico es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo. La fórmula es: I = V / R Ley de Watt: La potencia eléctrica es directamente proporcional al voltaje de un circuito y a la intensidad que circula por él. La fórmula es: P = V · I
- 6. 6 Transporte de la corriente eléctrica El transporte eléctrico permite transferir la energía producida en las centrales hasta los centros de consumo. Dicho de otra manera, es el camino que realiza la electricidad desde que se genera hasta que comienza a distribuirse. Para ello, los niveles de energía eléctrica producidos deben ser transformados, elevándose su nivel de tensión. Esto se hace considerando que para un determinado nivel de potencia a transmitir, al elevar la tensión se reduce la corriente que circulará, reduciéndose las pérdidas por Efecto Joule. Con este fin se emplazan subestaciones elevadoras en las cuales dicha transformación se efectúa empleando transformadores, o bien autotransformadores. De esta manera, una red de transmisión emplea usualmente voltajes del orden de 220 kV y superiores, denominados alta tensión, de 400 o de 500 kV. 1.
- 7. 7 Cómo funciona el transporte eléctrico El transporte de electricidad se efectúa a través de líneas de transporte a tensiones elevadas que, junto con las subestaciones eléctricas, forman la red de transporte. Para poder transportar la electricidad con las menores pérdidas de energía posibles es necesario elevar su nivel de tensión. Las líneas de transporte o líneas de alta tensión están constituidas por un elemento conductor (cobre o aluminio) y por los elementos de soporte (torres de alta tensión). Éstas, una vez reducida su tensión hasta la red de distribución, conducen la corriente eléctrica a largas distancias. 2.
- 8. 8 Existen una gran variedad de torres de transmisión como son conocidas, entre ellas las más importantes y más usadas son las torres de amarre, la cual debe ser mucho más fuertes para soportar las grandes tracciones generadas por los elementos antes mencionados, usadas generalmente cuando es necesario dar un giro con un ángulo determinado para cruzar carreteras, evitar obstáculos, así como también cuando es necesario elevar la línea para subir un cerro o pasar por debajo/encima de una línea existente. 3.
- 9. 9 Existen también las llamadas torres de suspensión, las cuales no deben soportar peso alguno más que el del propio conductor. Este tipo de torres son usadas para llevar al conductor de un sitio a otro, tomando en cuenta que sea una línea recta, que no se encuentren cruces de líneas u obstáculos. 4.
- 10. 10 La electrónica La electrónica, es una rama de la física aplicada, que estudia y emplea sistemas cuyo funcionamiento se basa en la conducción y el control del flujo de los electrones u otras partículas cargadas eléctricamente. Este campo, que ha ido en constante evolución a lo largo de más de cien años (Se considera que la electrónica comenzó con el diodo de vacío inventado por John Ambrose Fleming en 1904.) ha jugado un papel muy importante en el desarrollo de la tecnología actual. Además, utiliza principios teóricos básicos como el electromagnetismo, la ciencia de los materiales y otras formas de aplicación práctica del conocimiento científico. 5.
- 11. 11 Utilidad e importancia de la electrónica En el mundo actual, la electrónica tiene una utilidad muy cotidiana porque la podemos encontrar en dispositivos de uso diario, tales como: Móviles, ordenadores, smartwatches, televisores, radios, mandos a distancia, etc. También se puede observar en campos más especializados como: robótica, telecomunicaciones, automatización de tareas, ingeniería biomédica, etc. Entonces, todas esas aplicaciones, nos llevan al siguiente punto a tratar: La importancia de la electrónica. Esta disciplina, es de gran importancia en el mundo, debido a que es fundamental en la capacidad del ser humano de construir implementos complejos y herramientas autónomas que le permitan mayor facilidad en campos de estudio ya mencionados anteriormente. ( Robótica, telecomunicaciones, automatización de tareas, ingeniería biomédica, etc.). Por lo tanto, siempre está en constante cambio evolutivo ya que es de vital importancia en el desarrollo científico y tecnológico de la humanidad.
- 12. 12 Ramas de la electrónica La evolución de esta área también trae consigo muchos campos de estudio y especializaciones, así que presentaremos una breve explicación de las más relevantes. Entonces, entre las ramas más importantes de esta disciplina científica está: 1. Electrónica digital. (Breve explicación de compuertas lógicas previo al tema original). 2. Microelectrónica. 3. Diseño de circuitos. 4. Robótica. 5. Electrónica analógica. 6. Etc.
- 13. 13 Compuertas logicas Las compuertas lógicas son uno de los componentes principales dentro de la electrónica digital, y esto se debe a que se caracterizan por representar un valor de verdadero o uno de falso en su salida. A pesar de que solo representan dos valores, estos dispositivos son capaces de realizar diferentes operaciones lógicas, como; multiplicar, sumar, negar, afirmar, incluir o excluir. Todo depende de qué tipo de compuerta se esté utilizando. Tipos de compuertas lógicas: Existen 8 tipos de compuertas lógicas (AND, NAND, OR, NOR, IF, NOT, XOR, XNOR), sin embargo, solo hablaremos de las primeras 4 ya que las otras son algo más complejas. AND: el funcionamiento de esta compuerta es el de todo o nada, ya que solo funciona cuando sus dos entradas tienen un nivel alto. NAND: funciona de manera inversa a la anterior, es decir, cuando sus entradas tienen un nivel alto no funciona y cuando existe cualquier otra combinación se activa. OR: esta compuerta se activa con tan solo tener una señal alta en cualquiera de sus entradas. NOR: Esta compuerta es la negación de la OR, es decir que, funciona a la inversa, cuando una de sus entradas está activa la compuerta manda una señal baja en su salida.
- 16. 16 Electrónica digital La electrónica digital, es la rama más moderna y evolutiva de la electrónica. Es binaria (cada dígito admite solo dos posibilidades, que generalmente expresamos como 0 y 1) y esta se encarga de sistemas electrónicos en los cuales la información está codificada, estudia la manipulación de dígitos binarios en función de administrar procesos automatizados o no y la implementación de circuitos digitales. 10. * Un circuito digital o también llamado circuito lógico es aquél que opera la información en modo binario, es decir, con valorizaciones de 1 y 0.
- 17. 17 Microelectrónica La microelectrónica es un subcampo de la electrónica. Como su nombre indica, la microelectrónica se relaciona con el estudio y la fabricación (o microfabricación) de diseños y componentes electrónicos muy pequeños. Estos dispositivos están hechos típicamente de materiales semiconductores. Muchos componentes de diseño electrónico normal están disponibles en un equivalente microelectrónico. Estos incluyen transistores, condensadores, inductores, resistencias, diodos, etc. 11. *Circuito integrado, también conocido como chip o microchip.
- 18. 18 Diseño de circuitos Es la parte de la electrónica que estudia distintas metodologías con el fin de desarrollar un circuito electrónico, que puede ser tanto analógico como digital. En función del número de componentes que forman al ser integrados se habla de diferentes escalas de integración. Dichas escalas se denominan SSI (Small Scale of Integration) los circuitos de baja complejidad ,MSI (Medium Scale of Integration) y LSI (Large Scale Integration) los circuitos de media y alta complejidad, y finalmente VLSI (Very Large Scale Integration) para circuitos extraordinariamente complejos. En esta última categoría entrarían los microprocesadores modernos. 12. *Microprocesador moderno Intel Core i7
- 19. 19 La Robótica La robótica es la rama de la ingeniería electrónica, que se ocupa del diseño, construcción, operación, estructura, manufactura, y aplicación de los robots, los cuales, son capaces de desempeñar tareas realizadas por el ser humano, principalmente laboriosas, repetitivas o peligrosas. Las ciencias y tecnologías de las que se apoya la robótica principalmente son: Mecánica, Electrónica, Control Automático y los Sistemas Computacionales, que en conjunto integran sistemas robotizados. 13.
- 20. 20 Electrónica analógica La electrónica analógica es una rama de la electrónica que estudia los sistemas cuyas variables varían de una forma continua en el tiempo y pueden tomar valores infinitos, además de tratar con señales que cambian en el tiempo de forma continua porque estudia los estados de conducción y no conducción de los diodos y los transistores que sirven para diseñar cómputos en el álgebra con las cuales se fabrican los circuitos integrados, también estudia los sistemas en los cuales sus variables son: tensión, corriente. 14.
- 21. 21 Componentes electrónicos Son dispositivos que forman parte de un circuito electrónico. Se suelen encapsular, generalmente en un material cerámico, metálico o plástico, y terminan en dos o más terminales o patillas metálicas. Existen dos tipos de componentes eléctricos: componentes pasivos y componentes activos. Componentes pasivos: son componentes que responden al flujo de energía eléctrica y se disipa o almacena energía. Componentes activos: son componentes que suministran y controlan la energía. Los principales componentes eléctricos y electrónicos utilizados son: resistencias (componente pasivo), condensadores (componente pasivo), fusibles (componente pasivo), transistores (componente activo), circuitos integrados(componente activo), relés (componente activo) , interruptores (componente activo) , motores (componente activo), disyuntores (componente activo), etc.
- 22. 22 Resistencias La resistencia eléctrica es la completa oposición que encuentra la corriente a su paso por un circuito eléctrico cerrado, atenuando o frenando el libre flujo de circulación de las cargas eléctricas o electrones. 15. Los materiales que tienen una gran resistencia eléctrica se consideran aislantes, como los plásticos y las cerámicas, ya que ellos casi no conducen la electricidad por el contrario los materiales que poseen una bajísima resistencia se consideran conductores ya que permiten el libre flujo de los electrones, en este grupo podemos encontrar a la mayoría de los metales. ¿Pero qué hace que los materiales sean conductores o menos conductores? La resistencia de un cable por ejemplo, depende de su grosor, de su largo, de la conductividad del material del que está hecho y de la temperatura, los cables gruesos tienen menor resistencia que los cables delgados, un cable más largo otorga más resistencia que un cable más corto, y un conductor amas temperatura tiene más resistencia de un conductor A menos temperatura y finalmente cada material tiene una determinada resistividad.
- 23. 23 16. Por ejemplo, el cobre ofrece mayor resistencia que la plata y la plata ofrece mayor resistencia que el oro entonces ¿qué hace que incluso algunos conductores tengan más resistencia que otros? Para saberlo deberemos mirar en su estructura atómica las estructuras más ordenadas favorecen el flujo de los electrones así como también las que tengan menos impurezas es por eso que el grafeno por ejemplo prácticamente no ofrece resistencia a los electrones ya que esta estructura es increíblemente ordenada y no posee impurezas por el contrario cuando un electrón viaja a través de un material con alta resistencia tiende a chocar una y otra vez con átomos y otros electrones, perdiendo parte de su energía esta energía se transfiere a los átomos los cuales vibran con mayor fuerza generando calor o incluso luz (como es el caso del grafito).
- 24. 24 ¿Para qué sirven las resistencias? ¿Si lo único que hacen es malgastar los electrones en forma de calor y algunas veces luz? La resistencia es la forma en la que tenemos para limitar y controlar el voltaje de la corriente eléctrica esto lo hacemos utilizando resistores: componentes electrónicos que crean una resistencia específica El ejemplo más básico dónde es útil una resistencia ejemplo cuando se quiere iluminar un LED, si tenemos led que funciona a 3v (voltios) y lo conectamos por ejemplo a una toma USB queda 5v (voltios) lo que va a suceder es que vamos a quemar el LED, entonces lo que hacemos para bajar el voltaje y limitar la corriente es poner una resistencia de tal manera que el LED reciba los 3v (voltios) correspondientes. La resistencia está convirtiendo la energía que sobra en calor pero aún así este es un componente fundamental en los circuitos eléctricos y toda la electrónica que tenemos hoy en día. 17.
- 25. 25 Resistencias variables Un resistor variable es un resistor lineal sobre el cual desliza un contacto eléctrico capaz de inyectar corriente en un punto intermedio de su elemento resistivo. Es una resistencia cuyo valor podemos modificar moviendo su eje o cursor. Entre los extremos del potenciómetro el valor siempre es el mismo; pero entre un extremo y el punto intermedio tendremos una resistencia variable desde 0 al valor especificado. 18. 19.
- 26. 26 Tipos de resistores Puede clasificarse así: Resistencias cuyo valor óhmico ajustamos nosotros: 1) Potenciómetros 2) Trimmers Resistencias cuyo valor óhmico cambia sin nuestra intervención: 3) PTC y NTC (Depende de la temperatura) 4) Varistor (depende de la tensión aplicada a sus terminales) 5) LDR (depende de la iluminación que recibe) 1) Potenciómetros:Junto con los trimmers son los tipos más frecuentes y utilizados. Se fabrican con valores de resistencia desde prácticamente un ohmio hasta un valor máximo de varios megaohmios. Este valor suele ir impreso en el propio potenciómetro de forma numérica, sin códigos. En la foto siguiente hay un potenciómetro giratorio (izquierda) y lineal (derecha). 20.
- 27. 27 El eje o mando de accionamiento en el caso del tipo circular es bastante largo como puede verse en la foto anterior. Está hecho de plástico o de un metal que puede cortarse con ayuda de una sierra a la longitud deseada. Sirve para que asome al exterior del equipo y así el usuario puede accionarlo. Los potenciómetros tienen tres terminales eléctricos (a veces tienen más, pero no es usual) y pueden conectarse de tres maneras con el circuito al que están asociados: - soldados a un circuito impreso, como un componente más - mediante conectores rápidos sin soldadura. Por ejemplo, terminal tipo "faston" - unión mediante cables con soldadura. En casi todos los casos los potenciómetros tienen una parte roscada que permite fijarlos a la caja del equipo mediante una rosca, lo que les da una gran solidez en cuanto a sujeción. 22.
- 28. 28 2) Trimmers:Su finalidad y forma de operar es la misma que la de los potenciómetros, con una excepción: Suelen ser más pequeños y carecen del mando para accionarlos. 23.
- 29. 29 LDR Las resistencias LDR varían su valor en función de la luz que reciben, en la oscuridad presentan una resistencia muy alta, disminuyendo ésta a medida que incrementamos la luz ambiental. Su curva de respuesta es la siguiente: 24. NTC La NTC disminuye su valor al aumentar la temperatura. Para su identificación siguen los mismos códigos que las resistencias. Se utilizan principalmente, para alarmas y regulación de temperaturas, termostatos, etc. 25.
- 30. 30 PTC PTC aumenta la resistencia con la temperatura. Se utilizan fundamentalmente en motores para detectar el calentamiento de sus bobinados. Los márgenes de temperatura de la NTC y la PTC son inferiores a los 400 grados. 26.
- 31. 31 VDR La VDR o varistor se caracteriza por que disminuye drásticamente su resistencia cuando se incrementa bruscamente la tensión. Es decir ante un incremento anómalo de la tensión su resistencia se hace casi nula. Se utilizan para proteger contactos móviles de contactores , relés, interruptores,. 27.
- 32. 32 Partes de un resistor variables de capa. ● Capa de carbón. ● Capa metálica. ● Características importantes. ● Capa tipo cermet. ● Características principales. ● Pequeña disipación. ● Bobinados de potencia. 28. 29. *Se puede encontrar en la vida cotidiana en: cajas fuertes, bicicletas etc. es mayor mente utilizada para potencias cosas como las anteriormente mencionadas.
- 33. 33 Condensadores Son dispositivos pasivos, utilizados en electricidad y electrónica, capaces de almacenar energía sustentando un campo eléctrico. También se suele llamar capacitor eléctrico y desempeñan un papel importante en muchos circuitos eléctricos y electrónicos. Generalmente, un condensador tiene dos placas de metal paralelas que no están conectadas entre sí. Las dos placas del condensador están separadas por un aislamiento no conductor, este medio se conoce comúnmente como dieléctrico. Para almacenar la carga eléctrica, utiliza dos placas o superficies conductoras en forma de láminas separadas por el material dieléctrico (aislante).Estas placas son las que se cargarán eléctricamente cuando lo conectemos a una batería o a una fuente de tensión.Las placas se cargarán con la misma cantidad de carga (q) pero con distintos signos (una + y la otra -).Una vez cargado ya tenemos entre las dos placas una d.d.p o tensión, y estará preparado para soltar esa carga cuando lo conectemos a un receptor de salida.
- 34. 34 30. *El material dieléctrico que separa las placas o láminas suele ser aire, tantalio, papel, aluminio, cerámica y ciertos plásticos, depende del tipo de condensador. 31. *Imagen sacada del canal “Charly Labs”.
- 35. 35 La cantidad de carga que puede almacenar un condensador, se llama Capacidad del Condensador y viene expresada por la siguiente fórmula: C = q / v q Se mide en Culombios (C) v Se mide en Voltios (V) Un condensador no se descarga instantáneamente, lo mismo que ocurre si queremos pasar en un coche de 100Km/h a 120Km/h, no podríamos pasar directamente, sino que hay un periodo transitorio. Lo mismo ocurre con su carga, tampoco es instantánea. Un farad o faradio es la unidad de medida de capacidad eléctrica del Sistema Internacional de Unidades, su símbolo es F, debe su nombre al británico Michael Faraday. Un farad es la capacidad de un condensador entre cuyas armaduras existe una diferencia de potencial eléctrico de 1 voltio (1 V) cuando está cargado de una cantidad de electricidad igual a un culombio (1 C). 32.
- 36. 36 Valor del Faradio, multiplos y submultiplos del mismo F = 1,11265 x 10^−12 F (Equivalencia con la unidad del SI) 33.
- 38. 38 Diodos Los diodos son los componentes electrónicos de dos terminales que permiten la circulación a través de él en un solo sentido, bloqueando el paso si la corriente circula en sentido contrario, no solo sirve para la circulación de corriente eléctrica sino que también la controla y resiste. Los diodos tienen una polaridad determinada por un ánodo (que es el terminal positivo) y un cátodo (que es el terminal negativo). La mayoría de los diodos permiten fluir la corriente solo y cuando se aplica tensión en el lado positivo. 35.
- 39. 39 ¿Cómo funciona un diodo? Un diodo puede tener polarización directa e inversa, y su función depende del tipo de polarización que se le ponga. Polarización directa: Para esta el ánodo se conecta al positivo de la fuente de voltaje y el cátodo se conecta al negativo, con esta configuración el diodo actúa como interruptor cerrado. 36. Polarización inversa: El ánodo se conecta al negativo de la fuente de voltaje y el cátodo al positivo en esta configuración al diodo aumenta en grandes cantidades y esto hace que el interruptor actúe como interruptor abierto. 37.
- 40. 40 Composición de materiales de un diodo: El diodo está compuesto por dos tipos de materiales, un “P” y un “N”. El material tipo P: Es el material que se obtiene a través de un proceso dopado, en este se añaden átomos al semiconductor para aumentar el número de cargas positivas o huecos. El material de tipo N: Al igual que el material tipo “P” se obtiene en un proceso de dopado, se le agregan átomos al semiconductor, pero con el cambio de que se aumenta el número de cargas negativas o electrones. 38.
- 41. 41 Tipos y aplicaciones de un diodo: ● Diodo LED: Los diodos emiten una luz cuando la corriente eléctrica pasa a través de ellos, pero para que estos puedan encender tienen que polarizarse de forma directa. El cátodo se puede reconocer porque es la terminal más corta. 39. ● Diodos rectificadores: Estos se usan en las fuentes de voltaje para convertir la corriente alterna (CA) en corriente directa (CD). También se usan en los circuitos donde han de pasar grandes corrientes a través de un diodo. 40.
- 42. 42 ● Puentes rectificadores: Dentro de los puentes rectificadores existen los de media y de onda completa, para lograr construirlos se necesitan 1 o 4 diodos rectificadores según el tipo de onda que se vaya a usar. Tienen 4 pines terminales: Los dos de salida DC están marcados con + y -, los de entrada AC están marcados con el símbolo ~. 41. ● Diodos zener: Son los que se usan para mantener un voltaje fijo. Estos están diseñados para trabajar de una forma confiable de manera que pueden ser usados en polarización inversa para mantener fijo el voltaje entre sus terminales. 42.
- 43. 43 ● Diodos de señal: Los diodos de señal son usados para procesar señales eléctricas débiles, por lo que solo son requeridos para pasar pequeñas corrientes. 43.
- 44. 44 ● Diodos de protección para relés: Esta aplicación se basa en la protección de transistores y circuitos integrados, la bobina del relevador genera un campo magnético cuando está energizada, y cuando deja de circular corriente el campo cae y se genera un breve pero alto voltaje, el cual es muy probable que dañe los transistores y circuitos integrados. Con este diodo, el campo magnético se desvanece mucho más rápido ya que la corriente circula por la bobina y el diodo de protección. Esto previene que el voltaje que se genera sea lo suficientemente alto como para dañar el dispositivo. 44.
- 45. 45 Transistores Un transistor es un dispositivo electrónico semiconductor que es usado para entregar una señal de salida en respuesta a una señal de entrada. También cumple con varias funciones como: Amplificador, oscilador, conmutador, rectificador. Es un tipo de dispositivo de uso común en numerosos aparatos, como relojes, lámparas, tomógrafos, celulares, radios, televisores y, sobre todo, como componente de los circuitos integrados (chips o microchips). ¿Cómo funcionan los transistores? Los transistores operan sobre un flujo de corriente, operando como amplificadores (recibiendo una señal débil y generando una fuerte) o como interruptores (recibiendo una señal y cortándole el paso) de la misma. Esto ocurre dependiendo de cuál de las tres posiciones ocupe un transistor en un determinado momento, y que son: En activa: Se permite el paso de un nivel de corriente variable (más o menos corriente). En corte: No deja pasar la corriente eléctrica. En saturación: Deja pasar todo el caudal de la corriente eléctrica (corriente máxima).
- 46. 46 Tipos de transistores Transistor de contacto puntual: También llamado “de punta de contacto”, es el tipo más antiguo de transistor y opera sobre una base de germanio. Fue un invento revolucionario, a pesar de que era difícil de fabricar, frágil y ruidoso. Hoy en día no se le emplea más. 45. Transistor de unión bipolar: Fabricado sobre un cristal de material semiconductor, que se contamina de manera selectiva y controlada con átomos de arsénico o fósforo (donantes de electrones), para generar así las regiones de base, emisor y colector. 46.
- 47. 47 Transistor de efecto de campo: Se emplea en este caso una barra de silicio o algún otro semiconductor semejante, en cuyos terminales se establecen terminales óhmicos, operando así por tensión positiva. 47. Fototransistores: Se llaman así a los transistores sensibles a la luz, en espectros cercanos a la visible. De modo que se pueden operar por medio de ondas electromagnéticas a distancia. 48.
- 48. 48 Motores Un motor es la parte sistemática de una máquina capaz de hacer funcionar el sistema, transformando algún tipo de energía (eléctrica, de combustibles fósiles, etc.), en energía mecánica con el fin de realizar un trabajo. En los automóviles este efecto es una fuerza que produce el movimiento. Tipos de motores Existen diferentes tipos de motores, pero en este informe hablaremos de los 3 principales: 1. Motor de gasolina 2. Motor diesel 3. Motor eléctrico
- 49. 49 -Motores gasolina: Los motores de gasolina, son aquellos que funcionan con una base termodinámica que se encarga de convertir la energía química de la ignición provocada por la mezcla del aire y el combustible, en energía mecánica. De esta manera, el vehículo obtiene la energía necesaria para realizar sus movimientos. 49.
- 50. 50 -Motores diésel: Los motores diésel son principalmente empleados en medios de transporte que requieren una dosis extra de potencia y que están pensados para una mayor carga diaria de trabajo, como vehículos industriales, de carga, maquinaria, medios aeronáuticos, etc. No obstante, desde que este tipo de motores naciera de la mano de Rudolf Diésel en 1893, la tecnología se ha extendido también hacia medios de transporte particulares, llegando actualmente en España a superar en número a los vehículos que funcionan con gasolina. 50.
- 51. 51 -Motores eléctricos: El motor eléctrico es un dispositivo que convierte la energía eléctrica en energía mecánica de rotación por medio de la acción de los campos magnéticos generados en sus bobinas. Son máquinas eléctricas rotatorias compuestas por un estator y un rotor. Algunos de los motores eléctricos son reversibles, ya que pueden convertir energía mecánica en energía eléctrica funcionando como generadores o dinamo. Aunque no lo parezca, los motores eléctricos son anteriores a los diésel o gasolina de cuatro tiempos. En los tiempos de 1832 Robert Anderson desarrolló el primer automóvil con motor eléctrico puro, capaz de transformar la energía eléctrica en energía mecánica por medio de los campos magnéticos que genera, sin necesidad de explosiones ni combustiones propias de los motores gasolina y diésel. 51.
- 52. 52 Servomotores Un servomotor es un dispositivo similar a un motor de corriente continua que tiene la capacidad de ubicarse en cualquier posición dentro de su rango de operación, y mantenerse estable en dicha posición. Que puede ser controlado posición y velocidad, motores que se utilizan en aplicaciones donde se necesita un ajuste fino de la posición del eje o de la velocidad del motor. tienen capacidad de girar su eje en cierto ángulo en base a una señal que se genera mediante un circuito de control externo es decir este motor va a ir acompañado siempre de una electrónica. Esta electrónica es la que va a emitir ciertas señales para que este motor pueda alcanzar la posición que deseemos en cada momento. 52. Estos controles son los que llamamos servo drive o servo control es la controladora que va a permitir esperar las señales para mandar el eje del motor al ángulo que nosotros determinemos en cada momento.
- 53. 53 Este motor tiene la característica que tiene para velocidad cero, el círculo está parado y el eje sigue ejerciendo fuerza se puede ubicar en cualquier posición manteniéndose estable en esta, (algo que no pasaba con el motor asíncrono trifásico) ¿De que se compone un servomotor? ● El servomotor propiamente dicho ● El controlador electrónico normalmente denominado servo drive ● Encoder, que permite controlar la posición angular del rotor del motor ● El proyector, para adaptar la velocidad de giro máxima a la referida por la máquina, así como el par. ¿Dónde se utilizan los servomotores? ● Se utilizan en aplicaciones industriales donde se requiere alta precisión de posicionamiento, altas velocidades de respuesta, control del par, par nominal a cero revoluciones por minuto. ● En producción automotriz, creación de textiles, procesamiento de alimentos y bebidas, envasado de productos de consumo, etc. ● Robótica industrial.
- 54. 54 53. 54.
- 55. 55 Características de los servomotores: ● Ahorran energía eléctrica comparado con los motores de pasos o los motores trifásicos, ya que sólo consumen energía cuando la requiere el sistema. ● Cuentan con un sistema de realimentación (encoder) qué mide la posición del eje del motor en todo momento por lo que el servo drive hace un control de posición y velocidad ● El diseño del rotor de los servomotores está constituido por imanes permanentes de alto campo magnético obteniendo gran par de arranque y parada. ● Tienen carcasas de aluminio para disipar el calor interno generado, dependiendo de las condiciones ambientales se requiere ventilación forzada para evitar calentamiento excesivo de los servomotores. ● Está conformado por un motor y un circuito de control. Tipos de servomotores 1. Servomotores de corriente continua. Los más comunes y asequibles, pero no por ello los más utilizados en todos los campos. Su funcionamiento deriva de utilizar un motor de corriente continua de pequeño tamaño. Este servomotor se controla por modulación por ancho de pulso (PWM). 2. Servomotores de corriente alterna. La pieza central, el motor, es de CA. Se les puede utilizar con corrientes más potentes y que su utilidad cambie por la de mover grandes fuerzas. 3. Servomotores brushless o de imanes permanentes. Brushless, significa «sin escobillas» en inglés. Se utilizan para grandes torques o fuerzas y para altas velocidades. Son los más usados en la industria. Están basados en los motores síncronos.
- 56. 56 Relés Es un dispositivo electromagnético. Funciona como un interruptor controlado por un circuito eléctrico en el que, por medio de una bobina y un electroimán, se acciona un juego de uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos eléctricos independientes. Fue inventado por Joseph Henry en 1835. Dado que el relé es capaz de controlar un circuito de salida de mayor potencia que el de entrada, puede considerarse, en un amplio sentido, como un amplificador eléctrico. Como tal se emplearon en telegrafía, haciendo la función de repetidores que generaban una nueva señal con corriente procedente de pilas locales a partir de la señal débil recibida por la línea. Se les llamaba relevadores. 55.
- 57. 57 Funcionamiento del Relé Vemos que el relé de la figura de abajo tiene 2 contactos, una abierto (NC) y otro cerrado (NO) (pueden tener más).Cuando metemos corriente por la bobina, esta crea un campo magnético creando un electroimán que atrae los contactos haciéndolos cambiar de posición. El contacto que estaba abierto se cierra y el que estaba normalmente cerrado se abre. El contacto que se mueve es el C y es el que hace que cambien de posición los otros dos. Como ves habrá un circuito que activa la bobina, llamado de control, y otro que será el circuito que activa los elementos de salida a través de los contactos, llamado circuito secundario o de fuerza. Los relés Pueden tener 1 , 2, 3 o casi los que queramos contactos de salida y estos pueden ser normalmente abiertos o normalmente cerrados (estado normal = estado sin corriente). Los relés eléctricos son básicamente interruptores operados eléctricamente que vienen en muchas formas, tamaños y potencias adecuadas para todo tipo de aplicaciones. Los relés también pueden ser relés de potencia, más grandes y utilizados para la tensión mayores o aplicaciones de conmutación de alta corriente. En este caso se llaman Contactores, en lugar de relés. 56.
- 58. 58 Tipos de relés ● Relés electromecánicos. ● Relé de estado sólido. ● Relé de corriente alterna. ● Relé de láminas. ● Relés de acción retardada. ● Relés con retención de posición. Relés electromecánicos. Un relé electromecánico usa una pieza móvil física para conectar los contactos dentro del componente de salida del relé. El movimiento de este contacto se genera mediante fuerzas electromagnéticas provenientes de la señal de entrada de baja potencia, lo que permite completar el circuito que contiene la señal de alta potencia. 57.
- 59. 59 Relé de estado sólido. Es un dispositivo interruptor electrónico que conmuta el paso de la electricidad cuando una pequeña corriente es aplicada en sus terminales de control. Los SSR consisten en un sensor que responde a una entrada apropiada (señal de control), un interruptor electrónico de estado sólido que conmuta el circuito de carga, y un mecanismo de acoplamiento a partir de la señal de control que activa este interruptor sin partes mecánicas. El relé puede estar diseñado para conmutar corriente alterna o continua. Hace la misma función que el relé electromecánico, pero sin partes móviles. 58.
- 60. 60 Relé de corriente alterna. Cuando se excita la bobina de un relé con corriente alterna, el flujo magnético en el circuito magnético, también es alterno, produciendo una fuerza pulsante, con frecuencia doble, sobre los contactos. Es decir, los contactos de un relé conectado a la red, en algunos lugares, como varios países de Europa y América Latina oscilarán a 2 x 50 Hz y en otros, como en Estados Unidos lo harán a 2 x 60 Hz. 59.
- 61. 61 Relé de láminas. este tipo de relé se utilizaba para discriminar distintas frecuencias. Consiste en un electroimán excitado con la corriente alterna de entrada que atrae varias varillas sintonizadas para resonar a sendas frecuencias de interés. La varilla que resuena acciona su contacto, las demás no. Los relés de láminas se utilizaron en aeromodelismo y otros sistemas de telecontrol. 60.
- 62. 62 Relés de acción retardada. Son relés que ya sea por particularidad de diseño o bien por el sistema de alimentación de la bobina, permiten disponer de retardos en su conexión y/o desconexión. 61. Relés con retención de posición. El retardo a la conexión de relés puede obtenerse mecánicamente aumentando la masa de la armadura a fin de obtener mayor inercia del sistema móvil; o bien, aumentando la presión de los resortes que debe vencer la fuerza de atracción del relé. 62.
- 63. 63 Función de los relés Los relés sirven para activar un circuito que tiene un consumo considerable de electricidad mediante un circuito de pequeña potencia -de 12 o 24 voltios- que imanta la bobina. Supongamos que queremos motorizar una puerta de un garaje o de la entrada de una finca. Para ello necesitaremos un mando a distancia que consiga activar a través de un receptor esa pequeña carga de potencia que pone en marcha el funcionamiento del relé: la bobina se imantará y cerrará el circuito eléctrico que alimenta el motor que sirve para abrir la puerta. También lo podremos utilizar para encender máquinas y motores, sistemas de alumbrado, etc. La utilización de los relés en la vida cotidiana es muy variada ya que se utilizan en muchas cosas necesarias para el hombre. También se pueden encontrar en otro tipo de sectores, como el automotriz, agrícola, de construcción, industrial, etc.
- 64. 64 Conclusiones La electrónica y la electricidad son dos áreas que tienen una relación muy estrecha debido a que se complementan, además, siempre están presentes en nuestra vida cotidiana y son muy importantes en el desarrollo tanto científico, como tecnológico de la humanidad. Ambos campos de estudio, tienen muchas aplicaciones en el mundo real, he aquí unos ejemplos: Al hablar de ciencia, la electrónica y la electricidad juegan un papel muy importante en ella porque las podemos encontrar en otras ramas, como es el caso de la física, de la cual deriva el electromagnetismo, que es una teoría que busca unificar los fenómenos eléctricos y magnéticos a partir del estudio de los mismos. También las podemos observar en aspectos industriales, ya que las máquinas funcionan a través de electricidad haciendo uso de componentes electrónicos como interruptores, resistencias, circuitos integrados, entre otros. En el sector automotriz, lo que se tiene pensado, es que en un futuro los carros puedan moverse sin necesidad de usar combustibles fósiles (Petróleo, que deriva a la gasolina), sino más bien, con energía eléctrica transformada en energía mecánica. Para ello, se usaría un motor eléctrico (otro elemento desarrollado indirectamente en el escrito), el cual, posee muchos resultados de la ingeniería tanto eléctrica, como electrónica. En otras palabras, dicho motor sería
- 65. 65 otra aplicación en la vida real de los temas principales del informe, y una “solución” al problema de contaminación vehicular por motores de combustión. Existen otras situaciones más cotidianas todavía, por ejemplo, podemos estar estudiando, en el colegio, o en una universidad y encima de nosotros lo más probable es que este un foco de luz o una lámpara. Esta herramienta funciona a partir de circuitos eléctricos, y en ella se puede encontrar varios elementos trabajados en esta actividad. Concretamente, si es una bombilla led, esta tendrá en alguna parte de su estructura, leds, también conocidos como diodos emisores de luz, lo cual son componentes electrónicos. Otro caso que tiene una repetición constante, es cuando usamos el computador, el teléfono, la televisión, etc. Estos aparatos funcionan a través de, los ya mencionados anteriormente: Circuitos eléctricos, así pues, se podría decir que, como la célula es la unidad básica de cualquier organismo vivo, los circuitos eléctricos son la unidad fundamental en todos, o al menos la mayoría de componentes que usamos en el día a día. Para finalizar, es importante saber y reflexionar acerca de la importancia que tienen estas disciplinas (electrónica y electricidad) en el mundo, porque, aparte de que las podemos encontrar en cualquier lugar, es gracias a ambas que la tecnología actual se ha podido desarrollar de manera satisfactoria. Entonces, haciendo alusión a esa idea, ambas áreas han permitido la realización de este trabajo escrito teniendo como herramienta a la tecnología.
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- 67. 67 Capturas de Google Drive
- 68. 68 Blogs de las personas que participaron en el trabajo:
- 71. 71 Referencias Farad. (2019, agosto 18). EcuRed, . Consultado el 17:10, febrero 27, 2021 en https://www.ecured.cu/index.php?title=Farad&oldid=3511062. Electrónica digital. (2019, julio 24). EcuRed, . Consultado el 17:13, febrero 27, 2021 en https://www.ecured.cu/index.php?title=Electr%C3%B3nica_digital&oldid=3472960. Circuito lógico. (2018, diciembre 10). EcuRed, . Consultado el 17:14, febrero 27, 2021 en https://www.ecured.cu/index.php?title=Circuito_l%C3%B3gico&oldid=3264557. Electrónica analógica. (2020, noviembre 11). EcuRed, . Consultado el 17:16, febrero 27, 2021 en https://www.ecured.cu/index.php?title=Electr%C3%B3nica_anal%C3%B3gica&oldid=3 800049. Charly Labs. (2015, 6 mayo). ¿Qué es un Capacitor? YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=7jpS3FHmoWU&t=123s S. (2020, 3 julio). Electrónica. Concepto. https://concepto.de/electronica/#:%7E:text=Importancia%20de%20la%20electr%C3%B3
- 72. 72 nica&text=La%20electr%C3%B3nica%20es%20fundamental%20en,en%20todo%20caso %20m%C3%A1s%20f%C3%A1ciles. F. (2021, 5 febrero). ¿Qué es un diodo? Fluke. https://www.fluke.com/es-co/informacion/blog/electrica/que-es-un-diodo Autores, V. (2014, 30 octubre). ¿Qué es la Robótica? Grupo Milenio. https://www.milenio.com/opinion/varios-autores/universidad-politecnica-de-tulancingo/q ue-es-la-robotica Ahedo, J. (2019, 11 abril). Que es un condensador eléctrico. Web-Robótica. https://www.web-robotica.com/taller-de-web-robotica/electronica/componentes-electroni cos/que-es-un-condensador-electrico El Traductor de Ingeniería. (2020, 25 octubre). Circuitos, pero sin memorizar fórmulas. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=kHZ8SD7jiiA Mecafenix, I. (2021, 4 enero). Compuertas lógicas y sus tablas de verdad. Ingeniería Mecafenix. https://www.ingmecafenix.com/electronica/compuertas-logicas/
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