sábado, 24 de noviembre de 2012
1.1 Desarrollo histórico de la mecatronica.
La mecatrónica está centrada en mecanismos, componentes electrónicos y módulos de computación los cuales combinados hacen posible la Generación de sistemas más flexibles, versátiles, económicos, fiables y simples.La palabra "mecatrónica" fue acuñada por el ingeniero Tetsuro Moria mientras trabajaba en la compañía japonesa Yaskawa en 1969.
Asi pués la mecatrónica se expandió alrededor del mundo y ha ido creciendo de forma constante y continua ; en los años 70 , la mecatronica , en los años 70 , la mecatrónica hizo del servomotor su bastón para caminar en la innovación de mecanismos y maquinas tales como puertas automáticas , Aires acondicionados y Maquinas Fotográficas.
En la década de los 80, la mecatrónica incorporó microcontroladores a maquinas para optimizar su rendimiento y bajar los costos de producción . Esta aplicación se extrapolo a Robots industriales, Automóviles,Candados de seguridad , discos duros etc.
En la década de los 90, dada la revolución de la información que se dio, los productos mecatrónicos ahora pueden estar conectados a través de enormes conexiones, que no solo se limitan al planeta tierra , si no que establecen comunicación y retroalimentación a lo largo del sistema solar, y esto expande aun mas el campo de la ingeniería mecatrónica.
Mecatronica Mundialmente:
Japón a tenido un importante Papel en el establecimiento y desarrollo del campo de la Mecatrónica, y fue de hecho en Japón donde Se concibió la palabra Mecatrónica por Yaskawa Electric Company Ltd , en la década de los 60, para referirse al control electrónico de los motores eléctricos de la compañía.
Asi pues actualmente , Japón es el país líder en aplicaciones Mecatrónicas, tanto en producción como en investigación.
La “MECATRONICA” nace a causa de la revolución industrial, que tuvo como consecuencia la creación de maquinas para el aumento en la calidad y cantidad de productos de uso ,o, consumo masivo, luego a mediados de los años cuarenta del siglo pasado la llamada así segunda revolución industrial que tuvo como característica relevante la creación del transistor semiconductor y la miniaturizacion de los componentes electrónicos acoplados en circuitos integrados, dio origen al computador digital, este invento cambio totalmente el pensamiento de la sociedad y de la industria. En medio de estas dos épocas los países que emplearon, pero en especial que produjeron estas nuevas tecnologías se pusieron a la cabeza o a la vanguardia de la sociedad.
Pero el termino como tal fue acuñado en Japón a principios de los ochenta´s y comenzó a ser usado en Europa y USA un poco después hoy en día la mecatronica es un termino que une distintas tecnologías “ mecánica, electrónica, programación de computadores ,etc”
Asi pués la mecatrónica se expandió alrededor del mundo y ha ido creciendo de forma constante y continua ; en los años 70 , la mecatronica , en los años 70 , la mecatrónica hizo del servomotor su bastón para caminar en la innovación de mecanismos y maquinas tales como puertas automáticas , Aires acondicionados y Maquinas Fotográficas.
En la década de los 80, la mecatrónica incorporó microcontroladores a maquinas para optimizar su rendimiento y bajar los costos de producción . Esta aplicación se extrapolo a Robots industriales, Automóviles,Candados de seguridad , discos duros etc.
En la década de los 90, dada la revolución de la información que se dio, los productos mecatrónicos ahora pueden estar conectados a través de enormes conexiones, que no solo se limitan al planeta tierra , si no que establecen comunicación y retroalimentación a lo largo del sistema solar, y esto expande aun mas el campo de la ingeniería mecatrónica.
Mecatronica Mundialmente:
Japón a tenido un importante Papel en el establecimiento y desarrollo del campo de la Mecatrónica, y fue de hecho en Japón donde Se concibió la palabra Mecatrónica por Yaskawa Electric Company Ltd , en la década de los 60, para referirse al control electrónico de los motores eléctricos de la compañía.
Asi pues actualmente , Japón es el país líder en aplicaciones Mecatrónicas, tanto en producción como en investigación.
La “MECATRONICA” nace a causa de la revolución industrial, que tuvo como consecuencia la creación de maquinas para el aumento en la calidad y cantidad de productos de uso ,o, consumo masivo, luego a mediados de los años cuarenta del siglo pasado la llamada así segunda revolución industrial que tuvo como característica relevante la creación del transistor semiconductor y la miniaturizacion de los componentes electrónicos acoplados en circuitos integrados, dio origen al computador digital, este invento cambio totalmente el pensamiento de la sociedad y de la industria. En medio de estas dos épocas los países que emplearon, pero en especial que produjeron estas nuevas tecnologías se pusieron a la cabeza o a la vanguardia de la sociedad.
Pero el termino como tal fue acuñado en Japón a principios de los ochenta´s y comenzó a ser usado en Europa y USA un poco después hoy en día la mecatronica es un termino que une distintas tecnologías “ mecánica, electrónica, programación de computadores ,etc”
1.2 Panorama general de la carrera de ingeniero en mecatronica.
El Ingeniero Mecatrónico imagina y crea el mundo del futuro por medio de una visión capaz de concebir productos y sistemas en los que se fusionen la electrónica, la mecánica y la informática. Él es el principal promotor de la modernización tecnológica de la industria y de la sociedad en conjunto. Así, el Ingeniero Mecatrónico se mantiene en la constante búsqueda de soluciones que mejoren la actividad industrial y la vida de las persona.
El diseño y desarrollo de productos y procesos inteligentes representan la actividad del Ingeniero Mecatrónico; de esta forma, está concentrado en adaptar las tecnologías a las necesidades actuales de las personas, analizando y evaluando el impacto económico, social y ambiental en el desarrollo de estos proyectos.
El Ingeniero Mecatrónico posee las habilidades para comprender problemas y presentar alternativas de solución a éstos, a través del empleo de los recursos tecnológicos, lo que le lleva a centrar su creatividad en la innovación, mejora y adaptación de la
El acelerado desarrollo tecnológico en el Mundo ha provocado que, desde los aparatos de uso cotidiano hasta los más modernos robots, estén compuestos por dispositivos que utilizan mecanismos precisos, controlados por sistemas electrónicos y computarizados.
Esto le permite al Ingeniero Mecatrónico desarrollarse en industrias como la automotriz, la aeronáutica, la biotecnología, las telecomunicaciones, la robótica, la electrónica, y los sistemas informáticos, entre otras.
Así, el campo de acción del Ingeniero Mecatrónico comprende tanto los aspectos relacionados con la mecánica de precisión como los sistemas de control electrónico y la tecnología informática. Los conocimientos del Ingeniero Mecatrónico lo hacen capaz de diseñar un sinnúmero de sistemas y equipos, desde componentes para computadoras y periféricos, sistemas de navegación para automóviles, automatización de líneas de producción, proyectos para edificios inteligentes, dispositivos de apoyo para personas con capacidades diferentes, equipos de rehabilitación, componentes de ingeniería aeronáutica y cualquier sistema que permita mejorar la calidad de vida del ser humano.
La mecatrónica representa un nuevo nivel de integración multidisciplinario para la tecnología de la manufactura, los procesos y los productos. Esta disciplina está incrementando la rapidez con que se transforman las ideas en productos más avanzados y funcionales. Actualmente se reconoce que el futuro en la innovación tecnológica vendrá con la optimización de la unión entre los sistemas electrónicos y los sistemas mecánicos. Esta unión es ya un hecho en algunas aplicaciones de manufactura avanzada, sistemas de producción y en el diseño de productos.
El campo laboral de los ingenieros mecatrónicos está compuesto no sólo por aquellas industrias en donde se utiliza el control, la automatización, la robótica y el diseño de máquinas, sino también por aquellas donde se realiza el diseño de productos. Se requieren expertos en mecatrónica cuyos conocimientos les permitan dominar el proceso completo de diseño de productos y procesos, respondiendo así a las necesidades de la nación y la industria. tecnología.
El diseño y desarrollo de productos y procesos inteligentes representan la actividad del Ingeniero Mecatrónico; de esta forma, está concentrado en adaptar las tecnologías a las necesidades actuales de las personas, analizando y evaluando el impacto económico, social y ambiental en el desarrollo de estos proyectos.
El Ingeniero Mecatrónico posee las habilidades para comprender problemas y presentar alternativas de solución a éstos, a través del empleo de los recursos tecnológicos, lo que le lleva a centrar su creatividad en la innovación, mejora y adaptación de la
El acelerado desarrollo tecnológico en el Mundo ha provocado que, desde los aparatos de uso cotidiano hasta los más modernos robots, estén compuestos por dispositivos que utilizan mecanismos precisos, controlados por sistemas electrónicos y computarizados.
Esto le permite al Ingeniero Mecatrónico desarrollarse en industrias como la automotriz, la aeronáutica, la biotecnología, las telecomunicaciones, la robótica, la electrónica, y los sistemas informáticos, entre otras.
Así, el campo de acción del Ingeniero Mecatrónico comprende tanto los aspectos relacionados con la mecánica de precisión como los sistemas de control electrónico y la tecnología informática. Los conocimientos del Ingeniero Mecatrónico lo hacen capaz de diseñar un sinnúmero de sistemas y equipos, desde componentes para computadoras y periféricos, sistemas de navegación para automóviles, automatización de líneas de producción, proyectos para edificios inteligentes, dispositivos de apoyo para personas con capacidades diferentes, equipos de rehabilitación, componentes de ingeniería aeronáutica y cualquier sistema que permita mejorar la calidad de vida del ser humano.
La mecatrónica representa un nuevo nivel de integración multidisciplinario para la tecnología de la manufactura, los procesos y los productos. Esta disciplina está incrementando la rapidez con que se transforman las ideas en productos más avanzados y funcionales. Actualmente se reconoce que el futuro en la innovación tecnológica vendrá con la optimización de la unión entre los sistemas electrónicos y los sistemas mecánicos. Esta unión es ya un hecho en algunas aplicaciones de manufactura avanzada, sistemas de producción y en el diseño de productos.
El campo laboral de los ingenieros mecatrónicos está compuesto no sólo por aquellas industrias en donde se utiliza el control, la automatización, la robótica y el diseño de máquinas, sino también por aquellas donde se realiza el diseño de productos. Se requieren expertos en mecatrónica cuyos conocimientos les permitan dominar el proceso completo de diseño de productos y procesos, respondiendo así a las necesidades de la nación y la industria. tecnología.
1.3 Perfil y campo de desarrollo del ingeniero en mecatronica.
El Ingeniero en Mecatrónica tendrá la capacidad de:
- Proponer soluciones, integrando tecnologías emergenes de la mecatrónica.
- Controlar, automatizar, operar, supervisar, evaluar y mantener procesos mecatrónicos.
- Interactuar, integrar y comunicarse con equipos multidisciplinarios.
- Identificar áreas de oportunidad para analizar y comprender problemas de Ingeniería, proponiendo soluciones integrales con tecnologías emergentes, con un sentido de desarrollo sustentable.
- Administrar y asegurar la calidad, eficiencia, productividad y rentabilidad de los sistemas y procesos mecatrónicos.
- Participar en el desarrollo, transferencia, adaptación y asimilación de tecnologías en Ingeniería Mecatrónica.El enfoque de la Ingeniería Mecatrónica está encaminado hacia el área industrial, la investigación tecnológica y el desarrollo tecnológico.Con el perfil profesional planteado se pretende que el egresado tenga las capacidades, es decir, conocimientos, habilidades y actitudes, que le ayuden a competir en el mercado globalizado acorde a las nuevas herramientas que están siendo utilizadas en los procesos de producción y que a su vez, sirven para optimizar sistemas y procesos mecatrónicos que ocupan un importante espacio en ámbitos muy distintos como la manufactura avanzada, robótica, automatización, diseño, medicina, domótica, biotecnología, nanotecnología entre otros y que forman parte de las nuevas herramientas tecnológicas utilizadas en la producción actual.
El Ingeniero Mecatrónico imagina y crea el mundo del futuro por medio de una visión capaz de concebir productos y sistemas en los que se fusionen la electrónica, la mecánica y la informática. Él es el principal promotor de la modernización tecnológica de la industria y de la sociedad en conjunto. Así, el Ingeniero Mecatrónico se mantiene en la constante búsqueda de soluciones que mejoren la actividad industrial y la vida de las persona.
El diseño y desarrollo de productos y procesos inteligentes representan la actividad del Ingeniero Mecatrónico; de esta forma, está concentrado en adaptar las tecnologías a las necesidades actuales de las personas, analizando y evaluando el impacto económico, social y ambiental en el desarrollo de estos proyectos.
El Ingeniero Mecatrónico posee las habilidades para comprender problemas y presentar alternativas de solución a éstos, a través del empleo de los recursos tecnológicos, lo que le lleva a centrar su creatividad en la innovación, mejora y adaptación de la tecnología.
1.4 Conceptos de ciencia e ingeniería.
Ciencia:
Muchos autores sostienen que la ciencia es un conjunto de conocimientos racionales, ciertos y probables, obtenidos metódicamente, sistematizados y verificables, que hacen referencia a objetos de una misma naturaleza.
Muchos autores sostienen que la ciencia es un conjunto de conocimientos racionales, ciertos y probables, obtenidos metódicamente, sistematizados y verificables, que hacen referencia a objetos de una misma naturaleza.
Sin embargo, otros opinan que es
un creciente cuerpo de ideas establecidas provisionalmente que puede
caracterizarse como conocimiento racional, sistemático, exacto, verificable, y
por consiguiente, falible.
Independientemente del concepto
que se maneje, algo es claro: la ciencia avanza solamente a través de la
investigación científica, pues ella ha permitido al ser humano hacer una
reconstrucción conceptual de la realidad, que es cada vez más amplia, profunda
y exacta.
El ser humano domina y moldea la
naturaleza, sometiéndola a sus propias necesidades; reconstruye la sociedad y
es, a su vez, reconstruido por ella; trata luego de remoldear este ambiente
artificial para adaptarlo a sus propias necesidades materiales y espirituales,
así como a sus ideales: crea así el mundo de los artefactos y el mundo de la
cultura.
La ciencia es una actividad
eminentemente social: en cuanto se aplica al mejoramiento de nuestro medio
natural y artificial, a la invención y manufactura de bienes materiales y
culturales, la ciencia se convierte en tecnología.
Entre las principales
características de la ciencia se tienen las siguientes:
• Es
fáctica: parte de
los hechos, los respeta, hasta cierto punto y siempre vuelve a ellos.
• Trasciende
a los hechos:
descarta hechos, produce nuevos hechos y los explica.
• Es
analítica: aborda
problemas circunscriptos, uno a uno, y trata de descomponerlos, de entender sus
componentes; intenta descubrir los elementos que componen cada totalidad, y las
interconexiones que explican su integración.
• Es
especializada:
trata problemas específicos, ya sea de las ciencias naturales, sociales o
formales. Estos géneros difieren en cuanto al asunto, a las técnicas y al grado
de desarrollo, no así en lo que respecta al objetivo, método y alcance.
• Es
clara y precisa:
sus problemas son distintos, sus resultados son claros.
• Es
comunicable:
expresa información a quien haya sido adiestrado para entenderla.
• Es
verificable: debe
superar el examen de la experiencia. Para realizar esto se pueden utilizar
diferentes técnicas: la experimentación, observación, etc. Esto depende del
tipo de objeto, de las hipótesis en cuestión y de los medios disponibles.
• Es
metódica: no es
errática, sino planeada. Los investigadores no prueban en la oscuridad: saben
lo que buscan y cómo encontrarlo.
• Es
sistemática: una
ciencia no es un agregado de información inconexa, sino un sistema de ideas
conectadas lógicamente entre sí.
• Es
general: ubica los
hechos singulares en pautas generales, los enunciados particulares en esquemas
amplios.
• Es
legal: busca leyes
de la naturaleza y de la cultura y las aplica. En la medida en que la ciencia
es legal, es esencialista: intenta llegar a la raíz de las cosas.
• Es
explicativa:
intenta explicar los hechos en términos de leyes, y las leyes en términos de principios.
Procura responder al porqué ocurren los hechos, cómo ocurren y por qué no
ocurren de otra manera.
• Es
predictiva:
trasciende la masa de los hechos de la experiencia, imaginando cómo puede haber
sido el pasado y cómo podrá ser el futuro.
• Es
abierta: las
nociones acerca de nuestro medio natural o social, o acerca del yo, no son
finales, están todas en movimiento, todas son falibles. Siempre es concebible
que pueda surgir una nueva situación en que nuestras ideas, por firmemente
establecidas que parezcan, resulten inadecuadas en algún sentido.
• Es
útil: porque busca
a la verdad. La ciencia es eficaz en la provisión de herramientas para el bien
y el mal. La sociedad moderna paga la investigación porque ha aprendido que
rinde. Es cosa de los técnicos emplear el conocimiento científico con fines
prácticos, y los científicos pueden, a lo sumo, aconsejar acerca del cómo puede
hacerse uso racional, eficaz y bueno de la ciencia.
Ingeniería:
| La ingeniería es una profesión basada en el uso de los conocimientos científicos para transformar ideas en acción. De cada orientación depende la especialidad que con más intensidad se enseñe. Pero dado que la ingeniería trabaja con el mundo real, las áreas de la física y la química son comunes a todas las carreras, conjuntamente con la matemática que sirve para modelar los fenómenos que se estudian. A diferencia de las ciencias puras cuyo objetivo es el conocimiento por el conocimiento en sí mismo, la ingeniería se basa en la aplicación del conocimiento científico en la solución de problemas reales. En muchos aspectos se puede asociar la ingeniería a un arte. Porque requiere de capacidad creativa y de imaginación para concebir cosas que aún no existen. Luego aplica los conocimientos científicos de manera sistemática para transformar esa idea en una realidad. Emplea la ciencia como un medio, pero está íntimamente ligada con la experimentación, y la gestión. Su objetivo final es lograr resultados con el mejor uso de los recursos.
La ingeniería es el estudio y la aplicación de las distintas ramas de la tecnología. El profesional en este ámbito recibe el nombre de ingeniero.
|
2.1 Sensores y transductores.
El término sensor se refiere a un elemento que produce una señal relacionada con la cantidad que se está midiendo.
Los transductores se definen como el elemento que al someterlo a un cambio físico experimenta un cambio relacionado.
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), una tensión eléctrica (como en un termopar), una corriente eléctrica (como en un fototransistor), etc.
Un sensor/transductor es análogo si ofrece una salida que sea análoga y de esta manera cambia de forma continua y por lo general tiene una salida cuyo tamaño es proporcional al tamaño de la variable que se esta midiendo.
El termino digital se emplea cuando los sistemas ofrecen salidas que son digitales por naturaleza.
Los siguientes términos se usan para definir el funcionamiento de los transductores, y con frecuencia, el de los sistemas de medición como un todo.
1. Intervalo y extensión.
2.Error.
3.Exactitud.
4.Sensibilidad.
5.Error por histeresis.
6.Error por linealidad.
7.Repetibilidad/reproducibilidad.
8.Estabilidad.
9.Banda/tiempo muerto.
10.Resolución.
11.Impedancia de salida.
Los transductores se definen como el elemento que al someterlo a un cambio físico experimenta un cambio relacionado.
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), una tensión eléctrica (como en un termopar), una corriente eléctrica (como en un fototransistor), etc.
Un sensor se diferencia de un transductor en que el sensor está siempre en contacto con la variable de instrumentación con lo que puede decirse también que es un dispositivo que aprovecha una de sus propiedades con el fin de adaptar la señal que mide para que la pueda interpretar otro dispositivo. Como por ejemplo el termómetro de mercurio que aprovecha la propiedad que posee el mercurio de dilatarse o contraerse por la acción de la temperatura. Un sensor también puede decirse que es un dispositivo que convierte una forma de energía en otra.
Áreas de aplicación de los sensores: Industria automotriz, robótica, industria aeroespacial, medicina, industria de manufactura, etc.
Los sensores pueden estar conectados a un computador para obtener ventajas como son el acceso a una base de datos, la toma de valores desde el sensor, etc
Un sensor/transductor es análogo si ofrece una salida que sea análoga y de esta manera cambia de forma continua y por lo general tiene una salida cuyo tamaño es proporcional al tamaño de la variable que se esta midiendo.
El termino digital se emplea cuando los sistemas ofrecen salidas que son digitales por naturaleza.
Los siguientes términos se usan para definir el funcionamiento de los transductores, y con frecuencia, el de los sistemas de medición como un todo.
1. Intervalo y extensión.
2.Error.
3.Exactitud.
4.Sensibilidad.
5.Error por histeresis.
6.Error por linealidad.
7.Repetibilidad/reproducibilidad.
8.Estabilidad.
9.Banda/tiempo muerto.
10.Resolución.
11.Impedancia de salida.
2.2 Acondicionamiento de señales.
La señal de salida del sensor de un sistema de medición en general de sebe procesar de una forma adecuada para la siguiente etapa de la operación. La señal puede ser demasiado pequeña y sería necesario amplificarla, podría contener interferencias que eliminar.
A todas esas modificaciones se les designa en general como acondicionamiento de señales.
En todo proceso de automatización es necesario captar las magnitudes de planta, para poder así saber el estado del proceso que estamos controlando. Para ello empleamos los sensores y transductores.
A todas esas modificaciones se les designa en general como acondicionamiento de señales.
En todo proceso de automatización es necesario captar las magnitudes de planta, para poder así saber el estado del proceso que estamos controlando. Para ello empleamos los sensores y transductores.
En general, la estructura de un transductor completo se compone de lo siguiente:
- Elemento sensor o captador elemental.
Convierte las variaciones de una magnitud física en variaciones de una magnitud eléctrica (señal).
- Acondicionamiento de la señal.
Si existe, realiza la función de modificar la señal entregada por el sensor para obtener una señal adecuada (amplificación, linealización, etc.).
Transductores, sensores y accionamientos.
Un transductor es, en general, un dispositivo que convierte una señal de una forma física en una señal correspondiente pero de otra forma física distinta. Es decir, convierte un tipo de energía en otro.
Al medir una fuerza, por ejemplo, se supone que el desplazamiento del transductor es despreciable, o sea, que no se "carga" al sistema, ya que de lo contrario podría suceder que este último, fuera incapaz de aportar la energía necesaria para el desplazamiento. En la transducción siempre se extrae una cierta energía del sistema donde se mide, por lo que es importante garantizar que esto no lo perturba.
Los microprocesadores requieren entradas de tipo digital; por ello, cuando un sensor produce una salida analógica, es necesario una conversión de señal analógica a digital.
Amplificador inversor
La entrada se lleva a la entrada inversora a través de R1 en tanto que la entrada no inversora se conecta a tierra. Se establece una trayectoria de retroalimentación que inicia en la salida, pasa por la R2 y llega a la entrada inversora.
Amplificador inversor
La entrada se lleva a la entrada inversora a través de R1 en tanto que la entrada no inversora se conecta a tierra. Se establece una trayectoria de retroalimentación que inicia en la salida, pasa por la R2 y llega a la entrada inversora.
Amplificador no inversor
La salida se puede considerar como tomada de un circuito divisor de voltaje formado por una resistencia R1 conectado en serie con R2.
La salida se puede considerar como tomada de un circuito divisor de voltaje formado por una resistencia R1 conectado en serie con R2.
Amplificador sumador
Al igual que el amplificador inversor X es una tiera virtual. Por lo tanto la suma de corrientes que entran a X debe ser igual a la suma de corrientes que salen.
Al igual que el amplificador inversor X es una tiera virtual. Por lo tanto la suma de corrientes que entran a X debe ser igual a la suma de corrientes que salen.
Amplificador integral
La corriente es la rapidez con la que se mueve una carga q, y dado para que el capacitor la carga es q=Cv, donde v es el voltaje, entonces la corriente del capacitor es i= dq7dt = C dv/dt.
La corriente es la rapidez con la que se mueve una carga q, y dado para que el capacitor la carga es q=Cv, donde v es el voltaje, entonces la corriente del capacitor es i= dq7dt = C dv/dt.
Amplificador diferencial
El amplificador diferencial aplifica la diferencia entre dos voltajes de entrada. Dado que por la elevada resistencia del amplificador operacional no circula corriente entre las dos terminales de entrada, no hay caída de voltaje, y por lo tanto, las dos entradas X están al mismo potencial.
El amplificador diferencial aplifica la diferencia entre dos voltajes de entrada. Dado que por la elevada resistencia del amplificador operacional no circula corriente entre las dos terminales de entrada, no hay caída de voltaje, y por lo tanto, las dos entradas X están al mismo potencial.
Los acondicionadores de señal, adaptadores o amplificadores, en sentido amplio, son los elementos del sistema de medida que ofrecen, a partir de la señal de salida de un sensor electrónico, una señal apta para ser presentada o registrada o que simplemente permita un procesamiento posterior mediante un equipo o instrumento estándar. Normalmente, son circuitos electrónicos que ofrecen, entre otras funciones, las siguientes:
Amplificación
Filtrado.
Adaptación de impedancias.
Modulación
Demodulacion.
2.3 Sistemas de actuación (mecánicos, eléctricos, hidráulicos y neumáticos).
Los sistemas de actuación son los elemento de los sistemas de control que transforman la salida de un microprocesador a un controlador en una acción de control para una maquina o dispositivo.
Sistema de actuación mecánica:
Los actuadores mecánicos son dispositivos que transforman el movimiento rotativo a la entrada, en un movimiento lineal en la salida. Son aplicables para los campos donde se requieran movimientos lineales tales como elevación, traslación y posicionamiento lineal.
Algunas de las ventajas que nos ofrecen los actuadores mecánicos son: Alta fiabilidad, simplicidad de utilización, mínima manutención, seguridad y precisión de posicionamiento; irreversivilidad según el modelo de aplicación, sincronismo de movimiento.
Dentro del campo de los actuadores mecánicos encontramos dos tipos de movimiento:
A) Actuadores mecánicos/lineales con husillo traslante (Serie ST, M tipo1) (B2 tipo1)
B) Actuadores mecánicos/lineales con husillo rotante. (Serie SR, Serie M tipo2) (Serie BL tipo2)
PMZ Comatrans, S.A. tiene la exclusividad de ofrecer los 2 posibles sistemas de actuación mecánica:
- Actuadores mecánicos sin fin corona; (Series M/ST y SR)
( Aplicaciones standard- donde se precise precisión de parada, irreversibilidad.
- Actuadores mecánicos engranajes cónicos: aplicaciones para altas cargas y alta velocidad de traslación o rotación. (Serie BL)
Nuestra gama de actuadores mecánicos además comprende diferentes series con acabados en fundición o aluminio, con diferentes formatos de fijación.
La capacidad técnica de nuestro personal se pone de manifiesto en la busca de soluciones y propuesta para todo tipo de aplicación como los actuadores mecánicos para energía solar.
Sistema de actuación mecánica:
Los actuadores mecánicos son dispositivos que transforman el movimiento rotativo a la entrada, en un movimiento lineal en la salida. Son aplicables para los campos donde se requieran movimientos lineales tales como elevación, traslación y posicionamiento lineal.
Algunas de las ventajas que nos ofrecen los actuadores mecánicos son: Alta fiabilidad, simplicidad de utilización, mínima manutención, seguridad y precisión de posicionamiento; irreversivilidad según el modelo de aplicación, sincronismo de movimiento.
Dentro del campo de los actuadores mecánicos encontramos dos tipos de movimiento:
A) Actuadores mecánicos/lineales con husillo traslante (Serie ST, M tipo1) (B2 tipo1)
B) Actuadores mecánicos/lineales con husillo rotante. (Serie SR, Serie M tipo2) (Serie BL tipo2)
PMZ Comatrans, S.A. tiene la exclusividad de ofrecer los 2 posibles sistemas de actuación mecánica:
- Actuadores mecánicos sin fin corona; (Series M/ST y SR)
( Aplicaciones standard- donde se precise precisión de parada, irreversibilidad.
- Actuadores mecánicos engranajes cónicos: aplicaciones para altas cargas y alta velocidad de traslación o rotación. (Serie BL)
Nuestra gama de actuadores mecánicos además comprende diferentes series con acabados en fundición o aluminio, con diferentes formatos de fijación.
La capacidad técnica de nuestro personal se pone de manifiesto en la busca de soluciones y propuesta para todo tipo de aplicación como los actuadores mecánicos para energía solar.
Actuadores mecánicos Tipo ST y SR
Serie en aluminio con gran variedad de tamaños y accesorios para tener un control perfecto sobre el desplazamiento.
Desde R1/10 a R1/30.
Serie en aluminio con gran variedad de tamaños y accesorios para tener un control perfecto sobre el desplazamiento.
Desde R1/10 a R1/30.
Un trinquete es un mecanismo que permite a un engranaje girar hacia un lado, pero le impide hacerlo en sentido contrario, ya que lo traba con dientes en forma de sierra. Permite que los mecanismos no se rompan al girar al revés.
Usos de este mecanismo:
- Es lo que permite que los mecanismos no se rompan al girar al revés
- El trinquete se encuentra en el reloj para prevenir que las manecillas giren hacia el sentido contrario. Tiene diferentes formatos y medidas.
- En llaves de carraca que permiten que el movimiento se transmita en solo en el sentido deseado.
- El piñón libre de una bicicleta.
- En los cabestrantes manuales. También se llaman a ellos mismos trinquetes.
Sistema de actuación neumática e hidráulica:
Con frecuencia las señales neumáticas se utilizan para manejar elementos finales de control. Incluso cuando e sistema de control es eléctrico. Esto se debe a que con esas señales es posible accionar válvulas grandes y otros dispositivos de control que requieren mucha potencia para mover cargas considerables.
Con un sistema hidráulico se suministra aceite presurizado mediante una bomba de motor eléctrico. La bomba bombea aceite desde un colector a través de una válvula de retención y un acumulador para regresar al colector. Las bombas hidráulicas que a menudo se utilizan son la bomba de engranajes, la bomba de vástago y la bomba de pistón.
Las señales hidráulicas se usan en dispositivos de control de mucho mayor potencia, sin embargo, son más costosas que los sistemas neumáticos y hay riesgos asociados con fugas de aceite, que no existen en una fuga de aire. En un sistema hidráulico la presurizacón del aceite se logra mediante una bomba accionada por un motor eléctrico. La bomba envía aceite al sistema desde un pozo colector a través de una válvula de retención y un acumulador. La válvula de alivio libera presión cuando ésta rebasa determinado nivel de seguridad, la válvula de retención evita que el aceite regrese a la bomba y el acumulador equilibra las fluctuaciones de corta duración.
Sistema de actuación eléctrica:
Sistemas
Eléctricos
Los
sistemas eléctricos qué se emplean como actuadores de control deberán tenerse
en cuenta en los siguientes dispositivos y sistemas:
1. Dispositivos de conmutación, como son los
interruptores mecánicos y los interruptores de estado sólido, en los que la
señal de control enciende o apaga un dispositivo eléctrico, por ejemplo,
un calentador o un motor.
2. Dispositivos tipo solenoide, en los
cuales una corriente que pasa por un solenoide acción aun núcleo de hierro
dulce, por ejemplo, una válvula hidráulica/neumática operada por solenoides
donde la corriente de control pasa por el solenoide que se utiliza
para regular el flujo hidráulico/neumático.
3. Sistemas motrices, por ejemplo, motores de
CA y CD, en los cuales la corriente produce una rotación
2.4 Modelado de sistemas básicos.
Para entender el comportamiento de los sistemas se necesitan modelos matemáticos, que son ecuaciones que describen las relaciones entre la entrada y salida de un sistema.
Los elementos básicos que se utilizan para representar sistemas mecánicos son los resortes, amortiguadores y masas. Los resortes representan la rigidez del sistema, los amortiguadores, las fuerzas que se oponen al movimiento, es decir, los efectos de fricción o amortiguamiento, y las masas, la inercia o resistencia a la aceleración.
En realidad el sistema mecánico no tiene que estar hecho de resortes, amortiguadores y masas, sino poseer las propiedades de rigidez, amortiguamiento o inercia.
La rigidez de un resorte se describe por la relación entre que se usa para extender o comprimir dicho resorte, y la extensión o compresión x resultante.
Un potenciómetro es un componente electrónico similar a los resistores pero cuyo valor de resistencia en vez de ser fijo es variable, permitiendo controlar la intensidad de corriente a lo largo de un circuito conectándolo en paralelo ó la caida de tensión al conectarlo en serie. Un potenciómetro es un elemento muy similar a un reostato , la diferencia es que este último disipa más potencia y es utilizado para circuitos de mayor corriente, debido a esta característica por lo general los potenciómetros son generalmente usados para variar el voltaje en un circuito colocados en paralelo, mientras que los reostatos se utilizan en serie para variar la corriente .
Un potenciómetro está compuesto por una resistencia de valor total constante a lo largo de la cual se mueve un cursor, que es un contacto móvil que divide la resistencia total en dos resistencias de valor variable y cuya suma es la resistencia total, por lo que al mover el cursor una aumenta y la otra disminuye. A la hora de conectar un potenciómetro, se puede utilizar el valor de su resistencia total o el de una de las resistencias variables ya que los potenciómetros tienen tres terminales, dos de ellos en los extremos de la resistencia total y otro unido al cursor.
Sistemas rotacionales. El resorte, amortiguador y masa son los elementos básicos de los sistemas mecánicos donde se presentan fuerzas y desplazamientos en linea recta, es decir, desplazamientos traslacionales o sin rotación. Si existe una rotación, los elementos básicos equivalentes son el resorte de tensión, el amortiguador giratorio y el momento de inercia, es decir, la inercia de una masa con movimiento giratorio.
con un resorte de torsión, el desplazamiento angular es proporcional al torque, por lo tanto T=k °
2.5 Microprocesadores.
Los sistemas microprocesadores constan de tres partes: la unidad central de procesamiento (CPU) la cual reconoce y ejecuta las instrucciones de un programa. Esta es la parte que se usa el microprocesador, las interfases de entrada y salida, para manejar las comunicaciones entre la computadora y el mundo exterior, el termino puerto se usa para la interfase y la memoria es donde se almacenan las instrucciones de programas y datos.
Los microprocesadores que contienen memoria y varios arreglos de entrada y salida en un chip se llaman microcontroladores.
Las señales digitales se desplazan de una sección a otra a través de vías llamadas buses.
Hay tres formas de bus en un sistema microprocesador:
1. Bus de datos.
2. Bus de direcciones.
3. Bus de control.
En general, se hace referencia del microprocesador como la unidad de procesamiento central (CPU). Esta es la parte del procesador en la que se procesan los datos, se traen instrucciones y datos. La estructura interna conocida como arquitectura de un microprocesador, depende del microprocesador que este considerando.
Las señales digitales se desplazan de una sección a otra a través de vías llamadas buses.
Hay tres formas de bus en un sistema microprocesador:
1. Bus de datos.
2. Bus de direcciones.
3. Bus de control.
En general, se hace referencia del microprocesador como la unidad de procesamiento central (CPU). Esta es la parte del procesador en la que se procesan los datos, se traen instrucciones y datos. La estructura interna conocida como arquitectura de un microprocesador, depende del microprocesador que este considerando.
CPU, abreviatura de Central Processing Unit (unidad de proceso central), se pronuncia como letras separadas. La CPU es el cerebro del ordenador. A veces es referido simplemente como el procesador o procesador central, la CPU es donde se producen la mayoría de los cálculos. En términos de potencia del ordenador, la CPU es el elemento más importante de un sistema informático.
En ordenadores grandes, las CPUs requieren uno o más tableros de circuito impresos. En los ordenadores personales y estaciones de trabajo pequeñas, la CPU está contenida en un solo chip llamado microprocesador.
Dos componentes típicos de una CPU son:
La unidad de lógica/aritmética (ALU), que realiza operaciones aritméticas y lógicas.
La unidad de control (CU), que extrae instrucciones de la memoria, las descifra y ejecuta, llamando a la ALU cuando es necesario.
Las siguientes son las funciones de las partes que forman a un microprocesador:
1. Unidad lógica y aritmética. (ALU)
2. Registros.
3. Unidad de control.
Existen diversos tipos de registros: la cantidad, la dimensión y el tipo de los registros varia de un microprocesador a otro.
La memoria RAM:
La memoria de acceso aleatorio se utiliza como memoria de trabajo para el sistema operativo, los programas y la mayoría del software. Es allí donde se cargan todas las instrucciones que ejecutan el procesador y otras unidades de cómputo. Se denominan "de acceso aleatorio" porque se puede leer o escribir en una posición de memoria con un tiempo de espera igual para cualquier posición, no siendo necesario seguir un orden para acceder a la información de la manera más rápida posible. Durante el encendido del computador, la rutina POST verifica que los módulos de memoria RAM estén conectados de manera correcta. En el caso que no existan o no se detecten los módulos, la mayoría de tarjetas madres emiten una serie de pitidos que indican la ausencia de memoria principal. Terminado ese proceso, la memoria BIOS puede realizar un test básico sobre la memoria RAM indicando fallos mayores en la misma.
2.6 Controladores Lógicos Programables.
Un controlador lógico programable (PLC) es un dispositivo electrónico digital que usa una memoria programable para guardar instrucciones y llevar a cabo funciones lógicas de secuencia, de sincronizacion, de conteo y aritméticas para controlar maquinas y procesos y diseñado específicamente para programarse con facilidad.
Este tipo de procesadores se denomina lógico debido a que la programación tiene que ver principalmente con la ejecución de operaciones logicas y de conmutacion. Los dispositivos de entrada como interruptores y los dispositivos de salida como motores que están bajo control se conectan al PLC y después el controlador monitorea las entradas y salidas de acuerdo con el programa almacenado por el operador en el PLC con el que controla maquinas o procesos.
Los PLC tienen la gran ventaja de que permiten modificar un sistema de control sin tener que volver a alambrar las conexiones de los dispositivos de entrada y salida, basta con que el operador digite en un teclado las instrucciones correspondientes.
Los PLC son similares a las computadoras, pero tienen caracateristicas especificas que permiten su empleo como controladores.
Un controlador lógico programable (PLC) se define como un dispositivo electrónico digital que usa una memoria programable para guardar instrucciones y llevar a cabo funciones lógicas, de configuración de secuencia, de sincronización, de golpeo y aritméticas, para el control de maquinaria y procesos.
Este tipo de procesadores se denomina lógico debido a que su programación básicamente tiene que ver con la ejecución de operaciones lógicas de conmutación.
Power Line Communications, también conocido por sus siglas PLC, es un término inglés que puede traducirse por comunicaciones mediante cable eléctrico y que se refiere a tecnologías diferentes que utilizan las líneas de enerigas eléctricas convencionales para transmitir señales de radio para propósitos de comunicación. La tecnología PLC aprovecha la red eléctrica para convertirla en una línea digital de alta velocidad de transmisión de datos, permitiendo, entre otras cosas, el acceso a Internet mediante banda ancha.
La estructura interna de un PLC consta de una unidad central de procesamiento (CPU), memoria y circuitos de entrada/salida. La CPU controla y procesa todas las operaciones dentro del PLC.
Los elementos de la memoria son: una ROM para guardar en forma permanente la información del sistema operativo y datos corregidos, una RAM para el programa del usuario y memoria buffer temporal para los canales de entrada/salida.
Este tipo de procesadores se denomina lógico debido a que la programación tiene que ver principalmente con la ejecución de operaciones logicas y de conmutacion. Los dispositivos de entrada como interruptores y los dispositivos de salida como motores que están bajo control se conectan al PLC y después el controlador monitorea las entradas y salidas de acuerdo con el programa almacenado por el operador en el PLC con el que controla maquinas o procesos.
Los PLC tienen la gran ventaja de que permiten modificar un sistema de control sin tener que volver a alambrar las conexiones de los dispositivos de entrada y salida, basta con que el operador digite en un teclado las instrucciones correspondientes.
Los PLC son similares a las computadoras, pero tienen caracateristicas especificas que permiten su empleo como controladores.
Un controlador lógico programable (PLC) se define como un dispositivo electrónico digital que usa una memoria programable para guardar instrucciones y llevar a cabo funciones lógicas, de configuración de secuencia, de sincronización, de golpeo y aritméticas, para el control de maquinaria y procesos.
Este tipo de procesadores se denomina lógico debido a que su programación básicamente tiene que ver con la ejecución de operaciones lógicas de conmutación.
Power Line Communications, también conocido por sus siglas PLC, es un término inglés que puede traducirse por comunicaciones mediante cable eléctrico y que se refiere a tecnologías diferentes que utilizan las líneas de enerigas eléctricas convencionales para transmitir señales de radio para propósitos de comunicación. La tecnología PLC aprovecha la red eléctrica para convertirla en una línea digital de alta velocidad de transmisión de datos, permitiendo, entre otras cosas, el acceso a Internet mediante banda ancha.
La estructura interna de un PLC consta de una unidad central de procesamiento (CPU), memoria y circuitos de entrada/salida. La CPU controla y procesa todas las operaciones dentro del PLC.
Los elementos de la memoria son: una ROM para guardar en forma permanente la información del sistema operativo y datos corregidos, una RAM para el programa del usuario y memoria buffer temporal para los canales de entrada/salida.
La programación de un PLC mediante diagramas de escalera consiste en la elaboración de un programa de manera similar a como se dibuja un circuito de contactos eléctricos, El diagrama de escalera consta de dos lineas verticales que representan las líneas de alimentación.
Los circuitos se disponen como líneas horizontales, es decir, como si fueran las peldañas de una escalera, sujetos entre las dos líneas verticales.
3.1 Metodología para la solución de problemas de ingeniería.
La metodología general para la solución de problemas en la ingeniería, consta de seis pasos:
1. Definición del problema
2. Análisis de la solución
3. Diseño de la solución y Ejecución
4. Prueba y Depuración
5. Documentación
6. Mantenimiento.
Definición del problema
Es el enunciado del problema, el cual debe ser claro y completo. Es fundamental conocer y delimitar por completo el problema, saber que es lo se desea realizar, mientras esto no se conozca del todo, no tiene caso continuar con el siguiente paso.
Análisis de la solución
Consiste en establecer una serie de preguntas acerca de lo que establece el problema, para poder determinar si se cuenta con los elementos suficientes para llevar a cabo la solución del mismo, algunas preguntas son:
¿Con qué cuento?
Cuáles son los datos con los que se va a iniciar el proceso y si los datos con los que cuento son suficientes para dar solución al problema.
¿Qué hago con esos datos?
Una vez que tenemos todos los datos que necesitamos, debemos determinar que hacer con ellos, es decir que fórmula, cálculos, que proceso o transformación deben seguir los datos para convertirse en resultados.
¿Qué se espera obtener?
Que información deseamos obtener con el proceso de datos y de que forma presentarla; en caso de la información obtenida no sea la deseada replantear nuevamente un análisis en los puntos anteriores.
Diseño de la solución Y Ejecución
Una vez definido y analizado el problema, se procede a la creación del algoritmo (Diagrama de flujo) en el cual se da la serie de pasos ordenados que nos proporcione los pasos que seguiremos es una forma explícita de visualizar la solución del problema.
La Ejecución es realizar lo planeado, ya sean los cálculos pertinentes y demás acciones que conllevan resolver el problema.
La resolución de problemas es una parte clave de los cursos de ingeniería, y también de los de ciencias de la computación, matemáticas, físicas y química. Por lo tanto, es importante tener una estrategia consistente para resolver los problemas. También es conveniente que la estrategia sea lo bastante general como para funcionar en todas estas áreas distintas.
La metodología para resolver problemas que usaremos tiene cinco pasos.
1. Plantear el problema claramente.
2. Describir la información de entrada y salida.
3. Resolver el problema a mano (o con una calculadora) para un
conjunto de datos sencillo.
4. Solución
5. Probar el programa con diversos datos.
1. Definición del problema
2. Análisis de la solución
3. Diseño de la solución y Ejecución
4. Prueba y Depuración
5. Documentación
6. Mantenimiento.
Definición del problema
Es el enunciado del problema, el cual debe ser claro y completo. Es fundamental conocer y delimitar por completo el problema, saber que es lo se desea realizar, mientras esto no se conozca del todo, no tiene caso continuar con el siguiente paso.
Análisis de la solución
Consiste en establecer una serie de preguntas acerca de lo que establece el problema, para poder determinar si se cuenta con los elementos suficientes para llevar a cabo la solución del mismo, algunas preguntas son:
¿Con qué cuento?
Cuáles son los datos con los que se va a iniciar el proceso y si los datos con los que cuento son suficientes para dar solución al problema.
¿Qué hago con esos datos?
Una vez que tenemos todos los datos que necesitamos, debemos determinar que hacer con ellos, es decir que fórmula, cálculos, que proceso o transformación deben seguir los datos para convertirse en resultados.
¿Qué se espera obtener?
Que información deseamos obtener con el proceso de datos y de que forma presentarla; en caso de la información obtenida no sea la deseada replantear nuevamente un análisis en los puntos anteriores.
Diseño de la solución Y Ejecución
Una vez definido y analizado el problema, se procede a la creación del algoritmo (Diagrama de flujo) en el cual se da la serie de pasos ordenados que nos proporcione los pasos que seguiremos es una forma explícita de visualizar la solución del problema.
La Ejecución es realizar lo planeado, ya sean los cálculos pertinentes y demás acciones que conllevan resolver el problema.
La resolución de problemas es una parte clave de los cursos de ingeniería, y también de los de ciencias de la computación, matemáticas, físicas y química. Por lo tanto, es importante tener una estrategia consistente para resolver los problemas. También es conveniente que la estrategia sea lo bastante general como para funcionar en todas estas áreas distintas.
La metodología para resolver problemas que usaremos tiene cinco pasos.
1. Plantear el problema claramente.
2. Describir la información de entrada y salida.
3. Resolver el problema a mano (o con una calculadora) para un
conjunto de datos sencillo.
4. Solución
5. Probar el programa con diversos datos.
3.2 Criterios de selección de componentes y dispositivos.
Se denomina componente electrónico a aquel dispositivo que forma parte de un circuito electrónico. Se suele encapsular, generalmente en un material cerámico, metálico o plástico, y terminar en dos o más terminales o patillas metálicas. Se diseñan para ser conectados entre ellos, normalmente mediante soldadura, a un circuito impreso, para formar el mencionado circuito.
Hay que diferenciar entre componentes y elementos. Los componentes son dispositivos físicos, mientras que los elementos son modelos o abstracciones idealizadas que constituyen la base para el estudio teórico de los mencionados componentes. Así, los componentes aparecen en un listado de dispositivos que forman un circuito, mientras que los elementos aparecen en los desarrollos matemáticos de la teoría de circuitos.
De acuerdo con el criterio que se elija podemos obtener distintas clasificaciones. Seguidamente se detallan las comúnmente más aceptadas.
1. Según su estructura física
Discretos: son aquellos que están encapsulados uno a uno, como es el caso de los resistores, condensadores, diodos, transistores, etc.
Integrados: forman conjuntos más complejos, como por ejemplo un amplificador operacional o una puerta lógica, que pueden contener desde unos pocos componentes discretos hasta millones de ellos. Son los denominados circuitos integrados.
2. Según el material base de fabricación.
* Semiconductores.
También denominados como componentes de estado sólido, son los componentes "estrella" en casi todos los circuitos electrónicos. Se obtienen a partir de materiales semiconductores, especialmente del silicio aunque para determinadas aplicaciones aún se usa germanio.
* No semiconductores.
3. Según su funcionamiento.
* Activos: proporcionan excitación eléctrica, ganancia o control. Los componentes activos son aquellos que son capaces de excitar los circuitos o de realizar ganancias o control del mismo. Fundamentalmente son los generadores eléctricos y ciertos componentes semiconductores. Estos últimos, en general, tienen un comportamiento no lineal, esto es, la relación entre la tensión aplicada y la corriente demandada no es lineal.
*Pasivos:Son aquellos que no necesitan una fuente de energía para su funcionamiento. No tienen la capacidad de controlar la corriente en un circuito.
Hay que diferenciar entre componentes y elementos. Los componentes son dispositivos físicos, mientras que los elementos son modelos o abstracciones idealizadas que constituyen la base para el estudio teórico de los mencionados componentes. Así, los componentes aparecen en un listado de dispositivos que forman un circuito, mientras que los elementos aparecen en los desarrollos matemáticos de la teoría de circuitos.
De acuerdo con el criterio que se elija podemos obtener distintas clasificaciones. Seguidamente se detallan las comúnmente más aceptadas.
1. Según su estructura física
Discretos: son aquellos que están encapsulados uno a uno, como es el caso de los resistores, condensadores, diodos, transistores, etc.
Integrados: forman conjuntos más complejos, como por ejemplo un amplificador operacional o una puerta lógica, que pueden contener desde unos pocos componentes discretos hasta millones de ellos. Son los denominados circuitos integrados.
2. Según el material base de fabricación.
* Semiconductores.
También denominados como componentes de estado sólido, son los componentes "estrella" en casi todos los circuitos electrónicos. Se obtienen a partir de materiales semiconductores, especialmente del silicio aunque para determinadas aplicaciones aún se usa germanio.
* No semiconductores.
3. Según su funcionamiento.
* Activos: proporcionan excitación eléctrica, ganancia o control. Los componentes activos son aquellos que son capaces de excitar los circuitos o de realizar ganancias o control del mismo. Fundamentalmente son los generadores eléctricos y ciertos componentes semiconductores. Estos últimos, en general, tienen un comportamiento no lineal, esto es, la relación entre la tensión aplicada y la corriente demandada no es lineal.
*Pasivos:Son aquellos que no necesitan una fuente de energía para su funcionamiento. No tienen la capacidad de controlar la corriente en un circuito.
3.3 Integración de componentes y dispositivos.
Un circuito integrado (CI), también conocido como chip o microchip, es una pastilla pequeña de material semiconductor, de algunos milímetros cuadrados de área, sobre la que se fabrican circuitos electrónicos generalmente mediante fotolitografiay que está protegida dentro de un encapsulado de plástico o cerámica. El encapsulado posee conductores metálicos apropiados para hacer conexión entre la pastilla y un circuito impreso.
El sistema actual de generación de electricidad ha pasado de contar con pocas centrales que producían mucha potencia a un número elevado de plantas de generación de menor potencial basadas en gran medida en energías renovables.
Se trata de redes de generación distribuida que requieren la tecnología basada en electrónica de potencia para la conexión de las diferentes fuentes de energías renovables, así como para garantizar la estabilidad de la red eléctrica y la calidad del suministro.
Para ello, los investigadores han diseñado los denominados FACTS, convertidores de potencia que permiten la integración de las energías renovables reduciendo los problemas de su funcionamiento intermitente, además de garantizar la estabilidad y la calidad de red donde se conectan.
Se trata de redes de generación distribuida que requieren la tecnología basada en electrónica de potencia para la conexión de las diferentes fuentes de energías renovables, así como para garantizar la estabilidad de la red eléctrica y la calidad del suministro.
Para ello, los investigadores han diseñado los denominados FACTS, convertidores de potencia que permiten la integración de las energías renovables reduciendo los problemas de su funcionamiento intermitente, además de garantizar la estabilidad y la calidad de red donde se conectan.
Los avances que hicieron posible el circuito integrado han sido, fundamentalmente, los desarrollos en la fabricación de dispositivos semiconductores a mediados del siglo XX y los descubrimientos experimentales que mostraron que estos dispositivos podían reemplazar las funciones de las válvulas o tubos de vacío, que se volvieron rápidamente obsoletos al no poder competir con el pequeño tamaño, el consumo de energía moderado, los tiempos de conmutación mínimos, la confiabilidad, la capacidad de producción en masa y la versatilidad de los CI.
Entre los circuitos integrados más complejos y avanzados se encuentran los microprocesadores, que controlan numerosos aparatos, desde computadoras hasta teléfonos móviles y hornos microondas. Los chips de memorias digitales son otra familia de circuitos integrados, de importancia crucial para la moderna sociedad de la información. Mientras que el costo de diseñar y desarrollar un circuito integrado complejo es bastante alto, cuando se reparte entre millones de unidades de producción, el costo individual de los CIs por lo general se reduce al mínimo. La eficiencia de los CI es alta debido a que el pequeño tamaño de los chips permite cortas conexiones que posibilitan la utilización de lógica de bajo consumo (como es el caso de CMOS), y con altas velocidades de conmutación.
A medida que transcurren los años, los circuitos integrados van evolucionando: se fabrican en tamaños cada vez más pequeños, con mejores características y prestaciones, mejoran su eficiencia y su eficacia, y se permite así que mayor cantidad de elementos sean empaquetados (integrados) en un mismo chip (véase la ley de Moore). Al tiempo que el tamaño se reduce, otras cualidades también mejoran (el costo y el consumo de energía disminuyen, y a la vez que aumenta el rendimiento). Aunque estas ganancias son aparentemente para el usuario final, existe una feroz competencia entre los fabricantes para utilizar geometrías cada vez más delgadas. Este proceso, y lo esperado para los próximos años, está muy bien descrito por la International Technology Roadmap for Semiconductors.
Los componentes disponibles para integrar tienen ciertas limitaciones, que difieren de las de sus contrapartidas discretas.
- Resistores. Son indeseables por necesitar una gran cantidad de superficie. Por ello sólo se usan valores reducidos y en tecnologías MOS se eliminan casi totalmente. Se denomina resistor al componente electrónico diseñado para introducir una resistencia eléctrica determinada entre dos puntos de un circuito. En el propio argot eléctrico y electrónico, son conocidos simplemente como resistencias. En otros casos, como en las planchas, calentadores, etc., se emplean resistencias para producir calor aprovechando el efecto Joule .Es un material formado por carbón y otros elementos resistivos para disminuir la corriente que pasa. Se opone al paso de la corriente. La corriente máxima en un resistor viene condicionada por la máxima potencia que pueda disipar su cuerpo. Esta potencia se puede identificar visualmente a partir del diámetro sin que sea necesaria otra indicación. Los valores más comunes son 0,25 W, 0,5 W y 1 W.
- Condensadores. Sólo son posibles valores muy reducidos y a costa de mucha superficie. Como ejemplo, en el amplificador operacional μA741, el condensador de estabilización viene a ocupar un cuarto del chip.
- Inductores. Se usan comúnmente en circuitos de radiofrecuencia, siendo híbridos muchas veces. En general no se integran. Un inductor o bobina es un componente pasivo de un circuito eléctrico que, debido al fenómeno de la autoinduccion, almacena energía en forma de campo magnético. Un inductor está constituido normalmente por una bobina de conductor, típicamente alambre o hilo de cobre esmaltado. Existen inductores con núcleo de aire o con núcleo hecho de material ferroso (por ejemplo, acero magnético), para incrementar su capacidad de magnetismoLos inductores pueden también estar construidos en circuitos integrados usando el mismo proceso utilizado para realizar microprocesadores. En estos casos se usa, comúnmente, el aluminio como material conductor. Sin embargo, es raro que se construyan inductores dentro de los circuitos integrados; es mucho más práctico usar un circuito llamado "girador" que, mediante un amplificador operacional hace que un condensador se comporte como si fuese un inductor.
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