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MATERIALES SEMICONDUCTORES
Para la construcción de la mayoría de componentes electrónicos se utilizan los materiales
“semiconductores”, estos materiales tienen propiedades entre los conductores y aislantes.
El principal material semiconductor es el silicio, otros materiales semiconductores son el germanio o el
arseniuro de galio.
El silicio es un material barato y abundante en la corteza terrestre. Con los materiales semiconductores
se construyen los “componentes electrónicos activos”. Estos componentes realizan las funciones principales de
los circuitos electrónicos.
COMPONENTES ELECTRÓNICOS ACTIVOS
LOS DIODOS
Es un componente electrónico que sólo permite el paso de corriente eléctrica en un sentido. Está
formado por dos cristales semiconductores de silicio o germanio unidos entre sí.
Cuando el lado positivo del diodo está unido al positivo de la pila el diodo permite la conducción como
si fuera un interruptor cerrado, si el positivo de la pila está conectado al negativo del diodo, éste se comporta
como un interruptor abierto no conduce.
La corriente sólo circula en un sentido el que indica la “flecha” del símbolo.
Existen varios tipos de diodos para distintas funciones:
Diodos rectificadores, su función principal es la de convertir corriente alterna en corriente
continua.
Diodos Led: se fabrican en varios colores (rojo, amarillo o blanco), tienen la propiedad de emitir luz cuando pasa por ellos la corriente. Se utilizan como elementos de señalización en muchos aparatos, otra aplicación es la de los mandos a distancia.
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Diodo rectificador
diodo Led
Indica en el esquema los componentes por los que pasa corriente y los que emiten luz según están
conectados.
Realiza un circuito para que cuando pulsamos un pulsador un motor gira en un sentido y se enciende
una luz roja, y cuando pulsamos otro pulsador el motor gira en sentido contrario y se enciende una luz verde.
Disponemos de 2 pilas, dos pulsadores, un motor un diodo Led rojo, un diodo Led verde y 2 resistencias de
100.
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EL TRANSISTOR
Es un componente electrónico de tres terminales capaz de controlar la corriente que pasa entre dos de
los terminales mediante la corriente que pasa por el tercero. Explicado de otra manera, podemos decir, que
funciona como un interruptor que se cierra y se abre dependiendo de que por la tercera patilla, entre o no entre
corriente eléctrica.
También tiene efecto amplificador, como ejemplo, el amplificador de un equipo de música tiene que
tener unos circuitos, construidos con transistores que “amplifican” aumentan la señal eléctrica en que se
convierte el sonido, para transmitirla a los altavoces.
Resumiendo, los transistores tienen dos tipos de funciones:
De amplificación de una señal (amplificador de un equipo de sonido)
Como interruptor controlado por corriente eléctrica.
Funcionamiento de un transistor
Un transistor tiene tres terminales, el colector C, el emisor E y la base B. La corriente que circula de
colector a emisor se controla mediante una débil corriente de base o control.
Para explicar el funcionamiento del transistor recurriremos a un símil.
Imagina que en una presa hidráulica (colector C) hay un embalse lleno de
electrones. Estos tienden a pasar al emisor (E), sólo podrán hacerlo si alguien abre
la compuerta (base B), pueden ocurrir tres casos:
1. Por la base (B) no entra ningún electrón, por tanto, no se produce circulación
de electrones entre el colector y el emisor. Decimos que el transistor está en
corte y que el colector y el emisor están aislados.
2. Algunos electrones se introducen por la base. En este caso, la energía que
transportan es suficiente para abrir un poco la compuerta de la presa. Cuantos
más electrones entren, más abierta quedará la presa y mayor será la corriente
entre el colector y el emisor. El transistor funciona en la zona activa como un
amplificador.
3. Si pasan muchos electrones por la base, podrán derribar y abrir por completo la presa. El colector y el
emisor quedan unidos y los electrones circulan de uno a otro libremente. El interruptor funciona como un
interruptor cerrado.
Veamos este funcionamiento en un circuito de ejemplo:
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Si el interruptor T está abierto no entra corriente por
la base y el transistor no deja pasar la corriente. La
bombilla no luce.
Si el interruptor T está cerrado entra corriente por la
base, el transistor conduce y la lámpara está
encendida.
CIRCUITOS CON TRANSISTORES
“Despertador solar”. Cuando hay luz suena un timbre, si hay oscuridad no suena. Se dispone de pila,
resistencia LDR, resistencia fija, transistor y timbre.
“Interruptor crepuscular”. Cuando no hay luz, se enciendo una lámpara, si hay luz, la lámpara se apaga.
Se dispone de pila, resistencia LDR, resistencia fija, transistor y lámpara.
“Apagado de luz temporizado”. Mediante un pulsador encendemos un diodo Led, al retirar el dedo el
Led permanece encendido unos segundos. Se dispone de pila, pulsador, condensador, transistor, diodo Led, dos
resistencias fijas.
“Detector de humedad”. Cuando se sumergen dos cables en un recipiente con líquido (o en la tierra
mojada) de una maceta, se enciende un Led. Se dispone de pila, transistor, diodo Led y resistencia.
CIRCUITOS IMPRESOS
Si los en los circuitos eléctricos uníamos los componentes mediante cables, en los circuitos
electrónicos, se suele utilizar las “placas de circuito impreso”. Mirando el circuito electrónico de cualquier
aparato verás que los componentes se encuentran montados sobre una placa, esta placa es por un lado aislante y
por el otro verás unas “pistas” de cobre con las que se unen las patillas de los componentes electrónicos
formando el circuito.
Los fabricantes de productos electrónicos, realizan estas placas mediante máquinas especiales, en el
taller podemos construirnos placas de Circuito Impreso de forma artesanal.
CIRCUITOS INTEGRADOS
Los circuitos integrados o microchips son componentes electrónicos complejos. Están constituidos por
un variado número de componentes electrónicos que se han formado e interconectado sobre un mismo bloque de
material semiconductor, formando así circuitos microscópicos completos.
Tienen la gran ventaja de que cada circuito integrado realiza una función completa, de modo que se
pueden combinar como módulos funcionales, conectándose con otros componentes para conseguir
funcionamientos más complejos en un espacio reducido.
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Hay toda una gama de circuitos integrados, que según la escala de integración o número de
componentes por chip, va desde los de baja escala de integración (SSI), que tienen menos de cien componentes,
a los de muy alta escala de integración (VLSI), con varios millones de componentes.
Uno de los circuitos integrados más complejos es el microprocesador de un ordenador. Este chip es el
principal de un ordenador.
¿Cómo se fabrican los circuitos integrados?
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CORRIENTE ALTERNA Y CORRIENTE CONTINUA (AC/DC)
¿Qué componentes eléctricos nos proporcionan voltaje? Ya sabemos que para que funcionen los
aparatos eléctricos hemos de conectarlos generadores eléctricos: pilas, baterías, fuentes de alimentación o
enchufes. Recuerda que cada generador de los nombrados nos da un voltaje determinado que se mide en voltios.
Las pilas 1,5V o los enchufes 220V.
Vamos a ver que además de distinto valor de voltios, los generadores eléctricos nos proporcionan el
voltaje de diferente manera.
GENERADORES DE CORRIENTE CONTINUA (DC)
Son las baterías, pilas o las fuentes de alimentación que usamos en el taller. Nos proporcionan un
voltaje que no varía con el tiempo. Si una pila es de 9 V, este valor es constante.
Si representamos en una gráfica como varía el voltaje (Tensión) con el tiempo,
tenemos una línea horizontal.
GENERADORES DE CORRIENTE ALTERNA (AC)
La energía eléctrica se produce en las centrales en forma de corriente alterna, en nuestras casas, los
enchufes nos proporcionan la energía eléctrica de esta manera.
Todos los aparatos que conectamos a los enchufes, bombillas, motores, electrodomésticos, funcionan
con corriente alterna.
Si representamos en una gráfica como es la forma del voltaje alterno, vemos que el
valor de voltios no es constante sino que varía continuamente entre dos valores, con una
forma de onda curva.
Si te fijas en la gráfica, puedes comprobar que hay momentos en los que el voltaje es máximo (250 V)
pero otros el voltaje es 0V.
¿Por qué no se apagan las lámparas en este momento? Porque el voltaje cambia muy rápidamente, de
forma que a los aparatos no les da tiempo a pararse. Fíjate en el tiempo que tarda el voltaje en cambiar, fíjate que
en 20 ms el voltaje completa todo el recorrido. Esto quiere decir que en un segundo se repite el ciclo 50 veces, a
esta medida se le llama frecuencia, y en Europa toda la red eléctrica funciona a la frecuencia de 50 Hz.
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EL TRANSFORMADOR
Es un aparato eléctrico cuya función es elevar o reducir el valor de voltaje de la corriente alterna. Sólo
funciona con la corriente alterna.
Un transformador tiene dos conexiones de entrada y dos de salida:
La relación de transformación Rt de un transformador nos indica cómo se
transforma a la salida el voltaje de la entrada.
Ejemplo si un transformador tiene una Rt de 10/1, significa que si conectamos a la entrada 220V a la
salida obtenemos 22V.
Además de estos grandes transformadores en nuestra casa los usamos muy a menudo, todo aparato
electrónico, que funcione enchufado a la red, tiene un primer circuito que transforma los 220V en un voltaje más
reducido. Además este voltaje alterno, es necesario convertirlo en continuo.
CIRCUITOS RECTIFICADORES.
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El sistema eléctrico de distribución está basado en la posibilidad de cambiar el valor de voltaje mediante grandes transformadores: en las centrales eléctricas la energía eléctrica se genera a unos 6.000V, para transportarla hasta grandes distancias se emplean transformadores que elevan el voltaje hasta 400.000V, cuando esas líneas alimentan consumidores se reduce el voltaje a 45KV, 15KV, 10KV o hasta los 220V de los consumidores domésticos. Estos transformadores son grandes máquinas que se pueden ver en las subestaciones eléctricas.
EJERCICIOS DE ELECTRÓNICA 3º
1.- Dibuja el símbolo de los siguientes componentes electrónicos y explica su función:
Resistencia fija
Diodo rectificador
Termistor (NTC o PTC)
Condensador
Potenciómetro
LDR
2.- Indica el valor de las siguientes resistencias:
Representa los colores de las siguientes resistencias:
100 10 2 K 4700 9 1,5K
Transforma los siguientes valores de resistencia a : 1K, 20 K, 3,5 K, 10 M, 1,5 M.
Transforma los siguientes valores de resistencia a K: 1.500 , 25.000 , 800 , 10.000 .
3.- En el siguiente circuito se han conectado distintas lámparas a la pila con resistencias de distintos
valores (10, 100, 200, 400, 800 ).
Indica de más a menos las lámparas que
lucen más.
Explica porqué lucen más unas lámparas
que otras.
Explica qué relación hay entre los valores
de las resistencias y la corriente o cantidad de
electrones que circulan por las mismas.
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Rojo
Rojo
Rojo Oro Mar
rón
Negr
oM
arró
nOr
o Nara
nja
Negr
o
Oro
Negr
o
AMAR
C. Oro
AMAR
C. Nara
nja
Mar
rón
Oro
Negr
o
Negr
o
Negr
o
OroM
arró
n.
Mar
rón
4.- En el siguiente circuito los electrones tienen dos caminos posibles.
Explica porqué camino circularán más electrones, en estas
situaciones:
Si el potenciómetro tiene una resistencia elevada.
Si el potenciómetro tiene una resistencia pequeña.
Según lo anterior ¿en qué caso de los dos dará luz la
bombilla?
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Electrones
Electrones
5.- Nombra los componentes de cada circuito y explica su funcionamiento.
6.- Nombra los componentes del siguiente circuito y responde a las cuestiones siguientes.
¿Qué ocurre al pulsar S1?
¿Qué ocurre si se deja de pulsar S1?
¿Qué ocurre si pulsamos S2?
Si la resistencia R1 es mayor cómo cambia el
funcionamiento del circuito.
Si la resistencia R2 es mayor cómo cambia el
funcionamiento del circuito.
¿Porque componentes podemos sustituir las
resistencias para poder hacer estos cambios
manualmente?
7.- Nombra los componentes del siguiente circuito.
Indica por qué rama del siguiente circuito circula corriente (electrones).
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8.- Funcionamiento de transistor.
Sobre el símbolo de transistor sitúa el nombre de cada patilla:
E: Emisor
C: Colector
B: Base
Indica por con flechas los dos caminos por los que puede circular la corriente en este componente.
¿Qué relación hay entre estas dos circulaciones de electrones?
Realiza un circuito para que al pulsar un pulsador se encienda una lámpara, a través de un transistor.
(Utilizar: la pila, el transistor, la lámpara y un pulsador)
9.- En el siguiente esquema se utiliza un transistor para que un motor se ponga en marcha. Para que
funcione el transistor se pueden conectar distintos componentes que se han dibujado en la columna de la
izquierda.
Nombra los mismos e indica en la columna de la derecha, si se conecta el componente de la izquierda a
la base del transistor de qué dependerá que funcione el motor.
10.- En el siguiente esquema podemos variar la resistencia del potenciómetro, completa la tabla.
Si la resistencia
del
potenciómetro es:
Los
electrones
circularán por
el camino
El transistor
(conduce o
no conduce).
La lámpara
(encendida o
apagada)
elevada
pequeña
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COMPONENTE
POTÉNCIAME.
Camino 1Camino 2
11.- Realiza un circuito para que si no hay luz una lámpara se enciende y si hay luz la lámpara se apaga.
Utilizar, la pila, la LDR, una resistencia fija, un transistor y la lámpara.
12.- Los siguientes circuitos no permiten que un diodo Led permanezca encendido durante unos
instantes, completas las cuestiones.
¿Qué ocurre al pulsar el pulsador?
¿Qué ocurre al dejar de pulsar?
Los electrones que almacena el condensador por dónde se
descargan.
¿Qué resistencia controla el tiempo de carga del
condensador?
¿Qué resistencia controla el tiempo de descarga?
¿Qué ocurre al pulsar el pulsador?
¿Qué ocurre al dejar de pulsar?
Los electrones que almacena el condensador por
dónde se descargan.
¿Qué resistencia controla el tiempo de carga del
condensador?
¿Qué resistencia controla el tiempo de descarga?
¿Qué función tiene la resistencia R3?
¿Por qué con este circuito tarda mucho más en
apagar el diodo Led que el de la izquierda?
13.- Realiza un esquema para convertir el voltaje alterno de un enchufe en voltaje continuo, para
encender una lámpara de 12 V DC.
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14.- Realiza un circuito para que cuando sea de día nos despierte un timbre, mediante un interruptor el
despertador estará apagado o encendido.
Utilizar, la pila, una LDR, un transistor, un zumbador o timbre e interruptor.
BIBLIOGRAFÍA
DECRETO 39/2002, de 5 de marzo, del Gobierno Valenciano, por el que se modifica el Decreto 47/1992, de 30 de marzo, del Gobierno Valenciano, por el que se establece el currículo de la Educación Secundaria Obligatoria en la Comunidad Valenciana. http://www.cult.gva.es/Educacion.htm
DECRETO 50/2002, del 26 de marzo, del Gobierno Valenciano, por el que se modifica el Decreto 174/1992, de 19 de agosto, del Gobierno Valenciano, por el que se establece el currículo del Bachillerato en la Comunidad Valenciana. http://www.cult.gva.es/Educacion.htm
Pagina personal del Asesor de Tecnología de la E.S.O y del Bachillerato Tecnológico del Cefire de Alicante. BIBLIOGRAFÍA PARA EL ÁREA DE TECNOLOGÍA. Actualizada por César Sánchez Serna. http://www.terra.es/personal/cesarsan/. Copyright 1997-2004. [email protected]. Alicante. España.
SÁNCHEZ SERNA, CESAR. VILLENA ROBLIZO, Mª DOLORES (2003). “Anexo: electricidad – electrónica”. Curso 2002-2003. Elda: Cefire. En Internet: http://cefirelda.infoville.net
SÁNCHEZ SERNA, CÉSAR. VILLENA ROBLIZO, Mª DOLORES (2003). “Construcción de prototipos electrónicos utilizados en los proyectos de tecnología.” Curso 2003-2004. Elda: Cefire. En Internet: http://cefirelda.infoville.net
Direcciones de Internet de Electrónica:
http://www.iespana.es/electronred/Pasivos.htm#Resistencias
http://www.iespana.es/electronred/Semiconductores.htm#TERMISTORES
Amplificadores Operacionales Apuntes de Comunicación de Datos C O M T R O N I C Controladora Educativa ENCONOR para control por ordenador en la Tecnología de la ESO Crocodile Clips Curso de Hardware Departamento Electrónica Die, Teoría de Circuitos y Laboratorio de Electricidad disipación de calor en semiconductores El Portal de las Telecomunicaciones Electrónica ELECTRONICA24 la tienda para audio, sonido, foto y electrodomesticos
2.- APUNTES BÁSICOS DE TEORÍA DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS Y ELECTRICIDAD
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UTILIZADAS PARA LA TECNOLOGÍA.
LOS CIRCUITOS ELÉCTRICOS
La electricidad está presente en casi todos los momentos de la vida cotidiana; bombillas,
frigoríficos, estufas, electrodomésticos, aparatos de música, maquinas, ordenadores y muchos otros aparatos que
utilizamos funcionan gracias a esta forma de energía. Para que cualquiera de estos aparatos funcione ha sido
necesario que sus diseñadores desarrollen unos circuitos eléctricos formados por cables, interruptores, pulsadores
y otros componentes eléctricos algunos de los cuales estudiaremos en este tema.
En este tema aprenderemos algunos de estos componentes eléctricos, los circuitos que forman y las
leyes básicas del funcionamiento de los circuitos.
1.- MAGNITUDES ELÉCTRICAS
Miden propiedades que poseen los circuitos eléctricos. Gracias a las magnitudes podemos medir y entender los
fenómenos que ocurren en los circuitos eléctricos.
1.1.- CARGA ELÉCTRICA (Q)
La materia esta formada por unidades minúsculas llamadas átomos que, a su vez, están constituidos por
partículas más pequeñas: los neutrones y protones en el núcleo y los electrones en la corteza, girando alrededor
del núcleo.
Los átomos en equilibrio son neutros, tienen tanta carga positiva como negativa. En ocasiones los átomos sufren
una variación en el número de electrones, entonces el átomo adquiere carga eléctrica, que será positiva cuando
haya perdido algún electrón (ya que el número de electrones será menor que el de protones) y negativa cuando
adquiera nuevos electrones.
Este hecho lo podemos observar por los efectos de la
electricidad estática, como ejemplo de uno de ellos tenemos los rayos
que se producen en una tormenta debido al exceso de carga eléctrica de
las nubes.
Cuando disponemos de un material que permite la circulación de electrones
(conductor) tenemos otro fenómeno eléctrico. Si en una zona del conductor hay un
exceso de electrones, éstos circularán hacia donde hay menos, para equilibrar el
material, a este fenómeno se le denomina “corriente eléctrica”.
La cantidad de electricidad que posee un cuerpo, exceso o defecto de electrones se mide en CULOMBIOS.
Los materiales se clasifican, según permitan mejor o peor la circulación de electrones en: clasifican en
materiales.
Conductores son los que permiten que los electrones puedan moverse en el interior de dicho material,
permiten el paso de la corriente eléctrica. Son conductores: los metales, cobre, plata, aluminio, etc.
Aislantes los electrones no tienen movilidad, no permiten el paso de la corriente eléctrica. Son aislantes:
los plásticos, la madera, el papel.
Semiconductores: Son aislantes bajo determinadas condiciones y conductores en otras. Forman parte de
la inmensa mayoría de los componentes electrónicos actuales y son principalmente el silicio (Si) y el
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germanio (Ge).
1.2.- CORRIENTE ELÉCTRICA
Cuando se unen dos cuerpos con distinta carga a través de un elemento conductor, se produce un movimiento de
electrones desde el que tiene exceso de carga negativa hacia el de exceso de carga positiva. Ese movimiento es lo
que conocemos como corriente eléctrica: flujo o movimiento ordenado de electrones
en el interior de un conductor para lograr el equilibrio electrónico entre dos puntos con distinta cantidad de
carga eléctrica.
Nosotros no podemos contar la cantidad de electrones que circulan por un conductor puesto que es una cantidad
muy grande, por eso, para medir la corriente eléctrica que circula por un conductor se utiliza una magnitud que
es la Intensidad de Corriente Eléctrica, o simplemente Intensidad o Corriente eléctrica.
INTENSIDAD CORRIENTE (I) I = Q / t
La intensidad de corriente eléctrica se mide en Amperios.
1.3.- LA RESISTENCIA ELÉCTRICA (R)
Todos los conductores no conducen la corriente eléctrica de igual forma, hemos visto anteriormente que existen
materiales (aislantes) que no dejan pasar la corriente eléctrica. La dificultad que opone un conductor de
electricidad al paso de ésta. Depende de varios factores:
• Del grosor; cuanto más delgado mayor resistencia.
• De la longitud del conductor; a mayor longitud mas resistencia.
• Del tipo de material. Unos materiales ofrecen más resistencia que otros. A esta propiedad de cada material se
le conoce como resistividad.
La unidad de resistencia es el OHMIO (). Para medir valores de resistencia más elevados se emplean
múltiplos: kilohmio 1 k = 1.000
1.4.- EL VOLTAJE (V)
¿Qué provoca el movimiento de los electrones en un conductor?
Para que en por un conductor circule una corriente eléctrica,
es necesario que entre sus extremos haya una diferencia de
carga eléctrica, de manera que los electrones
circularán desde donde hay más cantidad hasta donde hay
menos.
A esta diferencia de carga eléctrica se le llama diferencia de potencial o diferencia de voltaje y es la
fuerza que provoca la corriente eléctrica o movimiento de electrones en un conductor. La unidad de medida del
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voltaje es el voltio (V) es definido como; La diferencia de potencial capaz de provocar una corriente de un
amperio en un conductor cuya resistencia sea de un ohmio. Para conseguir en un circuito eléctrico una diferencia
de voltaje se necesita un generador, en el taller utilizaremos una fuente de alimentación o unas pilas. En las
centrales eléctricas esta diferencia de voltaje se genera en el alternador.
2.- EL CIRCUITO ELÉCTRICO
Un circuito eléctrico es un conjunto de elementos que unidos de forma adecuada permiten el paso
de la corriente eléctrica (electrones). La función de un circuito eléctrico es convertir la energía eléctrica del
generador en otro tipo de energía, mediante un receptor. Mediante un motor se convierte en movimiento,
mediante una lámpara en luz, etc.
Un circuito eléctrico está compuesto por los siguientes elementos:
Un generador de voltaje, pila, batería, enchufe, etc.
Un receptor de la corriente, motor, lámpara, etc.
Unos elementos de maniobra, interruptores, conmutadores, etc.
Unos elementos de protección, fusible, interruptor automático, etc.
Unos cables que conecten los anteriores.
Para representar los circuitos en papel utilizaremos sus símbolos, anota el símbolo de los siguientes
componentes.
Pila, batería o generador CC. Generador de AC. Resistencia
Lámpara Timbre o zumbador Motor
Interruptor manual Pulsador NA Pulsador NC
Conmutador simple Conmutador doble Conmutador de cruce
Fusible Interruptor automático Interruptor diferencial
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Voltímetro Amperímetro Ohmetro
2.1.- CONEXIÓN DE COMPONENTES EN SERIE Y PARALELOCircuito en
serie
Circuito en paralelo
Problemas, siempre disponemos de la pila o batería:
1.- Se dispone de dos pulsadores y dos lámparas, diseñar un circuito para que cada uno de los pulsadores
encienda una sola lámpara.
2.- Se dispone de dos pulsadores y una lámpara,
a) Diseñar un circuito para que sólo se encienda la lámpara cuando pulsemos a la vez ambos pulsadores.
b) Diseñar un circuito para que se encienda la lámpara cuando pulsemos cualquiera de los dos
pulsadores.
3.- Se dispone de dos lámparas y un pulsador.
a) Diseñar un circuito para que se enciendan las dos lámparas con mucha luz.
b) Diseñar un circuito para que se enciendan las dos lámparas con menos luz.
4.- Mediante un conmutador y dos lámparas, diseñar un circuito para que se encienda una u otra lámpara.
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3.- LA LEY DE OHM
Es la fórmula básica de los circuitos eléctricos, relaciona las tres magnitudes eléctricas fundamentales, voltaje,
intensidad y resistencia.
Conectamos una resistencia R a una fuente de tensión de voltaje V, por la
resistencia circula una corriente de intensidad de corriente I.
Mediante esta fórmula resolveremos distintos problemas.
Problemas.
5.- Conectamos una resistencia de 5 a una pila de 1,5 V, calcular la
intensidad I que circula por el circuito.
6.- Qué resistencia debemos de conectar a una pila de 4,5 V para que la Intensidad de corriente I que circule
sea de 0,050 A.
7.- Por una resistencia R = 15 circula 1 A, calcular que voltaje hay entre los extremos de la resistencia.
3.1.- ENERGÍA (E) Y POTENCIA ELÉCTRICA (P)
La energía
En nuestras casas pagamos el “recibo de la luz” dependiendo de la cantidad de energía eléctrica que hayamos
consumido durante los dos meses anteriores. Pagaremos más o menos dependiendo de que hayamos tenido más
o menos electrodomésticos conectados durante un tiempo dado. Esta energía eléctrica que nosotros consumimos
se ha producido en algún tipo de central de producción de energía. Allí han transformado otra forma de energía
en energía eléctrica.
Indica que transformación de energía se produce en cada una de estas centrales:
C. Térmica, C. Hidroeléctrica, C. Nuclear, C. Fotovoltaica, C. Eólica.
La unidad de energía eléctrica más utilizada es el Kwh., y se define como la energía consumida por un aparato
de potencia 1 Kw. durante una hora.
La potencia eléctrica
Es la energía eléctrica que circula por un circuito en un tiempo dado.
La potencia eléctrica
Mide la cantidad de energía eléctrica que un receptor consume en un tiempo dado.
Su unidad es el Watio, un múltiplo del watio es el Kilowatio, 1 KW = 1000 W.
Dado un receptor eléctrico (bombilla, motor, resistencia) sometido a un voltaje V y que circula una corriente I, la
potencia que consume es igual a P:
P = V . I
Problemas.
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8.- Una bombilla consume 1 W cuando la conectamos a 1,5 V. Calcular:
a) La Intensidad I que circula.
b) La resistencia eléctrica del filamento.
9.- Calcular la Intensidad que circula por tres bombillas de 220V y 40 W, 60 W, 100 W.
10.- Una resistencia de 10la conectamos a 10 V. Calcular la Intensidad que circula, la potencia y calcular
la energía consumida si la resistencia la dejamos conectada durante 24 horas.
11.- Calcular cuanto nos dinero nos cuesta mantener encendida una bombilla de P = 60 W. Durante 100 horas,
si el coste de la energía es de 0,08 €/KWh
12.- Para asar un pollo, debemos de conectar un horno de Potencia 1500W durante 1 hora, si el KWh lo
pagamos a 0,08€, calcular el coste del asado.
4.- FUNCIONAMIENTO DE UN MOTOR ELÉCTRICO DE CC.
Un motor eléctrico convierte la energía eléctrica en energía mecánica (energía de movimiento).
Los motores de corriente continua sirven también como generadores si mediante medios mecánicos los hacemos
girar convierten la energía mecánica en energía eléctrica.
Principio de funcionamiento.
Un motor eléctrico aprovecha el “efecto motor”. Este
efecto es la fuerza que se produce sobre un cable eléctrico
cuando por éste, próximo a un campo magnético (imán),
circula corriente eléctrica.
Dependiendo de la dirección de la corriente la fuerza se
produce en un sentido u otro.
Funcionamiento del motor
Un motor eléctrico está formado por unos
imanes permanentes.
Entre medio de los electroimanes hay una
“bobina”, conjunto de cables por los que circula la
corriente eléctrica, esta bobina está construida sobre el eje
que vemos girar en el exterior del motor.
Cuando conectemos una pila a la bobina,
circulará corriente eléctrica, de manera que por el “efecto
motor” se produce una fuerza sobre la bobina que hace
girar el eje.
Recuerda que el sentido de la fuerza depende del sentido de la corriente, por eso el motor tiene un
sistema para que cuando un cable de la bobina pase enfrente de un polo la corriente por el cable tenga siempre el
mismo sentido. Para eso se conecta la bobina a la pila a través del colector y las escobillas.
El colector gira unido a la bobina y las escobillas están fijas.
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Dependiendo de que conectemos el positivo de la pila en una de las conexiones o lo hagamos al
revés el motor gira en un sentido o en el otro.
Efecto generador
Si con la misma máquina, desconectamos la pila, conectamos un receptor (ejemplo bombilla) y
hacemos girar rápidamente la bobina, se genera voltaje eléctrico, debido a otro efecto electromagnético, el
“efecto generador”.
5.- CIRCUITOS PRÁCTICOS
5.1 Conexión de pilas en serie.
Si extraes las pilas de cualquier aparato eléctrico verás que están colocadas una a continuación de otra. Esto es
debido a que cuando se conectan en serie las pilas el voltaje entre la primera y la última es la suma de los
voltajes.
5.2 Apagar y encender una luz desde dos sitios o más.Punto de luz conmutado. Punto de luz triple conmutado.
5.3 Un motor gira en ambos sentidos mediante un conmutador simple y dos pilas.
5.4 Un motor gira en ambos sentidos mediante una pila y un conmutador doble.
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6.- ELEMENTOS DE PROTECCIÓNSon dispositivos que protegen el circuito de sobrecargas de intensidad y a las personas de posibles accidentes.
Fusible Formado por un hilo de metal que funda a
baja temperatura, colocado en serie en el
circuito si circula exceso de intensidad el hilo
se calienta y se funde de manera que el
circuito se abre.
Interruptores
automáticos PIAs
Son los que tenemos instalados en nuestras
casas en el cuadro de distribución. Si hay un
exceso de consumo de energía eléctrica en
uno de los circuitos el interruptor se abre.
Una vez que desconectamos algún aparato
podemos cerrar el interruptor.
Hay uno principal llamado ICP o interruptor
general que protege toda la instalación.
Evitan excesos de consumo de intensidad
eléctrica y cortocircuitos.
Interruptores diferenciales Detectan si hay un fallo de aislamiento de
algún cable, o si alguien hace contacto con
algún elemento con voltaje.
Protege toda la instalación de la casa.
Está instalado en todas las casas junto a los
interruptores automáticos.
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EFECTO MOTOR
PARTES DEL
MOTOR
ELÉCTRICO
ESQUEMA ELÉCTRICO CON INVERSIÓN DE GIRO DE UN MOTOR
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CONTENIDO: MATERIAL PARA TECNOLOGÍA. ASOCIACIONES Y WEBS DE COMPAÑEROS. TECNOLOGÍA EN GENERAL
MATERIAL PARA TECNOLOGÍA.
Título Dirección URL.
LOGO: Enlaces de interés de distintos lenguajes de programación como el WinLogo y otros recursos para el área de PNTIC.
http://roble.pntic.mec.es/~apantoja/internet.htm
TODO LOGO. Diseñado por un compañero. Cuenta con varias unidades didácticas y tutoriales.
http://roble.pntic.mec.es/~apantoja/index.html
TARJETAS CONTROLADORAS: Un grupo de profesores comercializa unas tarjetas controladoras bajo WinLogo a bajo precio y muy prácticas para nuestra área.
enconor
TRADI-TECNO. Muy completo. Cuenta con numerosos kits de proyectos para montar con una documentación explicativa de todos los componentes utilizados. Visita su web y te proporcionará interesantes imagines. Pide su catálogo de muestra.
http://www.ctv.es/tradid
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MICRO-LOG. El suministro es muy rápido porque sale desde Madrid. Cuenta con placas controladoras.
http://www.microlog.net/
CROCODILE-CLIPS. Software Versión DEMO para educación. Tiene un programa muy fácil de usar que simula circuitos electromecánicos y electrónicos. Puedes solicitar el software gratuito pero con límite de componentes, aún así es muy útil para los ejemplos.
http://www.crocodile-clips.com/education
WINZIP8. Compresor-Decompresor muy utilizado para bajarte archivos desde distintas webs. Puedes visitar su web winzip.com con información sobre su programa.
Winzip80.exe http://www.winzip.com
JUEGOS ELÉCTRICOS EN RED. Un compañero ha realizado una web con simuladores eléctricos.
http://web.jet.es/fejupap/electrici.htm
WEBS DE OTROS COMPAÑEROS Y ASOCIACIONES.
Título Dirección URL.
ASOCIACIÓN DE CANARIAS. http://www.educa.rcanaria.es/usr/gteces/ TECNOESO. Web desde la asociación de Valencia que
busca ser un lugar de encuentro técnico-educativo con multitud de contenidos.
http://www.tecnoeso.com
ASOCIACIÓN DE VALLADOLID. Muy completa. Tiene un cuadro comparativo de las horas de áreas por Comunidades.
http://www.terra.es/personal5/apteva
ASOCIACIÓN DE MURCIA. http://www.geocities.com/atecmur/ ASOCIACIÓN DE CANTABRIA. http://usuarios.tripod.es/aptcantabria/ ASOCIACIÓN DE ZAMORA. http://alerce.pntic.mec.es/~aded0006/DPTO. TECNOLOGÍA DE ARANJUEZ: con muchos
datos y enlaces interesentes. http://centros5.pntic.mec.es/cpr.de.aranjuez/foro/tecno/tecnoinicio.htm
ASOCIACIÓN DE CIUDAD REAL. Muy completa y con muchos enlaces.
http://www.geocities.com/CollegePark/Bookstore/6423/
CESAR TRUJILLO. Su web es muy completa con unidades didácticas, exámenes, artículos, enlaces, oposiciones, etc. Visita su página de enlaces es completa.
http://www.geocities.com/athens/forum/7853http://www.geocities.com/athens/forum/7853/enlaces.htm
JESÚS DEL PINO. Web de su instituto en Talavera de la Reina con ejemplos de proyectos como: Batidora, toro mecánico, bobinadora de cintas, cuentamonedas, etc.
http://platea.pntic.mec.es/~jpino/
ASOCIACIÓN DE CATALUÑA: Es muy completa y cuenta con una página de enlaces de todo el mundo.
http://www.aptc.arrakis.es/
ASOCIACIÓN DE MADRID. http://www.arrakis.es/~apte/ TECNOLOGÍA EN GENERAL.
Título Dirección URL.
FUNDACIÓN JUANELO TURRIANO. Con imágenes sobre los mecanismos inventados y del ingenio mecánicos.
http://filemon.mecanica.upm.es/juanelo/index.htm
WINDPOWER. Aerogeneradores. Bueno para que los chavales entiendan como funciona un aerogenerador.”Los molinos y el viento.”.
http://www.windpower.org/es/core.htm
ESTRUCTURAS Y PUENTES. Web de un compañero con enlaces para imágenes de puentes y estructuras.
http://inicia.es/de/javier2000
http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0053-02/contenido/estructuras.htmhttp://www.pbs.org/wgbh/buildingbig/
¿QUÉ ES LA ELECTRICIDAD? http://www.edc-ven.com/03e/index.html
MECANISMOS: Operadores mecánicos sencillos y sus fórmulas matemáticas. Palancas, poleas, engranajes, levas, etc.
http://www.terra.es/personal/jdellund/tutorial/espanol.htm
MECÁNICA DEL AUTOMÓVIL: Explicación de la mecánica de un automóvil y todo sobre una autoescuela de
http://www.autoescuela.tv/
24
forma virtual (con videos explicativos de las normas de conducción)
RED-IRIS. FORO SOBRE EDUCACIÓN-TECNOLÓGICA.
http://www.rediris.es/list/info/edutec-l.es.html
BRICOLAJE DEL ORDENADOR PERSONAL. http://www.coloredhome.com/instafra.htm
COMO FUNCIONAN LAS COSAS. Página en Inglés de cómo funcionan las cosas: motor de explosión, CD, PC, etc.
http://www.howstuffworks.com/
ELECTRICIDAD: Juegos didácticos, reglamentos, descarga de software, etc.
http://olmo.pntic.mec.es/~jmarti50/index.htm
BIBLIOGRAFÍA
DECRETO 39/2002, de 5 de marzo, del Gobierno Valenciano, por el que se modifica el Decreto 47/1992, de 30 de marzo, del Gobierno Valenciano, por el que se establece el currículo de la Educación Secundaria Obligatoria en la Comunidad Valenciana. http://www.cult.gva.es/Educacion.htm
DECRETO 50/2002, del 26 de marzo, del Gobierno Valenciano, por el que se modifica el Decreto 174/1992, de 19 de agosto, del Gobierno Valenciano, por el que se establece el currículo del Bachillerato en la Comunidad Valenciana. http://www.cult.gva.es/Educacion.htm
Pagina personal del Asesor de Tecnología de la E.S.O y del Bachillerato Tecnológico del Cefire de Alicante. BIBLIOGRAFÍA PARA EL ÁREA DE TECNOLOGÍA. Actualizada por César Sánchez Serna. http://www.terra.es/personal/cesarsan/. Copyright 1997-2004. [email protected]. Alicante. España.
SÁNCHEZ SERNA, CESAR. VILLENA ROBLIZO, Mª DOLORES (2003). “Controles de electricidad y electrónica en tecnología”. Curso 2002-2003. Elda: Cefire. En Internet: http://cefirelda.infoville.net
SÁNCHEZ SERNA, CESAR. VILLENA ROBLIZO, Mª DOLORES (2003). “Anexo: operadores. Conceptos básicos. Guión. Controles del área de tecnología”. Curso 2002-2003. Elda: Cefire. En Internet: http://cefirelda.infoville.net
SÁNCHEZ SERNA, CESAR. VILLENA ROBLIZO, Mª DOLORES (2003). “Anexo: electricidad – electrónica”. Curso 2002-2003. Elda: Cefire. En Internet: http://cefirelda.infoville.net
25
3.- TEORÍA DE ELECTRÓNICA DIGITAL UTILIZADA EN TECNOLOGÍA
Introducción
Hemos visto hasta ahora algunos componentes muy utilizados en los circuitos de electrónica analógica.
Esta tecnología se caracteriza porque las señales físicas (temperatura, sonido, imagen, etc...) se convierte en una
señal eléctrica con la misma forma de onda que la señal física.
Veamos un ejemplo.
En un aparato de sonido “analógico” (ejemplo un cassette)
El sonido se convierte en señal eléctrica, esta señal la podemos
modificar, grabar, etc. A la salida de los altavoces la señal eléctrica
se convierte en una señal de sonido.
La señal analógica es una onda que puede tomar cualquier
valor de voltaje a lo largo del tiempo.
Si utilizamos un sistema digital (ejemplo un CD ) el sonido se codifica con dos únicos valores ( 0 ó 1) a
estos valores se les denomina valores binarios, este sistema de manejar la información es la base de toda la
electrónica digital.
En los circuitos digitales una señal de voltaje (5
V) equivale a un 1 lógico y una señal de “no voltaje” (0
voltios) equivale a un 0 lógico.
Codificación decimal/binario
Veamos cómo codificar con dos valores (1 y 0) los números en formato decimal.
Para codificar los números en el sistema decimal (el que usas habitualmente) se emplean 10 cifras (0, 1,
2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9).
Cuando escribimos un número, ejemplo 153, la cantidad total resulta de multiplicar cada cifra por su
base correspondiente:
153 = 1x100 + 5x10 + 1x1
26
En el sistema binario sólo tenemos dos dígitos para representar un número. Si en el sistema decimal las
bases son (1, 10, 100, etc.) en el sistema binario las bases son (1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, etc.).
Conversión binario a decimal:
Veamos qué número decimal es el binario 10101001:
Para averiguarlo se procede de igual forma que con el número decimal anterior, pero con las bases del
sistema binario.
10101001 = 1x128 + 0x64 + 1x32 + 0x16 + 1x8 + 0x4+ 0x2 + 1x1 + = 169
Convierte en decimal los siguientes números binarios:
128 64 32 16 8 4 2 1
10011
01101
01011
00010
Para convertir un número de decimal a binario, existen distintas formas que darán el mismo resultado,
veamos una forma muy sencilla.
256 128 64 32 16 8 4 2 1
153
Convierte en binario los siguientes números decimales.
234
123
62
15
Operaciones lógicas
Acabamos de ver cómo se puede codificar la información con señales binarias (1 y 0), vamos a ver
algunas operaciones que se pueden realizar con estos valores, estas operaciones son la base de otras más
complicadas.
27
a
bs
Para realizar circuitos electrónicos que realicen estas operaciones, los fabricantes tienen diferentes
circuitos integrados con distintos tipos de puertas.
La base de los microprocesadores son estas operaciones básicas que combinadas permiten ejecutar
operaciones mucho más complejas.
Las distintas puertas van a tener unas “entradas lógicas” serán los valores binarios que puede tener la
entrada a su salida. Y un valor de “salida” cuyo resultado será 0 ó 1.
A las entradas las designaremos con las letras a, b, c, d, etc... y a la salida con la letra s. Igualmente la
salida sólo puede tomas dos valores 0 ó 1.
Las puertas lógicas se representan gráficamente o mediante su “operación lógica”. La “tabla de la
verdad” de una función, representa la salida que da para las distintas combinaciones de entradas.
Las puertas lógicas
Completa la siguiente tabla con el símbolo normalizado, y la “tabla de la verdad” de cada función.
Puerta Operación Símbolo Crocodile Símbolo
normalizado
Tabla de la
verdad
AND (Y lógico)
S = a.b
OR (o lógico)
S = a + b
NO (inversor) S = a
NAND (Y
negada) S = a.b
NOR (o negada)
S = a + b
XOR
S =a + b
28
Puerta lógica
Mediante la combinación de distintas puertas lógicas, se crean funciones más complejas.
1.- Determinar la función resultante y la tabla de la verdad de estas dos funciones.
29
2.- Realiza la tabla de la verdad y el circuito electrónico de las siguientes funciones.
S1= a.b+a.c S2=a+(b.c) S3=a + b S4=(a+b).(b+c)
3.- Determina la función resultante y la tabla de la verdad de estos circuitos.
1 2
3 4
4.- A partir de las tablas de la verdad siguientes determina la función y dibuja el
esquema de puertas.
a b c S1
0 0 0 0
0 0 1 0
0 1 0 1
0 1 1 0
1 0 0 0
1 0 1 1
1 1 0 0
1 1 1 0
a b c S2
0 0 0 1
0 0 1 0
0 1 0 0
0 1 1 0
1 0 0 0
1 0 1 0
1 1 0 0
1 1 1 1
a b c S3
0 0 0 0
0 0 1 1
0 1 0 1
0 1 1 0
1 0 0 0
1 0 1 1
1 1 0 0
1 1 1 0
5.- Para controlar el sistema de alarma de una casa se ha pensado utilizar las siguientes variables
lógicas.
a.- Alarma activada.
b.- Señal de humo
c.- Presencia de persona
Se desea que haya dos salidas o funciones, determina la función y el esquema.
30
Salida 1, antiincendios, se activa si está activada la alarma, está activada la señal de humo y no
está activada la señal de presencia de persona.
Salida 2, intruso en casa, se activa si está activada la alarma y la señal de presencia humana.
6.- Se desea controlar la puerta de un garaje, mediante las siguientes variables. Queremos que siempre
que llegue alguien la puerta se abra. Las salidas son S1 (abrir puerta), S2 (cerrar puerta). Realizar las funciones.
a.- Presencia de persona.
b.- Puerta abierta.
c.- puerta cerrada.
Pila Altovoz
Batería Micrófono
Timbre Fusible
zumbador bobina
Lámpara Generador de c.c.
Cruce con conexión
Generador de c.a.
Cruce sin conexión Diodo
Motor Díodo LED
Pulsador NO
NC
Conmutador 2p/1c
Interruptor Conmutador bipolar 2p/2c
31
Relé Conexión Llave de cruce
Resistencia LDR
Potenciómetro Resistencia variable
NTC PTC
Amperímetro Voltímetro
Ohmetro Detector de líquidos
Condensador Condensador electrolítico
Transistor NPN
Transistor PNP
Fototransistor Amplificador operacional
Conexión masa
Conexión a tierra
32
Lámpara incandescente
Célula fotovoltaica
Antena Sensor de tacto
Señal modulada en
frecuencia (FM)
Señal modulado en amplitud
(AM)
BIBLIOGRAFÍA.
DECRETO 39/2002, de 5 de marzo, del Gobierno Valenciano, por el que se modifica el Decreto 47/1992, de 30 de marzo, del Gobierno Valenciano, por el que se establece el currículo de la Educación Secundaria Obligatoria en la Comunidad Valenciana.http://www.cult.gva.es/Educacion.htm
DECRETO 50/2002, del 26 de marzo, del Gobierno Valenciano, por el que se modifica el Decreto 174/1992, de 19 de agosto, del Gobierno Valenciano, por el que se establece el currículo del Bachillerato en la Comunidad Valenciana. http://www.cult.gva.es/Educacion.htm
Pagina personal del Asesor de Tecnología de la E.S.O y del Bachillerato Tecnológico del Cefire de Alicante. BIBLIOGRAFÍA PARA EL ÁREA DE TECNOLOGÍA. Actualizada por César Sánchez Serna. http://www.terra.es/personal/cesarsan/. Copyright 1997-2002. [email protected]. Alicante. España.
SÁNCHEZ SERNA, CESAR. VILLENA ROBLIZO, Mª DOLORES (2003). “Anexo: electricidad – electrónica”. Curso 2002-2003. Elda: Cefire. En Internet: http://cefirelda.infoville.net
SÁNCHEZ SERNA, CÉSAR. VILLENA ROBLIZO, Mª DOLORES (2003). “Construcción de prototipos electrónicos utilizados en los proyectos de tecnología.” Curso 2003-2004. Elda: Cefire. En Internet: http://cefirelda.infoville.net
SÁNCHEZ SERNA, CESAR. VILLENA ROBLIZO, Mª DOLORES (2003). “Formación en control y robótica en tecnología.” Curso 2003-2004. Elda: Cefire. En Internet: http://cefirelda.infoville.net
SÁNCHEZ SERNA, CESAR. VILLENA ROBLIZO, Mª DOLORES (2003). “Elementos de potencia utilizados en los proyectos de tecnología.” Curso 2003-2004. Elda: Cefire. En Internet: http://cefirelda.infoville.net
SÁNCHEZ SERNA, CESAR. VILLENA ROBLIZO, Mª DOLORES (2003). “Electrónica de control analógica utilizada en tecnología: regulación electrónica.” Curso 2003-2004. Elda: Cefire. En Internet: http://cefirelda.infoville.net .
ANEXO: PRACTICAS CON AUTOMATISMOS EN EL ÁREA DE TECNOLOGÍA.
33
Autores: Maria Dolores Villena Roblizo Jefa de Departamento de Tecnología del IES MuchamielCésar Sánchez Serna, Profesor de Tecnología del I.E.S Cabo de las Huertas de AlicanteNOMBRE:___________________________________________________________
PRÁCTICA DE AUTOMATISMOS 1
Ejercicio Dibuja el esquema Comprobado1.- Mediante dos lámparas y dos pulsadores. Realiza un esquema en el que al pulsar un pulsador se encienda una lámpara y al pulsar el otro pulsador se apague la otra lámpara.2.- Realiza un esquema para que un motor gire en un sentido o en el contrario, mediante un conmutador doble.
34
3.- Añade al esquema anterior dos pulsadores NC para que cuando uno de ellos esté pulsado el motor se detenga en uno de los dos sentidos de giro.4.- Realiza el esquema de la figura para comprobar el funcionamiento del relé.
Anadéele dos bombillas para que al pulsar se encienda una y apague la otra.
5.- Completa el esquema de la figura para realizar una marcha-paro.Dibuja el esquema.
6.- Realizar un circuito, para que al pulsar cualquiera de tres pulsadores se active una luz, y permanezca encendida hasta pulsar un cuarto pulsador NC
35
7- Acopla la marcha-paro al piñón cremallera, para que al pulsar marcha se sitúe hacia la derecha, pulse el final de carrera y se encienda la lámpara, y al pulsar paro, vuelva a la posición inicial la cremallera.
8.- Modifica el circuito anterior para que la vuelta a la posición inicial la haga automáticamente al llevar al tope.
NOMBRE:___________________________________________________________
PRÁCTICA DE AUTOMATISMOS 2
Ejercicio Dibuja el esquema
1.- Realiza un esquema para que un motor gire en un sentido o en el contrario, mediante un conmutador y dos pilas.
36
2.- Añade al esquema anterior dos pulsadores NC para que cuando uno de ellos esté pulsado el motor se detenga en uno de los dos sentidos de giro.
3.- Realiza un circuito para medir la rapidez de dos concursantes en pulsar un pulsador.El primero que pulsa se enciende su bombilla e impide que se encienda la del otro.
4.- Realiza un circuito para aplicarlo a un vehículo con el siguiente funcionamiento.Un motor empuja al vehículo hacia delante o atrás. Un final de carrera detecta los choques de manera que cuando el vehículo choque al frente o detrás el conmutador cambia de posición y queda fijo hasta nuevo choque. Cuando el vehículo se mueve hacia delante se enciende una lámpara y si lo hace hacia atrás se enciende otra.
PRÁCTICA
Introducción a la programación del Autómata Programable (PLC)
1.- Objetivos
Esta práctica tiene como objetivo el manejo y programación de un autómata programable industrial. Mediante el diseño de automatismos sencillos se propone una primera toma de contacto con el dispositivo capaz de implementar éstos: el PLC o autómata programable.
A través de los ejercicios propuestos se debe diferenciar qué tipo de automatismo se debe diseñar, para luego programar sus ecuaciones correspondientes en lenguaje de contactos. Independientemente de si el automatismo es combinacional o secuencial, ambos se programan de la misma forma y ambos se ven reducidos a un conjunto de ecuaciones lógicas.
37
NA NC COM
Ejercicio 1.1
Una máquina pulidora posee dos motores: uno que mueve su cabezal hacia la derecha y el otro que lo desplaza hacia la izquierda. Además, se dispone de dos finales de carrera, f1 y f2, que indican cuándo el cabezal ha llegado al extremo derecho o izquierdo, respectivamente.
La máquina comienza su movimiento hacia la derecha. Cuando se activa el sensor f1, cambiará su movimiento hacia la izquierda, hasta que se active el sensor f2.
El diagrama de etapa/transición es el siguiente:
El automatismo anterior se programa en el autómata mediante las siguientes etiquetas y ecuaciones lógicas representadas en diagrama de contactos:En primer lugar, se deben asignar las entradas y salidas del autómata a los sensores y actuadores del proceso, respectivamente, en este caso, la asignación es:
ENTRADAS: IN2 f1; IN3 f2SALIDAS: OUT1 derecha; OUT2 izquierda
EDITOR DE ETIQUETAS Y DIRECCIONES
000.14 IN3000.15 IN2011.00 EST0011.01 EST1011.02 SET0011.03 SET1100.00 OUT1100.01 OUT2253.15 START
38
Cabezalf2 f1
E0
E1
DER
IZQ
F1
F2
DIAGRAMA DE CONTACTOS
¿Se trata de un automatismo combinacional o secuencial? ¿Por qué?
Programa el controlador anterior en el autómata programable.
Ejercicio 1.2
La fase de llenado de una máquina embotelladora funciona de la siguiente forma. Se dispone de un sensor f que se activa cuando se sobre él se halla situada una botella. En primer lugar, se mueve la cinta hasta que hay una botella dispuesta bajo la válvula de llenado y se activa el sensor f, por lo que comienza dicho proceso, que dura 10 segundos. Transcurridos los 10 segundos, la cinta transportadora se pone en marcha de nuevo para proceder al llenado de una nueva botella.
39
Válvula de llenado
Sensor de posición
NETWORK 1
NETWORK 2
NETWORK 3
NETWORK 4
NETWORK 5
NETWORK 6
NETWORK 7ES OBLIGATORIA
El diagrama de estado/transiciones del automatismo anterior es:
La asignación de las entradas y salidas del autómata a los sensores y actuadores del proceso es:
ENTRADAS: IN3 fSALIDAS: OUT1 M; OUT2 V
EDITOR DE ETIQUETAS Y DIRECCIONES
000.14 IN3011.00 EST0011.01 EST1011.02 SET0011.03 SET1100.00 OUT1100.01 OUT2253.15 START
DIAGRAMA DE CONTACTOS
40
E0
E1
M
V
TEMP=10s
F
V: apertura de la válvula de llenado M: puesta en marcha de la cinta
¿Se trata de un automatismo combinacional o secuencial? ¿Por qué?Programa el controlador anterior en el autómata programable.
Ejercicio 1.3
Diseña y programa un controlador en el autómata programable para el siguiente proceso.
En la figura 1, podemos observar el esquema de un reactor químico para fabricar un cierto producto. Se dispone del siguiente equipo:
41
TEMPORIZADOR 0
NO LO OLVIDESEND AL FINALIZAR
1. SENSORES BINARIOS:
(a) PID-OK: Vale 1 cuando los PID’s que regulan las variables continuas del proceso están operativos y en perfecto funcionamiento. Si se produce algún fallo en algún PID, el sensor de seguridad PID-OK vale 0.
(b) PRESION-OK: Vale 1 cuando la presión está dentro de unos márgenes tolerables. El proceso se encuentra entonces en su punto de funcionamiento estable.
(c) TEMPERATURA-OK: Vale 1 cuando la temperatura está dentro de unos márgenes tolerables. El proceso se encuentra entonces en su punto de funcionamiento estable.
(d) NIVEL-OK: Vale 1 cuando el producto en el interior del reactor alcanza el nivel de llenado adecuado.(e) INICIO: Es el botón de inicio de la producción. Vale 1 cuando se desea iniciar la producción y poner en
funcionamiento el reactor.
2. ACCIONADORES TODO/NADA:
(a) VÁLVULA A: Valdrá 1 cuando deseemos abrir la válvula.(b) VÁLVULA B: Valdrá 1 cuando deseemos abrir la válvula.(c) VÁLVULA E: Valdrá 1 cuando deseemos abrir la válvula.(d) AGITADOR: Valdrá 1 cuando deseemos remover el producto del interior del reactor.(e) PID-RUN: Valdrá 1 cuando deseemos arrancar los controladores PID.
Para automatizar la producción en el reactor hay que gestionar situaciones relativas a la seguridad del proceso. Por tanto, diseñar un automatismo para disparar las alarmas cuando se produzcan fallos en la producción:
ALARMA NO RECUPERABLE (HIGH LEVEL ALARM): Esta alarma se disparará cuando el proceso no se encuentre en su punto de operación estable requerido (temperatura o presión fuera de rango) y algún PID no esté funcionando correctamente. Además, existe un caso especial: si la temperatura en el reactor es correcta y la presión no, es imposible recuperar la presión y llevarla a los márgenes deseados, aunque los PID’s estén operativos.
ALARMA RECUPERABLE (LOW LEVEL ALARM): La alarma se generará cuando el proceso no esté en su punto de funcionamiento estable y no exista un fallo en el funcionamiento de los PID’s.
Además, la empresa necesita automatizar una parte del proceso consistente en realizar la secuencia de operaciones que a continuación se detalla (figura 1):
1. Cuando se pulse INICIO, se pondrá en marcha la producción en el reactor. Si se desactivara dicho interruptor, se finalizaría el proceso completo, quedándose en espera de que volviese a pulsar.
2. Abrir las válvulas A y B hasta que el nivel de llenado en el reactor sea el adecuado.3. Arrancar los controladores PID.4. Esperar a que la temperatura y la presión sean las correctas.5. Agitar la mezcla durante 10 segundos.6. Si no se ha producido ninguna alarma, vaciar el contenido del reactor, abriendo la válvula E durante 10
segundos. En caso contrario, esperaremos a que desaparezca cualquier señal de alarma antes de vaciar el reactor.
7. Apagar los PID’s y volver a la situación inicial para poder realizar otra nueva mezcla de productos.
BIBLIOGRAFÍA
1. Sánchez Serna, César. Villena Roblizo, Mª Dolores (2003). “Programación de tecnología. Curso 2003-2004. ” Curso 2003-2004. Elda: Cefire. En Internet: http://cefirelda.infoville.net
2. Sánchez Serna, César. Villena Roblizo, Mª Dolores (2005). “Componentes electrónicos utilizados en los proyectos de Tecnología.” Curso 2004-2005. Elda: Cefire. En Internet: http://cefirelda.infoville.net
3. Sánchez Serna, César. Villena Roblizo, Mª Dolores (2005). “Practicas COCODRILE para 1 er Y 2º Ciclo de la ESO y BACH.” Curso 2004-2005. Elda: Cefire. En Internet: http://cefirelda.infoville.net
42
4. Sánchez Serna, César. Villena Roblizo, Mª Dolores (2005). “Practicas de Electrónica: analógica y Digital.” Curso 2004-2005. Elda: Cefire. En Internet: http://cefirelda.infoville.net
DIRECCIONES DE INTERNET INTERESANTES
1. http://alumnat.upv.es/pla/visfit/4059/AAAGNXAAXAAAD6lAB0/practicas.doc
2. http://apuntes.rincondelvago.com/practicas_fp/equipos_instalaciones_electrotecnicas/ automatismos_cuadros_electricos
3. http://www.edebedigital.com/recursos/docs/proyectos/25.doc
4. http://www.esi2.us.es/~fabio/automatismos.htm
5. http://www.eup.us.es/portada/infgen/programas/plan2001/diseno/tercero/elecau.doc
6. http://www.isa.uniovi.es/~felipe/files/infindII/Pres_II-II%202002-2003.doc
7. http://www.it.uc3m.es/rueda/lsfc/trabajos/Curso03-04/8.doc
8. http://www.ujaen.es/serv/sga/documentos/programas/200405/eps/4899/4899_1.doc
43