Sistemas 4 Libro 2(150)

Tecnologa

A. Hidalgo, R. Martnez, A. Moreno, E. Nogueira, J. Pellicer, S. Resa

SISTEMAS 4

4.Tecnologa ESO

4Esquema de la unidad

Esta doble pgina contiene:

Nmero y ttulo de la unidad.

Presentacin mediante un breve textointroductorio.

El libro gua contiene una actividad inicialrelacionada con la ilustracin. El objetivoes evaluar los conocimientos previos delos alumnos.

Presentacin de la unidad

Estructura

Estas pginas estn organizadas enepgrafes y subepgrafes ordenadoscon numeracin decimal.

Desarrollo de contenidos

Ilustracin

Parte grfica (dibujos,esquemas, etc.) que ayudaa clarificar el texto.

Definiciones

Los contenidos fundamentalesaparecen destacados sobre unfondo de color.

Diseo asistidopor ordenador

2

Antiguamente se dibujaba con instrumentos dedibujo tradicionales: regla, lpiz, escuadra, etc.Pero la utilizacin del ordenador se ha exten-dido de tal modo que en la realizacin de di-bujos se ha vuelto imprescindible el uso deequipos informticos.

Su desarrollo empez en Estados Unidos harunos 60 aos. Este procedimiento recibi el nom-bre de Computer Aided Design, del que provienenlas siglas CAD. En castellano, este trmino podratraducirse por diseo asistido por ordenador y sussiglas seran DAO.

En esta unidad nos introduciremos en este mun-do y veremos un programa de dibujo tcnico: elQCad.

Los diversos programas de dibujo porordenador que existen en la actualidadpermiten un gran nmero de posibilidadespara tratar imgenes, desde los sencillosdiseos en blanco y negro hasta complejasformas y mquinas usadas en el diseoindustrial.

Instalaciones neumticas e hidrulicas 5

41

Instalaciones neumticas e hidrulicas5

40

2. Caractersticas de los fluidos

Los elementos y circuitos neumticos trabajan, como ya hemos visto, con airecomprimido, y este es un fluido.

Hay unas caractersticas muy importantes de los fluidos que deben tenerse encuenta cuando se trabaja con ellos. Son los siguientes:

La unidad de medida de la presin en el Sistema Internacional es el pascal (Pa).

El aire que se encuentra sobre nosotros, a causa de su peso, ejerce una presinque se llama presin atmosfrica, y todos los cuerpos se encuentran someti-dos a ella.

Las dems presiones hacen referencia a esta unidad. Por tanto, hablaremos depresiones relativas de 5 atm para referirnos a una presin que es 5 veces mayorque la presin atmosfrica.

Esta expresin relaciona el caudal de un fluido con su velocidad de desplaza-miento.

Para medir el caudal, la unidad que se emplea en el Sistema Internacional es elmetro cbico por segundo (m3/s).

Presin. La presin se define como la fuerza que se ejerce sobre una su-perficie en nuestro caso ser la fuerza ejercida por el fluido, y vienedada por la siguiente expresin:

Caudal. Se define como la cantidad de fluido que atraviesa una seccin de-terminada por una unidad de tiempo y responde a la siguiente ecuacin:

P = presinF = fuerzaS = superficie

S = superficiev = velocidad de desplazamientoL = desplazamientot = tiempo

1 N1 m2

1 Pa P = FS

G = vt

= S Lt

= S v

Cuando hablamos de presin at-mosfrica tambin se utiliza otraunidad, que es la atmsfera (atm).

1 atm 100 000 Pa

Otra unidad de presin muy utili-zada es el bar. Su equivalencia es:

1 bar = 105 N/m2

Por lo que se puede decir que,aproximadamente:

1 bar 1 atm

Una instalacin neumtica est formada por una serie de elementos con fun-ciones determinadas. Desde los compresores que generan el aire a presin hastalos actuadores, que son los que en ltima instancia utilizan el aire, podemos en-contrarnos con diferentes elementos.

Puede realizarse una clasificacin de todos los elementos en una instalacinneumtica atendiendo a su funcin:

Elementos Descripcin Ejemplo

Produccin

Compresor Genera aire a presin a partir deenerga elctrica.

Existen diversos tipos de compresores. La figura representa un compresor alternativo de pistn. Su funcionamiento es similar al de los motores de explosin.

Acumulador Almacena el aire a presinprocedente del compresor.

Tratamiento

Deacondicionamiento

Mejoran las propiedades del aire:rebajan la humedad, eliminan laspartculas, regulan la presin, etc.

Los manmetros indican la presin del aire comprimido. Las unidades de presin que suelen medir son atmsfera o bars.Accesorios de

medidaIndican datos sobre laspropiedades del aire, como lapresin.

Transporte

Tuberas Distribuyen el aire a presin.Pueden ser de plstico ometlicas.

Las tuberas de aire pueden ser metlicas o de plstico. La tuberaprincipal de distribucin ha de tener una inclinacin mnima del3 % para facilitar la evacuacin del agua que se origine.

Regulacin y control

Vlvulasdistribuidoras

Son elementos que distribuyen elaire segn convenga a partir dediferentes accionamientos.

La vlvula reguladora de flujocontrola el aire que circula estrangulando mediante un tornillo el paso del aire. Con ello se puede regular la velocidad de los cilindros.

Vlvulas de control Controlan y distribuyen el flujo deaire a partir de elementos decontrol.

Accionamiento

Cilindros Originan un desplazamientolineal.

Una de las aplicaciones ms extendidas son los motores neumticos como los que se usan en los talleres para apretar y aflojar las ruedas de los coches.

Motores Originan un movimiento rotativo.

Accionadoresangulares

Originan un determinado giro deleje.

Salida de aire Entrada de airesalida de aire entrada de aire

F

S

L

t

Responde

6. Calcula la presin que se ejerce sobre cada cara de esta caja, si su masa es de 25 kg.Qu conclusin puedes sacar de los resultados?

7. Un depsito contiene aire comprimido a 5 atm. Cul es su presin en pascales?

8. Por una caera circula aire comprimido que se mueve a una velocidad de 0,5 m/s. Si su dimetro es de 1 cm, cul esel caudal de aire?

cara 2

cara 3

60 cm

90 cm

200 cm

3. Elementos de una instalacin neumtica

Analiza

9. Observa la figura del compresorde la tabla siguiente. Analiza sufuncionamiento y explcalo.

cara 1

Actividades

Estn tipificadas segn su grado de dificultad y pueden ser:

Responde Taller de informtica Representa Debate

Experimenta Resuelve Analiza Disea

5Texto expositivo

Se trabajan, a partir de un texto relacionadocon el tema, hechoscentrados en inventos,innovaciones tecnolgicas,hitos tecnolgicos, etc.

Actividades

Pretenden desarrollar lacomprensin lectora, elanlisis y la reflexin sobrealgunos contenidos de launidad.

Mundo tecnolgico

La Sntesis guiada es unresumen que recoge loscontenidos fundamentales de launidad para facilitar su estudio.

El apartado Tecno TIC pretendefomentar el uso de lasTecnologas de la informacin yla comunicacin con cuestionesformuladas a partir de recursosde Internet.

Sntesis guiada y TecnoTIC

Al final del libro se presentandiferentes procesos tecnolgicospara realizar en el aula taller, en losque se trabajan de forma prctica loscontenidos estudiados.

Propuestas de trabajo

Mediante larealizacin de estas actividades se pretende reforzar y/o ampliar los contenidosestudiados.

Actividades finales

Planteamiento

Se trabaja en contextos de la realidad del alumno,para acercarse a suentorno tecnolgico.

Tareas

Estas cuestionespretenden contribuir a la adquisicin de las diferentescompetencias bsicas.

Competencias bsicas

Tecnologa2

58

SNTES

IS

Elabora tu propio resumen de la unidad, completandocon las palabras clave los espacios en blanco.

1. Aunque AutoSketch es un programa que facilitael dibujo de ___________con las que podemos verlas 3D de un objeto, no deja de ser un programade 2D, ya que no nos permite ___________ estedesde diferentes posi ciones.

2. Una de las ___________ms potentes de Auto-Sketch son el grupo de herramientas Snap, queson puntos de ___________como finales de lnea,perpendiculares, tangentes, etc.

3. Otro de los programas de dibujo lineal en 2D esel QCad, que, adems, funciona en diversos siste-mas ___________como Windows, ___________,Mac OS X, etc. Su funcionamiento es muy pareci-do al de AutoSketch y al de AutoCAD, pero ms___________, aunque con ms limitaciones.

4. Al igual que AutoSketch, el programa QCad dis-pone de herramientas para dibujar lneas, polgo-nos, ___________ etc., utilizando puntos de refe-rencia como perpendiculares, ___________, etc. y,sobre todo, la rejilla.

5. Cuando necesitamos orientacin para decorar,amueblar o modificar un espacio y acudimos alos _______________, estos nos muestran suspropuestas en la pantalla del ordenador utilizan-do _______________ de diseo.

6. Un ejemplo de programas de diseo de interioreses la aplicacin _______________. Permite amue-blar espacios y visualizarlos en 2D y en 3D de for-ma que podemos verlos desde _______________ngulos.

Palabras clave

Linux, herramientas, tangentes, visualizar, sencillo,perspectivas, operativos, referencia, circunferencias,diseadores, programas, Ikea Home Planner, dife-rentes

Diseo asistido por ordenador

TIC

TecnoTIC

Los programas vistos en esta unidad no son losnicos que se utilizan para disear o dibujar. Buscainformacin en Internet sobre un programa gra-tuito llamado Sweet Home 3D y descrgalo. Pue-des probarlo diseando algn espacio de tu casa.

Tecnologa1

34

MUNDOTECNOL

GICO

El microchip o circuito integrado (CI) fue inventadopor Jack S. Clair Kilby cuando trabajaba en la em-presa Texas Instruments, en el ao 1958. Este reco-nocimiento lo comparte con Robert Noyce, quientambin fue cofundador de la empresa de micro-procesadores Intel e impulsor de Silicon Valley.

En el primer microchip, Jack S. Clair Kilby integrcinco transistores en una base semiconductora degermanio. Hoy da, las ltimas generaciones usancasi 1000 millones de transistores y, segn la ley deMoore, ese nmero se duplica cada dos aos apro-ximadamente.

Sin embargo, cuantos ms transistores se tratan deponer en el microchip, ms pequeos han de serestos y ms complejo es el proceso de fabricacin.Hablamos de escalas microscpicas: un transistorpuede tener una anchura de una diezmilsima partede milmetro, y una pequea mota de polvo puedeprovocar el mal funcionamiento del conjunto.

Adems de transistores, dentro de los circuitos in-tegrados se pueden hallar elementos pasivos, comoresistencias, condensadores, etc. Como ejemplo,podemos encontrar los microprocesadores, queagrupan millones de transistores, diodos y resis-tencias. Su empleo actualmente es masivo y es raroencontrar algn circuito electrnico que no empleealgn circuito integrado.

Algunas de las primeras aplicaciones de los circui-tos integrados, como la calculadora o la impresoratrmica, fueron patentes en las que particip el

propio Kilby. Pero en la actualidad, el nmero deaparatos electrnicos o informticos que utilizancircuitos integrados es infinito. Cabe resear que,sin el concurso de este invento, la evolucin de losordenadores personales y dems hardware hubiesesido impensable. Podemos observar en la figuracmo la ley de Moore predijo la integracin en su-perficies de 1 cm2, o ms pequeas, de miles de mi-llones de transistores para dar lugar a la fabricacinde los modernos procesadores, capaces de realizar,tambin, millones de operaciones por segundo.

El pequeo gigante: el microchip

Actividades

1. Quines fueron los inventores del circuito integrado? Cul de ellos fue el impulsor de SiliconValley?

2. Los transistores se colocan en las obleas por capas. Calcula cuntas capas contendra un micro-chip fabricado con una oblea de 1 mm, si cada transistor ocupa una anchura de una diezmil-sima de milmetro.

3. Qu componentes pueden formar un circuito integrado?

4. Qu predijo Gordon E. Moore con la llamada ley de Moore?

dual-core intelintel titanium 2 intel titanium

intel pentium 4intel pentium 21

intel pentium II intel pentium intel 486

intel 386 2868085

808080084004

transistores10 000 000 000

1 000 000 000

100 000 000

10 000 000

1 000 000

100 000

10 000

1 000201020052000199519901985198019751970

Ley de Moore

Los logros de la tecnologa 1

35

COMPETEN

CIASBSICASJuan, profesor de Tecnologa del IES Antonio Machado, ha encargado un trabajo por grupos que puedenestar formados, como mximo, por tres personas. El planteamiento del trabajo es el siguiente: realizar

una presentacin multimedia (en Power Point o cualquier otra aplicacin que permita exponerla en clase)para explicar los hitos de la tecnologa desde la Antigedad hasta nuestros das.

Exposicin sobre los hitos de la tecnologa

Tareas

1. Crear la presentacin, que estar compuesta, al menos, por 20 diapositivas.

2. La informacin se organizar de la siguiente forma:

a) Perodo histrico.b) Hitos tecnolgicos.

Caractersticas ms relevantes.c) Materiales utilizados. d) Energas utilizadas.

3. Colocar ilustraciones relevantes de objetos, mecanismos, mquinas, etc.

4. Incluir, como mnimo, los siguientes hitos:

Rueda

Imprenta

Mquina de vapor

Bombilla elctrica

Transistor

Ordenador

Internet

5. Exposicin en clase de la presentacin en la que deben participar todos los componentes delgrupo.

WWW.

Diseo asistido por ordenador 2

59

ACTIVIDADES

Actividades finales

1. Dibuja la pieza de la figura inferior haciendo los rellenos correspondientes y acotndola correctamente.Antes de efectuar los rellenos, debers dividir lneas mediante la herramientas Trim Divide y unirlasmediante la herramienta Trim Join para crear los elementos que hay que rellenar.

2. Dibuja el dado de la figura utilizando la rejilla isomtrica. Para poder rellenar los cubos, tendrs que conver-tir los arcos en curvas mediante el botn Convert Arc |Circle to curve .

3. Con el programa de Ikea para disear oficinas, disea el espacio detu instituto donde est la administracin. Para distribuir y amueblarel espacio, debers, previamente, hacer un croquis con los elemen-tos que contiene y sus medidas, y saber cules son las necesidadeslaborales.

4. Dibuja el borrador con las medidas indicadas. Primero dibuja las tres vistas y despus la perspectiva iso-mtrica.

PROPU

ESTA

DE TRABAJO

Control por ordenador mediante la placa Enconor7

80

PROPU

ESTA

DE TRABAJO

Control por ordenador mediante la placa Enconor 7

81

2. Ejecutad el programa Win-Logo.

3. Escribid en la ventana de Trabajo-carga enplusxp y pulsad . Lapantalla queda dividida en dos ventanas. La superior o ventana detextos muestra los mensajes y en la inferior o de trabajo es dondeescribiremos las rdenes.

4. Montad el circuito siguiendo el esquema de la figura de la derecha.

5. Escribid conecta 1 en la ventana de Trabajo y pulsad . Se puedeobservar que la lmpara est encendida. Si desde la ventana de tra-bajo se ejecuta la instruccin apaga 1, la lmpara deja de ilumi-nar.

6. Si lo que se desea es que la lmpara permanezca encendi-da durante 10 segundos, por ejemplo, y transcurrido estetiempo deje de iluminar, tenemos que crear un procedi-miento y darle un nombre. Los procedimientos deben co-menzar con la palabra para y terminar con la palabra fin.

Para escribir procedimientos, lo ms prctico es utilizar laventana de edicin (tambin se puede usar la de trabajo),que se activa en Ventanas|Edicin o pulsando el icono .

Para crear pausas de tiempo se utiliza la instruccin Se-gundos, que tiene un parmetro en el que se le indica eltiempo en segundos que tiene que permanecer en esteestado.

El procedimiento podra ser el siguiente:

S1 S2 S3 S4 S5A S5B S6A S6B S7A S7B S8A S8B E8 E7 E6 E5 E4 E3 E2 E1

SALIDAS DIGITALES ENTRADAS DIGITALES

REFRIGERADOR

REFRIGERADOR

SALIDASANALGICAS

ENTRADASANALGICAS

Alimentacin

PUER

TOSE

RIE

RESE

T

ENCONOR PLUS

GN

DEA

5EA

4EA

3EA

2EA

1+5

VG

ND

LED

SA1 SA2 SA3 SA4 ALIMENTACINSALIDAS ANALGICAS

15 V

para lmpara conecta 1 segundos 10 apaga 1 fin

El diagrama de flujo correspondiente en VisualEnconor es:

La solucin mediante iconos en Visual Enconor es:

Control por ordenador mediante la placa EnconorGrupo de alumnos recomendado: 2.

Duracin aproximada: 2 horas para todas las actividades + tiempo de montaje de las experiencias

Descripcin y anlisis del problemaEn esta prctica llevaremos a cabo diversas actividades que nos permitirn controlar diferentes dispositivos con el orde-nador. Algunas de estas actividades corresponden a experiencias o prcticas ya realizadas en cursos anteriores o en el ac-tual.

Para hacer las actividades que a continuacin se proponen, adems de los materiales y herramientas especficos para cadauna de ellas, es preciso disponer del programa Win-Logo y la controladora Enconor con sus procedimientos de control.

Las caractersticas tcnicas ms destacables de esta placa son:

Ocho entradas digitales.

Cuatro salidas de tipo interruptor activadas mediante rel.

Cuatro salidas de tipo conmutador de cruce activadas mediante rel.

Cinco entradas analgicas.

Cuatro salidas analgicas.

Procedimientos de control en Win-Logo, MSW-Logo, GWBasic y Visual Basic.

Programacin grfica mediante Visual Enconor.

Para ms informacin se puede visitar la web: www.enconor.com.

1. Encendido intermitente de una lmpara

Materiales Herramientas

portalmparas y lmpara de 3,5-4,5 V 3 cables para la conexin controladora Enconor y sus procedimientos de control pila de petaca (4,5 V)

pelacables destornillador plano

1. Conectad la controladora Enconor aun puerto serie del ordenador me-diante el cable suministrado con elequipo. Enchufadla en la red elctricapor medio del alimentador, tambinsuministrado con el equipo.

6ndice

LIBRO I

Unidad 1

Los logros de la tecnologa 10

1. Hitos de la tecnologa 12

2. Los primeros pasos en la fabricacin de objetos 14

3. Los oficios artesanales 16

4. La fabricacin industrial 20

5. Aprovechamiento de la energa. Primeras fuentes 24

6. La metalurgia primitiva: cobre y bronce 30

Mundo tecnolgico. El pequeo gigante: el microchip 34

Competencias bsicas. Exposicin sobre los hitos de la tecnologa 35

Sntesis guiada 36

TecnoTIC 36

Actividades finales 37

Unidad 2

Diseo asistido por ordenador 38

1. Dibujo lineal mediante AutoSketch 40

2. Programas de dibujo lineal: QCad 48

3. Programas de diseo de interiores 54

Mundo tecnolgico. El diseo industrial 56

Competencias bsicas. Aprendiendo a distribuir el espacio 57

Sntesis guiada 58

TecnoTIC 58


Unidad 3

Las instalaciones en las viviendas 60

1. La electricidad en casa 62

2. Potencia 63

3. La entrada de corriente en casa 64

4. Circuitos bsicos 66

5. El consumo de energa elctrica en el hogar 71

6. El ahorro energtico 72

7. Las tuberas 73

8. Instalaciones para modificar las condiciones ambientales 76

9. La vivienda mejora con la tecnologa 78

Mundo tecnolgico. LuminAID: lmparas LED con energa solar 80

Competencias bsicas. Instalacin elctrica de una vivienda 81

Sntesis guiada 82

TecnoTIC 82



1. Montaje de una bombilla con un interruptor 84

2. Montaje de un timbre con dos bombillas en paralelo 86

3. Montaje de un punto de luz conmutado 88

7ndice

LIBRO II

Unidad 4Control elctrico y electrnico 10

1. Qu es el control? 12

2. Sistemas de control 14

3. Componentes de los sistemas de control 16

4. Componentes electrnicos 18

5. Sistema de numeracin binario 24

6. Circuitos lgicos 26

7. Diseo de circuitos 30

Mundo tecnolgico. El simulador Logicly 32

Competencias bsicas. Elementos de control 33

Sntesis guiada 34

TecnoTIC 34


Unidad 5


1. Sistemas neumticos 38

2. Caractersticas de los fluidos 40

3. Elementos de una instalacin neumtica 41

4. Produccin y tratamiento del aire comprimido 42

5. Transporte: la red de distribucin 44

6. Los actuadores 45

7. Vlvulas 46

8. Accionamiento directo de cilindros 48

9. Accionamiento indirecto de cilindros 50

10. Sistemas hidrulicos 52

11. Circuitos hidrulicos 53

Mundo tecnolgico. El correo neumtico 54

Competencias bsicas. Juan, has observado las monedas que llevas? 55

Sntesis guiada 56

TecnoTIC 56



4. Simulacin de circuitos elctricos y electrnicos 58

5. Control de llenado de un depsito de agua 62

6. Simulacin de circuitos neumticos 66

LIBRO III

Unidad 6Control por ordenador 10

1. El algoritmo 12

2. Estructuras algortmicas bsicas 14

3. Lenguaje de programacin 16

4. Interfaces de control 23

Mundo tecnolgico. El lenguaje de programacin Scratch 24

Competencias bsicas. Estructuras algortmicas 25

Sntesis guiada 26

TecnoTIC 26


Unidad 7Diseo, construccin y programacin de robots 28

1. Los robots didcticos rastreadores 30

2. Funcionamiento de los robots rastreadores 36

3. Estudio del algoritmo de control de un robot didctico rastreador 37

4. Tecnologas de control 43

Mundo tecnolgico. Robots didcticos 50

Competencias bsicas. Un robot rastreador 51

8ndice

Sntesis guiada 52

TecnoTIC 52


Unidad 8

Comunicaciones a distancia 54

1. Comunicacin con hilos y sin cable 56

2. Transmisin por el espacio 57

3. Transmisin por cable 58

4. Medios de comunicacin 59

5. Comunicacin por satlite 63

6. Radioenlaces 66

7. La telefona mvil 68

8. El sistema GPS 71

9. Redes de comunicacin de datos 72

10. Internet 74

Mundo tecnolgico. Comunicaciones por Internet: la banda ancha 76

Competencias bsicas. Ondas electromagnticas 77

Sntesis guiada 78

TecnoTIC 78



7. Control por ordenador mediante la placa Enconor 80

8. Control por ordenador mediante la placa IE&TC 86

9. Construccin de un robot rastreador 91

10. Control con la placa Imagina 104

11. Control de una barrera 118

12. Crontrol de un cronmetro 122

13. Control de un contador de revoluciones por minuto 127

14. Control automtico del robot humanoide Imagina 130

9Kit de material

Para realizar la Propuesta de trabajo 9, Construccin de un robot rastreador, puedes adquirir el kit de montaje siguiente:

Construccin de un robot rastreador

Descripcin componenteReferenciacomercial

Unid. Referencia esquema

resistencia 220 k 1/4 W resistencia 100 k 1/4 W resistencia 220 k 1/4 W resistencia 100 k 1/4 W resistencia 330 k 1/4 W regulador de tensin LM7805CT (EN TO220)*

transistor BDX53

diodo 1N4004

diodo LED 5 mm rojo

zcalo DIP8

conmutador miniatura recto palanca 2 pos

portapilas con hilos 4 pilas PP231 o equivalente

condensador polister metalizado MKT radial 5,08 mm 100 K/100 V

condensador cermico multicapa 20% 50 V K / 63 V

conector PAL moldeado alto hembra acolz. 72 pines paso 2,54

sensor CNY70 VISHAY

conector PAL moldeado alto 36 pines paso 2,54

tira PAL CI macho recto 2,54 40 pines

circuito microcontrolador PICAXE 08-M

cable de comunicacin RS232 DB9 / 3,5 mm estreo

zcalo estreo CI para jack de 3,5 mm

servo Futaba S3003

placa circuito impreso robol PICAXE

IT 0115

PP231

TH100K100R

CCS100K63X

CO81372

CP70336

CO3040

PICAXE 08-M

AXE026

1

1

2

2

2

1

2

1

2

1

1

1

1

2

0,2

2

0,2

0,4

1

1

2

1

R1

R2

R3, R4

R5, R6

R7, R8

U2

Q1, Q2

D1

DD, DE

S1

CN1

C1

C filtro motor

U1

X1

RS232COM

* Opcional para ampliaciones.

Materiales

1 placa protoboard 1 potencimetro de 10 k 2 diodos LED 1 NTC e 4 700 y 0,5 W 2 resistencias de 150 de 0,25 W 1 metro de cable para conexiones 1 resistencia de 120 de 0,25 W 40 cm de cable de nicromo 1 transistor NPN BC238

Con el material que se detalla a continuacin podis hacer las siguientes experiencias de la unidad 4:

Detector de humedad de una planta (pgina 21).

Interruptor sensible al contacto (pgina 22). Hay que aadir otro transistor de las mismas caractersticas y una re-sistencia de 10 k.

Detector de calor (pgina 23).

Circuito temporizador (pgina 23). Hay que aadir un condensador electroltico de 2 200 F.

Controlelctrico y electrnico

4

Gracias a los avances tecnolgicos de las ltimasdcadas, se han producido cambios en los mate-riales empleados en la construccin de mquinas yen el diseo de estas que han permitido mejorar sufuncionamiento. Pero las aportaciones tecnolgi-cas ms importantes se han dado en la forma decontrolar estas mquinas, es decir, en los sistemasde control.

En esta unidad estudiaremos los conceptos funda-mentales de los sistemas de control y analizaremosalgunos de estos sistemas que se implementan conelementos elctricos y electrnicos.

Tecnologa4

12

1. Qu es el control?

Hay innumerables acciones referidas al control que, aunque soncotidianas, no han sido objeto de nuestro anlisis. Algunos ejem-plos que quiz no nos hemos detenido a considerar pueden ser:

El control efectuado al encender o apagar una bombilla me-diante un interruptor. Las dos posiciones del interruptor (ce-rrado y abierto) hacen que pase o no la corriente elctrica y,en consecuencia, que se encienda o no la bom billa.

La seleccin de agua a una determinada temperatura me-diante el encendido del calentador. La depresin ejercida en elagua hace que una membrana accione el calentador y enveel agua caliente por la red correspondiente.

El programador de una lavadora cierra y abre en determinadosmomentos los circuitos elctricos correspondientes al motor del tambor, elmotor de la bomba, etc.

El sistema de deteccin de humos de una alarma antiincendios tiene unossensores que, al detectar la presencia de humo en una habitacin, disparan uncircuito que, a su vez, hace que suene un timbre.

En el llenado de la cisterna del vter, el caudal de agua que entra es reguladopor un interruptor de boya.

Todos los procesos anteriores tienen algn elemento de control que manipuladiversas seales de entrada.

Seales que se controlan

Elementos de control

Proceso que se controla

elctrica interruptor Iluminar una estancia.

presin del agua membrana del calentador Calentar agua.

elctrica programador Lavar la ropa.

elctrica sensor-disparador Detectar un incendio.

caudal de agua vlvula de boya Llenar la cisterna.

2 3

1 4

2 3

1 4

elementos de control

radiador

caldera

gas

agua

Analiza

1. Observa los sistemas de control dibujados en esta pgina:

a) Elabora una tabla resumen como la que hemos visto.

b) Explica qu control se lleva a cabo en cada caso.

c) Qu coincidencia observas en los tres?

Control elctrico y electrnico 4

13

Un ejemplo muy cercano sera el control del ascenso y descenso de un ascen-sor. Cuando se pulsa el botn desde un rellano, se activa un circuito elctrico quehace funcionar un motor, que a su vez hace que suba o baje la cabina del as-censor, segn su posicin inicial. Cuando la cabina llega a la altura desde dondese ha llamado, un sensor har que el circuito elctrico deje de funcionar y, portanto, que se detenga el motor.

Pese a que su complejidad, como se puede apreciar, es muy diferente, los po-dramos englobar todos en el siguiente diagrama de bloques:

ELEMENTOS DE CONTROL

PROCESO QUE SE CONTROLAEntrada Salida

Mecanismos de un ascensor.

Los sistemas de control se crean con diversas tecnologas, como hemos podidoobservar en la tabla de la pgina anterior. As, es posible implementar un sis-tema con las tecnologas elctrica, electrnica, neumtica, hidrulica o, incluso,con un ordenador.

En ocasiones, estas tecnologas se combinan para dar lugar a un sistema global.Pues bien, aqu englobaremos todos estos sistemas mediante la expresin tecno-loga de control. Son trminos sinnimos de tecnologa de control el de regula-cin automtica o, incluso, aunque en un sentido ms amplio, automatizacin desistemas, entendiendo por automatizacin la sustitucin de la intervencin hu-mana por medios automticos.

Entrada Salida

SISTEMA DE CONTROL

Pulsador Motor

Sensor

Circuito elctrico

PROCESO QUE SEQUIERE CONTROLAR:

subir o bajar una cabinade un ascensor

Al conjunto de elementos de control (pulsador, circuito elctrico, motor,sensor, etc.) encargados de modificar las seales de entrada con el fin deactuar sobre un determinado proceso (ascenso o descenso de la cabinade un ascensor, por ejemplo) se le llama sistema de control.

Podemos detallar este ejemplo mediante el siguiente diagrama de bloques:

Responde

2. Qu significa implementar un sistema de control?3. Con qu tecnologas se podra implementar un sistema de control?4. Qu es la tecnologa de control?5. Di de qu elementos dispone el sistema de control del ascensor.

Disea

6. Inventa un sistema de con-trol. Dibjalo y explica cmofunciona.

Tecnologa4

14

2. Sistemas de control

Los sistemas de control pueden ser de dos tipos: sistemas de lazo abierto y sis-temas de lazo cerrado. La principal diferencia entre ambos radica en la manipu-lacin de la salida.

Sistemas de control de lazo abierto

El diagrama que representa estos sistemas es el que hemos visto anteriormente.

SISTEMA DE CONTROL

PROCESO QUE SE QUIERE CONTROLAREntrada Salida

Como podemos ver, en los sistemas de lazo abierto, tambin llamados line-ales, la salida no afecta a la entrada. La seal de entrada acta directamentesobre los elementos que se encargan de controlar el comportamiento del sis-tema.

Ejemplo

Un ejemplo muy sencillo de sistema de lazo abierto, deentre los vistos anteriormente, es el circuito de un inte-rruptor y una bombilla. La seal controlada, la corrienteelctrica, hace que la bombilla seencienda o se apague cuando seconecta o desconecta el interrup-tor. El hecho de que la bombillaest iluminada o no no implica quese deba actuar sobre el sistema decontrol, en este caso, el interruptor.

Si pensamos en alguna prctica o proyecto realizados encursos anteriores, seguramente estarn basados en siste-mas de controles lineales. Por ejemplo:

el control en la reductora de velocidad en el dibujo de laizquierda,

el control en la biela-manivela,

el control en las instalaciones elctricas del estudio de lavi vienda.

R N

Entrada Salida

SISTEMA DE CONTROL

Interruptor Bombilla

PROCESO QUE SE QUIERE CONTROLAR

Iluminar el saln-comedor.

soporte del ejebaseeje de salida

poleaeje intermedio

clip

goma elsticachincheta

Pila4,5veje motor

motor

Reductora de velocidad.

Analiza

7. Analiza los siguientes sistemas decontrol y justifica por qu son de lazo abierto. Elabora el dia-grama de bloques correspondien-te a cada uno.

a) La abertura automtica de ac-ceso a un garaje sin detectoresde posicin.

b) Zumbador controlado por unpulsador.


15

Sistemas de control de lazo cerrado

Es habitual que el sistema de control tome ciertas decisiones, en funcin de los com-portamientos de la salida o del efecto que pretendamos conseguir. Se trata, pues, desistemas de lazo cerrado o realimentados.

La realimentacin en un sistema de control de lazo cerrado permite la in-fluencia de la salida sobre la accin del sistema de control. Se realiza me-diante unos componentes denominados sensores.

Ejemplo

El control de llenado de la cisterna del vter nos puede ayudar a entender los conceptos que hemos visto. Cuandoapretamos el pulsador de la cisterna, el agua almacenada se vaca provocando que la boya baje al nivel inferior y se abrala vlvula que, a su vez, deja pasar el agua de la instalacin de la vivienda. Cuando la boya, que acta de sensor, detectaque el agua ha llegado al nivel superior del depsito de la cisterna, se cierra la vlvula.

SISTEMA DE CONTROL

PROCESO QUE SE QUIERE CONTROLAR

SENSOR

Entrada Salida

Realimentacin

Entrada Salida

SISTEMA DE CONTROL

Pulsador Vlvula de boyaPROCESO QUE SE

QUIERE CONTROLAR:

llenado de la cisterna

Boya

Analiza

8. Explica el funcionamiento de un calentador elctrico por conveccin, de los queempleamos en el bao.

a) Indica si es un sistema realimentado o no. b) Elabora el diagrama de bloques correspondiente.

MR 1

R 2

R 3

12

3

termostato

Tecnologa4

16

3. Componentes de los sistemas de control

Entrada SalidaDilogo hombre-mquina (accionamientos)

Actuadores

Sensor

ProcesadorPROCESO QUE SE QUIERE

CONTROLAR

Los sistemas de control que hemos visto anteriormente estn formados pordiversos componentes.

Mediante los dispositivos de dilogo hombre-mquina podemos manipularel sistema en el momento de la puesta en marcha, en las interrupcionesvoluntarias, en la parada, etc. Suelen ser interruptores, conmutadores, pulsa-dores, etc.

Los sensores, que normalmente se emplean en sistemas realimentados, daninformacin de la salida al controlador. Son sensores los termostatos, los inte-rruptores de posicin, algunas resistencias no lineales, etc.

El procesador es el alma del sistema y el encargado de convertir las sealesde entrada y las que captan los sensores del exterior en seales tiles o decontrol para que puedan llegar a los actuadores. Pueden serlo los rels, lostemporizadores, los programadores, los circuitos electrnicos amplificadores,los microprocesadores, etc.

Cuando la seal ha sido procesada, acciona sobre los actuadores, que son elltimo escaln antes de que se produzca el efecto deseado en la mquina, lainstalacin, el proceso, etc.

El diagrama de bloques correspondiente a un sistema de lazo cerrado.

Responde

9. Fjate en el diagrama de bloques y di qu elemento sobrara en el caso de que se tratase de un sistema de lazo abiertoo lineal.

10. Identifica los elementos de los siguientes sistemas de control e indica si son abiertos o cerrados.

a) Tostador.b) Martillo neumtico.c) Reloj mecnico.d) Olla a presin.

Dilogo hombre-mquina Sensores Procesadores Actuadores

Interruptores Posicin Rels Bombillas

Pulsadores Temperatura Temporizadoresprogramadores

Timbres.Alarma

Conmutadores Presin Circuitos electrnicos diversos

Diodos LED

Vlvulas neumticase hidrulicas

Fotoelctricos Microprocesadoresde ordenadores y de autmatas

Motores elctricos

Teclado Presencia o proximidad Distribuidores mbolo neumtico


17

Componentes de los sistemas de control.

Tecnologa4

18

4. Componentes electrnicos

Los circuitos electrnicos estn constituidos por un gran nmero de compo-nentes. Aunque el curso anterior ya estudiamos algunos de estos componentesresistencias, condensadores, diodos o transistores, es conveniente recordar lafuncin que realizan as como sus principales caractersticas.

Resistencias elctricas

Son unos componentes que presentan una determinada oposicin al paso de lacorriente elctrica. Por tanto, su finalidad es la de limitar o regular la corrienteque circula por un circuito y su unidad de medida es el ohmio (). Podemos dis-tinguir dos tipos de resistencias: fijas y variables.

Resistencias fijas

Los valores de estas resistencias son fijos y fcilmente identificables medianteel cdigo de colores.

En un circuito elctrico, la resistencia de un componente es directamente pro-porcional a la tensin (V) aplicada e inversamente proporcional a la intensidadde corriente (I) que circula por l. Es decir:

R = V / I

Esta relacin se conoce con el nombre de ley de Ohm.

Los siguientes circuitos nos ayudan a entender la funcin de una resistencia:

9V

6V 3V

3001 1501

0,02A4,5V

0,01A

1501

150A

1501

0,01A

1501

En el circuito de la izquierda, ajustamos la tensin de la lmpara conectandouna resistencia en serie con ella, mientras que en el circuito de la derecha, paralimitar la corriente que circula por una de las lmparas, se conecta una resis-tencia en paralelo con ella.

Resistencias variables

Se distinguen los siguientes tipos:

Potencimetros

Son resistencias cuyo valor puede ajustarse dentrode unos mrgenes (entre 0 y un valor mximo) yse utilizan para regular el valor hmico de un de-terminado componente. Al incrementar la resisten-cia del potencimetro, la lmpara reduce suluminosidad porque disminuye la intensidad.

Smbolos de las resistencias.

Diversos tipos de resistencias.

0-300

0-300

Divisor de tensin: mediantela utilizacin de resistencias po-demos ajustar el valor de la ten-sin aplicada a un receptor. Enel siguiente circuito, la tensinde salida viene dada por la ex-presin: Vs = Ve R1/(R2 + R1).

0V

R1

R2

VS

Ve

Smbolo del potencimetro.

Potencimetro.

0,02A


19

Resistencias dependientes de la luz: LDR

Estas resistencias disminuyen mucho su valor cuando aumenta la cantidad deluz que reciben. Al insertar una LDR en un circuito, segn la ley de Ohm, la in-tensidad de corriente aumentar al disminuir la resistencia. Por tanto, este com-ponente puede ser muy til para hacer que una lmpara ilumine en ausencia deluz solar, tal como se puede observar en el siguiente circuito:

Resistencias variables con la temperatura: NTC y PTC

Estas resistencias, tambin llamadas termistores, cambian su valor segn la tem-peratura a la que se las somete. Pueden ser de dos tipos: NTC, disminuye su re-sistencia al aumentar la temperatura y PTC, aumenta su resistencia al aumentarla temperatura.

Condensadores

Los condensadores son componentes que permiten almacenar una determinadacarga elctrica para poder utilizarla cuando se necesite. Estn formados por dosplacas metlicas separadas por un aislante llamado dielctrico. La capacidad delcondensador se mide en una unidad llamada faradio (F). Esta unidad suele re-sultar demasiado grande y se utilizan submltiplos como:

microfaradio (F) = 106F nanofaradio (nF) = 109F picofaradio (pF) = 1012F

Diodos

El diodo est formado por la unin de dos semiconductores: uno de tipo P, lla-mado nodo, y otro de tipo N, llamado ctodo. Cuando se polariza un diodo di-rectamente, es decir, se dispone un potencial mayor en el nodo que en elctodo, el diodo permite el paso de la corriente.

Un tipo de diodos muy utilizado, fundamentalmente en sealizaciones, son losLED. Estos diodos emiten luz cuando la corriente pasa a travs de ellos.

De da El circuito est abierto y la bombilla no ilumina

De nocheEl circuito est cerrado y la bombilla ilumina

LDR.

Smbolo de una LDR.

Smbolo de PTC.

Smbolo de la NTC.

Smbolo del condensador.

Diodo y su smbolo.

nodo

ctodo

Diodo LED y su smbolo.

Analiza

11. Calcula la magnitud que falta en cada uno de los circuitos siguientes.

V = 24 v R = 12 K

I? I = 2mA

V? R = 2,2 K R?V = 12 v

I = 0,006mAa) b) c)

Responde

12. Qu valor tiene una resistenciafija cuyos colores son marrn,verde y naranja? A qu tipo deresistencias pertenece un poten-cimetro?

13. Describe el funcionamiento deuna LDR.

Tecnologa4

20

Base

Colector

Emisor

PNP Base

Colector

Emisor

NPN

Transistores

Los transistores estn formados por la unin de tres semiconductores.Segn la dispo sicin de estos, pueden ser de dos tipos: NPN y PNP. Cadatransistor posee tres terminales: emisor, base y colector.

Experimenta

1. Identificacin del sentido de la corriente de un circuitoMonta sobre una placa protoboard el siguiente circuito y podrs identificar el sentido de la corriente que circula porl. Asimismo, comprueba con un polmetro los valores de la tensin de funcionamiento del LED y de la corriente quecircula por l.

En el circuito a, iluminar el diodo D1, ya que est polarizado directamente, y en el circuito b iluminar el diodo D2.Dependiendo de la colocacin de la pila, iluminar uno u otro LED.

2. Montaje en emisor comnEn esta experiencia te proponemos que realices el montaje del circuito dela figura, sobre una placa protoboard, para comprobar el encendido del LED.

En el circuito a, la base del transistor no est alimentada y, por tanto, eltransistor estar bloqueado (no permite el paso de corriente).

Para permitir el paso de corriente, debe aplicarse a la base del transistoruna tensin aproximada de 0,7 V.

En el circuito b, denominado emisor comn, ya tenemos la base del tran-sistor alimentada y, por tanto, la corriente circula del polo positivo (+) dela pila, a travs de la resistencia de 10 k, a la base del transistor. La co-rriente sigue el recorrido del circuito por el emisor y llega al polo negativo(-) de la pila (la resistencia de 10 k evita que esta corriente sea dema-siado elevada).

A partir de este momento, se genera el paso de corriente entre el emisory el colector que, por tanto, iluminar el diodo LED (esta corriente es bas-tante ms elevada que la corriente entre base y emisor). En este caso, eltransistor se utiliza como conmutador.

4,5V

150

D1 D2

Circuito a

4,5V

150

D1 D2

Circuito b

4,5V150

BC 548

4,5V 150

BC 548

10K

Circuito a

Circuito b

Experimenta


21

3. Detector de humedad de una plantaVamos a intentar realizar un montaje que nos sirva para controlar el nivel de humedad de una planta. Para ello po-demos utilizar como sonda un par de clips estirados con un hilo soldado a cada uno de ellos.

En primer lugar, montamos el circuito a de la figura sobre una placa protoboard e introducimos los clips (sonda) enel tiesto de la planta sin que se toquen entre ellos. Aunque la planta tenga suficiente humedad, el LED muy proba-blemente no se ilumina porque, a pesar de que hay circulacin de corriente a travs de la zona hmeda, esta no essuficiente para iluminarlo. Por tanto, ser necesario amplificar la corriente y para ello aadiremos al circuito un tran-sistor que ser utilizado como amplificador.

Ahora, montamos el circuito b de la figura sobre la misma placa protoboard. La resistencia de 2,2 k sirve para li-mitar la corriente de base (proteger el transistor) en caso de que los dos clips se toquen. Cuando la planta tiene lasuficiente humedad, puedes comprobar que el LED se ilumina; en cambio, si la tierra est seca, no hay agua queconduzca la corriente entre los dos clips y el LED no se ilumina. Se puede sustituir el LED por un avisador acsticocomo, por ejemplo, un zumbador.

Podramos introducir en el circuito una bomba de agua (actuador), de manera que el motor de la bomba se accionecuando la tierra de la planta est seca. El circuito podra ser el siguiente:

Cuando la tierra est hmeda, la corriente circula entre los dos clips y el circuito queda cerrado. En esta situacin,el rel est activado y el contacto asociado al motor de la bomba est abierto.

En cambio, cuando la tierra de la planta est seca, no hay circulacin de corriente entre los dos clips y el rel se des-activa. En este momento, el contacto asociado a la bomba se cierra y, por tanto, el motor de esta se pone en mar-cha. La bomba enva agua a la planta hasta que el nivel de humedad sea adecuado y circule corriente de nuevo entrelos dos clips; entonces la bomba de agua se para. El circuito anterior corresponde a un sistema de lazo cerrado.

Circuito a Circuito b

4,5 V4,5 V

+

+

+

+

4,5 V

150 2,2 K

2,2 K

150

Clip Clip

planta planta

planta

Motor de la bomba

Clip Clip

BC548

BC548

M

Experimenta

Tecnologa4

22

4. Interruptor sensible al contactoA veces, la amplificacin que produce un nico transistor no suele ser suficiente en un circuito. Vamos a compro-barlo realizando la implementacin del siguiente circuito en una placa protoboard.

Mediante el circuito anterior se pretende que el LED ilu-mine por el simple contacto con un dedo entre los ter-minales A y B (como terminales podemos utilizar losmismos clips del detector de humedad de una planta, doshilos sin aislante, o bien un sensor de tacto).

Al tocar con un dedo entre los terminales A y B, es muyprobable que el LED no ilumine, ya que no hay suficientecirculacin de corriente para que brille. Por tanto, necesi-tamos mayor amplificacin de la corriente, y para ello in-troduciremos en el circuito un nuevo transistor.

Monta sobre la placa protoboard el nuevo circuito. Comopuedes observar, hemos introducido un segundo transis-tor de las mismas caractersticas que el anterior. Estehecho provocar una amplificacin mucho ms grande.

Ahora, al hacer contacto con un dedo entre los termina-les A y B, el LED iluminar, ya que la pequea corrienteque circula por la yema del dedo se convierte en la co-rriente de base que activa el transistor.

El circuito anterior se puede utilizar en cualquier aplica-cin que requiera la activacin de un circuito mediante elcontacto con un dedo.

Esta asociacin de dos transistores est basada en elhecho de que, al alimentar la base de un segundo tran-sistor con la corriente amplificada del primer transistor,podemos conseguir una amplificacin aumentada mu-chas veces. Este mtodo de conectar transistores se co-noce con el nombre de par de Darlington.

4,5 V

4,5 V

2,2 K

2,2 K 10 K

150

150

BC548

BC548

BC548

A

A

+

+

B

B

Corriente de colector

Corriente de base

B

E

E

C

B C

Tr1

Tr2

Experimenta


23

5. Detector de calorCuando algunos aparatos alcanzan una determinada tempe-ratura, para preservarlos de un sobrecalentamiento, es con-veniente que se ponga en funcionamiento un ventilador. Elelemento utilizado para detectar este incremento de tem-peratura es el termistor.

El termistor tambin puede utilizarse para el control de tem-peratura de un sistema de calefaccin central, para cortar elcalentamiento de agua, en una lavadora, cuando llega a latemperatura fijada previamente con el potencimetro, etc.

Con la implementacin del montaje de la derecha, podemossimular un detector de calor.

Al calentar la resistencia NTC (termistor), el valor de esta disminuye. (El calor de la mano es suficiente para calen-tar el termistor y hacerlo conductor; no acercar nunca una llama, ya que se podra destruir el termistor.) Entonces,el transistor deja pasar corriente entre el colector y el emisor y hace que el LED se ilumine. El potencimetro de 10 k se utiliza para ajustar el nivel calorfico que acciona el circuito.En lugar del LED, se podra utilizar, por ejemplo, un avisador acstico o un rel para que accionase el motor de unventilador.

4,5 V

10 K

4,7 K150

BC548

NTC

6. Circuito temporizadorLos circuitos temporizadores se utilizan para crear secuenciasde accin regulares y retardadas en procesos de control. Porejemplo, para mantener encendida un lmpara durantecierto tiempo (luz de escalera), limitar el tiempo de funcio-namiento de un motor, etc.

Realiza el montaje del circuito de la derecha en una placaprotoboard.

Al apretar el pulsador, el LED se ilumina y al mismo tiempose carga el condensador electroltico.

Cuando se deja de apretar el pulsador, el LED contina ilu-minando porque ahora el condensador se descarga a travsde la resistencia de base del transistor. La corriente de des-carga del condensador se debilita progresivamente hasta queno llega a ser suficiente para activar el transistor, y entoncesel LED deja de iluminar.

La duracin de la descarga del condensador electroltico sepuede modificar sensiblemente cambiando el valor de la re-sistencia de base del transistor.

En esta experiencia hemos utilizado un condensador elec-troltico y, por tanto, hay que respetar la polaridad de las pa-tillas.

4,5 V

150

BC 548

2,2 K

2200 F+

+

+

Smbolo delcondensadorelectroltico.

Tecnologa4

24

5. Sistema de numeracin binario

Las calculadoras y los ordenadores emplean el sistema de numeracin bi-nario, pues es el sistema de numeracin ms simple.

Hasta ahora hemos realizado las operaciones con el sistema decimal, queutiliza diez smbolos diferentes. El sistema de numeracin binario solo em-plea dos: el 0 y el 1. Cada uno de estos dos smbolos o dgitos recibe elnombre de bit.

La tabla muestra la relacin entre los nmeros decimales (de 0 a 15) y losnmeros binarios correspondientes. Por ejemplo, el nmero decimal 11, ensistema binario, se escribe 1011, ya que:

1 23 + 0 22 + 1 21 + 1 20 = 8 + 0 + 2 + 1 = 11.

Igual que en el sistema decimal, podemos efectuar operaciones arit-mticas. As, cuando se suman dos nmeros binarios de una sola cifra,el resultado ha de ser una de las cuatro posibilidades siguientes:

1+ 110

1+ 01

0+ 11

0+ 00

Recuerda que, en cursos ante-riores, veamos diversas for-mas de agrupar los bits parasegmentar la capacidad dealmacenamiento de la infor-macin. Las ms usuales sonlas siguientes:

1 byte = 8 bits

1 kilobyte (KB) = 1024 bytes

1 megabyte (MB) = 1024 KB

1 gigabyte (GB) = 1024 MB

1 terabyte (TB) = 1024 GB

1 petabyte (PB) = 1024 TB

Nmeros en sistema decimal

23 22 21 20

0 0 0 0 0

1 0 0 0 1

2 0 0 1 0

3 0 0 1 1

4 0 1 0 0

5 0 1 0 1

6 0 1 1 0

7 0 1 1 1

8 1 0 0 0

9 1 0 0 1

10 1 0 1 0

11 1 0 1 1

12 1 1 0 0

13 1 1 0 1

14 1 1 1 0

15 1 1 1 1

Nmeros en sistema binario

Suma decimal Suma binaria

1011+11110010

11+ 718

1010+111101

10+ 313

Analiza

14. Suma los siguientes nmeros binarios:

Escribe los resultados de cada suma en sistema decimal.

1001+0110

0110+0111


25

La calculadora de bolsillo

La calculadora de bolsillo permite realizar operaciones matemticas casi ins-tantneamente. Dispone de un teclado para introducir nmeros y ope raciones,y una pantalla para visualizar el resultado. En su interior dispone de unidades deprocesamiento, memoria y de control del teclado y de la pantalla.

Otra cualidad de estos aparatos, que permite que nos comuniquemos con ellos,es que transforman los nmeros del sistema decimal al sistema binario. As, enla pantalla se visualiza el resultado de una operacin en el sistema decimal des-pus de haberse realizado en el sistema bi nario.

La transformacin de un nmero binario en decimal recibe el nombre de des-codificar, y se lleva a cabo gracias al descodificador, que es un elemento elec-trnico que, en este caso, dispone de cuatro entradas y siete salidas.

Cada elemento de la pantalla que nos permite representar los nmeros del 0 al9 recibe el nombre de visualizador de siete segmentos.

El nmero 6 del sistema binario, 0110, se ha transformado en decimal al visua-lizarse por la pantalla de siete segmentos.

Calculadora de bolsillo.

0110

1011111

visualizador de sietesegmentos

resultado de unaoperacin en binario

descodificador

a

g

de

fb

c

Analiza

15. Indica cules son las conexiones del visualizador de siete segmentos que estarn activadas:

DESCODIFICADOR

0 0 0 1

DESCODIFICADOR

0 1 0 0

0 1 1 1

DESCODIFICADOR

1 0 0 1

DESCODIFICADOR

DESCODIFICADOR

0 0 0 1

DESCODIFICADOR

0 1 0 0

0 1 1 1

DESCODIFICADOR

1 0 0 1

DESCODIFICADOR

DESCODIFICADOR

0 0 0 1

DESCODIFICADOR

0 1 0 0

0 1 1 1

DESCODIFICADOR

1 0 0 1

DESCODIFICADOR

DESCODIFICADOR

0 0 0 1

DESCODIFICADOR

0 1 0 0

0 1 1 1

DESCODIFICADOR

1 0 0 1

DESCODIFICADOR

a) b) c) d) ab

c

f

e d

g

a

b

c

f

e d

g

a

b

c

f

e d

g

a

b

c

f

e d

g

Tecnologa4

26

6. Circuitos lgicos

Los ordenadores y las calculadoras tienen, en su interior, unos componenteselectrnicos llamados puertas lgicas que permiten efectuar operaciones connmeros binarios. El conjunto de varias puertas lgicas conectadas entre s re-cibe el nombre de circuito lgico. Para entender el funcionamiento de los dis-tintos tipos de puertas lgicas nos fijaremos en el circuito elctrico corres-pondiente a cada una de ellas.

Puerta OR (O)

En la representacin del esquema elctrico del circuito de la figura, vemos que esun circuito en paralelo y, efectivamente, la bombilla estar bajo tensin de la pilay, por tanto, encendida cuando A est cerrado, cuando lo est B o cuando loestn ambos. Las distintas combinaciones vienen dadas en la tabla de verdad.

Un interruptor puede tener dosposiciones: abierto y cerrado,que representaremos con un 0y un 1, respectivamente. Encuanto a la bombilla, la represen-taremos con un 1 cuando estiluminada y con un 0 cuandono lo est.

0

1

0

1

A

B

L

A B L

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 1

Representacin elctrica. Representacin electrnica. Tabla de verdad.

B

B

A

A

A + B

A + B1>

B

B

A

A

A + B

A + B1>Smbolo MIL

Smbolo CEI

A B

L

A B L

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1


B

B

A

A

A B

A B&

B

B

A

A

A B

A B&Smbolo MIL

Smbolo CEI

La representacin de esta puerta es la de la figura, donde A y B son las entradasy L, la salida, que se puede representar con la operacin:

Puerta AND (Y)

El esquema elctrico, como vemos, es ahora un circuito en serie. Por tanto, lalmpara L solo estar bajo tensin cuando los dos interruptores A y B estn ce-rrados, es decir, cuando A y B valgan 1.

L = A + B


27

Puerta NOT (NO)

Esta puerta solo tiene una entrada y una salida. Cuando la entrada es 0, la sa-lida es 1, y viceversa, cuando la entrada es 1, la salida es 0. Por este motivo sela llama inversor.

Como ejemplo, analizaremos el siguiente circuito lgico:

L = A

50

L A L

0 1

1 0


A

A A1

A

A

A A1

A

Smbolo MIL

Smbolo CEI

Ejemplo

Como ejemplo, analizaremos el siguiente circuito lgico:

Si hicisemos corresponder cada una de las en-tradas A, B y C con un interruptor, y la salida conuna lmpara L, el circuito elctrico sera:

AC

BC

A B C

L = AC + BC = C (A + B)

&

&

A

B

C

L

A B C L

0 0 0 0

0 0 1 0

0 1 0 0

0 1 1 1

1 0 0 0

1 0 1 1

1 1 0 0

1 1 1 1

Esquema elctrico. Tabla de verdad.

A

Analiza

16. Observa el circuito lgico de la figura:

a) Indica el nombre de cada una de las puertas.

b) Indica el valor de la salida S.

c) Elabora la tabla de verdad correspondiente.

17. Observa la tabla de verdad del circuito lgico del ejemplo y dibuja los circuitos elc-tricos correspondientes a las salidas que tienen valor 1.

S

A B C

&

Tecnologa4

28

Puerta NOR (NO-O)

La puerta NOR produce el resultado inverso de la suma. La tabla de verdad paraun circuito con dos entradas sera:

Hay otras puertas que realizan otras operaciones y que igualmente pueden re-sultarnos vlidas para implementar circuitos de control. Estas son, fundamen-talmente, las puertas NAND y NOR.

Puerta NAND (NO-Y)

Esta puerta produce el resultado inverso del producto. Para un circuito con dosentradas, la tabla de verdad sera la que aparece a continuacin. Podramos decirque produce el mismo efecto que si aplicsemos una NOT a la salida de unapuerta AND.

A

B

A B

Puerta NAND.

A

B

A + B

Puerta NOR.

Tabla de verdad.

A B L

0 0 1

0 1 1

1 0 1

1 1 0

A B L

0 0 1

0 1 0

1 0 0

1 1 0

Tabla de verdad.

Por tanto, L valdr:

y su representacin electrnica ser:

Smbolo MIL Smbolo CEI

AB B

A

A B A B&

L = A B

Su representacin electrnica ser:

Smbolo MIL Smbolo CEI

AB

A

BA + B A + B>1

L = A + B

Las puertas estudiadas estn agrupadas en pequeos bloques compactos que re-ciben el nombre de chips. Cada uno de los chips posee solo puertas de unamisma clase. Aunque existen diversas tecnologas de fabricacin, la ms em ple-ada es la TTL.

Si analizamos la tabla de verdad, veremos que tambin podramos realizar la im-plementacin con una puerta OR y una puerta NOT.

Analiza

18. Dibuja los circuitos elctricos co-rrespondientes a las puertas NANDy NOR. Para ello tendrs:

una pila de petaca. dos pulsadores normalmente

cerrados. una lmpara.

Analiza

19. Observa el circuito lgico de lafigura:

a) Indica el nombre de cada unade las puertas.

b) Indica el valor de la salida S.

c) Elabora la tabla de verdad co-rrespondiente.

A B C

&

& S

Experimenta


29

En las siguientes figuras aparecen algunos circuitos integrados con TTL:

El 7408, que, como puedes observar, tiene cuatro puertas AND de dos en tradas.

El 7400, que tiene cuatro puertas NAND de dos entradas.

El 7404, que tiene seis inversores o puertas NOT.

El 7410, que tiene tres puertas NAND de tres entradas.

El 7432, que tiene cuatro puertas OR de dos entradas.

1 2 3 4 5 6 7

14 13 12 11 10 9 8vcc 4B 4A 4Y 3B 3A 3Y

1B1A 1Y 2B2A 2Y GND

1 2 3 4 5 6 7

14 13 12 11 10 9 8vcc 4B 4A 4Y 3 B 3A 3Y

1B1A 1Y 2B2A 2Y GND1 2 3 4 5 6 7

14 13 12 11 10 9 8vcc 4B 4A 4Y 3B 3A 3Y

1B1A 1Y 2B2A 2Y GND1 2 3 4 5 6 7

14 13 12 11 10 9 8vcc 4B 4A 4Y 3B 3A 3Y

1B1A 1Y 2B2A 2Y GND

1 2 3 4 5 6 7

14 13 12 11 10 9 8vcc 4B 4A 4Y 3 B 3A 3Y

1B1A 1Y 2B2A 2Y GND

7408 7400

743274107404

7. Encendido de un diodo LED con puertas lgicas

Monta el siguiente circuito y comprueba su funcionamiento. Despus, completa la tabla de verdad.

El sistema de control est en lazo abierto.

Materiales y herramientas

1 pila de 4,5 V

o fuente

de alimentacin

1 integrado 7404

1 integrado 7408

1 integrado 7432

1 diodo LED

1 resistencia

de 150

Cable de conexin

101

0

1

04,5 V

150 &A

B

C

Conmutador LED

A B C L

0 0 0

0 0 1

0 1 0

0 1 1

1 0 0

1 0 1

1 1 0

1 1 1

1 2 3 4 5 6 7

14 13 12 11 10 9 8vcc 4B 4A 4Y 3B 3A 3Y

1B1A 1Y 2B2A 2Y GND

1 2 3 4 5 6 7

14 13 12 11 10 9 8vcc 4B 4A 4Y 3 B 3A 3Y

1B1A 1Y 2B2A 2Y GND1 2 3 4 5 6 7

14 13 12 11 10 9 8vcc 4B 4A 4Y 3B 3A 3Y

1B1A 1Y 2B2A 2Y GND1 2 3 4 5 6 7

14 13 12 11 10 9 8vcc 4B 4A 4Y 3B 3A 3Y

1B1A 1Y 2B2A 2Y GND

1 2 3 4 5 6 7

14 13 12 11 10 9 8vcc 4B 4A 4Y 3 B 3A 3Y

1B1A 1Y 2B2A 2Y GND

7408 7400

743274107404

1 2 3 4 5 6 7

14 13 12 11 10 9 8vcc 4B 4A 4Y 3B 3A 3Y

1B1A 1Y 2B2A 2Y GND

1 2 3 4 5 6 7

14 13 12 11 10 9 8vcc 4B 4A 4Y 3 B 3A 3Y

1B1A 1Y 2B2A 2Y GND1 2 3 4 5 6 7

14 13 12 11 10 9 8vcc 4B 4A 4Y 3B 3A 3Y

1B1A 1Y 2B2A 2Y GND1 2 3 4 5 6 7

14 13 12 11 10 9 8vcc 4B 4A 4Y 3B 3A 3Y

1B1A 1Y 2B2A 2Y GND

1 2 3 4 5 6 7

14 13 12 11 10 9 8vcc 4B 4A 4Y 3 B 3A 3Y

1B1A 1Y 2B2A 2Y GND

7408 7400

743274107404

Ejemplo

Un rel R est controlado por tres interruptores A, B y C, de tal maneraque se hallar excitado cuando:

A y C estn conectados y B, desconectado.

A y B, conectados y C, desconectado.

C, conectado y A y B, desconectados.

B y C estn conectados y A, desconectado.

1. Construir la tabla de verdad

El nmero mximo de combinaciones posibles ser 2n, donde n es el n-mero de variables de entrada. En este caso:

n = 3 (los tres interruptores sern las variables de entrada)

Por tanto:

2n = 23 = 8 combinaciones

Las condiciones que satisfacen el problema planteado podemos verlas re-presentadas con un 1 en la columna de salida. Son las celdas coloreadas.

2. Hallar la funcin lgica

Puesto que el problema planteado tiene cuatro 1 en la salida, entende-mos que son estas combinaciones las que satisfacen la funcin lgica.As pues, para obtenerla tomaremos las sumas de los productos de estascombinaciones:

R = A

B C +

A B C + A

B C + A B

C

3. Simplificar la funcin lgica

La funcin anterior nospermitira, empleando laspuertas estudiadas, imple-mentar la solucin tal co-mo podemos ver en la fi-gura. Pero, para obtener lasolucin ms simplificaday, por tanto, abaratar elcoste, ya que como vere-mos emplearemos el m-nimo posible de puertas,simplificaremos la funcinutilizando los mapas deKarnaugh.

A B C R

0 0 0 0

0 0 1

0 1 0 0

0 1 1 1

1 0 0 0

1 0 1 1

1 1 0 1

1 1 1 0

Tecnologa4

30

7. Diseo de circuitos

Para resolver circuitos tendremos que seguir un orden en las operaciones con elfin de dar la solucin ms adecuada a la necesidad planteada.

00AB

CD

00

01

11

10

01 11 10

00AB

C

0

1

01 11 10

0

0 2

1 3

0 2

1 3

6 4

7 5

0 4

1 5

12 8

13 9

3 7

2 6

15 11

14 10

A

B

0

1

1

Mapas de Karnaugh.

0

1

2

3

4

5

6

7

R

A B C

&

&

&

&

&

&

&

&

1

1

1

1


31

Son unas tablas de doble entrada en que indicaremos todas las salidas del problema. En los dibujos de la izquierda pue-des apreciar cmo se confeccionara el mapa para dos, tres o cuatro variables de entrada.

Si colocamos los 1 en las casillas correspondientes, tendremos:

Ahora haremos el nmero de agrupaciones mnimo con los 1 del mapa. Paraello tenemos que tener en cuenta los siguientes pasos:

a) Primero tomaremos los 1 que no pueden formar parte de grupos de dos.Son los grupos de un 1.

b) Formaremos los grupos de dos 1 que no pueden formar parte de gruposde cuatro.

c) Formaremos los grupos de cuatro 1 que no pueden formar parte de gru-pos de ocho.

Debemos tener en cuenta que la primera columna y la ltima son adyacentes(solo se diferencian en el valor de una variable), por lo que los crculos se pue-den cerrar por el exterior.

Como podemos comprobar, el nmero de agrupaciones es de tres, lo que in-dica que la funcin simplificada tendr tres sumandos.

Grupo I: se elimina A, que cambia de 0 a 1 y queda B C

Grupo II: se elimina B, que cambia de 0 a 1 y queda A C

Grupo III: no se elimina ninguna variable y queda A B C

Y la funcin lgica simplificada ser: R = B C +

A C + A B

C

4. Representacin del circuito electrnico

Como podemos observar, despus de efectuar la simplificacin, nos hemos ahorrado cinco puertas respecto del ori-ginal.

A B C

AC

BC

BC

ABC

R = BC + AC + ABC

&

&

&&

00AB

C

0

1

01

1

1

11

11 10

0 2 6 4

1 3 7 5

III

II II

00AB

C

0

1

01

1

1

11

11 10

0 2 6 4

1 3 7 5

Analiza

20. En una habitacin con una ventana y una puerta queremos instalar unaalarma S. Para que se dispare la alarma dispondremos de dos sensores, uno enla puerta y otro en la ventana. Adems, tambin dispondremos de un inte-rruptor C de puesta en marcha del circuito.

Cuando el circuito est conectado y los sensores A o B se disparen, la alarmaso nar. Haz:

la tabla de verdad la funcin lgica

S

A B C

Tecnologa4

32

MUNDOTECNOL

GICO

Logicly es un simulador online gratuito de circuitoscon puertas lgicas. Se puede acceder a la versinde prueba en lnea en: http://logic.ly/ y escoger laopcin Try Online. Dispone de diferentes tipos depuertas: AND, OR, NOT, XOR, NAND, NOR y XNORque se pueden seleccionar y arrastrar hasta el reade trabajo.

Para generar las seales de entrada, el simuladordispone de interruptores. Cada uno de ellos puedetener dos posiciones: abierto, que se representa conun 0, y cerrado, que se representa con un 1.

El simulador Logicly

Actividades

1. A partir de la siguiente tabla de verdad, implementar el correspondiente mapa de Kar-naugh para simplificar la funcin de salida:

2. Obtener la funcin de salida simplificada.

3. Dibujar el circuito correspondiente a la funcin de salida simplificada.

4. Realizar la simulacin del circuito anterior con Logicly. Para ello, hay que arrastrar loscomponentes a la zona de trabajo e interconectar las diferentes entradas y salidas decada uno de ellos situando el cursor sobre uno de los extremos circulares de los termi-nales y estirar hasta otro terminal. Para visualizar la salida, utilizar la bombilla.

A B C D S0 0 0 0 00 0 0 1 00 0 1 0 00 0 1 1 00 1 0 0 00 1 0 1 00 1 1 0 00 1 1 1 01 0 0 0 01 0 0 1 01 0 1 0 11 0 1 1 11 1 0 0 11 1 0 1 11 1 1 0 11 1 1 1 1


33

COMPETEN

CIASBSICAS

Elementos de control

4,5 V

1k

S

A

B

C

1

1

&8

2

134

5

6

7

7

7

Tareas

1. Completa la siguiente tabla escribiendo elnombre del componente que correspondaa cada nmero de identificacin:

2. Escribe el cdigo de colores correspon-diente al componente 3 siendo el valor dela tolerancia del 5 %. Determina, adems,el valor mximo y mnimo de este com-ponente.

3. Cul es la funcin del componente 3 en elmontaje dado?

4. A qu tipo de sistema de control perte-nece el montaje? Cul es el elemento delcircuito que corresponde al actuador?

5. Determina la expresin de salida, S, co-rrespondiente a la parte digital del circuito.

Nmero

de identificacin

Nombre

del componente

1

2

3

4

5

6

7

8

El circuito de la figura corresponde a un montaje en el que se han utilizado componentes electrnicos ana-lgicos y digitales como elementos de control. Observa detenidamente este circuito y realiza las tareassolicitadas.

6. Confecciona la tabla de verdad correspondiente a la expresin del apartado anterior.

7. Dibuja el circuito elctrico equivalente al montaje dado.

8. Describe el funcionamiento general del montaje dado.

Tecnologa4

34

SNTESIS

Control elctrico y electrnicoTIC

TecnoTIC

Circuit Lab es un simulador online gratuito de circui-tos electrnicos. Presenta una interfaz grfica atrac-tiva y muy sencilla. Se puede acceder a la versin enlnea en: http://www.editorialteide.es/?8934 y esco-ger la opcin Launch CircuitLab Editor.

Entre otras opciones, el simulador permite:

Construir circuitos analgicos y digitales y reali-zar las simulaciones.

Modificar los datos de los componentes. Obtener la tensin de salida de un componente

determinado. Compartir los diseos con el resto de usuarios.

Elabora tu propio resumen de la unidad, completandocon las palabras clave los espacios en blanco.

1. Los sistemas de control pueden ser de dos tipos:sistemas de control en lazo abierto y sistemasde control en lazo __________. La diferenciaentre ellos est en el control que se lleva a cabosobre la __________.

2. Los sensores son dispositivos que dan informa-cin de la salida al __________ y los __________son elementos finales que hacen posible que seproduzca el efecto deseado en la mquina, lainstalacin, el proceso, etc.

3. Un transistor es un componente electrnico quedispone de _________ terminales: emisor,_________ y colector.

4. Un potencimetro es una resistencia _________que oscila entre cero y un __________ mximo.

5. La unidad de capacidad de los condensadoreses el __________. Esta unidad es muy grande ypor ello se utilizan los __________.

6. En un circuito de control, la ________ puede llegaral procesador desde dos elementos: los _________,que tienen que ser manipulados por las personas,y los sensores, que funcionan __________.

7. La electrnica digital utiliza seales elctricas______ (seales binarias), que se caracterizanporque solo pueden tomar __________ valoresposibles: 0 y 1.

8. El sistema de numeracin __________ solo uti-liza dos dgitos, el 0 y el 1. Cada uno de ellosrecibe el nombre de __________.

9. Un visualizador de _______ segmentos permiterepresentar los nmeros del cero al __________.

10. La __________ lgica NOT solo tiene una__________ y una salida. Cuando la entrada escero (0), la salida es uno (1) y viceversa, cuandola entrada es uno (1), la salida es cero (0).

11. En una tabla de __________ se representantodas las posibles combinaciones de las varia-bles de entrada y los __________ de las salidaspara cada una de estas combinaciones.

Palabras clave

actuadores, valores, tres, cerrado, siete, variable, dos, submltiplos, base, puerta, salida, discontinuos,informacin, controlador, entrada, faradio, acciona-mientos, binario, elctricamente, bit, nueve, verdad,valor


35

ACTIVIDADES

Actividades finales

1. Analiza el sistema de control de un frigorfico y propn el diagrama de bloques correspondiente.

2. Si una resistencia elctrica tiene un valor R en ohms, qu debemos interpretar si la ltima franja es decolor pla teado?

3. Completa los espacios en blanco de las siguientes frases:

a)El valor de la resistencia de una PTC aumenta cuando ___________ la temperatura.

b)El valor de la resistencia de una NTC disminuye cuando ____________ la temperatura.

c)El valor de la resistencia de la LDR _________ con la oscuridad.

4. En cada uno de los circuitos lgicos siguientes se pide:

a) El nombre de cada una de las puertas lgicas. b) El valor de la salida. c) Qu operacin se realiza?

5. Experiencia: Luz de cortesa

La amplificacin de un solo transistor en un circuito no acostumbra a ser suficiente. Si alimentamos la basede un transistor con la corriente amplificada de otro, aumentaremos la amplificacin muchas veces. Este m-todo de conectar transistores se conoce con el nombre de Par de Darlington, y te hemos mostrado otra desus aplicaciones en el circuito de la experiencia 4.

Al tocar con el hilo H el extremo de la resistencia R un breve instante, el LED se ilumina durante unos se-gundos y despus se apaga solo. Este dispositivo es el mismo que se usa para proporcionar luz al habitculode los coches; se suele llamar luz de cortesa.

Te proponemos que montes el circuito y compruebes su funcionamiento.

&

&

>1

1

&

&

>1

1

&

&

>1

1

&

&

>1

1

1 1 1 1

& >11

0

S1 >1

1 S&

1

>1

1

0 S

& 1

>1

1

&>1

&>1 S

1

0

0

0

0 0 0 0

100 k 150

Tr2

Tr1C

H

E B C

E

4,5 VCond

ensado

r

+ +

Materiales Herramientas

2 transistores BC238

1 LED

cables o hilos de conexin

1 resistencia de 150 1 placa base protoboard

1 potencimetro de 100 k 1 condensador de 10 F tijeras

1 pila de 4,5 V

6. Dado el siguiente circuito:

a) Completa la tabla de verdad.

b) Obtn la funcin lgica de la salida S.

c) Indica el nombre de cada una de las puertas.

A B C

&

&

S

A B C S

0 0 0

0 0 1

0 1 0

0 1 1

1 0 0

1 0 1

1 1 0

1 1 1

Instalacionesneumticas e hidrulicas

5

El aire que utilizan las instalaciones neumticasest comprimido y, aunque no lo parezca, estossistemas son muy habituales. Se utilizan en puer-tas como las de los autobuses, en las mquinasde atornillar de los mecnicos y en multitud deaplicaciones industriales.

A este tipo de instalaciones, que emplean airecomprimido, se las llama instalaciones neumti-cas, mientras que, si utilizan un lquido comofluido de trabajo, estamos ante otro tipo de ins-talaciones, las llamadas hidrulicas.

Tecnologa5

38

1. Sistemas neumticos

Los sistemas neumticos estn constituidos bsicamente por circuitospor los que circula aire comprimido, que es un fluido muy verstil, eco-nmico e ideal para la transmisin del trabajo.

Algunas de las ventajas que presentan los circuitos neumticos frente aotros sistemas automticos son las siguientes:

Estn indicados para trabajar en ambientes donde la utilizacin de laelectricidad puede representar un peligro, como, por ejemplo, las in-dustrias petroqumicas. El uso de circuitos elctricos en estos lugares im-plica que deben disponer de protecciones especiales para los elementosque los componen, para evitar as posibles chispas que podran tenerconsecuencias catastrficas.

De igual manera, estn indicados para ambientes hmedos, dondepueden producirse riesgos de descargas elctricas (como puede suce-der con un rayo).

El aire comprimido se obtiene fcilmente a partir del aire atmosf-rico.

El aire comprimido se almacena con facilidad en depsitos que pue-den utilizarse cuando es necesario.

El aire comprimido es rpido en su desplazamiento por el interior de lastuberas.

Son sistemas limpios que no producen ningn tipo de suciedad. Poreste motivo se usan mucho en laboratorios, industrias alimentarias, etc. Compresor.

Circuito neumtico.

Analiza

1. Por qu consideras que los robots que se usan para pintar los automviles no lle-van motores elctricos?

2. Por qu, en la utilizacin de la neumtica, se argumenta que el aire comprimidoes un fluido fcil de conseguir y econmico?

3. Podramos lograr aire comprimido en cualquier lugar, sin ningn tipo de restric-cin?

En las fotografas podemos ver un com-presor (arriba), destinado a producir airecomprimido, y un circuito neumtico (iz-quierda) en el que se pueden observar di-versos elementos que se estudiarn msadelante.


39

Sin pretender realizar una clasificacin de las aplicaciones de los sistemas neu-mticos, ya que la lista sera larga, presentamos algunos ejemplos de aplicacio-nes usuales de estos sistemas:

Aplicacin Ejemplo

Limpieza

En las carpinteras, por ejemplo, seutilizan para recoger el serrn pro-ducido al serrar maderas.

Frenos y suspensiones

Cada da es ms frecuente el usoen vehculos de elementos comoamortiguadores de aire, frenosneumticos, etc.

Mquinas o herramientas port-tiles

Como es el caso de las mquinasde atornillar con las que trabajanlos mecnicos. Tambin podemosencontrar pulidoras, taladradoras,martillos neumticos, perforadores,etc.

Transportes

Se utilizan en accionamientos depuertas interiores y exteriorescomo las de los trenes y los auto-buses.

En la industria

Muchas de las mquinas que seemplean hoy da en diferentes sis-temas productivos son accionadaspor circuitos neumticos.

Responde

4. En el dibujo puedes ver a un den-tista trabajando. Los dos elemen-tos ms habituales que empleason el torno y la aspiradora de sa-liva. A qu grupo de los quehemos visto pertenece cada uno?

Analiza

5. Qu ventajas crees que tiene eluso del torno neumtico para eldentista, en lugar de un torno ac-cionado por un motor elctrico?

Tecnologa5

40

2. Caractersticas de los fluidos

Los elementos y circuitos neumticos trabajan, como ya hemos visto, con airecomprimido, y este es un fluido.

Hay unas caractersticas muy importantes de los fluidos que deben tenerse encuenta cuando se trabaja con ellos. Son los siguientes:

La unidad de medida de la presin en el Sistema Internacional es el pascal (Pa).

El aire que se encuentra sobre nosotros, a causa de su peso, ejerce una presinque se llama presin atmosfrica, y todos los cuerpos se encuentran someti-dos a ella.

Las dems presiones hacen referencia a esta unidad. Por tanto, hablaremos depresiones relativas de 5 atm para referirnos a una presin que es 5 veces mayorque la presin atmosfrica.

Esta expresin relaciona el caudal de un fluido con su velocidad de desplaza-miento.

Para medir el caudal, la unidad que se emplea en el Sistema Internacional es elmetro cbico por segundo (m3/s).

Presin. La presin se define como la fuerza que se ejerce sobre una su-perficie en nuestro caso ser la fuerza ejercida por el fluido, y vienedada por la siguiente expresin:

Caudal. Se define como la cantidad de fluido que atraviesa una seccin de-terminada por una unidad de tiempo y responde a la siguiente ecuacin:

P = presinF = fuerzaS = superficie

S = superficiev = velocidad de desplazamientoL = desplazamientot = tiempo

1 N1 m2

1 Pa P = FS

G = vt

= S Lt

= S v

Cuando hablamos de presin at-mosfrica tambin se utiliza otraunidad, que es la atmsfera (atm).

1 atm 100 000 Pa

Otra unidad de presin muy utili-zada es el bar. Su equivalencia es:

1 bar = 105 N/m2

Por lo que se puede decir que,aproximadamente:

1 bar 1 atm

F

S

L

t

Responde

6. Calcula la presin que se ejerce sobre cada cara de esta caja, si su masa es de 25 kg.Qu conclusin puedes sacar de los resultados?

7. Un depsito contiene aire comprimido a 5 atm. Cul es su presin en pascales?

8. Por una caera circula aire comprimido que se mueve a una velocidad de 0,5 m/s. Si su dimetro es de 1 cm, cul esel caudal de aire?

cara 2

cara 3

60 cm

90 cm

200 cm

cara 1


41

Una instalacin neumtica est formada por una serie de elementos con fun-ciones determinadas. Desde los compresores que generan el aire a presin hastalos actuadores, que son los que en ltima instancia utilizan el aire, podemos en-contrarnos con diferentes elementos.

Puede realizarse una clasificacin de todos los elementos en una instalacinneumtica atendiendo a su funcin:

Elementos Descripcin Ejemplo

Produccin

Compresor Genera aire a presin a partir deenerga elctrica.

Existen diversos tipos de compresores. La figura representa un compresor alternativo de pistn. Su funcionamiento es similar al de los motores de explosin.

Acumulador Almacena el aire a presinprocedente del compresor.

Tratamiento

Deacondicionamiento

Mejoran las propiedades del aire:rebajan la humedad, eliminan laspartculas, regulan la presin, etc.

Los manmetros indican la presin del aire comprimido. Las unidades de presin que suelen medir son atmsfera o bars.Accesorios de

medidaIndican datos sobre laspropiedades del aire, como lapresin.

Transporte

Tuberas Distribuyen el aire a presin.Pueden ser de plstico ometlicas.

Las tuberas de aire pueden ser metlicas o de plstico. La tuberaprincipal de distribucin ha de tener una inclinacin mnima del3 % para facilitar la evacuacin del agua que se origine.

Regulacin y control

Vlvulasdistribuidoras

Son elementos que distribuyen elaire segn convenga a partir dediferentes accionamientos.

La vlvula reguladora de flujocontrola el aire que circula estrangulando mediante un tornillo el paso del aire. Con ello se puede regular la velocidad de los cilindros.

Vlvulas de control Controlan y distribuyen el flujo deaire a partir de elementos decontrol.

Accionamiento

Cilindros Originan un desplazamientolineal.

Una de las aplicaciones ms extendidas son los motores neumticos como los que se usan en los talleres para apretar y aflojar las ruedas de los coches.

Motores Originan un movimiento rotativo.

Accionadoresangulares

Originan un determinado giro deleje.

Salida de aire Entrada de airesalida de aire entrada de aire

3. Elementos de una instalacin neumtica

Analiza

9. Observa la figura del compresorde la tabla siguiente. Analiza sufuncionamiento y explcalo.

Tecnologa5

42

4. Produccin y tratamiento del aire comprimido

A la salida del compresor se instalan los depsitos acumuladores, cuya misines eliminar las pulsaciones producidas por el compresor y almacenar el aire com-primido para cubrir las puntas de demanda.

Tratamiento del aire comprimido

El aire comprimido que se utiliza en los circui-tos neumticos debe tratarse (ha de limpiarse,lubricarse y regular su presin) para conseguir elmximo rendimiento y una mayor durabilidaddel circuito y de sus elementos, con el fin deevitar averas. En este tratamiento, los elemen-tos que se emplean son:

Filtros. Sirven para eliminar impurezas, comopartculas slidas muy pequeas y agua que secondensa, que pueden aspirar los componentes y que, en el interior del circuito,provocaran errores, como el desgaste rpido de los elementos de la instalacin,vlvulas que no se desplazan correctamente o excesiva agua condensada en losdiferentes elementos.

Este elemento siempre se coloca despus del compresor y el depsito, paraque el aire ya est limpio antes de utilizarlo.

Su funcionamiento se basa en las siguientes operaciones:

Centrifugar el aire cuando pasa por A (se hace girar a mucha velocidad paraque las partculas se separen gracias a su peso).

Hacer pasar el aire hacia la cavidad B por un filtro que retiene partculas.

salida de aire entrada de aire

entrada de aire

salidade aire

Compresor de mbolo.

Filtros.

Depsito acumulador.

Compresor de paletas.

A

B

Filtro y su smbolo.

manmetrotermmetro

vlvula deseguridad

purga de agua

Produccin del aire comprimido

Las mquinas que proporcionan aire comprimido son los compresores, y son ca-paces de elevar la presin de una masa de aire hasta un valor determinado.

Existen dos tipos de compresores, los volumtricos, cuyo funcionamiento se basaen la reduccin del volumen de una cierta cantidad de aire, y los turbocompre-sores, en los que el aire aspirado aumenta su velocidad de circulacin a travs dediversas cmaras, impulsado por piezas giratorias como paletas, tornillos, etc.

Responde

10. Qu errores evitan los filtros?

11. Qu operaciones se llevan acabo dentro de un filtro paralimpiar el aire?

Resuelve

12. En una instalacin neumticadisponemos de un compresor de mbolo del que obtenemos 350 l/min. Cul es su caudal enmetros cbicos por segundo?


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Regulador de presin. Unavez filtrado el aire, se hace pa-sar por el regulador de pre-sin para mantener una presinconstante de trabajo con inde-pendencia de las variacionesde carga del compresor o delas puntas de consumo en elcircuito. Los reguladores depresin o manorreductorespermiten:

Un mayor rendimiento (cuan-do serramos, por ejemplo, esmejor mantener un ritmoconstante).

El consumo excesivo de aireque se producira si las presiones fuesen superiores a las deseadas.

Que no entre aire comprimido cuando la presin alcanza un valor deseadoy que vuelva a entrar el aire comprimido cuando la presin del aire hayadisminuido por debajo de otro valor preestablecido. Llevan normalmenteincorporado un tornillo para regular la presin a la que queremos que secorte el paso del aire.

Su funcionamiento es el siguiente: por un lado de la vlvula entra aire, que pasapor D hacia la salida. Este aire transmite la presin por el orificio E sobre la mem-brana C. Si la presin es mayor de lo deseado, la membrana comprime el mue-lle B y el orificio de paso D se cierra. Cuando la presin en la salida es inferior alo deseado, el muelle empuja la membrana y el orificio de paso se abre.

Lubrificadores. En los circuitos neumti-cos existen muchos elementos que se des-lizan. Para disminuir la friccin que seorigina y que provoca un desgaste, se em-plean lubricantes, que introducen en elcircuito una fina capa de aceite. Estos ele-mentos dejan caer pequeas gotas deaceite sobre la corriente de aire compri-mido, que las pulveriza y se las lleva.

En la prctica, estos tres ltimos elemen-tos suelen encontrarse juntos y recibenel nombre de unidad de acondiciona-miento de aire comprimido.

Lubrificador.

Unidades de acondicionamiento.

A

B

D

C

E

Regulador de presin y su smbolo.

Lubrificador y su smbolo.

Smbolo de la unidad deacondicionamiento.

Analiza

13. Observa el regulador de presindel dibujo y explica qu haraspara aumentar la presin en lasalida. Y para disminuirla?

14. Cul es la presin mxima quepuede dar un regulador de pre-sin?

15. Por qu un regulador tambinpodra llamarse reductor de pre-sin o manorreductor?

16. Qu puede pasar en un circuitosi la presin no es constante?

Responde

17. Qu pasara si no lubricsemos un circuito neumtico?

Tecnologa5

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5. Transporte: la red de distribucin

La red de distribucin la constituyen el conjunto de tuberas y dems ele-mentos por donde circula el aire desde el punto de produccin hasta el puntode consumo. La red de distribucin debe cumplir los siguientes requisitos:

Las prdidas de presin originadas a causa del rozamiento del aire con las pa-redes interiores de las tuberas han de ser mnimas.

Las tuberas no deben deformarse a causa de las presiones internas a que sonsometidas.

Por ese motivo, se emplean conducciones rgidas con materiales bastante re-sistentes y que presentan una superficie lisa para disminuir el rozamiento. Lastuberas que se utilizan suelen ser de acero o cobre, y ltimamente comienzana usarse tambin las de plstico.

En la instalacin neumtica de la figura inferior podemos observar cmo estnconectados los diferentes e

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