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Fundamentos de electricidad y electrónica
- 1. FUNDAMENTOS DE ELECTRICIDAD Y ELECTRONICA PRESENTADO POR: SARA MUÑOZ, SARAH ALVAREZ, GABRIELA ESPAÑA, DANIEL CERON E ISABELLA VILLOTA INSTITUCION EDUCATIVA LICEO DEPARTAMENTAL VALLE DEL CAUCA TECNOLOGIA CALI 2021
- 2. FUNDAMENTOS DE LA ELECTRICIDAD PRSENTADO POR: SARA MUÑOZ, SARAH ALVAREZ, GABRIELA ESPAÑA, DANIEL CERON, E ISABELLA VILLOTA PROFESOR: GUILLERMO MONDRAGON INSTITUCION EDUCATIVA LICEO DEPARTAMENTAL VALLE DEL CAUCA TECNOLOGIA CALI 2021
- 3. Contenido INTRODUCCION............................................................................................................................................. 1 TRANSPORTE DE LA CORRIENTE ELECTRICA.................................................................................................. 2 Términos básicos:.......................................................................................................................................... 2 - El voltaje:............................................................................................................................................... 2 - El amperaje:........................................................................................................................................... 2 - La potencia: ........................................................................................................................................... 2 - La resistencia:........................................................................................................................................ 3 - Componente electrónico:...................................................................................................................... 3 LA ELECTRONICA ........................................................................................................................................... 3 Ramas de la electrónica: ............................................................................................................................... 3 LA RESISTENCIA ............................................................................................................................................. 3 LAS RESISTENCIAS VARIABLES....................................................................................................................... 5 CONDENSADORES ......................................................................................................................................... 8 TRANSITORES ................................................................................................................................................ 8 MOTORES ...................................................................................................................................................... 9 SERVOMOTOR ............................................................................................................................................. 11 RELES ........................................................................................................................................................... 13 LA ELECTRICIDAD Y LA ELECTRONICA- LEY DE OHM ................................................................................... 17 LEY DE WATT ............................................................................................................................................... 18 CODIGOS DE COLORES ................................................................................................................................ 19 PROBLEMAS CON CIRCUITOS ..................................................................................................................... 21 SENSORES.................................................................................................................................................... 22 MANEJO DE LA PROTOBOARD .................................................................................................................... 23 TESTER O MULTIMETRO.............................................................................................................................. 25 TARJETA ARDUINO ...................................................................................................................................... 27
- 4. 1 INTRODUCCION El presente trabajo se desarrolla como punto de partida para acercarnos a diferentes aspectos de la electricidad y la electrónica. Estos conceptos sin fundamentales en la actualidad, sin embargo generalmente desconocemos de manera directa cómo funcionan y de qué manera interactuamos con ellos. El uso de resistencias, condensadores, diodos y transistores entre otros hacen parte de nuestra cotidianidad, de tal manera que con el presente trabajo pretendemos analizar y entender su funcionamiento. Finalmente, consideramos este trabajo como muy valioso ya que nos permitirá tener en cuenta algunas normas de seguridad industrial y los elementos de protección en ambientes de trabajo.
- 5. 2 TRANSPORTE DE LA CORRIENTE ELECTRICA 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). Estas, una vez reducida su tensión hasta la red de distribución, conducen la corriente eléctrica a largas distancias. La red de transporte está mallada, lo que significa que todos los puntos están interconectados y que, si se produce una incidencia en algún lugar, el abastecimiento está garantizado ya que la electricidad puede llegar desde otra línea. Además, la red de transporte está telecontrolada, es decir, las averías se pueden detectar y aislar desde el centro de control. Términos básicos: La electricidad es el flujo constante de electrones (cargados negativamente) entre dos puntos a través de un medio conductor, un punto con carga negativa y otro con carga positiva. - El voltaje: También conocido como tensión, es la diferencia potencial que hay entre dos cuerpos cargados (negativo y positivo). Dicho de otra manera, es la fuerza con la que se mueven los electrones. Se mide en volts o voltios. - El 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 amperes. - La 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.
- 6. 3 - 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 ohmnios. - Componente electrónico: Es un componente que cumple con cierta función, como los leds, los relevadores, los condensadores, etc. Estos funcionan a base de voltaje y consume cierto amperaje que dependiendo de la fuente de energía determina el tiempo que pueden estar en funcionamiento. LA ELECTRONICA Es la rama de la física y especialización de la ingeniería, que estudia y emplea sistemas cuyos funcionamientos se basa en la conducción y el control del flujo de los electrones u otras partículas cargadas eléctricamente. Esta utiliza conocimientos, materiales y dispositivos. Su diseño y construcción de circuitos electrónicos forman parte de la electrónica y campos de ingeniería electrónica, electromecánica e informática en el diseño de software para su control. Ramas de la electrónica: - Electrónica digital - Electrónica analógica - Microelectrónica - Diseño de circuitos - Circuitos integrados - Electrónica de potencia - Optoelectrónica - Dispositivos semiconductores - Sistemas embebidos LA RESISTENCIA La resistencia es una medida de la oposición al flujo de corriente en un circuito eléctrico. La resistencia se mide en ohmios, que se simbolizan con la letra griega omega (Ω). Se denominaron ohmios en honor a Georg Simón Ohm (1784-1854), un físico alemán que estudió la relación entre tensión, corriente y resistencia. Se le atribuye la formulación de la ley de Ohm. Todos los materiales resisten en cierta medida el flujo de corriente. Se incluyen en una de dos amplias categorías: Conductores: materiales que ofrecen muy poca resistencia, donde los electrones pueden moverse fácilmente. Ejemplos: plata, cobre, oro y aluminio.
- 7. 4 Aislantes: materiales que presentan alta resistencia y restringen el flujo de electrones. Ejemplos: goma, papel, vidrio, madera y plástico. Normalmente, se toman las mediciones de resistencia para indicar las características de un componente o un circuito. Cuanto mayor sea la resistencia, menor será el flujo de corriente. Si es anormalmente alta, una causa posible (entre muchas) podrían ser los conductores dañados por el fuego o la corrosión. Todos los conductores emiten cierto grado de calor, por lo que el sobrecalentamiento es un problema que a menudo se asocia con la resistencia. Cuanto menor sea la resistencia, mayor será el flujo de corriente. Causas posibles: aisladores dañados por la humedad o un sobrecalentamiento. La interpretación del código de colores es: 1º- colocamos la resistencia de la forma adecuada, con la tolerancia en la parte derecha. 2º- sustituimos cada color por su valor. 1ª cifra = naranja = 3 2ª cifra = blanco = 9 Multiplicador = rojo = x100 Tolerancia = oro = ±5%
- 8. 5 3º- El valor nominal será: Vn = 3900 W ±5% 4º- Los valores mínimo y máximo serán: - Valor mínimo = valor nominal - valor nominal * Tolerancia / 100 = 3900 - 3900 * 5 / 100 = 3705 W - Valor máximo = valor nominal + valor nominal * Tolerancia / 100 = 3900 + 3900 * 5 / 100 = 4095 W El valor real de la resistencia se encontrará entre 3705 W y 4095 W. LAS RESISTENCIAS VARIABLES Se denomina resistencia o resistor al componente electrónico diseñado para introducir una resistencia eléctrica determinada entre dos puntos de un circuito eléctrico, y para clasificarlas se pueden separar en dos tipos: - Resistencias variables lineales: Son resistencias cuyo valor óhmico regulamos nosotros. Potenciómetros: Un potenciómetro es uno de los dos usos que posee la resistencia o resistor variable mecánica (con cursor y de al menos tres terminales). El usuario al manipularlo, obtiene entre el terminal central (cursor) y uno de los extremos una fracción de la diferencia de potencial total, se comporta como un divisor de tensión o voltaje. Se fabrican con valores de resistencia desde prácticamente un ohmio hasta un valor máximo de varios megohmios. Este valor suele ir impreso en el propio potenciómetro de forma numérica, sin códigos. Para regular su valor se acciona un mando que se desplaza, en unos modelos de forma giratoria, en otros, de forma rectilínea.
- 9. 6 Trimmers: Un trimmer o recortador es un componente eléctrico ajustable en miniatura. Está ordenado a ser configurado correctamente cuando se instala en algún dispositivo, y nunca se configura por el usuario del dispositivo. Los reguladores pueden ser resistencias variables (potenciómetros), condensadores variables o inductores recortables. Son comunes en los circuitos de precisión, como los componentes de A / V , y es posible que deban ajustarse cuando se repara el equipo. Los trimmers se utilizan a menudo para calibrar equipos inicialmente después de la fabricación. A diferencia de muchos otros controles variables, los trimmers se montan directamente en las placas de circuito y se giran con un destornillador pequeño. - RESISTENCIAS VARIABLES NO LINEALES: Resistencias cuyo valor óhmico cambia sin nuestra intervención. LDR: Las resistencias LDR varían su valor en función de la luz que reciben, en la oscuridad presentan una resistencia muy alta, disminuyendo está a medida que incrementamos la luz ambiental (Se usa principalmente en control de iluminación). NTC: La NTC disminuye su valor al aumentar la temperatura. Para su identificación siguen los mismos códigos que las resistencias.
- 10. 7 Se utilizan principalmente, para alarmas y regulación de temperaturas, termostatos, etc. PTC: La 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. VDR: La VDR o varistor se caracteriza por que disminuye drásticamente su resistencia cuando se incremente 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. Situados en paralelo con ellos disipa la sobreintensidad que se produce en los accionamientos. También se utilizan como protector de sobretensiones.
- 11. 8 CONDENSADORES Un condensador, también conocido como capacitor, es un componente eléctrico, utilizado en los circuitos eléctricos y electrónicos, que tiene la capacidad de almacenar energía eléctrica mediante un campo eléctrico. Está compuesto por superficies conductoras separadas por un material dieléctrico (aislante). DIODOS Un diodo es un componente electrónico de dos terminales que permite la circulación de la corriente eléctrica 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 este la controla y resiste. TRANSITORES El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor utilizado para entregar una señal de salida en respuesta a una señal de entrada. Cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El término «transistor» es la contracción en inglés de transfer resistor.
- 12. 9 Actualmente se encuentra prácticamente en todos los aparatos electrónicos de uso diario tales como radios, televisores, reproductores de audio y video, relojes de cuarzo, computadoras, lámparas fluorescentes, tomógrafos, teléfonos celulares, aunque casi siempre dentro de los llamados circuitos integrados. 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 capaz de realizar un trabajo. En los automóviles este efecto es una fuerza que produce el movimiento. Existen diversos tipos, siendo de los más comunes los siguientes: - Motores térmicos: cuando el trabajo se obtiene a partir de energía calórica. - Motores de combustión interna: Son motores térmicos en los cuales se produce una combustión del fluido del motor, transformando su energía química en energía térmica, a partir de la cual se obtiene energía mecánica. El fluido motor antes de iniciar la combustión es una mezcla de un comburente (como el aire) y un combustible, como los derivados del petróleo y gasolina, los del gas natural o los biocombustibles. - Motores de combustión externa: Son motores térmicos en los cuales se produce una combustión en un fluido distinto al fluido motor. El fluido motor alcanza un estado térmico de mayor fuerza posible de llevar es mediante la transmisión de energía a través de una pared. - Motores eléctricos: Cuando el trabajo se obtiene a partir de una corriente eléctrica. En los aerogeneradores, las centrales hidroeléctricas o los reactores nucleares también se transforman algún tipo de energía en otro. Sin embargo, la palabra motor se reserva para los casos en los cuales el resultado inmediato es energía mecánica.
- 13. 10 Los motores eléctricos utilizan la inducción electromagnética que produce la electricidad para producir movimiento, según sea la constitución del motor: núcleo con cable arrollado, sin cable arrollado, monofásico, trifásico, con imanes permanentes o sin ellos; la potencia depende del calibre del alambre, las vueltas del alambre y la tensión eléctrica aplicada. Características generales: - Rendimiento: Es el cociente entre la potencia útil que generan y la potencia absorbida. Habitualmente se representa con la letra griega η. - Velocidad de poco giro o velocidad nominal: Es la velocidad angular del cigüeñal, es decir, el número de revoluciones por minuto (rpm o RPM) a las que gira. Se representa por la letra n. - Potencia: Es el trabajo que el motor es capaz de realizar en la unidad de tiempo a una determinada velocidad de giro. Se mide normalmente en caballos de vapor (CV), siendo 1 CV igual a 736 vatios. - Par motor: Es el momento de rotación que actúa sobre el eje del motor y determina su giro. Se mide en kgf·m (kilogramo-fuerza metro) o lo que es lo mismo newtons-metro (N·m), siendo 1 kgf·m igual a 9,81 N·m. Hay varios tipos de pares, véanse por ejemplo el par de arranque, el par de aceleración y el par nominal. - Estabilidad: Es cuando el motor se mantiene a altas velocidades sin gastar demasiado combustible tanto como energía eléctrica en su correspondiente tiempo que pasa el motor sin ningún defecto, pero esto solo se hace en las fábricas donde se desarrolla el motor.
- 14. 11 SERVOMOTOR También llamado servo, son dispositivos de accionamiento para el control de precisión de velocidad, par motor y posición. Constituyen un mejor desempeño y precisión frente a accionamientos mediante convertidores de frecuencia, ya que éstos no nos proporcionan control de posición y resultan poco efectivos en bajas velocidades. Es un servomotor, aquel que contiene en su interior un encoder, conocido como decodificador, que convierte el movimiento mecánico (giros del eje) en pulsos digitales interpretados por un controlador de movimiento. También utilizan un driver, que en conjunto forman un circuito para comandar posición, torque y velocidad. Se puede utilizar, por ejemplo, en el zoom de una cámara de fotografías, en la puerta de un ascensor o en algunas herramientas que tengamos en casa. ¿Cuándo se utiliza un servomotor? Los servomotores son considerados fundamentales en el diseño y la construcción de los robots. Son sistemas que requieren un posicionamiento mecánico preciso y controlado. Podemos verlo en campos como la automatización industrial o la creciente cirugía robótica. Con la aparición de los servomotores digitales se han conseguido grandes avances en las posibilidades de control y eficiencia. La mejora del rendimiento se produce debido a que la electrónica de control utiliza un microcontrolador para
- 15. 12 hacer todo el trabajo. Este hecho permite mandar más pulsos de control al motor aumentando la precisión de movimiento y el rendimiento. Por otro lado, también se hacen más lecturas del potenciómetro por segundo y se emplean drivers más eficaces y de reducido tamaño que permiten controlar mayor potencia con un circuito mucho más pequeño. Por si esto fuera poco, el microcontrolador incorpora la posibilidad de programar algunos parámetros como el recorrido, la posición central, la zona neutral, etc. Estos dispositivos nos permiten crear toda clase de movimientos controlados y suponen sin duda un avance importante en el desarrollo de nuevas tecnologías industriales. Partes de un servomotor: Un servomotor lo compone: - Un motor eléctrico: Que es el encargado de generar el movimiento a través de su eje. - Un sistema de control: Este sistema permite controlar el movimiento del motor mediante el envío de pulsos eléctricos. - Un sistema de regulación: Está formado por engranajes por los cuales puede aumentar la velocidad y el par o disminuirlas. - Un potenciómetro: Se encuentra conectado al eje central y permite en todo momento saber el ángulo en el que se encuentra el eje del motor.
- 16. 13 RELES El relé 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. Tipos de relés: Existen multitud de tipos distintos de relés, dependiendo del número de contactos, de su intensidad admisible, del tipo de corriente de
- 17. 14 accionamiento, del tiempo de activación y desactivación, entre otros. Cuando controlan grandes potencias se llaman contactores en lugar de relés. - Relés electromecánicos,relés de tipo armadura: Pese a ser los más antiguos, siguen siendo los más utilizados en multitud de aplicaciones. Un electro imán provoca la basculación de una armadura al ser activado, cerrando o abriendo los contactos dependiendo de si es N. A. (normalmente abierto) o N. C. (normalmente cerrado). - Relés de núcleo móvil: A diferencia del anterior modelo estos están formados por un émbolo en lugar de una armadura. Debido a su mayor fuerza de atracción, se utiliza un solenoide para cerrar sus contactos. Es muy utilizado cuando hay que controlar altas corrientes. - Relé tipo reed o de lengüeta: Están constituidos por una ampolla de vidrio, con contactos en su interior, montados sobre delgadas láminas de metal. Estos contactos conmutan por la activación de una bobina, que se encuentra alrededor de la mencionada ampolla. - Relés polarizados o biestables: Se componen de una pequeña armadura, solidaria a un imán permanente. El extremo inferior gira dentro de los polos de un electroimán, mientras que el otro lleva una cabeza de contacto. Al excitar el electro imán, se mueve la armadura y provoca el cierre de los contactos. Si se polariza al revés, el giro será en sentido contrario, abriendo los contactos o cerrando otro circuito. - Relés tripolares: Usados para cualquier tipo de fase (monofásico, bifásico y trifásico). Relé de estado sólido: Se llama relé de estado sólido a un circuito híbrido, normalmente compuesto por un opto acoplador que aísla la entrada, un circuito de disparo, que detecta el paso por cero de la corriente de línea y un triac o dispositivo similar que actúa de interruptor de potencia. Su nombre se debe a la similitud que presenta con un relé electromecánico; este dispositivo es usado generalmente para aplicaciones donde se presenta un uso continuo de los contactos del relé que en comparación con un relé convencional generaría un serio desgaste mecánico, además de poder conmutar altos amperajes que en el caso del relé electromecánico destruirían en poco tiempo los contactos. Estos relés permiten una velocidad de conmutación muy superior a la de los relés electromecánicos. Relé de corriente alterna
- 18. 15 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. Este hecho se aprovecha en algunos timbres y zumbadores, como un activador a distancia. En un relé de corriente alterna se modifica la resonancia de los contactos para que no oscilen. 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. 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. Relés con retardo a la conexión: 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. También se obtiene un efecto similar de retardo utilizando C. C. para alimentar al relé en una de las dos siguientes formas: - Relé con resistor previo y capacitor en paralelo con la bobina: Cuando se alimenta con C. C. al relé, el capacitor, hasta entonces descargado, origina una intensa corriente de carga inicial la cual al atravesar al resistor origina una apreciable caída en la tensión aplicada a la bobina, verificándose así un retraso a la conexión. Cabe aclarar que siempre que se interrumpa la alimentación del relé el capacitor, descargándose sobre la bobina, establecerá también un cierto retraso en la desconexión. - Relé de dos devanados con corriente en oposición: La disposición de uno de estos relés se basa en la existencia de dos devanados conectados en oposición; usualmente designados como principal y auxiliar, y que poseen mayor y menor número de espiras respectivamente. Al aplicarse tensión de C. C. la corriente se establece rápidamente en el devanado auxiliar a la vez que con mucha mayor lentitud en el principal debido a la marcada diferencia en la reactancia inductiva de cada uno (debido al diferente número de espiras que tiene cada uno). De esa manera y debido a que el campo magnético que originan ambos devanados es opuesto, la actuación del relé se producirá cuando la fuerza magneto motriz —en
- 19. 16 gradual aumento— del devanado principal sea superior a la del devanado auxiliar y la presión de los resortes del relé, con lo que se obtiene el buscado retardo en la conexión. - Relés con retardo a la desconexión: También es posible obtener retardo a la desconexión por medios mecánicos —disminución de la presión de los resortes del relé—, aunque en la mayoría de los casos se recurre a alguno de los sistemas que se indican a continuación: - Relé con capacitor en paralelo: Como su nombre lo indica, posee un capacitor que por su condición en paralelo toda vez que se interrumpa la alimentación de C. C. al relé considerado, la desconexión resultará retardada por la descarga de dicho capacitor sobre la bobina, sistema con el que se obtienen tiempos muy exactos y que en función de los valores de R y C en consideración puede superar largamente un segundo. - Relé con devanado adicional en cortocircuito: Estos disponen de dos devanados: uno de ellos llamado principal o de accionamiento y otro adicional que se encuentra cortocircuitado. Ya sea que el devanado principal sea conectado o desconectado de la tensión de alimentación, la variación de flujo consiguiente inducirá en el devanado adicional una corriente que oponiéndose a la causa que la produce retarda a dicha variación, con lo que se produce así un retardo tanto a la conexión como a la desconexión del relé. - Relé con devanado adicional controlado por contacto auxiliar: Estos relés son absolutamente similares a los anteriores, con el único agregado de un contacto auxiliar del propio relé encargado de conectar o desconectar al devanado auxiliar. Así el relé presentará un retardo a la desconexión o a la conexión según se utilice un contacto auxiliar Normal Abierto o Normal Cerrado, respectivamente. Relés con retención de posición En este caso los relés poseen un diseño en el cual tienen remaches de elevada remanencia colocados dentro de orificios practicados en el núcleo y la armadura de los mismos, y en exacta coincidencia. Por estar perfectamente rectificadas las caras polares en contacto al cerrar el circuito magnético del relé quedará en esa posición -por remanencia magnética- aunque la bobina se desconecte, retornando a la posición de reposo inicial solo cuando una corriente de sentido contrario vuelva a abrirlo.
- 20. 17 LA ELECTRICIDAD Y LA ELECTRONICA- LEY DE OHM La ley de Ohm dice que: "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 ley de Ohm es la relación existente entre conductores eléctricos y su resistencia que establece que la corriente que pasa por los conductores es proporcional al voltaje aplicado en ellos. El físico alemán Georg Simón Ohm (1787-1854) fue el primero en demostrar experimentalmente esta relación. ENUNCIADO DE LA LEY DE OHM: Ohm descubrió al principio del siglo XIX que la corriente a través de un metal era directamente proporcional al voltaje o diferencia de potencial eléctrico por el metal. El descubrimiento de Ohm condujo a la idea de la resistencia en los circuitos. La ley de Ohm expresada en forma de ecuación es V=RI, donde V es el potencial eléctrico en voltios, I es la corriente en amperios y R es la resistencia en ohms.
- 21. 18 - El voltaje mueve la corriente mientras la resistencia la impide. - La ley de Ohm se refiere a la relación entre voltaje y corriente. - Circuitos o componentes que obedecen la relación V=IR son conocidos como óhmicos y presentan gráficos corriente-voltaje que son lineales y pasan por el punto cero. - Una regla mnemotécnica para recordar la fórmula de Ohm es recordar que Victoria es la Reina de Inglaterra; V=R.I. LEY DE WATT La ley de Watt se enuncia de la siguiente manera: La potencia consumida es directamente proporcional al voltaje suministrado y a la corriente que circula. Si a un determinado cuerpo le aplicamos una fuente de alimentación (es decir le aplicamos un Voltaje) se va a producir dentro del cuerpo una cierta corriente eléctrica. Dicha corriente será mayor o menor dependiendo de la resistencia del cuerpo. Este consumo de corriente hace que la fuente este entregando una cierta potencia eléctrica; o dicho de otra forma el cuerpo está consumiendo determinada cantidad de potencia. Esta potencia se mide en Watt. Por ejemplo una lámpara eléctrica de 40 Watt consume 40 watt de potencia eléctrica. Para calcular la potencia se debe multiplicar el voltaje aplicado por la corriente que atraviesa al cuerpo. Es decir: POTENCIA = VOLTAJE x CORRIENTE Que expresado en unidades da: WATT = VOLT x AMPER
- 22. 19 Los valores pueden ser cambiados en caso de tener Intensidad y Potencia para calcular el voltaje. CODIGOS DE COLORES l código de colores de resistencia funciona a base de colores. En la actualidad existen una gran variedad de resistencias, son indispensables para los circuitos que utilizamos hoy en día. Este código es de gran utilidad debido a que no siempre tendremos un aparato como un multímetro. Recordemos que la unidad de medida de estos componentes es el Ohm. El código de colores de resistencia nos indica cuantos Ohms tiene esa resistencia. Además nos indica otros parámetros. Pero cuando son muy pequeñas es más difícil, de manera que es mejor utilizar un código de colores en las resistencias para que allá una mejor facilidad de manejar el componente. RESISTENCIAS DE 4 Y 5 BANDAS Estas resistencias cada color representa un valor, Las primeras dos bandas establecen el valor del resistor como en el caso del primer color es (verde). Podemos observar, que en la tabla el color equivale a 5 entonces es la primer cifra. Luego la segunda banda es de color (blanco) observamos de nuevo en la tabla su valor es 9 esta seria la segunda cifra. La tercera es el multiplicador en esta es la que nos indicara los ceros al final, la tercera es de color café esta vale un 0 y posteriormente encontraremos su valor que es 590 Ohm. TABLA DEL CÓDIGO DE COLORES DE LAS RESISTENCIAS
- 23. 20 La cuarta banda de color dorado que es la tolerancia, es donde la resistencia tiene un porcentaje. En el cual el valor de la resistencia se puede encontrar entre un valor máximo y un mínimo. Como la resistencia es de 590 Ohm pero tiene una tolerancia de 5%. Entonces su valor máximo sería 619.5 Ohm y el valor mínimo 560.5 Ohm. La resistencia tendría cualquier valor que estaría entre el rango del valor máximo y mínimo (619.5 – 560.5). ¿CUÁL ES LA CAUSA DE QUE EXISTAN ESTAS TOLERANCIAS? Porque hay valores de resistencias en los circuitos, que no son muy comunes, entonces es muy difícil encontrarlas en el mercado. Con la tolerancia te pueden ser útil para llegar aproximado al valor deseado a la hora de realizar un proyecto. Los valores comerciales más comunes son de 100, 220, 330, 1K, 4.7k y 10k.
- 25. 22 SENSORES Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas. Las variables de instrumentación pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, movimiento, pH, etc. Una magnitud eléctrica puede ser una resistencia eléctrica (como en una RTD), una capacidad eléctrica (como en un sensor de humedad o un sensor capacitivo), una tensión eléctrica (como en un termopar), una corriente eléctrica (como en un fototransistor), etc. Los sensores se pueden clasificar en función de los datos de salida en: - Digitales - Analógicos Y dentro de los sensores digitales, estos nos pueden dar una señal digital simple con dos estados como una salida de contacto libre de tensión o una salida en bus digital. A la hora de elegir un sensor para Arduino debemos tener en cuenta los valores que puede leer las entradas analógicas o digitales de la placa para poder conectarlo o sino adaptar la señal del sensor a los valores que acepta Arduino. Una vez comprobado que el sensor es compatible con las entradas de Arduino, hay que verificar cómo leer el sensor mediante la programación, comprobar si existe una librería o es posible leerlo con los métodos disponibles de lectura de entrada analógica o digital. Por último verificar cómo alimentar el sensor y comprobar si podemos hacerlo desde el propio Arduino o necesitamos una fuente exterior. Además, en función del número de sensores que queramos conectar es posible que Arduino no pueda alimentar todos. Características de los sensores - Rango de medida: dominio en la magnitud medida en el que puede aplicarse el sensor. - Precisión: es el error de medida máximo esperado.
- 26. 23 - Offset o desviación de cero: valor de la variable de salida cuando la variable de entrada es nula. Si el rango de medida no llega a valores nulos de la variable de entrada, habitualmente se establece otro punto de referencia para definir el offset. - Linealidad o correlación lineal: - Sensibilidad de un sensor: suponiendo que es de entrada a salida y la variación de la magnitud de entrada. - Resolución: mínima variación de la magnitud de entrada que puede detectarse a la salida. - Rapidez de respuesta: puede ser un tiempo fijo o depender de cuánto varíe la magnitud a medir. Depende de la capacidad del sistema para seguir las variaciones de la magnitud de entrada. - Derivas: son otras magnitudes, aparte de la medida como magnitud de entrada, que influyen en la variable de salida. Por ejemplo, pueden ser condiciones ambientales, como la humedad, la temperatura u otras como el envejecimiento (oxidación, desgaste, etc.) del sensor. - Repetitividad: error esperado al repetir varias veces la misma medida. MANEJO DE LA PROTOBOARD ¿Qué es una protoboard? La protoboard / breadboard es un dispositivo muy utilizado para probar circuitos electrónicos. Tiene la ventaja de que permite armar con facilidad un circuito, sin la necesidad de realizar soldaduras. Si el circuito bajo prueba no funciona de manera satisfactoria, se puede modificar sin afectar los elementos que lo conforman. La protoboard tiene una gran cantidad de orificios en donde se pueden insertar con facilidad los terminales de los elementos que conforman el circuito. Se puede conectar casi cualquier tipo de componente electrónico, incluyendo diferentes tamaños de circuitos integrados. Los únicos elementos que no se pueden conectar a la protoboard son elementos que tienen terminales muy gruesos. Estos elementos se conectan normalmente sin problemas en forma externa con ayuda de cables o ―lagartos / cocodrilos‖.
- 27. 24 El primer diagrama muestra una protoboard típica. Algunos de estos orificios están unidos de manera estandarizada que permiten una fácil conexión de los elementos del circuito que se desea armar. En el segundo diagrama se pueden ver que hay unas ―pistas‖ conectoras (las ―pistas‖ están ubicadas debajo de la placa blanca). Estas ―pistas‖ son horizontales en la parte superior e inferior de la protoboard y son verticales en la parte central de la misma. Nota: Las ―pistas‖ mencionadas en el tutorial son unas tiras metálicas flexibles fabricadas de berilio-cobre Las ―pistas‖ horizontales superior e inferior normalmente se utilizan para conectar la fuente de alimentación y tierra, y son llamados ―Buses‖. Los circuitos integrados se colocan en la parte central de la protoboard con una hilera de patas en la parte superior del canal central y la otra hilera en la parte inferior del mismo. Puede observarse sin problema que las patitas del circuito integrado se conectan a una pista vertical diferente. Para realizar conexiones, entre las patitas de los componentes, se utilizan pequeños cables conectores de diferentes colores. Si se observa la protoboard con detenimiento se puede ver que los orificios están etiquetados con números en forma horizontal (1,2,3,…) y con letras (A,B,C,D…,J) en forma vertical. Esto es así para evitar errores en la interconexión de los diferentes elementos del circuito. Recomendaciones para el mejor uso de una protoboard:
- 28. 25 Trabajar en orden. Utilizar las ―pistas‖ horizontales superiores e inferiores para conectar la fuente de poder para el circuito en prueba. Usar cable rojo para el positivo de la fuente y el negro para el negativo de la misma. La alimentación del circuito se hace desde las pistas horizontales, no directamente desde la fuente. Ordenar los elementos del circuito de manera que su revisión posterior por el diseñador u otra persona sea lo más fácil posible. Es recomendable evitar, en lo posible, que los cables de conexión que se utilicen entre dos partes del circuito sea muy larga y sobresalga del mismo. En el siguiente diagrama se muestra un circuito armado sobre una protoboard. TESTER O MULTIMETRO Un multímetro, también denominado polímetro o tester, es un instrumento eléctrico portátil para medir directamente magnitudes eléctricas activas, como corrientes y potenciales (tensiones), o pasivas, como resistencias, capacidades y otras. Las medidas pueden realizarse para corriente continua o alterna y en varios márgenes de medida cada una. Los hay analógicos y posteriormente se han introducido los digitales cuya función es la misma, con alguna variante añadida. HISTORIA El multímetro tiene un antecedente, denominado AVO, que ayudó a elaborar los multímetros actuales tanto digitales como analógicos. Su invención vino de la mano de
- 29. 26 Donald Macadie, un ingeniero de la British Post Office, a quien se le ocurrió la idea de unificar tres aparatos en uno, el amperímetro, el voltímetro y el óhmetro (de ahí viene su nombre, Multímetro AVO), que facilitó el trabajo a todas las personas que estudiaban cualquier ámbito de la electrónica. Tras su creación únicamente quedaba vender el proyecto a una empresa, cuyo nombre era Automatic Coil Winder and Electrical Equipment Company (ACWEECO, fue fundada probablemente en 1923), saliendo a la venta el mismo año. Este multímetro se creó inicialmente para analizar circuitos en corriente continua y posteriormente se introdujeron las medidas de corriente alterna. A pesar de ello muchas de sus características se han visto inalteradas hasta su último modelo, denominado Modelo 8 y presentado en 1951. Los modelos M7 y M8 incluían además medidas de capacidad y potencia. La empresa ACWEECO cambió su nombre por el de AVO Limited, que continuó fabricando instrumentos con la marca AVO. La compañía pasó por diferentes entidades y actualmente se llama Megger Group Limited. En las dos fotografías que acompañan al texto se pueden apreciar los modelos de AVO 7 y 8.
- 30. 27 TARJETA ARDUINO Hoy vamos a explicar qué es exactamente el proyecto Arduino, así como las principales características que lo definen. Se trata de uno de los tipos de las placas más populares del mundo maker, pero que a diferencia de la Raspberry Pi no cuenta con un único modelo, sino que ofrece unas bases de hardware abierto para que otros fabricantes pueden crear sus propias placas. Para ello, vamos a empezar explicando qué es Arduino, hablando de su concepto, lo que hace diferente al proyecto, y lo que se quiere conseguir con él. Después pasaremos a entrar en cómo funcionan estas placas, para terminar enseñando unos cuantos ejemplos de los proyectos que pueden realizarse con ellas.puedan crear sus propias placas. ¿Qué es Arduino? Arduino es una plataforma de creación de electrónica de código abierto, la cual está basada en hardware y software libre, flexible y fácil de utilizar para los creadores y desarrolladores. Esta plataforma permite crear diferentes tipos de microordenadores de una sola placa a los que la comunidad de creadores puede darles diferentes tipos de uso. Para poder entender este concepto, primero vas a tener que entender los conceptos de hardware libre y el software libre. El hardware libre son los dispositivos cuyas especificaciones y diagramas son de acceso público, de manera que cualquiera puede replicarlos. Esto quiere decir que Arduino ofrece las bases para que cualquier otra persona o empresa pueda crear sus propias placas, pudiendo ser diferentes entre ellas pero igualmente funcionales al partir de la misma base. El software libre son los programas informáticos cuyo código es accesible por cualquiera para que quien quiera pueda utilizarlo y modificarlo. Arduino ofrece la plataforma Arduino IDE (Entorno de Desarrollo Integrado), que es un entorno de programación con el que cualquiera puede crear aplicaciones para las placas Arduino, de manera que se les puede dar todo tipo de utilidades. El proyecto nació en 2003, cuando varios estudiantes del Instituto de Diseño Interactivo de Ivrea, Italia, con el fin de facilitar el acceso y uso de la electrónico y programación. Lo hicieron para que los estudiantes de electrónica tuviesen una alternativa más económica a las populares BASIC Stamp, unas placas que por aquel entonces valían más de cien dólares, y que no todos se podían permitir. El resultado fue Arduino, una placa con todos los elementos necesarios para conectar periféricos a las entradas y salidas de un microcontrolador, y que puede ser programada tanto en Windows como macOS y GNU/Linux. Un proyecto que promueve
- 31. 28 la filosofía 'learning by doing', que viene a querer decir que la mejor manera de aprender es cacharreando. CÓMO FUNCIONA ARDUINO El Arduino es una placa basada en un microcontrolador ATMEL. Los microcontroladores son circuitos integrados en los que se pueden grabar instrucciones, las cuales las escribes con el lenguaje de programación que puedes utilizar en el entorno Arduino IDE. Estas instrucciones permiten crear programas que interactúan con los circuitos de la placa. El microcontrolador de Arduino posee lo que se llama una interfaz de entrada, que es una conexión en la que podemos conectar en la placa diferentes tipos de periféricos. La información de estos periféricos que conectes se trasladará al microcontrolador, el cual se encargará de procesar los datos que le lleguen a través de ellos. El tipo de periféricos que puedas utilizar para enviar datos al microcontrolador depende en gran medida de qué uso le estés pensando dar. Pueden ser cámaras para obtener imágenes, teclados para introducir datos, o diferentes tipos de sensores.
- 32. 29 CONCLUSIONES en este trabajo identificamos los diferentes elementos de la electricidad y la electrónica que es necesaria para nuestra vida y gracias a este pudimos identificarlos y aprender a cerca de su uso y aplicaciones en nuestra sociedad. Aprendimos sobre la ley de OHM y la ley de WATT que nos ayudó a comprender la función de la corriente eléctrica, como calcularla y porque es importante que la conozcamos.
- 34. 31 EVIDENCIAS DEL TRABAJO EN GRUPO
- 35. 32