Universidad Politécnica De Texcoco

Tema: Fuente fija y variable

Título de la Investigación: Diseño de una fuente variable y fija para los aparatos en el laboratorio de robótica que tiene un

voltaje y una corriente al momento de funcionar en la UPTex en la(Universidad politécnica de Texcoco).

Alumnos: Luis Horacio Hernández Díaz (1205IR005)

José Horacio Hernández Díaz (1205IR007)

Asesora Técnica de UPTex: Thania Elizabeth Frías Carmona

Asesora de la Empresa: Thania Elizabeth Frías Carmona

6VIRO

Ingeniería Robótica

En la Universidad Politécnica de Texcoco se

imparten 3 carreras, de las cuales dos de ellas son ingenierías, la carrera de ingeniería robótica y la carrera de ingeniería en electrónica y telecomunicaciones. Dichas carreras cuentan con laboratorio en el cual los alumnos pueden desarrollar prácticas que sirven como herramienta para obtener el conocimiento.

Resumen

En los laboratorios de rebotica y de electrónica de la

UPTex, hoy en día cuentan con 4 fuentes de alimentación, y estas no son suficientes, Por lo cual es necesario la adquisición de más de ellas.

Por lo cual, en esta investigación se crea una propuesta de diseño de una fuente de alimentación para que los alumnos de la universidad politécnica de Texcoco tengan la oportunidad de hacer sus propias fuentes y poder utilizarlas a lo largo de la carrera.

Es diseñar una fuente fija y variable para el

laboratorio de Robótica en la Universidad Politécnica de Texcoco (UPTex) en este trabajo se pretende para darle solución a los aparatos robóticos que no alcanzan un voltaje determinado.

PROBLEMÁTICA:

Actualmente la Universidad Politécnica de Texcoco cuenta con 4 fuentes de alimentación para ser utilizadas en el laboratorio de electrónica, sin embargo el número de fuentes no son suficientes para satisfacer los requerimientos de una sesión práctica para un grupo Completo .

DISEÑO TEÓRICO

¿Cómo contribuir a la falta de fuentes en el laboratorio de Electrónica y Robótica en la Universidad Politécnica de Texcoco?

OBJETO DE LA INVESTIGACIÓN

El proceso de alimentación de circuitos eléctricos en los laboratorios de electrónica y Robótica.

PREGUNTA CIENTIFICA

CAMPO DE LA INVESTIGACIÓN

La falta de o el número reducido de las fuentes variables y fijas en los laboratorios de electrónica y Robótica en la UPTex.

Objetivo General Proponer el diseño de una fuente variable y fija para alimentar los

circuitos o aparatos en los laboratorios de robótica y electrónica por medio de un programa de simulación de circuitos.

Objetivos específicos • Fundamentar teórica y metodológicamente el diseño de una

fuente variable y fija para los aparatos en los Laboratorios de Robótica y Electrónica.

• Diagnosticar el problema que presentan la falta de fuentes variables y fijas para los aparatos en los laboratorios de robótica y electrónica.

• Identificar los elementos eléctricos y electrónicos que se requieren para el diseño de un prototipo de fuente fija y variable para alimentar los aparatos del laboratorio de robótica y electrónica

• Proponer el diseño de una fuente variable y fija para los aparatos en los laboratorios de Robótica y electrónica.

Objetivos

Tareas de la investigación: • Fundamentación teórica y metodológicamente el

diseño de una fuente variable y fija para los aparatos en los laboratorios de robótica y electrónica.

• Diagnóstico del problema que presenta la falta de fuentes variables y fijas para los aparatos en los laboratorios de robótica y electrónica.

• Identificación de los elementos eléctricos y electrónicos que se requieren para el diseño de un prototipo de fuente fija y variable para alimentar los aparatos del laboratorio de robótica y electrónica

• Resultado de la investigación: Propuesta del diseño de una fuente variable y fija para los aparatos en los laboratorios de robótica y electrónica.

VARIABLES DE LA INVESTIGACIÓN

Variable independiente

Propuesta del diseño de una fuente variable y fija para los aparatos en los laboratorios de robótica y electrónica para Para alimentar los circuitos electrónicos.

Variable dependiente

La falta de las fuentes variables y fijas en los laboratorios de electrónica y Robótica en la UPTex al momento de no dar el voltaje y la corriente.

HIPÓTESIS

Si se propone una fuente variable y fija para los laboratorios de electrónica y robótica, entonces se contribuirá a la adquisición de más fuentes de voltaje elaboradas por alumnos de la UPTex.

COMPONENTES BASICOS DE UNA FUENTE DE

VOLTAJE

FUENTE

Es un dispositivo que convierte la corriente alterna, en una o varias corrientes continuas, que alimentan los distintos circuitos del aparato electrónico al que se conecta (ordenador, televisor, impresora, router, etc.).

MARCO TEÓRICO

MAGNITUDES IMPORTANTES Voltaje Es una magnitud física que cuantifica la diferencia de potencial

eléctrico entre dos puntos. También se puede definir como el trabajo por unidad de carga ejercido por el campo eléctrico sobre una partícula cargada para moverla entre dos posiciones determinadas. Se puede medir con un voltímetro.3 Su unidad de medida es el voltio.

Corriente Es el flujo de carga eléctrica por unidad de tiempo que recorre

un material. 1 Se debe al movimiento de las cargas (normalmente electrones) en el interior del material. Es la circulación, movimiento, o flujo de electrones que circulan en una unidad de tiempo.

TIPOS DE FUENTES

Fuentes lineales

Las fuentes lineales siguen el esquema: transformador, rectificador, filtro, regulación y salida. En primer lugar el transformador adapta los niveles de tensión y proporciona aislamiento galvánico. El circuito que convierte la corriente alterna en corriente continua pulsante se llama rectificador, después suelen llevar un circuito que disminuye el rizado como un filtro de condensador

Fuentes conmutadas

Una fuente conmutada: es un dispositivo electrónico que transforma energía eléctrica mediante transistores en conmutación. Mientras que un regulador de tensión utiliza transistores polarizados en su región activa de amplificación, las fuentes conmutadas utilizan los mismos conmutándolos activamente a altas frecuencias (20-100 kHz típicamente) entre corte (abiertos) y saturación (cerrados).

Fuentes de alimentación especiales

Entre las fuentes de alimentación alternas, tenemos aquellas en donde la potencia que se entrega a la carga está siendo controlada por transistores, los cuales son controlados en fase para poder entregar la potencia requerida a la carga

PARTES DE UNA FUENTE

TRANSFORMADOR

un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la potencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es, sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño y tamaño, entre otros factores.

CAPACITORES

Dispositivo que consiste fundamentalmente en dos superficies fundamentales conductancias separadas por un dieléctrico-aire, papel, mica, etc., El cual almacena la energía eléctrica, bloquea el paso de la corriente alterna y convierte en corriente continua hasta un grado que depende de su capacidad y su frecuencia.

RESISTENCIA

Es la oposición de un dispositivo o material al paso de la corriente continua; se expresa en ohmios

PUENTE DE DIODOS

Es un circuito electrónico usado en la conversión de corriente alterna en corriente continua. También es conocido como circuito o puente.

Consiste en cuatro diodos comunes, que convierten una señal con partes positivas y negativas en una señal únicamente positiva. Un simple diodo permitiría quedarse con la parte positiva, pero el puente permite aprovechar también la parte negativa.

MÉTODO HISTÓRICO

Está vinculado al conocimiento de las distintas etapas de los objetos en su sucesión cronológica; para conocer la evolución y desarrollo del objeto o fenómeno de investigación se hace necesario revelar su historia, las etapas principales de su desenvolvimiento y las conexiones históricas fundamentales y se utiliza dicho método para conocer como fue evolucionando las fuentes variables y fijas al paso de la historia.

MÉTODOS TEÓRICOS

La fuente fija y variable y variable de alimentación

fue creada por el científico MICHAEL CHAHUIN a finales del siglo XVll y principios del siglo XIX. Gracias a sus altos conocimientos teórico-científicos ha legado su obra que sigue contribuyendo.

Entre la década de 1830 y la década de 1870, los

esfuerzos para construir mejores bobinas de inducción, en su mayoría por ensayo y error, reveló lentamente los principios básicos de los transformadores. Un diseño práctico y eficaz no apareció hasta la década de 1880, pero dentro de un decenio, el transformador sería un papel decisivo en la “Guerra de las Corrientes”, y en que los sistemas de distribución de corriente alterna triunfaron sobre sus homólogos de corriente continua, una posición dominante que mantienen desde entonces.

ANÁLISIS

Permite la división mental del fenómeno en sus múltiples relaciones y componentes para facilitar

su estudio. Para el caso del diseño de la fuente se muestra la siguiente tabla con los dispositivos

que se utilizarán para la simulación

Elemento Dispositivo electrónico Características

Transformador dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión, en energía alterna

Trabaja con entrada de 127V AC, salida 18V@5 A DC

Puente de diodos Diodos 1N4144 Soportan corriente alterna

Capacitores Electrolíticos de 1uF, 10uF Soporte un voltaje de

MÉTODO DE ANÁLISIS Y SÍNTESIS

Resistencia 220 ½ watt para delimitar la corriente al led

Indicador luminoso Led rojo 1.2V@_5_mA

Reguladores 7805, 7812 Son para salidas positivas

7905, 7912 Son para salidas negativas

Potenciómetro De 5k Regular el voltaje

LM317 Transistor Dispositivo electrónico semiconductor utilizado para producir una señal de salida en respuesta a otra señal de entrada. 1 Cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador

SÍNTESIS

Establece mentalmente la unión entre las partes previamente analizadas, posibilita descubrir sus

características generales y las relaciones esenciales entre ellas.

(.En este proyecto se llevó a cabo el desarrollo la

creación de un diseño de una fuente variable y fija para el laboratorio de robótica en la Universidad Politécnica de Texcoco.)

MÉTODO DE MODELACIÓN

EN EL PRIMER REGULADOR 7805 DE VOLTAJE

DA DESALIDA 5V (+)

EN EL SEGUNDO REGULADOR 7812 DE VOLTAJE DA DE SALISA 12V (+)

EN EL TERCR REGULADOR 7912 DE VOLTAJE DA DE SALIDA 12V (-)

EN EL CUARTO REGULADOR 7905 DE VOLTAJE DIA 5V

LA OBSERVACIÓN CIENTÍFICA

Para este proyecto se observó como las fuentes fijas y variables están compuestas por su estructura, su tamaño y su funcionamiento y además se observó a un voltaje determinado.

MÉTODOS EMPÍRICOS

MÉTODO DE MEDICIÓN

Para este proyecto se va evaluar los resultados de la fuente fija y variable a través de salidas numéricas de voltajes.

Simulación de la fuente fija y variable

Aquí presento la simulación en el osciloscopio de

onda completa y esta dando una señal de corriente continua (cc). De una señal Analógica. Que va lento con los reguladores 7905 y 7912 que son negativos.

Aquí se presento la onda rápida con los reguladores

7812 y 7805 que son positivos al momento de variar el voltaje y de la salida respectiva.

La encuesta. es técnica una de adquisición de

información de interés sociológico, mediante un cuestionario previamente elaborado, a través del cual se puede conocer la opinión o valoración del sujeto seleccionado en una muestra sobre un asunto dado.

DISEÑO METODOLOGICO

.( De nuestro proyecto de la fuente fija y variable a

los 11 profesores que imparten las 20 materias de la Universidad Politécnica de Texcoco.)

El cuestionario es un instrumento básico de la

observación en la encuesta y en la entrevista. En el cuestionario se formula una serie de preguntas que permiten medir una o más variables

En este proyecto se llevó a cabo un cuestionario para los 11profesores de las 20 materias respondiendo según su criterio sobre el diseño de una Fuente variable y fija para el laboratorio de Robótica en la Universidad Politécnica de Texcoco.)

POBLACIÓN

Definición: Es cualquier conjunto de elementos que tenga una o más propiedades comunes. En este anteproyecto la población está conformada por un total de 11 profesores de la carrera de Robótica de la Universidad Politécnica de Texcoco que imparten las 20 materias

MUESTRA

Es un grupo relativamente pequeño de unidades de población, que supuestamente representa en mayor o menor medida las características de dicha población. En este proyecto la muestra se corresponderá con el total de la población que son los 11 profesores de la carrera de robótica.

En este proyecto se llevó a cabo y se estudió una

encuesta aplicada pregunta por pregunta que se aplicó a los 11 profesores que imparten las 20 materias de la carrera de Robótica de la Universidad Politécnica de Texcoco y se sacó el porcentaje total de las 6 preguntas de la encuesta.

COMPROBACIÓN, PRESENTACIÓN Y ANÁLISIS DE LOS

RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN:

En este proyecto se analizó la encuesta aplicada

pregunta por pregunta que se aplicó a los 11 profesores que imparten las 20 materias de la carrera de robótica de la Universidad Politécnica de Texcoco. Y se sacó el porcentaje total de las 6 preguntas atreves de gráficos de pastel en cada una de las preguntas.

En la pregunta número 1 de la encuesta. de que era si utilizaban o no el laboratorio de robótica delos 11 profesores que imparten las 20 materias de Robótica de la Universidad Politécnica de Texcoco. Solo respondieron 3 personas que si utilizan el laboratorio .por qué para hacer prácticas y 8 personas no utilizan el laboratorio por qué. no es necesario para utilízalo en sus materias.

materias

si

no

.

En la pregunta número 2 de la encuesta. que era .De las materias que imparten ¿Cuáles requieren el uso de fuentes de poder?. Delos 11 profesores que imparten las 20 materias de Robótica de la Universidad Politécnica de Texcoco. Solo respondieron 4 profesores. Por qué si requieren en todas las materias en relación con las materias de Robótica y 7 personas no lo requieren en sus materias que imparten.

fuentes

si

no

En la pregunta número 3 de la encuesta. Que era¿ cuántas de las materias que imparten requieren el uso de laboratorio?. Del os 11 profesores que imparten las 20 materias de Robótica de la Universidad Politécnica de Texcoco. Solo respondieron 5 requieren en el uso de laboratorio .por que hacer prácticas relacionado con los temas de sus materias. Y 5 personas no requieren el uso del laboratorio. Por qué no implica en su materia que imparten.

laboratorio

si

no

En la pregunta número 4 de la encuesta. Que era¿ El número de fuentes que existen actualmente en el laboratorio son suficientes para el desarrollo de las practicas? Delos 11 profesores que imparten las 20 materias de Robótica de la Universidad Politécnica de Texcoco. Solo respondieron 2 .por que para un número no muy grandes de alumnos para

Hacer las prácticas en el laboratorio. Y 8 profesores respondieron porque no hay suficientes fuentes para el laboratorio y 2 no opinaron en la pregunta.

practicas

si

no

.En la pregunta número 5 de la encuesta. de que era si ¿Cómo cree usted que se podría el problema de la falta en la UPTex? . De los 11 profesores que imparten las 20 materias de Robótica de la Universidad Politécnica de Texcoco. Solo respondieron.8 profesores por qué. En los alumnos que las hagan su fuente y la traigan para el desarrollo de las prácticas u otra opción mandarlas hacer las fuentes. Y 2 personas no opinaron nada.

problema

si

no

En la pregunta número 6 de la encuesta. de que era .si los alumnos de la UPTex hicieran fuentes de poder para uso en el laboratorio ¿las usaría? . de los 11 profesores que imparten las 20 materias de Robótica de la Universidad Politécnica de Texcoco. Solo respondieron. Solo 8 profesores que dijeron que si .por qué sería más práctico de hacer experimentos con los prototipos y sacar un voltaje deseado. Y 3 profesores dicen porque no tienen que ver con la asignatura.

Profesores

Si

No

Análisis de los

resultados de la fuente fija y variable en

simulación en proteus

EN EL PRIMER REGULADOR 7805 DE VOLTAJE

DIO 5V(+)

EN EL SEGUNDO REGULADOR 7812 DE VOLTAJE DIO 12V(+)

EN EL TERCR REGULADOR 7912 DE VOLTAJE DIO 12V(-)

EN EL CUARTO REGULADOR 7905 DE VOLTAJE DIO 5V(-)

Se Fundamentó teórica y metodológicamente el diseño

de una fuente variable y fija para los aparatos en los Laboratorios de Robótica y Electrónica.

Se Diagnosticó el problema que presentan la fuente variable y fija para los aparatos en los laboratorios de robótica y electrónica.

Se Identificó las causas de las fuentes variables al momento de no funcionar en los aparatos en los laboratorios de electrónica y Robótica.

Se Propuso el diseño de una fuente variable y fija para los aparatos en los laboratorios de Robótica y electrónica para que se regule el voltaje.

Conclusiones:

Las fuentes fijas y variables son utilidad para el

desarrollo de experimentos y prácticas de robótica en los laboratorios de UPTex (En la universidad politécnica de Texcoco).

Sin embargo .las fuentes fijas y variables son una buena utilidad nos brindan un voltaje determinado deseado que es convertir la tensión alterna en una tensión continua, variable y después directa.

RECOMENDACIONES

Recomendar que este diseño se lleve a cabo de manera física en otros proyectos de ingeniería

RECOMENDACIONES

1. Autor: PONCE CHIPANA MICHAEL JEFFERSON.

Http://poncechipanamichael2008.blogspot.mx/2005_12_01_archive.html

Año 2005

2. Cervantes Acuña, Jacqueline. Dibujo Electrónico Facultad De Ingeniería Mecánica Eléctrica /

IIEE-2 Universidad Nacional San Luis Gonzaga De Ica Ica – Perú 3. L. Floyd Thomas, DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS,

Año 1994 volumen 1 editorial Pearson .

Bibliografías: