AUTOMATIZACION DE CUBIERTA PARA PATIOS

WILLIAM ANTONIO REYES MEDINAFABER ALEXIS MALDONADOEDGAR DE JESUS ZAPATA RIOS

INSTITUTO TECNOLGICO PASCUAL BRAVOTECNOLOGIA ELECTRNICA

MEDELLN2006

AUTOMATIZACION DE CUBIERTA PARA PATIOS

WILLIAM ANTONIO REYES MEDINAFABER ALEXIS MALDONADOEDGAR DE JESUS ZAPATA RIOS

Trabajo de Grado presentado para optar al Titulo de Tecnlogo en Electrnica

Asesor TcnicoFABIO LEON SUREZIngeniero Electrnico

INSTITUTO TECNOLGICO PASCUAL BRAVOTECNOLOGIA ELECTRNICA

MEDELLN2006

IntroduccinEn la actualidad el vertiginoso desarrollo de la electrnica y la microelectrnica han motivado que todas las esferas de la vida humana se estn automatizando, por ejemplo: las industrias, el hogar, los comercios, la agricultura, el transporte, las comunicaciones, etc. En todo ese proceso la automatizacin, el microcontrolador, y el microprocesador juegan un papel de mucha importancia en el rea de la domtica, dando como resultado la automatizacin de mecanismos y estructuras.Por lo tanto el trabajo de grado trata de una cubierta para patios, la cual est definida como un sistema electro-mecnico que interacta con el medio en que se encuentra, y se relaciona con la coordinacin y manipulacin manual o automtica del mecanismo, con el fin de tener un control ya sea automtico o manual segn el criterio que el usuario le quiera dar al sistema.Este trabajo de grado estar presentado por mdulos, debido a su simple funcionamiento y adems permitir detectar cualquier problema circunstancial que se presente conforme este se realice. Por otra parte dar una independencia de cada mdulo, los cuales pueden ser reemplazados en cualquier momento para mejora o migracin a un sistema ms sofisticado.A lo largo del trabajo de grado se darn a conocer las distintas etapas. Una de estas es la etapa de la fuente de alimentacin estabilizada, la cual es necesaria para el funcionamiento elctrico de las otras etapas implementadas, precisa el consumo energtico requerido para que el sistema funcione correctamente. Las etapas de sensor de humedad y luz son de gran importancia para diseos de circuitos electrnicos donde se requiera automatizar, as mismo para el monitoreo constante del clima en general. Estos convierten una seal fsica (la cual estar definida por el medio ambiente donde se encuentren), a una seal elctrica, para despus ser comparado y enviado al circuito de mdulo de control automtico.Otra etapa presente es el control manual y tiene como objetivo principal el funcionamiento directo del control de la cubierta, donde una manipulacin inmediata por parte del usuario determinara la apertura y cierre del techo corredizo. Por otro lado la etapa del sistema de control automtico, como su nombre lo indica, tiene como funcin recibir y activar los diferentes mdulos implementados en la cubierta, sin recibir rdenes directas de otros controles de mandos, y adems cumple de manera autnoma la funcin para la cual fue programada. Para esto se tendr en cuenta un microcontrolador.La etapa de potencia se desarrollara basndose en circuitos de alta capacidad de potencia, el cual sugiere un sistema de acople que mantiene el voltaje de corriente continua y corriente directa totalmente separados de las dems etapas, complementario a lo anterior facilita el manejo del motor con un voltaje alterno y una corriente mayor que utilizados en los anteriores circuitos.Para este proyecto se tendr en cuenta, clculos y teoremas vistos en electrnica, para calcular la fuerza del motor, la estabilidad y sensibilidad de las etapas de los sensores, el acoplamiento directo para cada mdulo implementado y los valores resistivos de polarizacin de algunos circuitos instalados para su mayor rendimiento y fidelidad a la hora de proporcionar un funcionamiento adecuado.Al final se tendr en cuenta un dibujo a escala casi real de la estructura y del mecanismo de la cubierta misma, como tambin el cdigo fuente de programacin para el microcontrolador y el diagrama esquemtico del circuito general de funcionamiento de la cubierta.

ResumenEl presente trabajo de grado tiene como objetivo principal, desarrollar un sistema de control para una cubierta automatizada para patios, que se adapte a las caractersticas climticas de la regin en que se encuentre. El diseo y construccin de la cubierta automatizada estar orientada a su vez a la conservacin de paredes y enseres que se encuentren en los patios de casas y apartamentos en poca de invierno, ofreciendo radiacin solar durante el da y seguridad en la noche.Adems el diseo planteado intentara hacer una introduccin a la domtica de forma que analizndolo, se obtenga una idea clara de estos tipos de proyectos como as mismo los componentes y las tecnologas existentes a utilizar en ellos.La cubierta para patios es un mecanismo que acta cuando la humedad relativa del ambiente es mayor del 70% o cuando la intensidad de la luz natural es muy fuerte, en este caso la cubierta se cierra completamente permitiendo cubrir todo el interior del patio, en caso contrario se abrir dejando entrar luz dentro al patio de la casa o apartamento. Para esto se utiliza el PIC 16F84, el cual es un circuito integrado programable que tiene todos los componentes de un computador se desempea como el cerebro total del sistema. Se emplea para controlar el funcionamiento de una tarea determinada, en su memoria solo reside un programa destinado a gobernar una aplicacin determinada, en este caso un motor que dependiendo de su sentido de giro, har que la cubierta abra o cierre. Tambin el microcontrolador es el circuito que se encarga de comunicar la interfaz Hombre mquina a travs de controles de mando, y le permite al usuario accionar de manera manual o autnoma el funcionamiento total del sistema.Por otra parte el sistema tiene unos circuitos para la entrada de dos sensores (luz y humedad) que son acondicionados a este, para la vigilancia meteorolgica del clima, y a su vez determinaran el funcionamiento de la cubierta, esto se har por medio de un sistema mecnico, el cual contara como ya se dijo anteriormente con un motor, que accionara el desplazamiento de la estructura.El manejo de potencia para el motor, tendr un arreglo de circuitos basados en TRIACS para mayor potencia y corriente y opto acopladores para su proteccin contra niveles de voltaje y la cual ser enviada al circuito de la etapa del Microcontrolador.Por otro lado la etapa de control manual utiliza suiches de accionamiento de dos estados, que entregan un nivel alto a una de las entradas del PIC.La etapa de alimentacin consta principalmente de transformador, circuito rectificador, capacitor y regulador de voltaje. Tiene la funcin de generar y establecer los diferentes voltajes que se necesitan para el buen funcionamiento de las etapas.

1. Planteamiento del problema1.1 DescripcinLa tecnologa de control automtico para cubiertas para patio, est enfocado principalmente a la gestin del clima, que depende de las diferentes variables tales como incidencia de radiacin solar y humedad relativa o absoluta, estos son los parmetros que ms operan en este tipo de aplicaciones, para adaptarse a las exigencias climticas de la regin.Como es sabido, en los ltimos aos ha habido un cambio climtico intenso debido a la accin del hombre sobre el medio ambiente.La temperatura promedio del planeta ha aumentado aproximadamente 0.6 C en los ltimos 135 aos; con el mayor calentamiento en los ltimos 15 aos y hay evidencias serias sobre la relacin de este calentamiento con el incremento en las emisiones de gases de efecto invernadero.Tanto en los escenarios de calentamiento dramtico, como en los de calentamiento moderado, el agua es uno de los principales problemas en el mbito de deterioro de estructuras y desastre a nivel de vidas humanas. Por lo tanto la estimacin de la llegada de las estaciones (Invierno- Verano), se est convirtiendo en un problema incluso para los cientficos y estudiosos de la atmosfera. Y todo porque las inesperadas lluvias y tormentas son difciles de predecir.Por lo tanto los ndices de presin, humedad atmosfrica, condiciones del viento, boletines de meteorologa martima y las radiaciones ultravioletas se quedan obsoletos para medir ao tras ao los efectos producidos por el temido cambio climtico.Lo anterior repercute en el grado de concentracin de agua y temperatura elevadas en el ambiente, influyendo sobre las familias, en lo referente a su confort, lo cual puede ocasionar problemas como: La estacin de invierno se presenta inesperadamente antes de lo habitual, esta situacin puede generar humedades en la estructura de las viviendas causadas por las lluvias.

Deterioro de los pisos, paredes y enseres en el interior de los patios de las Viviendas.

Temperaturas elevadas, debido al sol penetrante, ocasionan la destruccin y marchitacin para plantas y flores que se encuentren en patios de casas o apartamentos.

Inundaciones y aseo permanente dentro de la casa y el mismo patio.

Gastos innecesarios de dinero por remodelaciones y reparaciones debido a las fuertes lluvias.

Desde el punto de vista de la eficiencia, es deseable la reduccin de los costos de inversin para que el producto entre a competir en el mercado nacional, por ello ser necesario la adaptacin de tecnologa de acuerdo a las necesidades bsicas del cliente, las realidades sociales y el medio ambiente

1.2 Formulacin del problemaLa formulacin del problema, es expresarlo en forma de preguntas, es hacerse preguntas.Se puede decir que la formulacin del problema es el ttulo pero en forma de preguntas. De esta forma surgen interrogantes como:Qu es lo que se quiere investigar?Cul es el problema?Esto nos conlleva a las siguientes preguntas con respecto al trabajo de grado: Qu es una cubierta corrediza?

Cmo influye favorablemente el uso de la cubierta corrediza en el mejoramiento de la calidad de vida de las personas, tanto en seguridad, proteccin y economa?

Cul ser el rendimiento tcnico efectivo y durable del sistema de control de la cubierta al igual que su estructura en el mantenimiento a largo plazo?

Habr riesgos para las personas al implantar estos avances tcnicos teniendo en cuenta a las personas discapacitadas y a los nios menores?

2. JustificacinEl hombre siempre se ha esforzado por crear un ambiente cmodo. Esto se refleja en las construcciones tradicionales alrededor del mundo desde la historia antigua hasta el presente. Hoy, crear un ambiente cmodo todava es uno de los parmetros ms importantes a ser considerado en los diseos de las casas.A travs de los aos el desarrollo de la electrnica ha generado la necesidad de dividirla en diferentes reas. Una de ellas es la domtica, encargada de desarrollar el confort en los hogares, ayudando al mejoramiento de la calidad de vida de las personas.Por lo tanto medir la intensidad de luz se ha transformado en una necesidad en distintos procesos domsticos e industriales. La simple medida relativa de la diferencia de luz entre da y la noche ha abierto un nuevo mercado en la automatizacin de procesos. A su vez una medida absoluta de la luminosidad en un ambiente permite realizar una instalacin elctrica saludable para el usuario y eficiente en consumo.Por otro lado la humedad puede ser un factor positivo o negativo en el ambiente segn el contexto en el cual se la evale ya que la mayora de las veces sucede que la humedad suele afectar algunos contenidos, objetos y sustancias negativamente y por eso es muy importante que se tenga un cierto control sobre la misma en un espacio cerrado.Esto ha hecho que el proyecto se realice con el fin de brindar un manejo adecuado a la problemtica que se presenta en la poca de invierno donde intervienen variables como la intensidad de luz y cantidad de humedad presente en el ambiente. Esto lo proporciona la automatizacin de cubierta para patios, ya que es una solucin idnea para la proteccin de zonas descubiertas donde debe tenerse en cuenta que los objetos que se encuentran a la intemperie permanecen expuestos a los cambios ambientales. Adems, los hogares se ven beneficiados al adquirir este sistema debido a su fcil manipulacin y mantenimiento, ya que este sistema puede ser operado por cualquier miembro de la familia. Se busca que el usuario pueda manejar el dispositivo de una forma sencilla y segura adems de disminuir los costos de fabricacin y mantenimiento. En particular se tuvo en cuenta a las personas discapacitadas que podran acceder a su fcil manejo.3. Objetivos

3.1 Objetivo generalDisear un sistema de control electrnico programable para una cubierta corrediza.

3.2 Objetivos especficos

Desarrollar circuitos especficos que controles las variables de entrada y salida para el funcionamiento de una cubierta corrediza.

Estudiar las condiciones fsicas y variables involucradas para el desarrollo del algoritmo de control del sistema.

Construir un sistema electro-mecnico que realice el desplazamiento de la Cubierta misma.

Seleccionar y acondicionar los sensores que permitan el manejo automtico de la cubierta.

MODULO DE LOS COMPONENTES ELECTRONICOS

4. 0 Modulo de los circuitos electrnicos4.1 Marco tericoSistema de controlUn sistema dinmico puede definirse conceptualmente como un ente que recibe unas acciones externas o variables de entrada, y cuya respuesta a estas acciones externas son las denominadas variables de salida.Las acciones externas al sistema se dividen en dos grupos, variables de control, que se pueden manipular, y perturbaciones sobre la que no es posible ningn tipo de control, la figura 1 ilustra de modo conceptual el funcionamiento de un sistema. Seal de EntradaSistema de ControlSeal de Salida- Variable de Control- Perturbaciones

Figura 1. Esquema general de un sistemaDentro de los sistemas se encuentra el concepto de sistema de control. Un sistema de control es un tipo de sistema que se caracteriza por la presencia de una serie de elementos que permiten influir en el funcionamiento del sistema. La finalidad de un sistema de control es conseguir, mediante la manipulacin de las variables de control, un dominio sobre las variables de salida, de modo que alcancen unos valores prefijados (Consigna). Los elementos bsicos que forman parte de un sistema de control y permiten su manipulacin son los siguientes:- Sensores. Permiten conocer los valores de las variables medidas del sistema.- Controladores. Utilizando los valores determinados por los sensores y la consigna impuesta, calcula la accin que debe aplicarse para modificar las Variables de Control.- Actuador. Es el mecanismo que ejecuta la accin calculada por el controlador y que modifica las variables de control.Lossistemas de controlestn formados por un conjunto de dispositivos de diversa naturaleza (mecnicos, elctricos, electrnicos, neumticos, hidrulicos) cuya finalidad es controlar el funcionamiento de una mquina o de un proceso.Figura 1. Diagrama de Etapas para la Cubierta AutomticaMETAPA DE CONTROL DE POTENCIAETAPA DE CONTROL AUTOMATICOETAPAS DE SENSOR DE LUZ Y HUMEDADETAPA DE FUENTE DE ALIMENTACIONETAPA DE CONTROL MANUAL

Esquema de la interconexin de las etapas entre siSe analizaran individualmente cada uno de los componentes bsicos que conforman los circuitos y sistemas electrnicos que hacen parte del sistema de control.

ResistorEn electrnica, con frecuencia, se requiere el uso de valores especficos de oposicin de la corriente, por esta razn se fabrican dispositivos especiales con el fin de que proporcionen entre sus terminales valores conocidos de resistencias.A los dispositivos diseados con este propsito, se les conoce con el nombre de resistencias, y su unidad de medida es el ohmio ().Los resistores pueden clasificarse principalmente en dos categoras: Fijas VariablesLos resistores fijos son aquellos que presentan un solo valor de resistencia entre sus terminales, su estructura interna se puede observar en la figura 1.

Figura 1. Estructura interna de los resistores fijosLos resistores variables son aquellos cuyo valor puede variar dependiendo de la accin de agentes externos, como por ejemplos, los medios mecnicos, la temperatura, la luz, etc.En esta seccin se tratara aquellos resistores variables accionados por medios mecnicos.Los resistores variables accionados por medios mecnicos, adems de los dos terminales fijos, poseen un tercer terminal o brazo mvil, el cual est sujeto a un eje central. Este puede desplazarse a lo largo del material resistivo y nos permite tomar solamente los valores de resistencia que se necesiten. Dichos resistores reciben el nombre de potencimetros, figura 2. Tandem Rotatorio Deslizante MultivueltaFiguran 2 Los diferentes potencimetros existentes

Aspectos que se deben tener en cuenta en un resistorEl valor especificado en ohmios,debido al tamao reducido de un resistor utilizados en la mayoria de los circuitos electronicos, su valor se indica por medio de una secuencia de colores en forma de cuatro o cinco bandas que se leen de izquierda a derecha, comenzando por la que este mas proxima al extremo. A cada color le corresponde un numero y viceversa; a este metodo se le llama codigo de colores.En el codigo de las cuatro bandas, que es el mas comun, la primera banda representa la primera cifra, la segunda banda es la segunda cifra y la terceraLa potencia, es el trabajo desarrollado por la corriente elctrica al circular a travs del resistor, se manifiesta por la emisin de calor y se especifica en vatios. En los resistores de alambre dicho valor viene especificado sobre el cuerpo del componente, mientras que en los resistores de carbn la potencia est relacionada con su tamao fsico, asi; a mayor tamao, mayor potencia puede disipar y viceversa como se muestra en la figura 3.

Figura 3 Las diferentes potencias que se presentan en un resistorPara concluir es importante destacar que dado que los resistores se emplean para disipar energa, se debe especificar no slo su valor nominal, sino tambin su potencia mxima disipable. Esta potencia mxima disipable afectar al tamao y construccin de los resistores. En electrnica este parmetro se presenta como fracciones de watio.

CapacitorSu principal caracterstica es que tienen la capacidad de almacenar energa en forma temporal.Los capacitores estn conformados bsicamente por dos placas metlicas conductoras separadas por un material aislante llamado dielctrico, el cual puede ser papel, cermica, aire, mica, cuarzo y fibras sintticas, entre otros.Sin importar el dielctrico o la apariencia fsica de un capacitor simple, este siempre tiene dos terminales los cuales se encuentran conectados internamente a las placas metlicas.El valor de un capacitor expresa la habilidad que este tiene para almacenar cargas elctricas, la cual es denominada capacidad y se representa mediante la letra C. Dicha capacidad depende principalmente del tamao de las placas y de la separacin entre ellas.Su unidad de medida es el faradio (f); sin embargo, un faradio es una unidad muy grande y no se utiliza en la prctica. Debido a esto, los capacitores reales se fabrican con capacidades iguales a submltiplos de la unidad fundamental; como son el microfaradio f (1x 10-6), el nanofaradio nf (1x10-9) y el picofarado pf (1x10-12)Los capacitores se clasifican principalmente en dos categoras: Fijos VariablesDependiendo de si su capacidad es fija o puede modificarse por algn medio.Adems, pueden clasificarse como polarizados y no polarizados, dependiendo de si deben o no conectarse en una posicin especifica dentro de un circuito. En este caso, el terminal identificado con el signo (+) debe estar conectado a un nivel de voltaje mayor que el identificado con el signo (-). Hay que ser muy cuidadosos en el momento de hacer la conexin, ya que en caso de que este quede mal conectado se corre el riesgo de que se dae o se produzca una explosin.Los capacitores fijos son aquellos que presentan nicamente un valor de capacidad entre sus terminales. Pueden clasificarse en varias categoras de acuerdo al material usado como dielctrico, ver la figura 4; es muy importante conocer las caractersticas de cada uno de ellos para as poder usarlos de la manera ms adecuada. Figura 4 Capacitores fijosLos capacitores variables nos permiten obtener valores de capacidad comprendidos entre un valor mximo y un valor mnimo preestablecidos por el fabricante. Son accionados por medios mecnicos y dependiendo de si son diseados para variar constantemente su valor o para ser ajustados a un valor determinado, pueden clasificarse como capacitores variables y como capacitores ajustables.En los capacitores variables sus lminas metlicas son mviles. La de ellas estn fijas y la otra mitad pueden accionarse mediante un eje, y hacer que entren en las ranuras que separan a las primeras variando as la superficie enfrentada entre las placas. Dependiendo de su valor pueden tener dos o ms placas; son relativamente robustos debido a que deben soportar un gran nmero de manipulaciones y su dielctrico es por lo general el aire. Son empleados principalmente en los circuitos de sintona de los receptores de radio.Su capacidad puede variar entre los 5 pf y los 500 pf tpicamente. En la figura 5 se muestra la estructura interna de este tipo de capacitores.

Figura 5 Estructura interna de los capacitores variablesLos dielctricos empleados en los capacitores ajustables pueden ser: mica, vidrio, aire o cermica, o una combinacin de ellos, por ejemplo mica- aire, cermica- aire, etc.Actualmente se dispone comercialmente de capacitores en estado slido denominados varactores o varicaps. Son capacitores variables, pero a diferencia de los ya mencionados, su capacidad no vara por medios mecnicos, sino en funcin de un voltaje externo aplicado a sus terminales.Identificacin de un capacitorActualmente los capacitores se identifican con una serie de letras y nmeros, los cuales dan informacin de su voltaje mximo de operacin, capacidad y tolerancia como se puede observar en la figura 6.El primer nmero y la primera letra se refieren al voltaje mximo de operacin; los tres nmeros siguientes indican el valor de la capacidad en picofaradios, as: los dos primeros nmeros corresponden a las dos primeras cifras significativas de la capacidad y el terceo indica la cantidad de ceros que se deben agregar a la derecha. Para conocer la capacidad en picofaradios basta con dividir ese resultado entre un milln.

Figura 6 Identificacin de un capacitorAspectos que se deben tener en cuenta en un capacitorLa capacidad: es la posibilidad de acumulacion de carga electrica de un capacitor cuando se aplica un voltaje determinado; esta depende del tamao y la distancia entre las placas asi como del material usado como dielectrico.La tolerancia: nos indica los valores maximo y minimo que podra tener la capacidad del capacitor.Voltaje de operacin: es el voltaje maximo que puede soportar un capacitor sin destruirse.Coeficiente de temperatura: nos indica la variacion de la capacidad de un capacitor con el aumento de la temperatura. Se expresa por lo general en ppm/C (partes por millon por grado centigrado) y dependiendo de si la capacidad aumenta, disminuye o permanece constante con las variaciones de la temperatura, puede ser positivo (p), negativo (N) o cero. Siempre que se reemplace un capacitor; el sustituto debe tener e mismo coeficiente de temperatura.El uso que se le va a dar: recuerde que todos los capacitores no responden de la misma forma a diferentes seales de entrada; esto depende del dielectrico empleado en su fabricacion. Tenga siempre presente este aspecto antes de decidirse por un tipo en particular.Funcionamiento del capacitor en corriente continuaPara comprender el funcionamiento de un capacitor en corriente continua, se analizara cuando este se conecta a una fuente de corriente continua, como por ejemplo, una bateria.Mientras el capacitor no esta conectado a ninguna fuente es neutro, no tiene ninguna carga, figura 7 .

Figura 7 Capacitor sin carga Al aplicar un voltaje de corriente continua entre las placas del capacitor, no existira ningun paso de corriente a traves del mismo, debido a la presencia del dielectrico (aislante); sin embargo, se produce una acumulacion de cargas electricas entre las placas debido a que el terminal negativo de la bateria repele los electrones libres del conductor hacia la placa A, mientras que el terminal positivo de la bateria atrae los electrones libres de la placa B; de modo tal que en la placa conectada al terminal negativo de la bateria de corriente continua habra una acumulacion de electrones y en la capa conectada al positivo se producira una disminucion de ellos. Lo mismo ocurrira en las caras del dielectrico que se encuentra en contacto con las placas, figura 8.

Figura 8 Proceso de carga de un capacitorEl proceso de carga continua hasta que el voltaje en el capacitor iguala el voltaje de la batera, pues, el voltaje aplicado ya no es capaz de hacer que los electrones libres circulen por los conductores.Durante este proceso la corriente est circulando por todo el circuito, pero no por mucho tiempo, debido a que el proceso de carga es muy rpido.Funcionamiento del capacitor en corriente alternaCuando a un capacitor se le aplica una corriente alterna, se esta sometiendo al mismo a una corriente continua durante medio ciclo y a la misma corriente, pero de sentido contrario, durante el medio ciclo siguiente. Por lo tanto, durante medio ciclo la corriente fluira a traves del circuito para cargar el capacitor y durante el medio ciclo siguiente una corriente fluira en sentido contrario a traves del circuito para descargar el capacitor, y cargarlo nuevamente con la polaridad contraria, figura 9.Por el circuito externo comienza a circular un flujo de electrones que se mueven, alternativamente, de una placa a la otra, cargndose y descargndose continuamente mientras se encuentran conectadas a la fuente suministradora de corriente elctrica. En ese caso, durante un medio ciclo de la corriente alterna, una placa ser negativa () y la otra positiva (+), pero en el siguiente medio ciclo se invierten las polaridades, provocando que se manifieste un ritmo constante de cargas y descargas en ambas placas y, a consecuencia de ello, la corriente elctrica puede circular por el circuito externo. Ese cambio de polaridad se repite tantas veces como ciclos de frecuencia por segundo o hertz (Hz) posea la corriente alterna de la fuente suministradora. Aunque se pueda pensar que por el hecho de circular la corriente elctrica alterna por el circuito externo se deba a que los electrones puedan franquear la barrera que le impone el dielctrico aislante, nada ms lejos de la realidad, pues ni uno solo de estos puede atravesarla, al igual que ocurre cuando el capacitor se encuentra conectado a una fuente de corriente directa.

Figura 9 Funcionamiento de un capacitor con corriente alternaEn conclusin: cuando se aplica a un capacitor un voltaje de corriente alterna, este se carga y se descarga peridicamente. Primero, el capacitor se carga con una polaridad y entonces se descarga con la otra polaridad; luego el capacitor se carga con la polaridad opuesta y entonces vuelve a descargarse. Por tanto, podemos ver que, si conectamos un voltaje de corriente alterna a travs de un capacitor, una corriente alterna fluir siempre a travs del circuito.En general, se puede decir que un capacitor bloquea el paso de la corriente continua y permite el paso de la corriente alterna, en otras palabras, en corriente continua se comporta como un circuito abierto y en corriente alterna se comporta como un circuito cerrado

TransformadorSon componentes conformados por dos o ms bobinas enrolladas alrededor de un ncleo. La primera bobina se enrolla sobre el ncleo, la segunda sobre la primera, y as sucesivamente.La bobina que se conecta a la entrada se llama primario y la bobina que proporciona la seal de salida se llama secundaria como se puede observar en la figura 10.Los transformadores son la principal aplicacin derivada del fenmeno de inductancia mutua.La inductancia mutua se da si introducimos una bobina en un campo magntico variable producido por otra, este har circular una corriente que inducir un voltaje en los extremos de la bobina. As, el mismo el campo magntico estar induciendo un voltaje en ambas bobinas.Funcionamiento bsico de un TransformadorEl funcionamiento de un transformador se basa en el fenmeno de la induccin electromagntica. Cuando se hace circular una corriente alterna por el primario, se produce un campo magntico variable alrededor de la bobina del primario cuya amplitud y frecuencia dependen de la amplitud y frecuencia de la corriente aplicada.

Figura 10 Funcionamiento bsico de un transformadorEste campo magntico encuentra en el ncleo un camino para transportarse y como la bobinas o bobinas del secundario se encuentran enrolladas sobre el mismo ncleo, se induce en ellas un voltaje variable o alterno que depende del nmero de vueltas de la o de las bobinas del secundario.Los transformadores solo funcionan cuando se les aplica corriente alterna en la entrada.Los transformadores se utilizan principalmente en los sistemas electrnicos, para aumentar o disminuir el nivel de voltaje y de corriente, o para transferir seales entre distintos circuitos.El smbolo indica el material del ncleo, la forma como estn distribuidas las bobinas en el transformador y si estas son variables o no.ClasificacinLos transformadores se clasifican de diferentes formas as:Dependiendo de si su inductancia mutua es fija o variable, pueden clasificarse como fijos o variables.En los transformadores variables, la inductancia mutua puede variarse de dos formas: desplazando el ncleo o cambiando el nmero de espiras, ya sea mediante un contacto deslizante o utilizando derivaciones (taps).Dependiendo de sus aplicaciones y frecuencia de trabajo, los transformadores pueden clasificarse en cinco grupos principales: Transformadores de potencia o de entrada Transformadores de corriente Transformadores de radiofrecuencia Transformadores de audiofrecuencia Transformadores de pulsoEn este trabajo de grado se utiliza el transformador de potencia del cual se hablara un poco de l.Transformadores de potencia. Son los ms comunes y estn diseados para recibir el voltaje de la red elctrica y adaptarlos a las necesidades del circuito al cual estn conectados. Estos transformadores toman dicho voltaje y lo elevan o lo reducen, segn los requerimientos del circuito, ver figura 11Si un circuito necesita tener varios voltajes, el transformador puede tener varios secundarios ya sean separados o integrados en el mismo enrollamiento; estos ltimos reciben el nombre de autotransformadores.

Figura11 Transformadores de potenciaDependiendo de si el voltaje inducido en el secundario es mayor, menor o igual que el voltaje aplicado al primario, los transformadores de potencia se clasifican como elevadores, reductores o de aislamiento; esto es determinado por el nmero de espiras o vueltas del alambre que haya en cada uno. Si en el secundario hay ms espiras que en el primario, el voltaje se eleva; en caso contrario el voltaje se reduce; si el nmero de espiras es el mismo en el devanado primario y en el secundario el transformador es de aislamiento.Identificacin de un transformador de potenciaDependiendo de su tipo y aplicaciones, los transformadores pueden identificarse de diferentes formas.Los transformadores de potencia traen especificado el voltaje del primario, el voltaje del secundario y la potencia del secundario. Ejemplo:Voltaje primario: 110 VVoltaje secundario: 12 VPotencia: 12 W

RelsSon interruptores mecnicos controlados por una pequea corriente elctrica. Segn los relsestos pueden ser energizados con una Corriente muy pequea, por lo que pueden ser disparados directamente por el Microcontrolador. Como est hecho un relSubstancialmente, un rel est compuesto por una bobina, una armadura metlica y un grupo de contactos que pueden ser conmutados a travs de un campo magntico generado por la bobina.En la figura 1 podemos observar cmo trabaja un rel. Cuando el pulsador hace contacto, pasa corriente elctrica por la bobina y por lo tanto se crea un campo magntico. Este campo magntico atrae la armadura que, acercndose al ncleo de la bobina, mueve los contactos del rel efectuando la conmutacin.

Figura 1 Como trabaja un releCaractersticas de un relLas caractersticas principales que diferencian los rels para tensin continua son: La Cantidad y el Tipo de Contactos La Potencia de Conmutacin La Tensin de Trabajo de la bobina La Corriente de la bobina (o resistencia)Estos parmetros determinan generalmente el tamao del rel. Si mayor es la cantidad de contactos y la potencia que estos pueden conmutar, mayor ser el tamao del rel. Existe una amplia variedad de rels, algunos pequeos como circuitos integrados y otros grandes como un transformador como se puede observar en la figura 2.

Figura 2. Algunos tipos de relsCuanto ms grande y potente es el rel, ms corriente ser necesaria para activarlo y este es un factor muy importante cuando proyectamos el circuito electrnico que lo comanda.Clasificacin de los rels en base al tipo de contactosLa Cantidad y el Tipo de Contactos que un rel dispone se especifican con siglas en ingls que explico a continuacin: SPST: rel con un solo interruptor normal (Single Pole Single Throw) SPDT: rel con un solo conmutador de dos vas (Single Pole Double Throw) DPST o 2PST: rel con dos interruptores normales (Double Pole Single Throw) DPDT o 2PDT:rel con dos conmutadores de dos vias (Double Pole Double Throw)Como se ve en la figura 3, la letra inicial de la sigla puede ser reemplazada por un nmero que indica la cantidad de conmutadores. Por lo tanto 4PDT sera un rel con 4 conmutadores de dos vas cada uno.

Figura 3. Clasificacin de los rels en base a los contactos

4.1.1 Regulador La idea bsica de un regulador en una fuente de voltaje regulada es mantener constante el voltaje de salida, independientemente de las variaciones de voltaje de salida o en la corriente de la carga.Cuando se producen cambios en la carga, la fuente de alimentacin puede verse perturbada dando a lugar a desestabilizaciones en su funcionamiento.Los reguladores se caracterizan por proporcionarle, a la carga, seales continuas y estables. Corrigen de forma casi automtica las variaciones que puedan tener lugar, y garantizan la entrega de una seal aceptable para el circuito conectado a la fuente de alimentacin. Un regulador compara la seal llegada a l con otra de referencia. La diferencia entre estas dos, el error, puede ser tan bajo nivel que tiene que amplificarse para poder accionar el elemento de control.Este elemento corrige las desviaciones y proporciona la seal deseada a la salida. Por otro lado, un regulador contiene bloques de proteccin contra exceso de temperatura y corriente. Cuando una anomala de este tipo se detectada, el regulador disminuye la seal de salida a cero, evitando de esta manera daos en el circuito.En la Figura 2, se presenta el Diagrama a Bloques de un Circuito Integrado del Regulador de Tensin, que consiste en:Elemento de referencia: Proporciona una tensin de referencia estable conocidaElemento de interpretacin de tensin: Muestra el nivel de tensin de salida.Elemento comparador: Compara la referencia y el nivel de salida para generar una seal de error.Elemento de control: Puede utilizar esta seal de error para generar una transformacin de la tensin de entrada y producir una salida deseada.Estos dispositivos existen comercialmente en tres categoras:1. Voltajes Fijos Positivos2. Voltaje Fijos Negativos3. Voltajes Ajustables

Figura 2 Diagrama de bloques de un ReguladorAhora dentro de los reguladores de voltaje con salida Fija, se encuentran los pertenecientes a la familia LM78XX, donde XX es el voltaje de la salida. Estos son 5, 6, 8, 9, 10, 12, 15, 18 y 24 V, entregando una corriente mxima de 1 amperio y soporta consumos pico de hasta 2.2 amperios. Poseen proteccin contra sobrecargas trmicas y contra cortocircuitos, que desconectan el regulador en caso de que su temperatura de juntura supere los 125C.Los LM78xx son reguladores de salida positiva, mientras que la familia LM79xx es para voltajes equivalentes pero con Salida Negativa. As, un LM7805 es capaz de entregar 5 voltios positivos, y un LM7912 entregara 9 voltios negativos.LM7805 Fsicamente el 7805 consta de tres patillas que, de izquierda a derecha como se puede observar en la Figura 3, tienen los siguientes pines:Input: Por este terminal se puede aplicar una tensin mxima de 35 voltios sin estabilizar.Ground: Es el terminal central y es el que se conecta a tierra, punto comn de referencia para todas las tensiones.Output: Por este tercer terminal salen hacia el exterior +5 voltios con un margen de estabilidad prxima al 2%, segn tolerancias y cargas aplicadas.

Figura 3. Diagrama de Pines del Regulador LM7805El regulador de tensin 7805 es capaz de proporcionar una intensidad nominal de un Amperio. Dispone de autoproteccin, de modo que si se produce algn cortocircuito, la intensidad se limita hasta un nivel no destructivo en nanosegundos. En la Tabla 1 se sealan las principales variables que deben tenerse en cuenta para la correcta operacin del regulador LM7805Tabla 1. Caractersticas del LM7805ParmetrosCondicin

Voltaje de corriente directa a la salida+ 5V

Corriente mxima a la salida1A mx.

Corriente mnima a la salida0 A min.

Regulacin de lnea1 %

Regulacin de carga2.5%

Porcentaje de rizado0.5%

Temperatura de operacin0C IC, 1 y < 1.Esta configuracin no produce ganancia de corriente, pero si de tensin. En la configuracin base comn, los valores de Corriente de Salida, Amplificacin, o mejor dicho es reduccin, siempre son menores a 1 (No quiere decir que se tendrn corrientes de 1 A, sino que la corriente de Colector- Base ser menor a la corriente de Emisor-Base, por ejemplo IE = 7 puede originar una corriente IC= 6.9, siendo la entrada de seal en el Emisor y el Colector la Salida, VCB, la cual est en fase con respecto a la Entrada VEB.

Configuracin emisor comnEs la configuracin de transistor que se utiliza ms a menudo. Su denominacin es debido a que el emisor es comn o hace referencia a las terminales tanto de entrada como de salida (en este caso, es comn tanto a la terminal de Base como a la de Colector, ver figura 7).

Figura 7. Configuracin en Emisor ComnLa relacin de proporcionalidad entre la corriente de salida (IC) y la corriente de entrada (IB) en la configuracin emisor comn viene expresada por el factor de amplificacin de corriente de emisor comn ().El valor de se mide en CC, para un punto de operacin esttico del transistor (salida fija) como:

El valor de puede relacionarse con el valor de a partir de la ecuacin de corrientes del BJT.

Sustituyendo los valores de IE e IC en la ecuacin de corriente se tiene:

Con lo que: y Adems con el valor de y la ecuacin de corriente del BJT de puede determinar el valor de IE como:IE = IC + IBIC = IBIE = ( + 1) IBLa configuracin Emisor como puede utilizarse para Amplificacin de Voltaje, Corriente o Potencia, adems de poder actuar como Interruptores.No se puede decir que una configuracin es mejor que la otra, depende del uso que se le quiera dar, aprovechando sus particulares caractersticas, en esta configuracin por una corriente pequea de entrada se obtiene una corriente enorme de salida, por ejemplo para 10 A de entrada se obtiene un 1 mA de salida, pero no se tiene la estabilidad de la configuracin de base comn donde las corrientes son muy similares. Por otro lado, esta configuracin tiene una salida desfasada con respecto a la entrada.Configuracin colector comnEn la configuracin de colector comn la amplificacin de corriente es similar a la que realiza la configuracin emisor comn con la diferencia de que en la configuracin colector comn la salida est en fase con la entrada. La ganancia de voltaje es ligeramente menor que la unidad. Se caracteriza por tener una elevada impedancia de entrada y una baja impedancia de salida, lo que permite el uso de esta configuracin como convertidor de impedancias y como aislador. La figura 8 muestra una configuracin del BJT NPN en colector comn. Obsrvese que el colector se encuentra conectado a la tierra aunque el transistor est conectado de manera similar a la configuracin del emisor comn.

Figura 8. Configuracin en Colector ComnEn la siguiente figura 9 se resume las diferentes configuraciones de un transistor:

Figura 9. Resumen de las diferentes configuracin de un transistorEspecificaciones del fabricanteAl igual que para el Diodo, para el transistor se especifica una hoja de datos con varios parmetros caractersticos del dispositivo. Entre estos parmetros los mas utilizados son.VCEO: Mximo Voltaje de Colector a Emisor en la zona linealVBEO: Mximo Voltaje de Base a EmisorICBO: Mxima Corriente en la Zona de CorteICBMAX: Mxima corriente de colector a base en la zona linealPdMAX: Mxima Potencia disipada por el dispositivoTJMAX: Mxima Temperatura permitida en cada unin del BJTTCO: Mxima Temperatura en la carcaza del TRANSISTOR, por debajo de la cual se tiene PdMAX o hfe: Factor de Amplificacin de Corriente en Emisor Comn: Factor de Amplificacin de Corriente en Base ComnPolarizacinZona de operacinCaractersticas

Unin E-BUnin B-C

DirectaInversaActivaVsal >0, Isal >0

InversaDirectaInvertidaVsal