Mecatrónica Mecatrónica - Espacios Virtuales Accesibles de

ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Instalación y Operación
de Sistemas Mecatrónicos
Manual para el alumno
Quinto semestre
E-INOSI-01
Profesional TécnicoTécnico-Bachiller
Mecatrónica
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
DIRECTORIO
Director General
Wilfrido Perea Curiel
Secretario Académico
Francisco de Padua Flores Flores
Director de Desarrollo Curricular de la Formación Básica y Regional
Carmelo Tomás Pérez Alvarado
Directora de Diseño Curricular de la Formación Ocupacional
Violeta Araceli Figueroa Villarreal
Director de Formación Académica
Fernando Eulogio Sánchez Robles
Directora de Acreditación y Operación de Centros de Evaluación
Virginia Rivera Bernal
Nombre del Módulo: Instalación y Operación de Sistemas
Mecatrónicos
Tipo de Módulo: Autocontenido Específico
D.R. a 2008 CONALEP.
Prohibida la reproducción total o parcial de esta obra, incluida la
portada, por cualquier medio sin autorización por escrito del
CONALEP. Lo contrario representa un acto de piratería
intelectual perseguido por la ley Penal.
E-CBNC
Calle 16 de septiembre 147 Norte Col. Lázaro Cárdenas, C.P. 52148 Metepec, Estado
de México.
II
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
ÍNDICE
Mensaje al alumno
6
Competencias
7
Simbología
8
CAPÍTULO 1 IDENTIFICACIÓN DE UN SISTEMA MECATRÓNICO
Presentación
1.1.1 Disciplinas que conforman la mecatrónica
• Concepto de mecatrónica
• Áreas de aplicación de la mecatrónica
1.1.2. Requerimientos de sistemas mecatrónicos
• Sistemas
• Sistema de medición
• Sistema de control
1.2.1. Sensores y transductores
• Terminología de funcionamiento
• Desplazamiento, posición y proximidad
• Velocidad y movimiento
• Fuerza
• Presión de fluidos
• Nivel de líquidos
• Temperatura
• Sensores de luz
1.2.2. Acondicionadores de señales.
• Acondicionamiento de señales
• Protección
• Filtrado
• Señales digitales
• Adquisición de datos
1.2.3. Sistemas de presentación de datos
• Dispositivos para presentación visual
• Elementos para la presentación de datos
• Visualizadores
1.2.4. Control en lazo cerrado
• Procesos continuos y discretos
• Modos de control
• Modos de dos posiciones
• Controlador PID
1.2.5. Lógica digital y Microprocesadores
• Compuertas lógicas
• Lógica secuencial
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Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
III
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
• Estructura de una microcomputadora
• Microcontroladores
1.2.6. Sistemas de entrada/salida
• Interfaces
• Puertos de entrada/salida
• Adaptador de interfaz para dispositivos periféricos
1.2.7. Sistemas de comunicación
• Comunicaciones digitales
• Control centralizado, jerárquico y distribuido
• Redes
• Protocolos
• Interfaces de comunicación
1.3.1. Sistemas de actuación mecánica
• Tipos de movimiento.
• Cadenas cinemáticas.
• Levas.
• Trenes de engranes.
• Rueda dentada
• Transmisión por correa y cadena.
• Chumaceras.
1.3.2. Sistema de actuación eléctrica
• Interruptores mecánicos
• Interruptores de estado sólido
• Solenoides
• Motores de CD
• Motores de CA
• Motores de paso.
• Servomecanismos eléctricos.
1.3.3. Sistemas de actuación neumática
• Válvulas para control dirección
• Válvulas de control de presión.
• Válvulas de control de flujo.
• Temporizadores.
• Servomecanismos neumáticos.
1.3.4. Sistemas de actuación hidráulica.
• Válvulas para control de dirección.
• Válvulas de control de presión.
• Válvulas para control de flujo.
• Servomecanismos hidráulicos.
Actividades
Prácticas
Transferencia a otros contextos
Autoevaluación
CAPÍTULO 2 INSTALACIÓN DE SISTEMAS MECATRÓNICOS
Presentación
IV
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Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
2.1.1. Consideraciones para la instalación de un sistema mecatrónico
• Interpretación de los planos de un sistema mecatrónico
• Consideraciones del ambiente donde se instalará el sistema mecatrónico
2.1.2. Instalación de un sistema mecatrónico
• Herramientas y componentes necesarios para la instalación del sistema
mecatrónico
• Interpretación y seguimiento de las especificaciones del fabricante
2.2.1 Pruebas necesarias para el funcionamiento idóneo del sistema mecatrónico
• Identificar las variables de interés
• Comprobar el comportamiento de las variables de interés
2.2.2 Puesta a punto del sistema mecatrónico
• Ajuste de los componentes del sistema mecatrónico para un óptimo
funcionamiento
• Verificación del comportamiento de las variables de interés
Actividades
Prácticas
Transferencia a otros contextos
Autoevaluación
CAPÍTULO 3 OPERACIÓN DE SISTEMAS MECATRÓNICOS
Presentación
3.1.1. Funcionamiento de una máquina mecatrónica
• Interpretación de las instrucciones de operación del fabricante para el
funcionamiento de la máquina mecatrónica
• Bitácora en la operación de una máquina mecatrónica
3.1.2. Funcionamiento del sistema mecatrónico con carga
• Pruebas de funcionamiento del sistema mecatrónico con carga
• Manejo de parámetros de arranque
3.2.1. Condiciones para la operación de la máquina mecatrónica
• Requerimientos para la operación de la máquina mecatrónica
• Comportamiento de las variables de interés de la máquina mecatrónica
3.2.2. Variables que requieren de supervisión
• Desperfectos en los componentes de la máquina.
• Normas de seguridad requeridas en la operación de un sistema mecatrónico
Actividades
Prácticas
Transferencia a otros contextos
Autoevaluación
Respuestas a la autoevaluación
Sugerencias bibliográficas
Glosario
Referencias Documentales
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
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V
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
MENSAJE AL ALUMNO
El presente manual apoya el aprendizaje de los contenidos del módulo de Instalación y
Operación de Sistemas Mecatrónicos. Es parte de la carrera de Profesional Técnico
Bachiller en Mecatrónica. Su finalidad es proporcionarte los conocimientos y habilidades
que te permitan la identificación de los distintos elementos que conforman un sistema
mecatrónico, así como la interpretación de las instrucciones del fabricante para la
instalación y operación de sistemas mecatrónicos.
Las competencias desarrolladas con el apoyo de este manual son importantes para el
desempeño de tu actividad como técnico profesional, ya que constituyen la base de
diversas actividades desarrolladas en la industria y talleres.
Este manual se organiza en tres capítulos: el primero trata la identificación de un sistema
mecatrónico, indicando las características físicas y de funcionamiento. El segundo aborda
la instalación de un sistema mecatrónico, señalando los componentes, pruebas y puesta a
punto. El tercero se enfoca a la operación de sistema mecatrónico de acuerdo con las
instrucciones, condiciones y comportamiento de las variables.
VI
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
COMPETENCIAS
La relación entre competencias laborales que se desarrollarán en este manual y los capítulos
en que se encuentran ellas se muestran a continuación:
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
Competencias Laborales
• Determinar la necesidad del requerimiento de una máquina
mecatrónica de acuerdo al tipo de aplicación deseado.
• Determinar la naturaleza y características de los
componentes que conforman una máquina mecatrónica.
• Determinar las condiciones óptimas de instalación de una
máquina mecatrónica.
Capítulos
1
• Instalar una máquina mecatrónica de acuerdo con las
especificaciones de diseño.
• Realizar pruebas de funcionamiento de una máquina
mecatrónica.
2
• Operar una máquina mecatrónica según las especificaciones
del fabricante.
• Realizar bitácoras del funcionamiento de una máquina
mecatrónica.
• Determinar el comportamiento de las variables de interés de
una máquina mecatrónica.
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Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
VII
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
SIMBOLOGÍA
8
Investigación de campo
Investigación documental
Actividad Individual
Trabajo en equipo
Ejercicios
Prácticas
Transferencia a otros contextos
Autoevaluación
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
1
Identificación de un Sistema Mecatrónico
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
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ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
PRESENTACIÓN
Bienvenido al estudio del primer capítulo de este manual. De manera general te quiero
reseñar los resultados de aprendizaje que integran este capítulo, con el fin de que tengas un
panorama completo de los contenidos que serán tema de estudio y puedas visualizar el
alcance de las competencias que deberás adquirir en el transcurso de tu aprendizaje.
Al finalizar el capítulo, podrás identificar las funciones y características de un sistema
mecatrónico de acuerdo con sus aplicaciones para su adecuado funcionamiento.
El siguiente diagrama ilustra los principales conceptos sobre los que trabajarás en el primer
capítulo.
Disciplinas
relacionadas
Mecatrónica
Componentes de los
sistemas mecatrónicos
10
Tipos de sistemas
utilizados en la
mecatrónica
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
1.1.1. Disciplinas que conforman la mecatrónica
•
Concepto de mecatrónica
El término "Mecatrónica" fue introducido por primera vez en 1969 por el ingeniero Tetsuro
Mori, trabajador de la empresa japonesa Yakasawa. En un principio se definió como la
integración de la mecánica y la electrónica en una máquina o producto, pero luego se
consolidó como una especialidad de la ingeniería e incorporó otros elementos como los
sistemas de computación, los desarrollos de la microelectrónica, la inteligencia artificial, la
teoría de control y otros relacionados con la informática, estabilidad y alcanzabilidad.
Teniendo como objetivo la optimización de los elementos industriales a través de la
optimización de cada uno de sus subprocesos con nuevas herramientas sinérgicas.
La mecatrónica surge de la combinación sinérgica de distintas ramas de la ingeniería, entre
las que destacan: la mecánica de precisión, la electrónica, la informática y los sistemas de
control. Su principal propósito es el análisis y diseño de productos y de procesos de
manufactura automatizados.
•
Áreas de aplicación de la mecatrónica
En cuanto a aplicaciones, los rubros más importantes son robótica, sistemas de transporte,
sistemas de manufactura, máquinas de control numérico, nanomáquinas y biomecatrónica.
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
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ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
La robótica es la parte de la técnica de diseño y construcción de autómatas flexibles y
reprogramables, capaces de realizar diversas funciones. Es el nivel de automatización más
flexible y en mucho indica las tendencias futuras del resto de la mecatrónica. Las líneas de
investigación más desarrolladas son: síntesis de manipuladores y herramientas,
manipuladores de cadena cinemática cerradas, robots autónomos, robots cooperativos,
control y teleoperación asincrónicas (por medio de conexiones TCP/IP), estimación del
ambiente, comportamiento inteligente, interfaces hápticas, navegación y locomoción.
La aplicación de la Mecatrónica en el transporte se desarrolla en el diseño de mecanismos
activos (ejemplo: suspensiones activas), control de vibraciones, estabilización de
mecanismos y navegación autónoma.
En la manufactura, la Mecatrónica se ha servido de los modelos de sistemas a eventos
discretos, y los ha aplicado para el diseño óptimo de líneas de producción así como la
optimización de procesos ya existente. También ha ayudado a automatizar las líneas de
producción y generar el concepto de manufactura flexible.
Antecedentes de la Mecatrónica son las máquinas de control numérico. En este tema los
desarrollos más recientes son: análisis, detección y control de vibraciones, y temperatura, en
las herramientas de corte, diagnóstico de las herramientas de corte y prototipaje rápido,
electroerosionado y síntesis por láser.
Las nanomáquinas son un área que se han beneficiado de los desarrollos de la
Mecatrónica. Un ejemplo muy evidente es el desarrollo del disco duro. Las líneas de
investigación más manejadas son: micromanejo, microactuadores y micromaquinado.
La biomecatrónica es la aplicación de la mecatrónica para resolver problemas de sistemas
biológicos, en particular el desarrollo de nuevos tipos de prótesis, simuladores quirúrgicos,
control de posición de instrumental médico (por ejemplo catéteres), sillas de ruedas y
teleoperación quirúrgica.
1.1.2. Requerimientos de sistemas mecatrónicos
•
Sistemas
Un sistema mecatrónico es aquel sistema digital que recoge señales, las procesa y emite una
respuesta por medio de actuadores, generando movimientos o acciones sobre el sistema en
el que se va a actuar:
Los sistemas mecánicos están integrados con sensores, microprocesadores y controladores.
Los robots, las máquinas controladas digitalmente, los vehículos guiados automáticamente,
etcétera se deben considerar como sistemas mecatrónicos.
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Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
•
Sistema de medición
− Sensor
Un sensor es un dispositivo capaz de transformar magnitudes físicas o químicas, llamadas
variables de instrumentación, en magnitudes eléctricas. Las variables de instrumentación
dependen del tipo de sensor y pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumínica,
distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, pH,
etcétera. Una magnitud eléctrica obtenida puede ser una resistencia eléctrica (como en una
RTD), una capacidad eléctrica (como en un sensor de humedad), una tensión eléctrica (como
en un termopar), una corriente eléctrica (como un fototransistor), etcétera.
Los sensores son dispositivos que permiten medir el estado del mecanismo o del medio
ambiente. La incorporación de sensores a los mecanismos es el resultado de utilizar
controles de lazo cerrado.
Un ejemplo muy desarrollado es el uso de la visión artificial, la cual se usa para determinar la
posición y la orientación del mecanismo, del ambiente o de las herramientas, sin embargo,
no siempre es posible medir directamente alguna variable se estima su valor por medio de
observadores del estado y filtros. Por otro lado, se tiene la fusión de sensores.
Un problema que se ha manejado recientemente es el desarrollo de referenciales para
determinar la posición y orientación en problemas de navegación, siendo resuelto por medio
de sistemas de posicionamiento global (GPS, por sus siglas en inglés).
− Acondicionador de señal
La señal de salida de un sensor no suele ser válida para su procesado. Por lo general
requiere de una amplificación para adaptar sus niveles a los del resto de la circuitería. Un
ejemplo de amplificador es el amplificador de instrumentación, que es muy inmune a cierto
tipo de ruido.
No sólo hay que adaptar niveles, también puede que la salida del sensor no sea lineal o
incluso que ésta dependa de las condiciones de funcionamiento (como la temperatura
ambiente o la tensión de alimentación) por lo que, hay que linealizar el sensor y compensar
sus variaciones. La compensación puede ser hardware o software, en este último caso ya no
es parte del acondicionador.
Otras veces la información de la señal no está en su nivel de tensión, puede que esté en su
frecuencia, su corriente o en algún otro parámetro, por lo que, también se pueden necesitar
demoduladores, filtros o convertidores corriente-tensión. Un ejemplo de cuando la
información no está en el nivel de tensión puede ser un sensor capacitivo, en el que se
necesita que tenga una señal variable en el tiempo (preferentemente sinusoidal).
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
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ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Un ejemplo clásico de acondicionador es el puente de Wheatstone, en el que se sustituyen
una o varias impedancias del puente por sensores.
Un puente de Wheatstone DOH es un instrumento eléctrico de medida inventado por.
Samuel Hunter Christie en 1832, mejorado y popularizado por Sir Charles Wheatstone en
1843. Se utiliza para medir resistencias desconocidas mediante el equilibrio de los brazos del
puente. Estos están constituidos por cuatro resistencias que forman un circuito cerrado,
siendo una de ellas la resistencia bajo medida.
La figura 1, muestra la disposición eléctrica del circuito y la Figura 2 corresponde a la imagen
real de un puente de Wheatstone típico. Vemos que, Rx es la resistencia cuyo valor
queremos determinar, R1, R2 y R3 son resistencias de valores conocidos, además la
resistencia R2 es ajustable
Si la relación de las dos resistencias del brazo conocido (R1/R2) es igual a la relación de las
dos del brazo desconocido (Rx/R3), el voltaje entre los dos puntos medios será nulo y por
tanto no circulará corriente alguna entre esos dos puntos C y B.
Para efectuar la medida lo que se hace es variar la resistencia R2 hasta alcanzar el punto de
equilibrio. La detección de corriente nula se puede hacer con gran precisión mediante el
galvanómetro V.
La dirección de la corriente, en caso de desequilibrio, indica si R2 es demasiado alta o
demasiado baja. El valor de la F.E.M. (E) del generador es indiferente y no afecta a la
medida.
Figura 1.-Disposición del Puente de Wheatstone
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Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
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Cuando el puente está construido de forma que R3 es igual a R2, Rx es igual a R1 en
condición de equilibrio. (Corriente nula por el galvanómetro).
Asimismo, en condición de equilibrio siempre se cumple que:
Si los valores de R1, R2 y R3 se conocen con mucha precisión, el valor de Rx puede ser
determinado igualmente con precisión. Pequeños cambios en el valor de Rx romperán el
equilibrio y serán claramente detectados por la indicación del galvanómetro.
De forma alternativa, si los valores de R1, R2 y R3 son conocidos y R2 no es ajustable, la
corriente que fluye a través del galvanómetro puede ser utilizada para calcular el valor de Rx
siendo este procedimiento más rápido que el ajustar a cero la corriente a través del medidor.
Figura 2.- Imagen de un Puente de Wheatstone típico
Por último, entre el acondicionador y el siguiente paso en el proceso de la señal puede haber
una cierta distancia o un alto nivel de ruido, por lo que una señal de tensión no es adecuada
al verse muy afectada por estos dos factores. En este caso se debe adecuar la señal para su
transporte, por ejemplo transmitiendo la información en la frecuencia o en la corriente (por
ejemplo el bucle de 4-20mA).
Variantes del puente de Wheatstone se pueden utilizar para la medida de impedancias,
capacidades e inductancias
La disposición en puente también es ampliamente utilizada en instrumentación electrónica.
Para ello, se sustituyen una o más resistencias por sensores, que al variar su resistencia dan
lugar a una salida proporcional a la variación. A la salida del puente (en la Figura 1, donde
está el galvanómetro) suele colocarse un amplificador.
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
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− Sistema de presentación visual
Una de las nuevas tendencias es la instrumentación virtual con sistemas de presentación
visual.
La idea es sustituir y ampliar elementos "hardware" por otros "software", para ello se emplea
un procesador (normalmente un PC) que ejecute un programa específico, este programa se
comunica con los dispositivos para configurarlos y leer sus medidas.
Las ventajas de la instrumentación virtual son que es capaz de automatizar las medidas,
procesado de la información, visualización y actuación remotamente, etc.
Algunos programas especializados en este campo son LabVIEW y Agilent-VEE (antes HPVEE). Y algunos buses de comunicación populares son GPIB, RS-232, USB, etcétera
LabVIEW es una herramienta gráfica para pruebas, control y diseño mediante la
programación. El lenguaje que usa se llama lenguaje G, donde la G simboliza que es
lenguaje Gráfico.
Este programa fue creado por National Instruments (1976) para funcionar sobre máquinas
MAC, salió al mercado por primera vez en 1986. Ahora está disponible para las plataformas
Windows, UNIX, Mac y Linux y va por la versión 8.5 y 8.5.1 con soporte para Windows Vista.
Los programas desarrollados con LabVIEW se llaman Instrumentos Virtuales, o VIs, lo que
da una idea de su uso en origen: el control de instrumentos. El lema de LabVIEW es: "La
potencia está en el Software". Entre sus objetivos están el reducir el tiempo de desarrollo de
aplicaciones de todo tipo (no sólo en ámbitos de Pruebas, Control y Diseño) y el permitir la
entrada a la informática a programadores no expertos. Esto no significa que la empresa haga
únicamente software, sino que busca combinar este software con todo tipo de hardware,
tanto propio -tarjetas de adquisición de datos, PAC, Visión, y otro Hardware- como de
terceras empresas.
Su principal característica es la facilidad de uso, válido para programadores profesionales
como para personas con pocos conocimientos en programación pueden hacer (programas)
relativamente complejos, imposibles para ellos de hacer con lenguajes tradicionales.
También es muy rápido hacer programas con LabVIEW y cualquier programador, por
experimentado que sea, puede beneficiarse de él. Los programas en LabView son llamados
instrumentos virtuales ( VIs) Para los amantes de lo complejo, con LabVIEW pueden crearse
programas de miles de VIs (equivalente a millones de páginas de código texto) para
aplicaciones complejas, programas de automatizaciones de decenas de miles de puntos de
entradas/salidas, etc. Incluso existen buenas prácticas de programación para optimizar el
rendimiento y la calidad de la programación. El labView 7.0 introduce un nuevo tipo de subVI
llamado VIs Expreso (Express VIS).
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Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Estos son VIs interactivos que tienen una configuración de caja de diálogo que permite al
usuario personalizar la funcionalidad del VI Expreso. El VIs estándar son VIs modulares y
personalizables mediante cableado y funciones que son elementos fundamentales de
operación de LabView.
Como se ha dicho, un sistema de presentación visual es una herramienta gráfica de
programación, esto significa que los programas no se escriben, sino que se dibujan,
facilitando su comprensión.
Un programa se divide en Panel Frontal y Diagrama de Bloques.
El Panel Frontal es la interfaz con el usuario, en la cual se definen los controles e
indicadores que se muestran en pantalla (cómo el usuario interacciona con el VI).
El Diagrama de Bloques es el programa propiamente dicho, donde se define su
funcionalidad, aquí se colocan iconos que realizan una determinada función y se
interconectan. Suele haber una tercera parte icono/conector que son los medios utilizados
para conectar un VI con otros VIs.
La figura siguiente muestra un Diagrama de Bloques de un programa en el que se genera un
array de 100 elementos aleatorios, a continuación se hace la FFT de este array y se muestra
en una gráfica:
Figura 3 Diagrama de Bloques
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
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•
Sistema de control
− Sistema de lazo abierto
La regulación automática es una rama de la ingeniería que se ocupa del control de un
proceso en un estado determinado; por ejemplo, mantener la temperatura de una
calefacción, el rumbo de un avión o la velocidad de un automóvil en un valor establecido.
La regulación automática, también llamada Teoría de Control, estudia el comportamiento de
los sistemas dinámicos, tratándolos como cajas o bloques con una entrada y una salida. En
general, la entrada al sistema es una señal analógica o digital que se capta en algún punto
del sistema. Los bloques intermedios representan las diversas acciones perturbadoras que
afectan a la señal, como rozamientos en los actuadores, así como el efecto de los elementos
de control interpuestos, los reguladores.
Estos efectos se suelen representar mediante las funciones matemáticas que los describen,
llamadas funciones de transferencia.
La salida del sistema se llama referencia y corresponde al valor de la señal tras actuar sobre
ella las anteriores funciones de transferencia. Cuando una o más de las variables de salida
de un sistema tienen que seguir el valor de una referencia que cambia con el tiempo, se
necesita interponer un controlador que manipule los valores de las señales de entrada al
sistema hasta obtener el valor deseado de salida.
Aunque existen diversos tipos de sistemas de control desde la antigüedad, la formalización
del dominio de la regulación comenzó con un análisis de la dinámica del regulador centrífugo,
dirigida por el físico James Clerk Maxwell en 1868 bajo el título On Governors, sobre los
reguladores describió y analizó el fenómeno de la "caza", en el que retrasos en el sistema
pueden provocar una compensación excesiva y un comportamiento inestable. Se generó un
fuerte interés sobre el tema, durante el cual el compañero de clase de Maxwell, Edward John
Routh, generalizó los resultados de Maxwell para los sistemas lineales en general. Este
resultado se conoce con el nombre de Teorema de Routh-Hurwitz.
Durante la Segunda Guerra Mundial, la Teoría de Control fue parte importante de los
sistemas de control de disparo, sistemas de guiado y electrónicos. La carrera espacial
también dependía del control preciso de las naves. Por otra parte, la Teoría de Control
también ha visto un uso creciente en campos como la economía y la sociología.
Los sistemas de control en los que la salida no tiene efecto sobre la acción de control, se
denominan sistemas de control de lazo abierto. En otras palabras, en un sistema de control
de lazo abierto la salida ni se mide ni se retroalimenta para compararla con la entrada. Un
ejemplo práctico lo constituye una lavadora de ropa doméstica. El remojo, lavado y enjuague
en la lavadora se cumplen por tiempos. La máquina no mide la señal de salida, es decir, la
limpieza de la ropa.
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Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
En cualquier sistema de control de lazo abierto, no se compara la salida con la entrada de
referencia. Por tanto, para cada entrada de referencia corresponde una condición de
operación fija. Así, la precisión del sistema depende de la calibración. En presencia de
perturbaciones, un sistema de control de lazo abierto no cumple su función asignada.
En la práctica el control de lazo abierto sólo se puede utilizar si la relación entre la entrada y
la salida es conocida, y si no se presentan perturbaciones tanto internas como externas.
Desde luego, tales sistemas no son sistemas de control retroalimentado. Cualquier sistema
de control que funciona sobre una base de tiempos, es un sistema de lazo abierto.
Por ejemplo, el control de tráfico con señales accionadas en función de tiempos, es otro caso
de control de lazo abierto.
Figura 4 Ilustración: Lazo de control abierto
La tarea del operador en la ilustración de arriba, es la de ajustar la presión (p2) en una
tubería por medio de una válvula de control. Para este propósito, el utiliza un valor asignado
que determina una cierta señal de control (y) surgida de un ajustador remoto para cada set
point (w). Dado que este método de control no considera posibles fluctuaciones en el flujo; es
recomendado únicamente en sistemas donde las perturbaciones no afecten la variable de
control.
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
19
− Sistema de lazo cerrado
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Para evitar los problemas del control en lazo abierto, la teoría de control introduce la
realimentación. Un regulador de lazo cerrado utiliza la realimentación para controlar los
estados y las salidas de un sistema dinámico. El nombre de "lazo cerrado" hace referencia al
camino que sigue la información en el sistema: las entradas al proceso (p. ej. la tensión que
se aplica a un motor eléctrico) afecta a las salidas del proceso (p. ej., la velocidad o el par
que ofrece el motor).
Estas salidas se miden con sensores (captadores en el lenguaje de control) y se procesan,
una vez comparadas con la referencia o consigna, mediante un controlador o regulador; el
resultado, una señal de control, se añade a la entrada del proceso, cerrando el lazo.
El control de lazo cerrado siempre debe estar formado por:
Un proceso
Medida y transmisión de la variable
Controlador
Elemento final de control
El control con lazo cerrado presenta las siguientes ventajas sobre el control en lazo abierto:
Corrección de las perturbaciones (tales como rozamiento impredecible en un motor).
Buen comportamiento incluso con incertidumbre en el modelo, es decir, en aquellos
casos en que la estructura del modelo no representa perfectamente la realidad del
proceso o los parámetros del modelo no se pueden medir con absoluta precisión.
Permite estabilizar procesos inestables.
Tolerancia a variaciones en los parámetros.
La única desventaja del control en lazo cerrado frente al control en lazo abierto, es que el
primero, reduce la ganancia total del sistema.
Esto lleva al uso conjunto del control en lazo abierto y cerrado, para mejorar el rendimiento.
Una arquitectura muy frecuente para un regulador en lazo cerrado es el regulador PID.
La salida del sistema y(t) se compara con el valor de referencia r(t), a través de las medidas
de un sensor. Se alimenta el error e al regulador C. Se define el error e como la diferencia
entre el valor de referencia y la salida del sistema. En función del error, el regulador modifica
su salida, que es precisamente la alimentación al proceso que se está controlando. Este
esquema es el que se muestra en la siguiente figura.
El sistema en la figura es un sistema sencillo de una sola entrada y una sola salida, SISO
(del inglés single-input-single-output); los sistemas más complejos, MIMO (Multi-Input-MultiOutput) son bastante frecuentes. En estos casos, las variables se representan mediante
vectores en lugar de valores escalares.
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Figura 5 Sistema SISO
Si suponemos que el regulador C y el proceso P son lineales e invariantes en el tiempo (es
decir, los elementos de su función de transferencia C(s) y P(s) no dependen del tiempo), el
sistema de la figura se puede analizar aplicando la transformada de Laplace sobre las
variables.
Esto proporciona las siguientes relaciones:
Despejando Y(s) en función de R(s) se obtiene:
El término
Se denomina función de transferencia del sistema. El numerador es la ganancia en lazo
abierto de r a y, y el denominador es uno más la ganancia del lazo cerrado.
Si
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Entonces Y(s) es muy parecido a R(s), lo que significa que la salida se ajusta muy bien a la
referencia r de control.
En un sistema de lazo de control cerrado, la variable ha ser controlada (Variable controlada
x) es continuamente medida y así comparada con un valor predeterminado (Variable de
referencia w).
Si existe una diferencia entre estas dos variables (error e o desviación del sistema xw),
ajustes son realizados hasta que la diferencia cuantificada es eliminada y la variable
controlada iguala la variable de referencia.
Con frecuencia se llama así a los sistemas de control retroalimentado. En la práctica, se
utiliza indistintamente la denominación control retroalimentado o control de lazo cerrado.
La señal de error actuante, que es la diferencia entre la señal de entrada y la de
retroalimentación (que puede ser la señal de salida o una función de la señal de salida y sus
derivadas), entra al controlador para reducir el error y llevar la salida del sistema a un valor
deseado. El término lazo cerrado implica siempre el uso de la acción de control
retroalimentado para reducir el error del sistema.
Figura 6 Ilustración: Lazo de control cerrado
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El bosquejo del operador de la ilustración anterior, monitorea la presión p2 en una tubería
para la cual diferentes consumidores están conectados. Cuando se incrementa el consumo,
la presión en la tubería decrece. El operador reconoce que la presión cae y cambia la presión
de control de la válvula de control neumática hasta que la presión deseada p2 es alcanzada
de nuevo.
A través del monitoreo de la presión y la inmediata reacción, el operador asegura que la
presión es mantenida al nivel deseado.
Una ventaja del sistema de control de lazo cerrado es que el uso de la retroalimentación
hace que la respuesta del sistema sea relativamente insensible a perturbaciones externas y a
variaciones internas de parámetros del sistema. De este modo, es posible utilizar
componentes relativamente imprecisos y económicos, y lograr la exactitud de control
requerida en determinada planta, cosa que sería imposible en un control de lazo abierto.
Desde el punto de vista de la estabilidad, en el sistema de control de lazo abierto, ésta es
más fácil de lograr, ya que en él la estabilidad no constituye un problema importante. En
cambio, en los sistemas de lazo de control cerrado, la estabilidad si es un problema
importante, por su tendencia a sobre corregir errores que pueden producir oscilaciones de
amplitud constante o variable.
Hay que puntualizar que para sistemas cuyas entradas son conocidas previamente y en los
que no hay perturbaciones, es preferible utilizar el control de lazo abierto. Los sistemas de
control de lazo cerrado tienen ventajas solamente si se presentan perturbaciones no
previsibles y/o variaciones imprevisibles de componentes del sistema. Nótese que la
potencia de salida determina parcialmente el costo, peso y tamaño de un sistema de control.
La cantidad de componentes utilizados en un sistema de control de lazo cerrado es mayor a
la correspondiente a un sistema de control de lazo abierto. Así, entonces un sistema de
control de lazo cerrado es generalmente de mayor costo y potencia.
1.2.1. Sensores y transductores
• Terminología de funcionamiento
Recuerda que un sensor es un dispositivo capaz de transformar magnitudes físicas o
químicas, llamadas variables de instrumentación, en magnitudes eléctricas. Las variables de
instrumentación dependen del tipo de sensor y pueden ser por ejemplo: temperatura,
intensidad lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza,
torsión, humedad, pH, etcétera.
Una magnitud eléctrica obtenida puede ser una resistencia eléctrica (como en una RTD), una
capacidad eléctrica (como en un sensor de humedad), una tensión eléctrica (como en un
termopar), una corriente eléctrica (como un fototransistor), etcétera.
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Un sensor se diferencia de un transductor en que el sensor está siempre en contacto con la
variable a medir o a controlar. Hay sensores que no solo sirven para medir la variable, sino
también para convertirla mediante circuitos electrónicos en una señal estándar (4 a 20 mA, o
1 a 5VDC) para tener una relación lineal con los cambios de la variable censada dentro de un
rango (span), para fines de control de dicha variable en un proceso.[cita requerida]
Puede decirse también que es un dispositivo que aprovecha una de sus propiedades con el
fin de adaptar la señal que mide para que la pueda interpretar otro dispositivo. Como por
ejemplo el termómetro de mercurio que aprovecha la propiedad que posee el mercurio de
dilatarse o contraerse por la acción de la temperatura.
Un sensor también es un dispositivo que convierte una forma de energía en otra. Las áreas
de aplicación de los sensores son: Industria automotriz, Industria aeroespacial, Medicina,
Industria de manufactura, Robótica, etcétera.
Entre las características técnicas de un sensor destacan las siguientes:
Rango de medida: dominio en la magnitud medida en el que puede aplicarse el
sensor.
Precisión: es el error de medida máximo esperado.
Offset o desviación de cero: valor de la variable de salida cuando la variable de
entrada es nula. Si el rango de medida no llega a valores nulos de la variable de
entrada, habitualmente se establece otro punto de referencia para definir el offset.
Linealidad o correlación lineal.
Sensibilidad de un sensor: relación entre la variación de la magnitud de salida y la
variación de la magnitud de entrada.
Resolución: mínima variación de la magnitud de entrada que puede apreciarse a la
salida.
Rapidez de respuesta: puede ser un tiempo fijo o depender de cuánto varíe la
magnitud a medir. Depende de la capacidad del sistema para seguir las variaciones de
la magnitud de entrada.
Derivas: son otras magnitudes, aparte de la medida como magnitud de entrada, que
influyen en la variable de salida. Por ejemplo, pueden ser condiciones ambientales,
como la humedad, la temperatura u otras como el envejecimiento (oxidación,
desgaste, etc.) del sensor.
Repetitividad: error esperado al repetir varias veces la misma medida.
Un sensor es un tipo de transductor que transforma la magnitud que se quiere medir o
controlar, en otra, que facilita su medida. Pueden ser de indicación directa (e.g. un
termómetro de mercurio) o pueden estar conectados a un indicador (posiblemente a través
de un convertidor analógico a digital, un computador y un display) de modo que los valores
detectados puedan ser leídos por un humano.
Por lo general, la señal de salida de estos sensores no es apta para su lectura directa y a
veces tampoco para su procesado, por lo que se usa un circuito de acondicionamiento, como
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por ejemplo un puente de Wheatstone, amplificadores y filtros electrónicos que adaptan la
señal a los niveles apropiados para el resto de la circuitería.
La resolución de un sensor es el menor cambio en la magnitud de entrada que se aprecia en
la magnitud de salida. Sin embargo, la precisión es el máximo error esperado en la medida.
La resolución puede ser de menor valor que la precisión. Por ejemplo, si al medir una
distancia la resolución es de 0,01 mm, pero la precisión es de 1 mm. Entonces pueden
apreciarse variaciones en la distancia medida de 0,01 mm., pero no puede asegurarse que
haya un error de medición menor a 1 mm.
En la mayoría de los casos este exceso de resolución conlleva a un exceso innecesario en el
coste del sistema. No obstante, en estos sistemas si el error en la medida sigue una
distribución normal o similar, lo cual es frecuente en errores accidentales, es decir, no
sistemáticos; la repetitividad podría ser de un valor inferior a la precisión.
Sin embargo, la precisión no puede ser de un valor inferior a la resolución, pues no puede
asegurarse que el error en la medida sea menor a la mínima variación en la magnitud de
entrada que puede observarse en la magnitud de salida.
En la siguiente tabla se indican algunos tipos y ejemplos de sensores electrónicos.
Magnitud
Transductor
Característica
Potenciómetro
Analógica
Encoder
Digital
Transformador diferencial
Analógica
Galga extensiométrica
Analógica
Dinamo tacométrica
Analógica
Encoder
Digital
Detector inductivo
Digital
Aceleración
Acelerómetro
Analógico
Fuerza y par (deformación)
Galga extensiométrica
Analógico
Membranas
Analógica
Piezoeléctricos
Analógica
Turbina
Analógica
Magnético
Analógica
Posición lineal o angular
Desplazamiento y deformación
Velocidad lineal y angular
Presión
Caudal
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Temperatura
Sensores de presencia
Termopar
Analógica
RTD
Analógica
Termistor NTC
Analógica
Termistor PTC
Analógica
Bimetal
I/0
Inductivos
I/0
Capacitivos
I/0
Ópticos
I/0 y Analógica
Matriz de contactos
I/0
Piel artificial
Analógica
Sensores táctiles
Procesamiento
Cámaras de video
digital
Visión artificial
Cámaras CCD o CMOS
Procesamiento
digital
Sensor final de carrera
Sensor capacitivo
Sensor de proximidad
Sensor inductivo
Sensor fotoeléctrico
Sensor acústico (presión
sonora)
Sensores de acidez
micrófono
IsFET
fotodiodo
Sensor de luz
Fotorresistencia
Fototransistor
Sensores captura de
movimiento
Sensores inerciales
Tabla 1 Tipos y ejemplos de sensores electrónicos
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Algunas magnitudes pueden calcularse mediante la medición y cálculo de otras, por ejemplo,
la aceleración de un móvil puede calcularse a partir de la integración numérica de su
velocidad. La masa de un objeto puede conocerse mediante la fuerza gravitatoria que se
ejerce sobre él en comparación con la fuerza gravitatoria ejercida sobre un objeto de masa
conocida (patrón).
Un transductor es un dispositivo capaz de transformar o convertir un determinado tipo de
energía de entrada, en otra energía diferente a la salida. El nombre del transductor ya nos
indica cual es la transformación que realiza (p.e. electromecánica, transforma una señal
eléctrica en mecánica o viceversa), aunque no necesariamente la dirección de la misma.
Es un dispositivo usado principalmente en la industria, en la medicina, en la agricultura, en
robótica, en aeronáutica, etc. para obtener la información de entornos físicos y químicos y
conseguir (a partir de esta información) señales o impulsos eléctricos o viceversa. Los
transductores siempre consumen algo de energía por lo que la señal medida resulta
debilitada.
Tipos de transductores
Electroacústico
Electromagnético
Electromecánico
Electroquímico
Electrostático
Fotoeléctrico
Magnetoestrictivo
Piezoeléctrico
Radioacústico
Ejemplos
Un micrófono es un transductor electroacústico que convierte la energía acústica
Un altavoz también es un transductor electroacústico, pero sigue el camino contrario.
Un altavoz transforma la corriente eléctrica en vibraciones sonoras.
Otros ejemplos son los teclados comunes que transforman el impulso de los dedos
sobre las membranas y éstas generan el código de la tecla presionada.
El sistema de alarma de un automóvil, el cual transforma los cambios de presión
dentro del vehículo a la activación de dicha alarma. Algunas de estas son termistores,
galgas extensiométricas, piezoeléctricos, termostatos, etcétera.
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Otros ejemplos son: un ventilador, una estufa doméstica, un dedo humano
• Desplazamiento, posición y proximidad
El sensor de desplazamiento, posición y proximidad es un transductor que detecta objetos o
señales que se encuentran cerca del elemento sensor.
Existen varios tipos de sensores de desplazamiento, posición y proximidad según el
principio físico que utilizan. Los más comunes son los detectores capacitivos, los inductivos y
los fotoeléctricos, como el de infrarrojos.
Los interruptores de posición también denominados finales de carrera. Basan la detección en
el contacto mecánico del elemento a detectar con una parte del sensor (pulsador, palanca,
etcétera). Este contacto mecánico produce la apertura o cierre de un interruptor.
Dentro de los componentes electrónicos, el final de carrera o sensor de contacto (también
conocido como "interruptor de límite") o limit swicht, son dispositivos eléctricos, neumáticos o
mecánicos situados al final del recorrido de un elemento móvil, como por ejemplo una cinta
transportadora, con el objetivo de enviar señales que puedan modificar el estado de un
circuito. Internamente pueden contener interruptores normalmente abiertos (NA o NO en
inglés), cerrados (NC) o conmutadores dependiendo de la operación que cumplan al ser
accionados, de ahí la gran variedad de finales de carrera que existen en mercado
Generalmente estos sensores están compuestos por dos partes: un cuerpo donde se
encuentran los contactos y una cabeza que detecta el movimiento. Su uso es muy diverso,
empleándose, en general, en todas las máquinas que tengan un movimiento rectilíneo de ida
y vuelta o sigan una trayectoria fija, es decir, aquellas que realicen una carrera o recorrido
fijo, como por ejemplo ascensores, montacargas, robots, etc.
Los finales de carrera están fabricados en diferentes materiales tales como metal, plástico o
fibra de vidrio.
Los sensores capacitivos son un tipo de sensor eléctrico, el condensador, a veces
denominado con el anglicismo capacitor, es un dispositivo formado por dos conductores o
armaduras, generalmente en forma de placas o láminas, separados por un material
dieléctrico, que sometidos a una diferencia de potencial adquieren una determinada carga
eléctrica.
A esta propiedad de almacenamiento de carga se le denomina capacidad, y en el sistema
internacional de unidades se mide en Faradios (F), siendo un Faradio la capacidad de un
condensador en el que, sometidas sus armaduras a una diferencia de potencial de 1 Voltio,
estas adquieren una carga eléctrica de 1 Culombio.
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Se denomina capacitancia de un conductor a la propiedad de adquirir carga eléctrica cuando
es sometido a un potencial eléctrico con respecto a otro en estado neutro.
La relación entre el área de las placas y la capacitancia nos da que a mayor área útil, mayor
será la capacitancia (son directamente proporcionales). En tanto la relación entre la
capacitancia y la separación entre dos placas es inversamente proporcional. Por último,
tenemos que la capacitancia depende del dieléctrico, siendo que para el vacío, la
capacitancia es C0; para un aislante dieléctrico K, la capacitancia está dada por C0K.
donde:
ε0: constante dieléctrica del vacío
εr: constante dieléctrica o permisividad relativa del material dieléctrico entre las placas
A: el área efectiva de las placas
d: distancia entre las placas o espesor del dieléctrico
Aplicaciones
Detección de nivel: En esta aplicación, cuando un objeto (líquidos, granulados, metales,
aislantes, etcétera.) penetra en el campo eléctrico que hay entre las placas sensor, varía el
dieléctrico, variando consecuentemente el valor de capacitancia.
Sensado de humedad: El principio de funcionamiento de esta aplicación es similar a la
anterior. En esta ocasión el dieléctrico, por ejemplo el aire, cambia su permisividad con
respecto a la humedad del ambiente.
Detección de posición: Esta aplicación es básicamente un condensador variable, en el cual
una de las placas es móvil, pudiendo de esta manera tener mayor o menor superficie efectiva
entre las dos placas, variando también el valor de la capacitancia, y también puede ser usado
en industrias químicas.
Los sensores inductivos son una clase especial de sensores que sirven para detectar
materiales metálicos ferrosos.
Son de gran utilización en la industria, tanto para aplicaciones de posicionamiento como para
detectar la presencia de objetos metálicos en un determinado contexto (control de presencia
o de ausencia, detección de paso, de atasco, de posicionamiento, de codificación y de
conteo).
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Una corriente (i) que circula a través de un hilo conductor, genera un campo magnético que
está asociado a ella.
Figura 7 Detección de posición
Los sensores de proximidad inductivos contienen un devanado interno. Cuando una
corriente circula por el mismo, un campo magnético es generado, que tiene la dirección de
las flechas naranjas.
Cuando un metal es acercado al campo magnético generado por el sensor de proximidad,
éste es detectado.
Figura 8 Sensor inductivo
La bobina del sensor inductivo induce corrientes de Foucault en el material a detectar. Éstas,
a su vez, generan un campo magnético que se opone al de la bobina del sensor, causando
una reducción en la inductancia de la misma.
Esta reducción en la inductancia de la bobina interna del sensor, trae aparejada una
disminución en la impedancia de ésta.
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La inductancia es un valor intrínseco de las bobinas, que depende del diámetro de las
espiras y el número de ellas. En sistemas de corriente alterna, la reactancia inductiva se
opone al cambio del sentido de la corriente y se calcula de la siguiente manera:
Donde:
XL =
π =
F =
L =
Reactancia Inductiva medida en Ohms ( )
Constante Pi.
Frecuencia del sistema medida en Hertz (Hz)
Inductancia medida en Henrios (H)
Figura 9 Inductancia
En resumen, el circuito detector reconocerá el cambio en la impedancia de la bobina del
sensor (Debido a las corrientes de Foucault inducidas en el objeto a detectar) y enviará una
señal al amplificador de salida, el cual cambiará el estado de la misma. Cuando el metal a
detectar es removido de la zona de detección, el oscilador podrá generar nuevamente el
campo magnético con su amplitud normal. Es en este momento en que el circuito detector
nuevamente detecta este cambio de impedancia y envía una señal al amplificador de salida
para que sea éste quién nuevamente, restituya el estado de la salida del sensor.
Si el sensor tiene una configuración “Normal Abierta”, éste activará la salida cuando el metal
a detectar ingrese a la zona de detección. Lo opuesto ocurre cuando el sensor tiene una
configuración "Normal Cerrada" Estos cambios de estado son evaluados por unidades
externas tales como: PLC, Relés, PC, etc.
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Un Sensor fotoeléctrico es un dispositivo electrónico que responde al cambio en la intensidad
de la luz. Estos sensores requieren de un componente emisor que genera la luz, y un
componente receptor que “ve” la luz generada por el emisor.
Todos los diferentes modos de sensado se basan en este principio de funcionamiento. Están
diseñados especialmente para la detección, clasificación y posicionado de objetos; la
detección de formas, colores y diferencias de superficie, incluso bajo condiciones
ambientales extremas.
Espectro electromagnético
Atendiendo a su longitud de onda, la radiación electromagnética recibe diferentes nombres.
Desde los energéticos rayos gamma (con una longitud de onda del orden de picometros)
hasta las ondas de radio (longitudes de onda del orden de varios kilómetros) pasando por la
luz visible cuya longitud de onda está en el rango de las décimas de micra.
El rango completo de longitudes de onda forma el espectro electromagnético, del cual la luz
visible no es más que un minúsculo intervalo que va desde la longitud de onda
correspondiente al violeta (380 nm) hasta la longitud de onda del rojo (780 nm).
Los colores del espectro se ordenan como en el arco iris, formando el llamado espectro
visible.
Si hablamos de luz en sentido estricto nos referimos a radiaciones electromagnéticas cuya
longitud de onda es capaz de captar el ojo humano, pero técnicamente, el ultravioleta, las
ondas de radio o las microondas también son luz, pues la única diferencia con la luz visible
es que su longitud de onda queda fuera del rango que podemos detectar con nuestros ojos;
simplemente son "colores" que nos resultan invisibles, pero podemos detectarlos mediante
instrumentos específicos cjc.
Hoy en día la mayoría de los sensores fotoeléctricos utilizan LEDs como fuentes de luz. Un
LED es un semiconductor, eléctricamente similar a un diodo, pero con la característica de
que emite luz cuando una corriente circula por él en forma directa.
Los LEDs pueden ser construidos para que emitan en verde, azul, amarillo, rojo, infrarrojo,
etcétera. Los colores más comúnmente usados en aplicaciones de sensado son rojos e
infrarrojos, pero en aplicaciones donde se necesite detectar contraste, la elección del color
de emisión es fundamental, siendo el color más utilizado el verde. Los fototransistores son
los componentes más ampliamente usados como receptores de luz, debido a que ofrecen la
mejor relación entre la sensibilidad a la luz y la velocidad de respuesta, comparado con los
componentes fotorresistivos, además responden bien ante luz visible e infrarroja.
Las fotocélulas son usadas cuando no es necesaria una gran sensibilidad, y se utiliza una
fuente de luz visible. Por otra parte los fotodiodos donde se requiere una extrema velocidad
de respuesta.
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Fuentes de luz habituales:
Color
Rango
Características
No visible, son relativamente inmunes a la luz ambiente artificial.
INFRARROJO
890…950 nm
Generalmente se utilizan para detección en distancias largas y ambientes con
presencia de polvo.
ROJO
660…700 nm
Al ser visible es más sencilla la alineación. Puede ser afectado por luz
ambiente intensa, y es de uso general en aplicaciones industriales.
Al ser visible es más sencilla la alineación. Puede ser afectado por luz
VERDE
560…565 nm
ambiente intensa, generalmente se utiliza esta fuente de luz para detección de
marcas.
Tabla 2 Fuentes de Luz habitualel
Con la excepción de los infrarrojos, los LEDs producen menos luz que las fuentes
incandescentes y fluorescentes que comúnmente iluminan el ambiente. La modulación de la
fuente de luz provee el poder de sensado necesario para detectar confiablemente con esos
bajos niveles de luz. Muchos de los sensores fotoeléctricos utilizan LEDs emisores de luz
modulada y receptores fototransistores.
Los LEDs, pueden estar “encendidos” y “apagados” (o modulados) con una frecuencia que
normalmente ronda un kilohercio. Esta modulación del LEDs emisor hace que el amplificador
del fototransistor receptor pueda ser “conmutado” a la frecuencia de la modulación, y que
amplifique solamente la luz que se encuentre modulada como la que envía el emisor.
La operación de los sensores que no poseen luz modulada está limitada a zonas donde el
receptor no reciba luz ambiente y sólo reciba la luz del emisor. Un receptor modulado ignora
la presencia de luz ambiente y responde únicamente a la fuente de luz modulada.
Los LEDs infrarrojos son los más efectivos y son, además, los que tiene el espectro que
mejor trabajan con los fototransistores; es por tal motivo que son usados en muchas
aplicaciones. Sin embargo, los sensores fotoeléctricos son también utilizados, para detectar
contraste (detección de marcas) o color, y para esto se requiere que la luz sea visible.
La curva de exceso de ganancia se especifica en cada tipo de sensor fotoeléctrico, y la
misma está en función de la distancia de sensado. Esta curva es usada al momento de
seleccionar el sensor, para predecir la confiabilidad de la detección en un ambiente conocido.
Como se muestra a continuación.
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Figura 10 Curva de exceso de ganancia
Mínima ganancia
Condición de operación
requerida
Aire limpio, sin suciedad en lentes o reflector
1,5X
Ambiente levemente sucio, con humedad, o filmes sobre los reflectores o las
lentes. Lentes limpiados regularmente.
Ambiente medianamente sucio, contaminación en lentes o reflectores, limpiados
ocasionalmente.
Ambiente muy sucio, alta contaminación en lentes o reflectores, limpiados
esporádicamente.
5X
10X
50X
Tabla 3 Condiciones de operación
El receptor de rayos infrarrojos suele ser un fototransistor o un fotodiodo. El circuito de salida
utiliza la señal del receptor para amplificarla y adaptarla a una salida que el sistema pueda
entender la señal enviada por el emisor puede ser codificada para distinguirla de otra y así
identificar varios sensores a la vez, esto es muy utilizado en la robótica en casos en que se
necesita tener más de un emisor infrarrojo y solo se quiera tener un receptor.
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Figura 11 Ejemplo de un Diagrama de Bloques del Sensor de Proximidad por Infrarrojos.
IrSensor-A de KEDO Electronic Product Design
• Velocidad y movimiento
Los sensores de velocidad y movimiento tradicionales están controlados por un cable
recubierto que es torsionado por un conjunto de pequeñas ruedas dentadas en el sistema de
transmisión.
La forma más común de un sensor de velocidad y movimiento depende de la interacción de
un pequeño imán fijado al cable con una pequeña pieza de aluminio con forma de dedal
fijada al eje del indicador. A media que el imán rota cerca del dedal, los cambios en el campo
magnético inducen corriente en el dedal, que produce a su vez un nuevo campo magnético.
El efecto es que el imán arrastra al dedal -así como al indicador- en la dirección de su
rotación sin conexión mecánica entre ellos.
El eje del puntero es impulsado hacia el cero por un pequeño muelle. El par de torsión en el
dedal se incrementa con la velocidad de la rotación del imán. Así que un incremento de la
velocidad hace que el dedal rote y que el indicador gire en el sentido contrario al muelle.
Cuando el par de torsión producido por las corrientes inducidas iguala al del muelle del
indicador éste se detiene apuntando en la dirección adecuada, que corresponde a una cifra
en la rueda indicadora.
El muelle se calibra de forma que una determinada velocidad de revolución del cable
corresponde a una velocidad específica en el sensor. Este calibrado debe realizarse teniendo
en cuenta muchos factores, incluyendo las proporciones de las ruedas dentadas que
controlan al cable flexible, la tasa del diferencial y el diámetro de los neumáticos. El
mecanismo del sensor a menudo viene acompañado de un odómetro y de un pequeño
interruptor que envía pulsos a una computadora.
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Otra forma de sensor de velocidad y movimiento se basa en la interacción entre un reloj de
precisión y un pulsador mecánico controlado por una transmisión. El mecanismo del reloj
impulsa al indicador hacia cero, mientras que el pulsador controlado por el dispositivo lo
empuja hacia la indicación máxima. La posición del indicador refleja la relación entre las
salidas de los dos mecanismos.
Figura 12 Sensores de velocidad y movimiento
• Fuerza
El sensor de fuerza más común es una galga extensométrica, la cual es un dispositivo
electrónico que aprovecha el efecto piezorresistivo para medir deformaciones. Ante una
variación en la estructura del material de la galga se producirá una variación de su
resistencia eléctrica.
Los materiales que suelen utilizarse para fabricar galgas son aleaciones de cobre y hierro,
platina y silicialista.
Para tratar la variación de voltaje se utilizará un puente de Wheatstone. Éste está formado
por cuatro resistencias unidas en un círculo cerrado, siendo una de ellas la resistencia bajo
medida. De esta manera podremos medir resistencias desconocidas mediante el equilibrio de
los brazos del puente.
Su principal ventaja es su linealidad; también presentan una baja impedancia de salida. Su
principal desventaja es su dependencia de la temperatura, lo que provoca que, a veces, haya
que diseñar circuitos electrónicos para compensar esa dependencia.
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Figura 13 Sensor de fuerza
•
Presión de fluidos
Un manómetro es un instrumento de medición que sirve para medir la presión de fluidos
contenidos en recipientes cerrados. Existen básicamente dos tipos: los de líquidos y los de
gases.
Los manómetros de líquidos emplean por lo general, como líquido manométrico el mercurio,
que llena parcialmente un tubo en forma de U., el tubo puede estar abierto por ambas ramas
o abierto por una sola. En ambos casos la presión se mide conectando el tubo al recipiente
que contiene el fluido por su rama inferior abierta y determinando el desnivel h de la columna
de mercurio entre ambas ramas. Si el manómetro es de tubo abierto es necesario tomar en
cuenta la presión atmosférica p0 en la ecuación:
p = p0 ± ρ.g.h
Si es de tubo cerrado, la presión vendrá dada directamente por p = ρ.g.h.
Los manómetros de este segundo tipo permiten, por sus características, la medida de
presiones elevadas.
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En los manómetros metálicos la presión da lugar a deformaciones en una cavidad o tubo
metálico, denominado tubo de Bourdon en honor a su inventor.
Estas deformaciones se transmiten a través de un sistema mecánico a una aguja que marca
directamente la presión sobre una escala graduada.
Figura 14 Sensor de presión de fluidos.
•
Nivel de líquidos
El sensor de nivel de líquidos consiste básicamente de un módulo de electrónica
encapsulada y un sensor de detección del tipo presión. El sensor es soportado de cable y
protegido con un cuerpo de inoxidable y soportado para un tubo rígido de. La caja de
electrónica puede ser montada directamente en la cabeza del sensor o remotamente para
comodidad o seguridad. El tubo de soporte puede estar suministrado por el usuario o por
algún fabricante externo.
Aplicaciones típicas
Cuando el sensor se instala en un tanque, sumidero, cuenca u otro recipiente, el sensor de
diferimiento detecta la presión que es ejercido en él por el agua u otro líquido que rodea él.
Ésta presión es proporcional linealmente a la altura y densidad del líquido sobre el sensor.
No hay cavidades, y el diafragma es abierto completamente al líquido que se mide. El sensor
no puede ser tapado y hecho impracticable por líquidos con muchos sólidos. Los líquidos
residuales y lechadas son manejados fácilmente.
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Las características de montaje superior lo hacen fácil usar en cuencas de concreto,
sumideros y otros recipientes donde el montaje inferior o lateral del sensor sería difícil o
imposible. Comparado con un transmisor de capacitancia, no se requiere ni referencia de
tierra, ni limpieza periódica y recalibración para funcionar precisa y confiablemente.
El sensor puede ser montado usando un rango ancho de las conexiones roscadas y
bridadas. Puede ser suministrado con un soporte de montaje para las paredes verticales o
antepechos horizontales sobre cuencas, tanques abiertos, fosas e instalaciones similares.
El sensor se referencia a la presión atmosférica a través de un tubo de respiradero. Un filtro
de desecante o una vejiga de aislamiento evitan la condensación de humedad en el tubo.
Figura 15 Sensor de nivel de líquidos
•
Temperatura
Un termopar es un dispositivo formado por la unión de dos metales distintos que produce un
voltaje (efecto Seebeck), que es función de la diferencia de temperatura entre uno de los
extremos denominado "punto caliente" o unión caliente o de medida y el otro denominado
"punto frío" o unión fría o de referencia.
En instrumentación industrial, los termopares son ampliamente usados como sensores de
temperatura. Son económicos, intercambiables, tienen conectores estándar y son capaces
de medir un amplio rango de temperaturas. Su principal limitación es la exactitud ya que los
errores del sistema inferiores a un grado centígrado son difíciles de obtener.
El grupo de termopares conectados en serie recibe el nombre de termopila. Tanto los
termopares como las termopilas son muy usados en aplicaciones de calefacción a gas.
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Figura 16 Diagrama de funcionamiento del termopar
Además de lidiar con la CUF, el instrumento de medición debe además enfrentar el hecho de
que la energía generada por un termopar es una función no lineal de la temperatura.
Esta dependencia se puede aproximar por un polinomio complejo (de 5º a 9º orden
dependiendo del tipo de termopar). Los métodos analógicos de linealización son usados en
medidores de termopares de bajo costo.
Modalidades de termopares
Los termopares están disponibles en diferentes modalidades, como sondas. Estas últimas
son ideales para variadas aplicaciones de medición, por ejemplo, en la investigación médica,
sensores de temperatura para los alimentos, en la industria y en otras ramas de la ciencia,
etcétera.
A la hora de seleccionar una sonda de este tipo debe tenerse en consideración el tipo de
conector. Los dos tipos son el modelo estándar, con pines redondos y el modelo miniatura,
con pines chatos, siendo estos últimos (contradictoriamente al nombre de los primeros) los
más populares.
Otro punto importante en la selección es el tipo de termopar, el aislamiento y la construcción
de la sonda. Todos estos factores tienen un efecto en el rango de temperatura a medir,
precisión y fiabilidad en las lecturas.
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Tipos de termopares
Tipo K (Cromo (Ni-Cr) Chromel / Aluminio (aleación de Ni -Al) Alumel): con una amplia
variedad de aplicaciones, está disponible a un bajo costo y en una variedad de sondas.
Tienen un rango de temperatura de -200 ºC a +1.372 ºC y una sensibilidad 41µV/°C aprox.
Posee buena resistencia a la oxidación.
Tipo E (Cromo / Constantán (aleación de Cu-Ni)): No son magnéticos y gracias a su
sensibilidad, son ideales para el uso en bajas temperaturas, en el ámbito criogénico. Tienen
una sensibilidad de 68 µV/°C.
Tipo J (Hierro / Constantán): debido a su limitado rango, el tipo J es menos popular que el K.
Son ideales para usar en viejos equipos que no aceptan el uso de termopares más
modernos. El tipo J no puede usarse a temperaturas superiores a 760 ºC ya que una abrupta
transformación magnética causa una descalibración permanente. Tienen un rango de -40ºC a
+750ºC y una sensibilidad de ~52 µV/°C. Es afectado por la corrosión.
Tipo N (Nicrosil (Ni-Cr-Si / Nisil (Ni-Si)): es adecuado para mediciones de alta temperatura
gracias a su elevada estabilidad y resistencia a la oxidación de altas temperaturas, y no
necesita del platino utilizado en los tipos B, R y S que son más caros.
Por otro lado, los termopares tipo B, R y S son los más estables, pero debido a su baja
sensibilidad (10 µV/°C aprox.) generalmente son usa dos para medir altas temperaturas
(superiores a 300 ºC).
Tipo B (Platino (Pt)-Rodio (Rh)): son adecuados para la medición de altas temperaturas
superiores a 1.800 ºC. Los tipos B presentan el mismo resultado a 0 ºC y 42 ºC debido a su
curva de temperatura/voltaje, limitando así su uso a temperaturas por encima de 50 ºC.
Tipo R (Platino (Pt)-Rodio (Rh)): adecuados para la medición de temperaturas de hasta
1.300ºC. Su baja sensibilidad (10 µV/°C) y su elev ado precio quitan su atractivo.
Tipo S (Platino / Rodio): ideales para mediciones de altas temperaturas hasta los 1.300 ºC,
pero su baja sensibilidad (10 µV/°C) y su elevado p recio lo convierten en un instrumento no
adecuado para el uso general.
Debido a su elevada estabilidad, el tipo S es utilizado para la calibración universal del punto
de fusión del oro (1064,43 °C).
Los termopares con una baja sensibilidad, como en el caso de los tipos B, R y S, tienen
además una resolución menor. La selección de termopares es importante para asegurarse
que cubren el rango de temperaturas a determinar.
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Precauciones y consideraciones al usar termopares
La mayor parte de los problemas de medición y errores con los termopares se deben a la
falta de conocimientos del funcionamiento de los termopares. A continuación, un breve
listado de los problemas más comunes que deben tenerse en cuenta.
Problemas de conexión
La mayoría de los errores de medición son causados por uniones no intencionales del
termopar. Se debe tener en cuenta que cualquier contacto entre dos metales distintos creará
una unión. Si lo que se desea es aumentar la longitud de las guías, se debe usar el tipo
correcto del cable de extensión. Así por ejemplo, el tipo K corresponde al termopar K. Al usar
otro tipo se introducirá una unión termopar.
Cualquiera que sea el conector empleado debe estar hecho del material termopar correcto y
su polaridad debe ser la adecuada. Lo más correcto es emplear conectores comerciales del
mismo tipo que el termopar para evitar problemas.
Resistencia de la guía
Para minimizar la desviación térmica y mejorar los tiempos de respuesta, los termopares
están integrados con delgados cables. Esto puede causar que los termopares tengan una
alta resistencia, la cual puede hacer que sea sensible al ruido y también puede causar
errores debidos a la resistencia del instrumento de medición. Una unión termopar típica
expuesta con 0,25 mm., tendrá una resistencia de cerca de 15 ohmios por metro.
Si se necesitan termopares con delgadas guías o largos cables, conviene mantener las guías
cortas y entonces usar el cable de extensión, el cual es más grueso, (lo que significa una
menor resistencia) ubicado entre el termopar y el instrumento de medición. Se recomienda
medir la resistencia del termopar antes de utilizarlo.
Descalibración
La descalibración es el proceso de alterar accidentalmente la conformación del cable del
termopar. La causa más común es la difusión de partículas atmosféricas en el metal a los
extremos de la temperatura de operación. Otras causas son las impurezas y los químicos del
aislante difundiéndose en el cable del termopar. Si se opera a elevadas temperaturas, se
deben revisar las especificaciones del aislante de la sonda. Ten en cuenta que uno de los
criterios para calibrar un instrumento de medición, es que el patrón debe ser por lo menos 10
veces más preciso que el instrumento a calibrar.
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Ruido
La salida de un termopar es una pequeña señal, así que es susceptible de error por ruido
eléctrico. La mayoría de los instrumentos de medición rechazan cualquier modo de ruido
(señales que están en el mismo cable o en ambos) así que el ruido puede ser minimizado al
retorcer los cables para asegurarse que ambos recogen la misma señal de ruido. Si se opera
en un ambiente extremadamente ruidoso, (Ej: cerca de un gran motor), es necesario
considerar usar un cable de extensión protegido.
Si se sospecha de la recepción de ruido, primero se deben apagar todos los equipos
sospechosos y comprobar si las lecturas cambian. Sin embargo, la solución más lógica es
diseñar un filtro pasabajas (resistencia y condensador en serie) ya que es poco probable que
la frecuencia del ruido (por ejemplo de un motor) sea menor a la frecuencia con que oscila la
temperatura.
Voltaje en Modo Común
Aunque las señales del termopar son muy pequeñas, voltajes mucho más grandes pueden
existir en el output del instrumento de medición. Estos voltajes pueden ser causados tanto
por una recepción inductiva (un problema cuando se mide la temperatura de partes del motor
y transformadores) o por las uniones a conexiones terrestres. Un ejemplo típico de uniones a
tierra sería la medición de un tubo de agua caliente con un termopar sin aislamiento. Si existe
alguna conexión terrestre pueden existir algunos voltios entre el tubo y la tierra del
instrumento de medición.
Estas señales están una vez más en el modo común (las mismas en ambos cables del
termopar) así que no causarán ningún problema con la mayoría de los instrumentos siempre
y cuando no sean demasiado grandes.
Los voltajes del modo común pueden ser minimizados al usar los mismos recaudos del
cableado establecidos para el ruido, y también al usar termopares aislados.
Desviación térmica
Al calentar la masa de los termopares se extrae energía que afectará a la temperatura que se
trata determinar. Considérese por ejemplo, medir la temperatura de un líquido en un tubo de
ensayo: existen dos problemas potenciales. El primero es que la energía del calor viajará
hasta el cable del termopar y se disipará hacia la atmósfera reduciendo así la temperatura
del líquido alrededor de los cables.
Un problema similar puede ocurrir si un termopar no está suficientemente inmerso en el
líquido, debido a un ambiente de temperatura de aire más frío en los cables, la conducción
térmica puede causar que la unión del termopar esté a una temperatura diferente del líquido
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mismo. En este ejemplo, un termopar con cables más delgados puede ser útil, ya que
causará un gradiente de temperatura más pronunciado a lo largo del cable del termopar en la
unión entre el líquido y el aire del ambiente.
Si se emplean termopares con cables delgados, se debe prestar atención a la resistencia de
la guía. El uso de un termopar con delgados cables conectado a un termopar de extensión
mucho más gruesa a menudo ofrece el mejor resultado.
Externos
Cuando de sueldan dos conductores de materiales diferentes A y B y el extremo soldado se
somete a una temperatura diferente a los extremos libres, se produce entre estos últimos una
pequeña diferencia de voltaje que es característica del par soldado. Este par soldado se
conoce como termopar y el efecto que produce el voltaje se llama efecto Peltier. Estos
conductores pueden ser metálicos puros o sus aleaciones, también metaloides e incluso
cerámicas especiales.
Un termopar es un dispositivo capaz de convertir la energía calorífica en energía eléctrica su
funcionamiento se basa en los descubrimientos hechos por Seebeck en 1821 cuando hizo
circular corriente eléctrica en un circuito, formado por dos metales diferentes cuyas uniones
se mantienen a diferentes temperaturas, esta circulación de corriente obedece a dos efectos
termoeléctricos combinados, el efecto Peltier que provoca la liberación o absorción de calor
en la unión de dos metales diferentes cuando una corriente circula atreves de la unión y el
efecto Thompson que consiste en la liberación o absorción de calor cuando una corriente
circula a través de un metal homogéneo en el que existe un gradiente de temperaturas.
Es decir la fuerza electromotriz es proporcional a la temperatura alcanzada por la unión
térmica a si mismo si se resta el calentamiento ohmico, que es proporcional al cuadrado de la
corriente, queda un remanente de temperatura que en un sentido de circulación de la
corriente es positivo y negativo en el sentido contrario.
El efecto depende de los metales que forman la unión. La combinación de los dos efectos
Peltier y Thompson, es la causa de la circulación de corriente al cerrar el circuito en el
termopar, esta corriente puede calentar el termopar y afectar la precisión en la medida de la
temperatura, por lo que durante la medición debe hacerse mínimo su valor.
Leyes
Estudios realizados sobre el comportamiento de termopares han permitido establecer tres
leyes fundamentales:
1. Ley del circuito homogéneo. En un conductor metálico homogéneo no puede
sostenerse la circulación de una corriente eléctrica por la aplicación exclusiva de calor.
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2. Ley de los metales intermedios. Si en un circuito de varios conductores la temperatura
es uniforme desde un punto de soldadura 'A' a otro 'B', la suma algebraica de todas las
fuerzas electromotrices es totalmente independiente de los conductores metálicos
intermedios y es la misma que si se pusieran en contacto directo 'A' y 'B'.
3. Ley de las temperaturas sucesivas. La f.e.m generada por un termopar con sus uniones
a las temperaturas T1 y T3 es la suma algebraica de la f.e.m. del termopar con sus uniones a
T1 y T2 y de la f.e.m. del mismo termopar con sus uniones a las temperaturas T2 y T3.
Por estas leyes se hace evidente que en el circuito se desarrolla una pequeña tensión
continua proporcional a la temperatura de la unión de medida, siempre que haya una
diferencia de temperaturas con la unión de referencia. Los valores de esta f.e.m. están
tabulados en tablas de conversión con la unión de referencia a 0ºc las cuales pondré en esta
pagina Web así como las funciones poli nómicas que se pueden utilizar en lugar de las tablas
para saber el valor en voltaje que entregar un termopar dependiendo de la temperatura.
Los RTD son sensores de temperatura resistivos. En ellos se aprovecha el efecto que tiene
la temperatura en la conducción de los electrones para que, ante un aumento de
temperatura, haya un aumento de la resistencia eléctrica que presentan. Este aumento viene
expresado como:
Donde:
R es la resistencia a una temperatura de TºC
R0 es la resistencia a 0ºC
T es la temperatura
Este efecto suele aproximarse a un sistema de primer o segundo orden para facilitar los
cálculos. Los sensores RTD suelen ir asociados a montajes eléctricos tipo Puente de
Wheatstone, que responden a la variación de la resistencia eléctrica por efecto de la
temperatura para originar una señal analógica de 4-20 mA que es la que se utiliza en el
sistema de control correspondiente como señal de medida.
Termoresistencias Platino Pt
Un tipo de RTD son las Pt100 o Pt1000. Estos sensores deben su nombre al hecho de estar
fabricados de platino (Pt) y presentar una resistencia de 100ohms ó 1000ohms
respectivamente a 0ºC. Son dispositivos muy lineales en un gran rango de temperaturas, por
lo que suele expresarse su variación como:
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Donde Tª0 es una temperatura de referencia y R0 es la resistencia a esa temperatura.
Tolerancias comerciales según norma IEC 751:1995
Pt100 Clase A ±0,15 ºC [ 0 ºC] ±0,06 Ω [ 0 ºC]
Pt100 Clase B ±0,30 ºC [ 0 ºC] ±0,12 Ω [ 0 ºC]
Un termistor es un semiconductor que varía el valor de su resistencia eléctrica en función de
la temperatura, su nombre proviene de Thermally sensitive resistor (Resistor sensible a la
temperatura en inglés).
Existen dos clases de termistores: NTC y PTC.
Figura 17 Termistor
Termistor NTC
Termistor NTC [editar] Un Termistor NTC (Negative Temperature Coefficient) es una
resistencia variable cuyo valor va decreciendo a medida que aumenta la temperatura. Son
resistencias de coeficiente de temperatura negativo, constituidas por un cuerpo
semiconductor cuyo coeficiente de temperatura es elevado, es decir, su conductividad crece
muy rápidamente con la temperatura.
Se emplean en su fabricación óxidos semiconductores de níquel, zinc, cobalto, etc.
La relación entre la resistencia y la temperatura no es lineal sino exponencial:
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donde, A y B son constantes que dependen del termistor.
La característica tensión-intensidad (V/I) de un termistor NTC presenta un carácter peculiar
ya que, cuando las corrientes que lo atraviesan son pequeñas, el consumo de potencia (R *
I2) será demasiado pequeño para registrar aumentos apreciables de temperatura, o lo que es
igual, descensos en su resistencia óhmica; en esta parte de la característica, la relación
tensión-intensidad será prácticamente lineal y en consecuencia cumplirá la ley de Ohm.
Si seguimos aumentando la tensión aplicada al termistor, se llegará a un valor de intensidad
en que la potencia consumida provocará aumentos de temperatura suficientemente grandes
como para que la resistencia del termistor NTC disminuya apreciablemente,
incrementándose la intensidad hasta que se establezca el equilibrio térmico. Ahora nos
encontramos, pues, en una zona de resistencia negativa en la que disminuciones de tensión
corresponden aumentos de intensidad.
Termistor PTC
Un termistor PTC (Positive Temperature Coefficient) es una resistencia variable cuyo valor va
aumentando a medida que se incrementa la temperatura.
Los termistores PTC se utilizan en una gran variedad de aplicaciones: limitación de corriente,
sensor de temperatura, desmagnetización y para la protección contra el recalentamiento de
equipos tales como motores eléctricos. También se utilizan en indicadores de nivel, para
provocar retardos en circuitos, como termostatos, y como resistores de compensación.
El termistor PTC pierde sus propiedades y puede comportarse eventualmente de una forma
similar al termistor NTC si la temperatura llega a ser demasiado alta.
Las aplicaciones de un termistor PTC están, por lo tanto, restringidas a un determinado
margen de temperaturas.
Hasta un determinado valor de voltaje, la característica I/V sigue la ley de Ohm, pero la
resistencia aumenta cuando la corriente que pasa por el termistor PTC provoca un
calentamiento y se alcanza la temperatura de conmutación. La característica I/V depende de
la temperatura ambiente y del coeficiente de transferencia de calor con respecto a dicha
temperatura ambiente.
El término bimetálico se refiere a un objeto que se componga de dos o más metales
ensamblados juntos. En vez de ser una mezcla de dos o más metales, como en el caso de
una aleación, los objetos bimetálicos consisten en capas de diversos metales.
Trimetal y tetrametal se refieren a objetos integrados por tres y cuatro metales separados
respectivamente. Los termostatos bimetálicos tanto en tiras como en discos, que convierten
un cambio de temperatura en un movimiento mecánico, son los objetos bimetálicos más
conocidos debido a su nombre. Están compuestos por dos capas de metales con diferentes
coeficientes térmicos de expansión, por lo que al variar la temperatura tiende a flexionarse
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hacia el lado de menor coeficiente de expansión. Esta disposición es utilizada en disyuntores
de corriente, donde la corriente que circula por el mismo bimetal lo calienta y hace que se
abra al circuito limitando la corriente máxima. Sin embargo, hay otros objetos bimetálicos
comunes. Por ejemplo latas cubiertas de acero.
Para disminuir el costo y evitar que la gente las derrita por su metal, las monedas se
componen a menudo de un metal barato cubierto con un metal más costoso. Un tipo común
de objeto trimetálico (antes de la lata de aluminio puro) era una lata estañada de acero con
una tapa de aluminio. La fabricación de la tapa con aluminio permitió que fuera quitada a
mano en vez de usar un abrelatas, pero estos envases resultaron difíciles de reciclar debido
a su mezcla de metales.
•
Sensores de luz
Un fotodiodo es un semiconductor construido con una unión PN, sensible a la incidencia de
la luz visible o infrarroja. Para que su funcionamiento sea correcto se polariza inversamente,
con lo que se producirá una cierta circulación de corriente cuando sea excitado por la luz.
Debido a su construcción, los fotodiodos se comportan como células fotovoltaicas, es decir,
en ausencia de luz exterior generan una tensión muy pequeña con el positivo en el ánodo y
el negativo en el cátodo.
Esta corriente presente en ausencia de luz, recibe el nombre de corriente de oscuridad.
Figura 18 Símbolo del fotodiodo
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Principio de operación
Un fotodiodo es una unión P-N o estructura P-I-N. Cuando una luz de suficiente energía llega
al diodo, excita un electrón dándole movimiento y crea un hueco con carga positiva. Si la
absorción ocurre en la zona de agotamiento de la unión, o a una distancia de difusión de él,
estos portadores son retirados de la unión por el campo de la zona de agotamiento,
produciendo una fotocorriente.
Fotodiodos de avalancha Tienen una estructura similar, pero trabajan con voltajes inversos
mayores. Esto permite a los portadores de carga fotogenerados el ser multiplicados en la
zona de avalancha del diodo, resultando en una ganancia interna, que incrementa la
respuesta del dispositivo.
Composición
El material empleado en la composición de un fotodiodo es un factor crítico para definir sus
propiedades. Suelen estar compuestos de silicio, sensible a la luz visible (longitud de onda
de hasta 1µm); germanio para luz infrarroja (longitud de onda hasta aprox. 1,8 µm ); o de
cualquier otro material semiconductor.
Material
Longitud de onda (nm)
Silicio
190–1100
Germanio
800–1700
Indio galio arsénico (InGaAs) 800–2600
sulfuro de plomo
<1000-3500
Tabla 4 Composición de un fotodiodo
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Figura 19 Fotodiodo
También es posible la fabricación de fotodiodos para su uso en el campo de los infrarrojos
medios (longitud de onda entre 5 y 20 µm), pero estos requieren refrigeración por nitrógeno
líquido.
Antiguamente se fabricaban exposímetros con un fotodiodo de selenio de una superficie
amplia.
Investigación
La investigación a nivel mundial en este campo se centra (en torno a 2005) especialmente en
el desarrollo de células solares económicas, miniaturización y mejora de los sensores CCD y
CMOS, así como de fotodiodos más rápidos y sensibles para su uso en telecomunicaciones
con fibra óptica.
Desde 2005 existen también semiconductores orgánicos. La empresa NANOIDENT
Technologies fue la primera en el mundo en desarrollar un fotodetector orgánico, basado en
fotodiodos orgánicos.
Una fotorresistencia es un componente electrónico cuya resistencia disminuye con el
aumento de intensidad de luz incidente. Puede también ser llamado fotorresistor,
fotoconductor, célula fotoeléctrica o resistor dependiente de la luz, cuyas siglas (LDR) se
originan de su nombre en inglés light-dependent resistor.
Un fotorresistor está hecho de un semiconductor de alta resistencia. Si la luz que incide en
el dispositivo es de alta frecuencia, los fotones son absorbidos por la elasticidad del
semiconductor dando a los electrones la suficiente energía para saltar la banda de
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conducción. El electrón libre que resulta (y su hueco asociado) conduce electricidad, de tal
modo que disminuye la resistencia.
Un dispositivo fotoeléctrico puede ser intrínseco o extrínseco. En dispositivos
intrínsecos, los únicos electrones disponibles están en la banda de la valencia, por lo tanto
el fotón debe tener bastante energía para excitar el electrón a través de toda la banda
prohibida. Los dispositivos extrínsecos tienen impurezas agregadas, que tienen energía de
estado a tierra más cercano a la banda de conducción puesto que los electrones no tienen
que saltar lejos, los fotones más bajos de energía (es decir, de mayor longitud de onda y
frecuencia más baja) son suficientes para accionar el dispositivo.
Las células de sulfuro de cadmio; el sulfuro de cadmio o las células de sulfuro del cadmio
(CdS) se basan en la capacidad del cadmio de variar su resistencia según la cantidad de luz
que pulsa la célula. Cuanta más luz pulsa, más baja es la resistencia. Aunque no es exacta,
incluso una célula simple de CdS puede tener una amplia gama de resistencia de cerca de
600 ohmios en luz brillante a 1 o 2 MΩ en oscuridad.
Las células son también capaces de reaccionar a una amplia gama de frecuencias,
incluyendo infrarrojo (IR), luz visible, y ultravioleta (UV).
Usos
Se fabrican de diversos tipos. Se pueden encontrar células baratas de sulfuro del cadmio en
muchos artículos de consumo, por ejemplo cámara fotográfica, medidores de luz, relojes con
radio, alarmas de seguridad y sistemas de encendido y apagado del alumbrado de calles en
función de la luz ambiente. En el otro extremo de la escala, los fotoconductores de Ge:Cu
son los sensores que funcionan dentro de la gama más baja "radiación infrarroja".
Figura 20 Fotorresistencia
Se llama fototransistor a un transistor sensible a la luz, normalmente a los infrarrojos. La luz
incide sobre la región de base, generando portadores en ella. Esta carga de base lleva el
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transistor al estado de conducción. El fototransistor es más sensible que el fotodiodo por el
efecto de ganancia propio del transistor.
En el mercado se encuentran fototransistores tanto con conexión de base como sin ella y
tanto en cápsulas plásticas como metálicas (TO-72, TO-5) provistas de una lente.
Se han utilizado en lectores de cinta y tarjetas perforadas, lápices ópticos, etc., para
comunicaciones con fibra óptica se prefiere usar detectores con fotodiodos p-i-n. También se
pueden utilizar en la detección de objetos cercanos cuando forman parte de un sensor de
proximidad.
Se utilizan ampliamente encapsulados conjuntamente con un LED, formando interruptores
ópticos (opto-switch), que detectan la interrupción del haz de luz por un objeto. Existen en
dos versiones: de transmisión y de reflexión.
Figura 21 Fototransistor
1.2.2. Acondicionadores de señales
•
Acondicionamiento de señales
El acondicionamiento de señales es un área de la mecatrónica que se dedica al análisis y
procesamiento de señales (audio, voz, imágenes, video) que son discretas. Aunque
comúnmente las señales en la naturaleza nos llegan en forma analógica, también existen
casos en que estas son por su naturaleza digitales, por ejemplo, las edades de un grupo de
personas, el estado de una válvula en el tiempo (abierta/cerrada), etc.
Se puede acondicionar una señal para obtener una disminución del nivel de ruido, para
mejorar la presencia de determinados matices, como los graves o los agudos y se realiza
combinando los valores de la señal para generar otros nuevos.
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• Protección
Una protección digital es un sistema que, dependiendo de las variaciones de las señales de
entrada en el tiempo y amplitud, se realiza un procesamiento matemático sobre dicha señal;
generalmente mediante el uso de la transformada rápida de Fourier; obteniéndose en la
salida el resultado del procesamiento matemático o la señal de salida.
Las protecciones digitales tienen como entrada una señal analógica o digital y en su salida
tienen otra señal analógica o digital, pudiendo haber cambiado en amplitud, frecuencia o fase
dependiendo de las características de la protección digital.
La protección digital es parte del procesado de señal digital. Se le da la denominación de
digital más por su funcionamiento interno que por su dependencia del tipo de señal a
proteger, así podríamos llamar protección digital tanto a un filtro que realiza el procesado de
señales digitales como a otro que lo haga de señales analógicas.
Los usos más comunes son para atenuar o amplificar algunas frecuencias, por ejemplo se
puede implementar un sistema para controlar los tonos graves y agudos del audio del
estéreo del auto.
La gran ventaja de las protecciones digitales sobre los analógicos es que presentan una gran
estabilidad de funcionamiento en el tiempo.
•
Filtrado
El filtrado digital consiste en la realización interna de un procesado de datos de entrada.
El proceso de filtrado consiste en el muestreo digital de la señal de entrada, el procesamiento
considerando el valor actual de entrada y considerando las entradas anteriores. El último
paso es la reconstrucción de la señal de salida.
En general la mecánica del procesamiento es:
Tomar las muestras actuales y algunas muestras anteriores (que previamente habían
sido almacenadas) para multiplicadas por unos coeficientes definidos.
También se podría tomar valores de la salida en instantes pasados y multiplicarlos por
otros coeficientes.
Finalmente todos los resultados de todas estas multiplicaciones son sumados, dando
una salida para el instante actual.
El procesamiento interno y la entrada del filtro serán digitales, por lo que puede ser
necesario una conversión analógica-digital o digital-analógica para uso de filtros
digitales con señales analógicas.
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Un tema muy importante es considerar las limitaciones del filtro de entrada debido al teorema
de muestreo de Nyquist-Shannon que en pocas palabras; si quiero procesar hasta una
frecuencia de 10KHz, debo muestrear a por lo menos 20 KHz.
Los filtros digitales se usan frecuentemente para tratamiento digital de la imagen o para
tratamiento del sonido digital.
Otro ejemplo común de filtros digitales son los programas para retocar imágenes.
Tipos de filtros
Hay varios tipos de filtros así como distintas clasificaciones para estos filtros:
De acuerdo con la parte del espectro que dejan pasar y que atenúan hay:
Filtros pasa alto
Filtros pasa bajo
Filtros pasa banda
Banda eliminada
Multibanda
Pasa todo
Resonador
Oscilador
Filtro peine (Comb filter)
Filtro ranura o filtro rechaza banda (Notch filter)
De acuerdo con su orden:
Primer orden
Segundo orden
De acuerdo con el tipo de respuesta ante entrada unitaria:
FIR (Finite Impulse Response)
IIR (Infinite Impulse Response)
TIIR (Truncated Infinite Impulse Response)
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De acuerdo con la estructura con que se implementa:
Laticce
Varios en cascada
Varios en paralelo
Expresión general de un filtro:
Hay muchas formas de representar un filtro. Por ejemplo, en función de w (frecuencia digital),
en función de z y en función de n (número de muestra). Todas son equivalentes, pero a la
hora de trabajar a veces conviene más una u otra. Como regla general se suele dejar el
término a0=1.
Si se expresa en función de z y en forma de fracción:
Y en dominio de n:
Los coeficientes son la a y el b y son los que definen el filtro, por lo tanto, el diseño consiste
en calcularlos.
Ejemplo del diseño de un filtro:
En primer lugar se parte de las especificaciones y basándose en éstas, se elige el tipo de
filtro. En este ejemplo se parte de un filtro digital que anule las frecuencias menores a 5Hz y
la de 50Hz y que no altere al resto, la frecuencia de muestreo será 1000Hz, además se
quiere fase lineal.
Con estas especificaciones se elige un filtro FIR. El diseño se puede hacer manualmente o
con la ayuda de una computadora. En este ejemplo el método de diseño será el de Remez.
En Matlab se obtienen los coeficientes que definen el filtro, que en la ecuación anterior se
llaman a y b (el numerador es la variable b y el denominador solo tiene un término que es 1,
como corresponde a un filtro FIR):
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[n,fo,mo,w] = remezord ([0 5 45 50 50 55],[0 1 0 1], [0.01 0.1 0.01 0.1],1000); b =
remez(n,fo,mo,w)
En la siguiente figura se muestra el aspecto del filtro en el centro. En la parte superior se
muestra la señal que se quiere filtrar y en la parte inferior la señal filtrada (se trata de un
electrocardiograma).
Figura 22 Aspecto del filtro en el centro
El siguiente paso es seleccionar la forma de implementarlo, es decir su estructura. Luego se
elige el hardware sobre el que funcionará. Normalmente un Procesador digital de señal o una
FPGA, aunque también puede ser un programa de computadora Finalmente se usan los
coeficientes obtenidos y la estructura elegida para crear el programa.
• Señales digitales
Una señal digital es un tipo de señal generada por algún tipo de fenómeno electromagnético
en que cada signo que codifica el contenido de la misma puede ser analizado en término de
algunas magnitudes que representan valores discretos, en lugar de valores dentro de un
cierto rango. Por ejemplo, el interruptor de la luz sólo puede tomar dos valores o estados:
abierto o cerrado, o la misma lámpara: encendida o apagada (véase circuito de
conmutación).
Los sistemas digitales, como por ejemplo la computadora usan lógica de dos estados
representados por dos niveles de tensión eléctrica, uno alto, H y otro bajo, L (de High y Low,
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respectivamente, en inglés). Por abstracción, dichos estados se sustituyen por ceros y unos,
lo que facilita la aplicación de la lógica y la aritmética binaria. Si el nivel alto se representa por
1 y el bajo por 0, se habla de lógica positiva y en caso contrario de lógica negativa.
Cabe mencionar que, además de los niveles, en una señal digital están las transiciones de
alto a bajo y de bajo a alto, denominadas flanco de subida y de bajada, respectivamente.
En la figura 23 se muestra una señal digital donde se identifican los niveles y los flancos.
Señal digital: 1) Nivel bajo, 2) Nivel alto, 3) Flanco de subida y 4) Flanco de bajada. Es
conveniente aclarar que, a pesar de que en los ejemplos señalados el término digital se ha
relacionado siempre con dispositivos binarios, no significa que digital y binario sean términos
intercambiables. Por ejemplo, si nos fijamos en el código Morse, veremos que en él se
utilizan, para el envío de mensajes por telégrafo eléctrico, cinco estados digitales, que son:
Referido a un aparato o instrumento de medida, decimos que es digital cuando el resultado
de la medida se representa en un visualizador mediante números (dígitos) en lugar de
hacerlo mediante la posición de una aguja, o cualquier otro indicador, en una escala.
Figura 23
Señal digital: 1) Nivel bajo, 2) Nivel alto, 3) Flanco de subida y 4) Flanco de bajada.
• Adquisición de datos
La adquisición de datos, consiste en la toma de muestras del mundo real (sistema analógico)
para generar datos que puedan ser manipulados por una computadora (sistema digital).
Consiste, en tomar un conjunto de variables físicas, convertirlas en tensiones eléctricas y
digitalizarlas de manera que se puedan procesar en una computadora o PAC. Se requiere
una etapa de acondicionamiento, que adecua la señal a niveles compatibles con el elemento
que hace la transformación a señal digital. El elemento que hace dicha transformación es el
módulo o tarjeta de Adquisición de Datos (DAQ).
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Definiciones
Dato: representación simbólica (numérica, alfabética...), atributo o característica de un valor.
No tiene sentido en sí mismo, pero convenientemente tratado (procesado) se puede utilizar
en la relación de cálculos o toma de decisiones.
Adquisición: recogida de un conjunto de variables físicas, conversión en voltaje y
digitalización de manera que se puedan procesar en una computadora
Sistema: conjunto organizado de dispositivos que interactúan entre sí ofreciendo
prestaciones más completas y de más alto nivel.
Una vez que las señales eléctricas se transformaron en digitales, se envían a través del bus
de datos a la memoria del PC. Una vez los datos están en memoria pueden procesarse con
una aplicación adecuada, archivarlas en el disco duro, visualizarlas en la pantalla, etc.
Bit de resolución: número de bits que el convertidor analógico a digital (ADC) utiliza para
representar una señal.
Rango: valores máximo y mínimo entre los que el sensor, instrumento o dispositivo
funcionan bajo unas especificaciones.
Teorema de Nyquist: al muestrear una señal, la frecuencia de muestreo debe ser mayor
que dos veces el ancho de banda de la señal de entrada, para reconstruir la señal original de
forma exacta a partir de sus muestras. En caso contrario, aparecerá el fenómeno del Aliasing
que se produce al infra-muestrear. Si la señal sufre aliasing, es imposible recuperar el
original. Velocidad de muestreo recomendada: –2xfrecuencia mayor (medida de frecuencia)
–10xfrecuencia mayor (detalle de la forma de onda)
Los componentes de los sistemas de adquisición de datos, poseen sensores adecuados que
convierten cualquier parámetro de medición de una señal eléctrica, que se adquiriere por el
hardware de adquisición de datos. Los datos adquiridos se visualizan, analizan, y almacenan
en una computadora, ya sea utilizando el proveedor de software suministrado u otro
software.
Los controles y visualizaciones se pueden desarrollar utilizando varios lenguajes de
programación de propósito general como VisualBASIC, C++, Fortran, Java, Lisp, Pascal. Los
lenguajes especializados de programación utilizados para la adquisición de datos incluyen
EPICS, utilizada en la construcción de grandes sistemas de adquisición de datos, LabVIEW,
que ofrece un entorno gráfico de programación optimizado para la adquisición de datos, y
MATLAB. Estos entornos de adquisición proporcionan un lenguaje de programación además
de bibliotecas y herramientas para la adquisición de datos y posterior análisis.
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De la misma manera que se toma una señal eléctrica y se transforma en una digital para
enviarla a ala computadora, se puede también tomar una señal digital o binaria y convertirla
en una eléctrica. En este caso el elemento que hace la transformación es una tarjeta o
módulo de Adquisición de Datos de salida, o tarjeta de control. La señal dentro de la memoria
del PC la genera un programa adecuado a las aplicaciones que quiere el usuario y luego de
procesada es recibida por mecanismos que ejecutan movimientos mecánicos, a través de
servomecanismos, que también son del tipo transductores.
Un sistema típico de adquisición utiliza sensores, transductores, amplificadores,
convertidores analógico - digital (A/D) y digital - analógico (D/A), para procesar información
acerca de un sistema físico de forma digitalizada.
¿Cómo se adquieren los datos?:
La adquisición de datos se inicia con el fenómeno físico o la propiedad física de un objeto
(objeto de la investigación) que se desea medir. Esta propiedad física o fenómeno podría ser
el cambio de temperatura o la temperatura de una habitación, la intensidad o intensidad del
cambio de una fuente de luz, la presión dentro de una cámara, la fuerza aplicada a un objeto,
o muchas otras cosas. Un eficaz sistema de adquisición de datos puede medir todas estas
diferentes propiedades o fenómenos.
Recuerda que un transductor es un dispositivo que convierte una propiedad física o
fenómeno en una señal eléctrica correspondiente medible, tal como tensión, corriente, el
cambio en los valores de resistencia o condensador, etcétera. La capacidad de un sistema
de adquisición de datos para medir los distintos fenómenos depende de los transductores
para convertir las señales de los fenómenos físicos mesurables en la adquisición de datos
por hardware.
Hay transductores específicos para diferentes aplicaciones, como la medición de la
temperatura, la presión, o flujo de fluidos. DAQ también despliega diversas técnicas de
acondicionamiento de Señales para modificar adecuadamente diferentes señales eléctricas
en tensión, que luego pueden ser digitalizados usando CED.
Las señales pueden ser digitales (también llamada señales de la lógica) o analógicas en
función del transductor utilizado.
El acondicionamiento de señales suele ser necesario si la señal desde el transductor no es
adecuado para la DAQ hardware que se utiliza. La señal puede ser amplificada o
desamplificada, o puede requerir de filtrado, o un cierre patronal, en el amplificador se incluye
para realizar desmodulación. Varios otros ejemplos de acondicionamiento de señales podría
ser el puente de conclusión, la prestación actual de tensión o excitación al sensor, el
aislamiento, linealización, etc. Este pretratamiento de la señal normalmente lo realiza un
pequeño módulo acoplado al transductor.
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DAQ hardware son por lo general las interfaces entre la señal y un PC. Podría ser en forma
de módulos que pueden ser conectados a la computadora de los puertos (paralelo, serie,
USB, etcétera ..) o ranuras de las tarjetas conectadas a (PCI, ISA) en la placa madre. Por lo
general, el espacio en la parte posterior de una tarjeta PCI es demasiado pequeño para
todas las conexiones necesarias, de modo que una ruptura de caja externa es obligatoria.
El cable entre este recuadro y el PC es cara debido a los numerosos cables y el blindaje
necesario y porque es exótico. Las tarjetas DAQ a menudo contienen múltiples componentes
(multiplexores, ADC, DAC, TTL-IO, temporizadores de alta velocidad, memoria RAM). Estos
son accesibles a través de un bus por un micro controlador, que puede ejecutar pequeños
programas.
El controlador es más flexible que una unidad lógica dura cableada, pero más barato que una
CPU de modo que es correcto para bloquear con simples bucles de preguntas.
Driver software normalmente viene con el hardware DAQ o de otros proveedores, y permite
que el sistema operativo pueda reconocer el hardware DAQ y dar así a los programas
acceso a las señales de lectura por el hardware DAQ. Un buen conductor ofrece un alto y
bajo nivel de acceso.
Ejemplos de Sistemas de adquisición y control:
DAQ para recoger datos (datalogger) medioambientales (energías renovables e
ingeniería verde).
DAQ para audio y vibraciones (mantenimiento, test).
DAQ + control de movimiento (corte con laser).
DAQ + control de movimiento+ visión artificial (robots modernos).
Ventajas:
Flexibilidad de procesamiento, posibilidad de realizar las tareas en tiempo real o en
análisis posteriores (con el fin de analizar los posibles errores)
Gran capacidad de almacenamiento
Rápido acceso a la información y toma de decisión, se adquieren gran cantidad de
datos para analizar
Posibilidad de emular una gran cantidad de dispositivos de medición y activar varios
instrumentos al mismo tiempo
Facilidad de automatización
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Se utiliza en la industria, la investigación científica, el control de máquinas y de producción, la
detección de fallas y el control de calidad entre otras aplicaciones.
Ejemplo 1 Un tipo de ejercicio de adquisición:
Tenemos 300 señales a monitorizar. Todas ellas de 4 bytes y queremos guardar la
información de todo el proceso cada segundo. ¿Qué capacidad ha de tener el disco duro del
PC servidor para tener un histórico de todo un año?'
300segundo * 4bytes = 1200bytes * segundo
3600 * 24 * 365 = 31536000
1200 * 31536000 = 37.8GB
Deberíamos tener una capacidad de 3ci7.8GB. Pero teniendo en cuenta que siempre se
tiene que tener una copia de seguridad, esta capacidad la tendremos que multiplicar por dos
y eso nos daría 75.7GB.
Ejemplo 2
En un sistema de adquisición de datos entran 210 señales por segundo, de 8 bytes cada
una. ¿Qué capacidad ha de tener el disco duro del PC servidor para tener un histórico de
todo un mes?
210segundo * 8bytes = 1680bytes * segundo
3600 * 24 * 30 = 2592000
1680 * 2592000 = 4.35gigabytes
1.2.3. Sistemas de presentación de datos
• Dispositivos para presentación visual
Los dispositivos para presentación visual, son comúnmente llamados visualizadores o
displays en inglés, estos son los dispositivos de ciertos aparatos electrónicos que permiten
mostrar información al usuario, creados a partir de la aparición de calculadoras, cajas
registradoras e instrumentos de medida electrónicos en los que era necesario hacerlo.
Los primeros dispositivos para presentación visual, similares a los de los ascensores, se
construían con lámparas que iluminaban las leyendas. Al permitir mostrar distintas
informaciones, ya se puede hablar con propiedad de visualizadores.
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Un tubo Nixie es semejante a una lámpara de neón pero con varios ánodos que tienen la
forma de los símbolos que se quiere representar. Otro avance fue la invención del
visualizador de 7 segmentos.
Figura 24 Tubo Nixie.
• Elementos para la presentación de datos
En el contexto de la informática, los elementos para la presentación de datos son una
colección de información orientada a un determinado ámbito (empresa, organización, etc.),
integrado, no volátil y variable en el tiempo, que ayuda a la toma de decisiones en la entidad
en la que se utiliza. Se trata, sobre todo, de un expediente completo de una organización,
más allá de la información transaccional y operacional, almacenado en una base diseñada
para favorecer el análisis y la divulgación eficiente de datos (especialmente OLAP,
procesamiento analítico en línea).
La presentación no debe usarse con datos de uso actual. Los almacenes de datos contienen
a menudo grandes cantidades de información que se subdividen a veces en unidades lógicas
más pequeñas dependiendo del subsistema de la entidad del que procedan o para el que
sea necesario.
En un almacén de datos lo que se quiere es contener datos que son necesarios o útiles para
una organización, es decir, que se utiliza como un repositorio de datos para posteriormente
transformarlos en información útil para el usuario. Un almacén de datos debe entregar la
información correcta a la gente indicada en el momento óptimo y en el formato adecuado.
El almacén de datos da respuesta a las necesidades de usuarios expertos, utilizando
Sistemas de Soporte a Decisiones (DSS), Sistemas de información ejecutiva (EIS) o
herramientas para hacer consultas o informes. Los usuarios finales pueden hacer fácilmente
consultas sobre sus almacenes de datos sin tocar o afectar la operación del sistema.
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En el funcionamiento de un almacén de los datos son muy importantes las siguientes ideas:
Integración de los datos provenientes de bases de datos distribuidas por las diferentes
unidades de la organización y que con frecuencia tendrán diferentes estructuras (fuentes
heterogéneas). Se debe facilitar una descripción global y un análisis comprensivo de toda la
organización en el almacén de datos.
Separación de los datos usados en operaciones diarias de los datos usados en el almacén
de datos para los propósitos de divulgación, de ayuda en la toma de decisiones, para el
análisis y para operaciones de control. Ambos tipos de datos no deben coincidir en la misma
base de datos, ya que obedecen a objetivos muy distintos y podrían entorpecerse entre sí.
Periódicamente, se importan datos al almacén de datos de los distintos sistemas de
planeamiento de recursos de la entidad (ERP) y de otros sistemas de software relacionados
con el negocio para la transformación posterior. Es práctica común normalizar los datos
antes de combinarlos en el almacén de datos mediante herramientas de extracción,
transformación y carga (ETL).
Estas herramientas leen los datos primarios (a menudo bases de datos OLTP de un
negocio), realizan el proceso de transformación al almacén de datos (filtración, adaptación,
cambios de formato, etc.) y escriben en el almacén.
• Visualizadores
Tipos de visualizador
Visualizador de segmentos
En un visualizador de siete segmentos se representan los dígitos 0 a 9 iluminando los
segmentos adecuados. También suelen contener el punto o la coma decimal. A veces se
representan también algunos caracteres como la "E" (Error), "b" o "L" (Low Battery), etc.,
pero para representar los caracteres alfabéticos se introdujo el visualizador de 14 segmentos.
El visualizador de 14 segmentos tuvo éxito reducido y sólo existe de forma marginal debido a
la competencia de la matriz de 5x7 puntos. Los visualizadores de segmentos se fabrican en
diversas tecnologías: Incandescencia, de cátodo frío, LED, cristal líquido, fluorescente, etc.
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Figura 25 Display VFD
Visualizador de matriz
Visualizadores de incandescencia, la matriz de 5x7 permite representar letras mayúsculas y
minúsculas, signos de puntuación y caracteres especiales con un grado de legibilidad
excelente. No es nueva y ya en los años 1940 se podía ver mostrando leyendas publicitarias.
Estaban fabricadas con lámparas de incandescencia. Actualmente se fabrican con LED y
LCD.
A las matrices de 5x7 siguen las líneas de caracteres, principalmente LCD y VFD,
presentándose en múltiples formatos, de una a cuatro líneas de ocho a cuarenta caracteres.
Matriz gráfica. Consiste en una matriz más grande, que puede representar tanto caracteres
como gráficos. Se fabrican en LCD y VFD. Las matrices de LED están constituidas por un
mosaico de visualizadores más pequeños (8x8, normalmente). Pueden ser multicolores
(Rojo-Naranja-Verde o Rojo-Verde-Azul), encontrando su utilidad en vallas publicitarias,
campos de fútbol, etc.
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Figura 26 Visualizadores de incandescencia.
Visualizador electromecánico
Los problemas de los primeros visualizadores para su uso a la intemperie: falta de
luminosidad y fragilidad condujeron al desarrollo de otros tipos de visualizador, en los que se
mueve mecánicamente alguna pieza que oculta o muestra un símbolo o leyenda. Pertenecen
a este tipo los visualizadores "de cortinilla", que constan de un motor paso a paso que va
pasando las "hojas" que contienen distintas leyendas hasta llegar al mensaje deseado. Gozó
de gran popularidad en aeropuertos, estaciones de tren y autobuses, etc. Pero la dificultad
para cambiar los mensajes significó su fin cuando se pudo disponer de alternativas en otras
tecnologías.
Otro visualizador mecánico, que se ve como siete segmentos y como matriz consiste en
segmentos o puntos fluorescentes sobre láminas que pueden girar para ponerse
perpendiculares mediante la acción de un electroimán. Presenta la ventaja de que son
visibles a plena luz solar y sólo consumen en el cambio de estado.
Visualizador de proyección
Despiece de un visualizador de proyección. Se pueden apreciar las bombillas, grupos de
lentes, película conteniendo los dígitos y diafragmas. Consisten en una matriz de lámparas,
de las que se ilumina sólo una cada vez.
La luz se dirige a un condensador que la proyecta sobre una película que contiene los
símbolos que se quiere representar. Después otro grupo de lentes enfoca la imagen sobre
una pantalla translúcida, que se hacen visibles en su cara posterior. Como norma general el
número de imágenes está limitado a doce y no se pueden cambiar, salvo que se desmonte la
unidad y se cambie la película.
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En la siguiente figura se pueden apreciar las bombillas, grupos de lentes, película
conteniendo los dígitos y diafragmas
Figura 27 Despiece de un visualizador de proyección.
.
Visualizador fluorescente de vacío:
Consisten en una ampolla de vidrio que contiene uno o varios filamentos que actúan de
cátodo, varios ánodos recubiertos de fósforo y una rejilla por carácter. Al polarizar
positivamente los ánodos y las rejillas, los electrones emitidos por cátodo alcanzan un ánodo,
que se ilumina. Dependiendo del modelo, funcionan con tensiones de alimentación de rejillas
y ánodos a partir de 12V.
1.2.4. Control en lazo cerrado
• Procesos continuos y discretos
Los procesos continuos y discretos son los aspectos fundamentales de un sistema para
decidir la mejor estrategia de control en el mismo.
La controlabilidad es la posibilidad de llevar el sistema a un estado particular usando una
señal de control adecuada. Si un estado no es controlable, entonces ninguna señal de control
aplicada podrá nunca llevar al sistema hasta un estado controlable. Por otra parte, la
observabilidad es la posibilidad de "adivinar", mediante la observación de las señales de
entrada y salida del sistema, el estado interno del sistema.
Es decir, si el sistema se encuentra en un estado no observable, el controlador no será capaz
de corregir el comportamiento en lazo cerrado si dicho estado no es deseable.
Si se estudian los estados de cada variable del sistema que se va a controlar, cada estado
"malo" (desde el punto de vista del control) de dichas variables debe ser controlable y
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observable para asegurar un funcionamiento correcto del sistema en bucle cerrado.
Matemáticamente, si alguno de los autovalores del sistema no es, a la vez, continuo y
discreto, su efecto en la dinámica del sistema se mantendrá inalterado en el control en lazo
cerrado que implementemos.
Si dicho autovalor es inestable, su dinámica afectará al sistema en lazo cerrado y lo hará
inestable. Los polos no observables no están presentes en la función de transferencia de una
representación en el espacio de estados, por lo que a veces se prefieren en el análisis de
sistemas dinámicos. Si un polo no observable es inestable, entonces inestabiliza el sistema
y, tanto si dicho polo es controlable como si no lo es, el sistema no se podrá estabilizar
(debido a que no se puede actuar sobre el polo por no ser observable).
En resumen, un sistema sólo será controlable cuando todos los polos inestables del mismo
sean a la vez procesos continuos y discretos. La solución a problemas de control de sistemas
no controlables o no observables suele incluir la adición de actuadores y sensores.
• Modos de control
La tendencia moderna en los sistemas de ingeniería es hacia una mayor complejidad, debido
principalmente a los requerimientos de las tareas complejas y la elevada precisión. Los
sistemas complejos pueden tener entradas y salidas múltiples y pueden variar en el tiempo.
Debido a la necesidad de alcanzar los requerimientos cada vez más restrictivos en el
desempeño de los sistemas de control, al aumento en la complejidad del sistema y a un
acceso fácil a las computadoras de gran escala, aproximadamente desde 1960 se ha
desarrollado la teoría de control moderna, que es un nuevo enfoque del análisis y diseño de
sistemas de control complejos. Este enfoque nuevo se basa en el concepto de estado.
Cada sistema de control debe garantizar en primer lugar la estabilidad del comportamiento
en lazo cerrado. En los sistemas lineales, esto se puede conseguir directamente mediante
asignación de los polos.
En los sistemas no lineales hay que recurrir a teorías específicas, habitualmente basadas
en la Teoría de Aleksandr Lyapunov para asegurar la estabilidad sin tener en cuenta la
dinámica interna del sistema.
En función de la especificación de requisitos del sistema (es decir, de las condiciones que
deseamos imponer a la salida) se debe escoger una estrategia de control u otra.
A continuación se presentan las técnicas de control más habituales:
Reguladores PID: Proporcional integral derivativo:
El regulador PID probablemente sea el diseño de control más empleado, por ser el más
sencillo. "PID" son las siglas de Proporcional-Integral-Derivativo, y se refiere a los tres
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términos que operan sobre la señal de error para producir una señal de control. Si u(t) es la
señal de control que se envía al sistema, y(t) es la medición que se hace de la señal de
salida y r(t) es la salida deseada, el error se define como e(t) = r(t) − y(t) y un regulador PID
toma el aspecto
El primer sumando aplica una señal proporcional al error. El segundo evalúa cual ha sido la
evolución del error, y cobra más importancia cuando el error cometido es pequeño pero
constante., El tercero término evalúa cual será la tendencia, y cobra más importancia cuando
el error cometido se produce por instantes.
La dinámica deseada en lazo cerrado se obtiene ajustando los tres parámetros KP, KI y KD.
Este ajuste a menudo se hace iterando de manera empírica y sin conocimiento previo del
modelo del sistema. A menudo se puede asegurar la estabilidad usando únicamente el
término proporcional. Los reguladores PID son la clase más usada de sistemas de control:
sin embargo no se pueden usar en varios casos más complicados, especialmente si se
consideran sistemas MIMO (Múltiple Input Múltiple Output, múltiples entradas y salidas).
Asignación del lugar de los polos: Espacio de estado (control)
En los sistemas MIMO (múltiples entradas y salidas) se pueden asignar los lugares de los
polos matemáticamente, usando una representación del espacio de estados del sistema en
lazo abierto y calculando una matriz de realimentación que asigne a los polos sus posiciones
deseadas. En sistemas complicados puede ser necesaria una computadora con capacidad
de cálculo, y no siempre se puede asegurar la robustez de la solución. Más aún, en general
no se miden todos los estados del sistema y por lo tanto se deben incorporar observadores al
diseño del lugar de los polos.
Control óptimo
El control óptimo es una técnica particular de control en la que la señal de control intenta
optimizar una determinada función de coste: por ejemplo, en el caso de un satélite, el valor
de flujo de los cohetes que permitan llevarlo a la trayectoria deseada con el mínimo consumo
de combustible. En las aplicaciones industriales se han usado dos métodos de diseño de
control óptimo, ya que se ha demostrado que pueden garantizar estabilidad en lazo cerrado.
Son el Control por Modelo Predictivo (MPC) y el Control Gaussiano Lineal Cuadrático (LQG).
El primero permite tomar en consideración restricciones aplicables a las señales del sistema,
que en muchos procesos industriales es un requisito decisivo. Junto con los reguladores PID,
los sistemas MPC son la técnica más usada en el control de procesos.
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• Modos de dos posiciones
En un sistema de control de dos posiciones, el elemento de actuación solo tiene dos
posiciones fijas que, en muchos casos, son simplemente encendidos y apagados. El control
de dos posiciones extendido en sistemas de control tanto industriales como domésticos.
Ventajas:
Es relativamente simple y barato
Solo tiene dos posiciones, encendido y apagado
• Controlador PID
Control proporcional-integral-derivativo (PID), supongamos un sistema realimentado en
forma canónica, es decir, con realimentación unitaria, una de las estructuras de
controladores más populares se denomina Controlador PID en atención a utilizar
acciones de tipo Proporcional, Integral y Derivativo.
Todos los métodos de diseño conducen a determinar los valores de Kp, Ti y Td que hacen
que el sistema de lazo cerrado tenga la respuesta adecuada, medida en términos del
cumplimiento de las especificaciones de diseño (error en régimen permanente, velocidad de
respuesta permanente .tp, tr, ts- y sobreimpulso).
El Método de Ziegler-Nichols, indica que inicialmente se deben anular las acciones
integral (Ti=infinito) y derivativa (Td=0). Luego incrementar gradualmente Kp hasta que el
sistema justo comience a oscilar. Este punto de inestabilidad es denominado la "última
ganancia" Pu y "último período" Tu.
A partir de estos valores, se pueden ajustar las ganancias del controlador PID para cada una
de sus diversas modalidades.
1.2.5. Lógica digital y Microprocesadores
•
Compuertas lógicas
Una puerta lógica o compuerta lógica, es un dispositivo electrónico que es la expresión física
de un operador booleano en la lógica de conmutación. Cada puerta lógica consiste en una
red de dispositivos interruptores que cumple las condiciones booleanas para el operador
particular. Son esencialmente circuitos de conmutación integrados en un chip.
Claude Elwood Shannon experimentaba con relés o interruptores electromagnéticos para
conseguir las condiciones de cada compuerta lógica, por ejemplo, para la función booleana Y
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(AND) colocaba interruptores en circuito serie, ya que con uno solo de éstos que tuviera la
condición «abierto», la salida de la compuerta Y sería = 0, mientras que para la
implementación de una compuerta O (OR), la conexión de los interruptores tiene una
configuración en circuito paralelo.
La tecnología microelectrónica actual permite la elevada integración de transistores actuando
como conmutadores en redes lógicas dentro de un pequeño circuito integrado. El chip de la
CPU es una de las máximas expresiones de este avance tecnológico.
En nanotecnología se está desarrollando el uso de una compuerta lógica molecular, que
haga posible la miniaturización de circuitos.
•
Lógica secuencial
A diferencia de los sistemas combinacionales, en los sistemas secuenciales los valores de
las salidas, en un momento dado, no dependen exclusivamente de los valores de las
entradas en dicho momento, sino también de los valores anteriores. El sistema secuencial
más simple es el biestable.
La mayoría de los sistemas secuenciales están gobernados por señales de reloj. A estos se
los denomina "síncronos" o "sincrónicos", a diferencia de los "asíncronos" o "asincrónicos"
que son aquellos que no son controlados por señales de reloj.
Los principales sistemas secuenciales que pueden encontrarse en forma de circuito
integrado o como estructuras en sistemas programados SON:
Contador
Registros
En todo sistema secuencial nos encontraremos con:
a) Un conjunto finito, n, de variables de entrada (X1, X2,..., Xn).
b) Un conjunto finito, m, de estados internos, de aquí que los estados secuenciales también
sean denominados autómatas finitos. Estos estados proporcionarán m variables internas
(Y1,Y2,..., Ym).
c) Un conjunto finito, p, de funciones de salida (Z1, Z2,..., Zp).
Dependiendo de cómo se obtengan las funciones de salida, Z, los sistemas secuenciales
pueden tener dos estructuras como las que se observan el la siguiente figura, denominadas
autómata de Moore, a), y autómata de Mealy, b).
70
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Figura 28 Estructuras de bloque de un autómata de Moore, a), y un autómata de Mealy, b)
•
Estructura de una microcomputadora
Una microcomputadora es una computadora que tiene un microprocesador (unidad central
de procesamiento).
Generalmente, el microprocesador tiene los circuitos de almacenamiento (o memoria caché)
y entrada/salida en el mismo circuito integrado (o chip). El primer microprocesador comercial
fue el Intel 4004, que salió el 15 de noviembre de 1971.
Desde el lanzamiento de la computadora personal de IBM, el IBM PC, el término
computadora personal se aplica a las microcomputadora orientados a los consumidores. La
primera generación de microcomputadora fue conocida también como computadoras
domésticas.
Fue el lanzamiento de la hoja de cálculo VisiCalc lo que hizo que los microcomputadoras
dejasen de ser un pasatiempo para los aficionados de la informática para convertirse en una
herramienta de trabajo.
Sus principales características son:
Velocidad de procesamiento: Decenas de millones de instrucciones por segundo.
Usuario a la vez: Uno (Por eso se llaman Personales).
Tamaño: Pequeña, o portátiles.
Facilidad de uso: Supuestamente fáciles de usar.
Clientes usuales: Pequeñas empresas, oficinas, escuelas, individuos.
Penetración social: Mediana.
Impacto social: Alto, en los países industrializados.
Parque instalado: Cientos de millones en el mundo.
Costo: Pocos cientos de dólares estadounidenses.
peso: 2 Kg aproximadamente
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•
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Microcontroladores
Un microcontrolador es un circuito integrado o chip que incluye en su interior las tres
unidades funcionales de una computadora: CPU, Memoria y Unidades de E/S, es decir, se
trata de un computador completo en un solo circuito integrado.
Figura 29 Microcontrolador Motorola 68HC11
Son diseñados para disminuir el costo económico y el consumo de energía de un sistema en
particular. Por eso el tamaño de la CPU, la cantidad de memoria y los periféricos incluidos
dependerán de la aplicación. El control de un electrodoméstico sencillo como una batidora,
utilizará un procesador muy pequeño (4 u 8 bit) por que sustituirá a un autómata finito. En
cambio un reproductor de música y/o vídeo digital (mp3 o mp4) requerirá de un procesador
de 32 bit o de 64 bit y de uno o más Códec de señal digital (audio y/o vídeo).
El control de un sistema de frenos ABS (Antilock Brake System) se basa normalmente en un
microcontrolador de 16 bit, al igual que el sistema de control electrónico del motor en un
automóvil.
Los microcontroladores representan la inmensa mayoría de los chips de computadoras
vendidos, sobre un 50% son controladores "simples" y el restante corresponde a DSPs más
especializados. Mientras se pueden tener uno o dos microprocesadores de propósito general
en casa (vd. está usando uno para esto), usted tiene distribuidos seguramente entre los
electrodomésticos de su hogar una o dos docenas de microcontroladores. Pueden
encontrarse en casi cualquier dispositivo electrónico como automóviles, lavadoras, hornos
microondas, teléfonos, etcétera.
Un microcontrolador difiere de una CPU normal, debido a que es más fácil convertirla en
computadora en funcionamiento, con un mínimo de chips externos de apoyo. La idea es
el chip se coloque en el dispositivo, enganchado a la fuente de energía y de información
necesite, y eso es todo. Un microprocesador tradicional no le permitirá hacer esto, ya
72
una
que
que
que
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espera que todas estas tareas sean manejadas por otros chips. Hay que agregarle los
módulos de entrada/salida (puertos) y la memoria para almacenamiento de información.
Por ejemplo, un microcontrolador típico tendrá un generador de reloj integrado y una
pequeña cantidad de memoria RAM y ROM/EPROM/EEPROM/FLASH, significando que para
hacerlo funcionar, todo lo que se necesita son unos pocos programas de control y un cristal
de sincronización. Los microcontroladores disponen generalmente también de una gran
variedad de dispositivos de entrada/salida, como convertidores de analógico a digital,
temporizadores, UARTs y buses de interfaz serie especializados, como I2C y CAN.
Frecuentemente, estos dispositivos integrados pueden ser controlados por instrucciones de
procesadores especializados. Los modernos microcontroladores frecuentemente incluyen un
lenguaje de programación integrado, como el BASIC que se utiliza bastante con este
propósito.
Los microcontroladores negocian la velocidad y la flexibilidad para facilitar su uso. Debido a
que se utiliza bastante sitio en el chip para incluir funcionalidad, como los dispositivos de
entrada/salida o la memoria que incluye el microcontrolador, se ha de prescindir de cualquier
otra circuitería.
Figura 30
1.2.6. Sistemas de entrada/salida
• Interfases
En el Lenguaje de programación C++, una interfaz de personas es la parte del interfaz
informático que permite la circulación correcta y sencilla de información entre varias
aplicaciones y entre el propio programa y el monousuario. Metafóricamente se entiende la
Interfaz como una conversación entre el usuario y la tarjeta madre (o entre el usuario y el
diseñador de la misma): durante muy pocos años se vio a la interacción como una charla
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
73
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hombre-PC (para trabajar con una interfase alfa era necesario conocer el "lenguaje" de las
tarjetas conectadas en serie). Desde una perspectiva semiótica, los usuarios no dialogan con
el sistema sino con su creador por medio de un complejo juego de estrategias (del diseñador
y del usuario).
Puede definirse como el conjunto de comandos y/o métodos que permiten la
intercomunicación del programa con cualquier otro programa o entre partes (módulos) del
propio programa o elemento interno o externo. De hecho, los periféricos son controlados por
interfases.
Si extrapoláramos este concepto a la vida real, podríamos decir que el teclado de
un teléfono sería una interfaz de usuario, mientras que la clavija sería la interfaz
que permite al teléfono comunicarse con la central telefónica.
En programación de computadoras también se habla de interfaz gráfica de usuario, que es
un método para facilitar la interacción del usuario con la computadora a través de la
utilización de un conjunto de imágenes y objetos pictóricos (iconos, ventanas), además de
texto.
En electrónica, telecomunicaciones y hardware, una interfaz (electrónica) es el puerto
(circuito físico) a través del que se envían o reciben señales desde un sistema o subsistemas
hacia otros. No existe un interfaz universal, sino que existen diferentes estándares (Interfaz
USB, interfaz SCSI, etc.) que establecen especificaciones técnicas concretas (características
comunes), con lo que la interconexión sólo es posible utilizando el mismo interfaz en origen y
destino.
En materia de hardware encontramos términos que se refieren a las interfases: puerto,
puerto de datos, bus, bus de datos, slot, slot de expansión. También, en materia de hardware
se considera interfaz al medio mediante el cual un disco duro se comunica con los demás
componentes de la computadora puede ser IDE, SCSI, USB o Firewire.
• Puertos de entrada/salida
En computación, un puerto es una forma genérica de denominar a una interfaz por la cual
diferentes tipos de datos pueden ser enviados y recibidos. Dicha interfaz puede ser física, o
puede ser a nivel software.
Puerto serie (o serial)
Un puerto serie es una interfaz de comunicaciones entre computadoras y periféricos en
donde la información es transmitida bit a bit enviando un sólo bit a la vez (en contraste con el
puerto paralelo que envía varios bits a la vez).
74
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El puerto serie por excelencia es el RS-232 que utiliza cableado simple desde 3 hilos hasta
25 y que conecta computadoras o microcontroladores a todo tipo de periféricos, desde
terminales a impresoras y módems pasando por ratones.
La interfaz entre el RS-232 y el microprocesador generalmente se realiza mediante el
integrado 82C50. El RS-232 original tenía un conector tipo D de 25 pines, sin embargo la
mayoría de dichos pines no se utilizaban, por lo que IBM incorporó desde su PS/2 un
conector más pequeño de solamente 9 pines que es el que actualmente se utiliza.
En Europa la norma RS-422 de origen alemán es también un estándar muy usado en
el ámbito industrial.
Uno de los defectos de los puertos serie iniciales era su lentitud en comparación con los
puertos paralelos, sin embargo, con el paso del tiempo, están apareciendo multitud de
puertos serie con una alta velocidad que los hace muy interesantes ya que tienen la ventaja
de un menor cableado y solucionan el problema de la velocidad con un mayor
apantallamiento; son más baratos ya que usan la técnica del par trenzado; por ello, el puerto
RS-232 e incluso multitud de puertos paralelos están siendo reemplazados por nuevos
puertos serie como el USB, el Firewire o el Serial ATA. Los puertos serie sirven para
comunicar a la computaora con la impresora, el ratón o el módem; Sin embargo,
específicamente, el puerto USB sirve para todo tipo de periféricos, desde ratones, discos
duros externos, hasta conexión bluetooth.
Los puertos SATA (Serial ATA): tienen la misma función que los IDE, (a éstos se conecta, la
disquetera, el disco duro, lector/grabador de CDs y DVDs) pero los SATA cuentan con mayor
velocidad. Un puerto de red puede ser puerto serie o puerto paralelo.
PCI - Peripheral Component Interconnect
Puertos PCI (Peripheral Component Interconnect): son ranuras de expansión en las que se
puede conectar tarjetas de sonido, de vídeo, de red etc. El slot PCI se sigue usando hoy en
día y podemos encontrar bastantes componentes (la mayoría) en el formato PCI.)
Dentro de los slots PCI está el PCI-Express. Los componentes que suelen estar disponibles
en este tipo de slot son:
Capturadoras de televisión
Controladoras RAID
Tarjetas de red, inalámbricas o no.
Tarjetas de sonido
PCI-Express
PCI-Express (anteriormente conocido por las siglas 3GIO, 3rd Generation I/O) es un nuevo
desarrollo del bus PCI que usa los conceptos de programación y los estándares de
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comunicación existentes, pero se basa en un sistema de comunicación serie mucho más
rápido que PCI y AGP. Este sistema es apoyado principalmente por Intel, que empezó a
desarrollar el estándar con nombre de proyecto Arapahoe después de retirarse del sistema
Infiniband. Tiene velocidad de 16x (8GB/s) y es utilizado en tarjetas gráficas. Además de todo
esto el 501 se pueden poner las tarjetas graficas
Puertos de memoria
A estos puertos se conectan las tarjetas de memoria RAM. Los puertos de memoria, son
aquellos puertos en donde puedes agrandar o extender la memoria de tu computadora.
Existen diversas capacidades de memorias RAM, por ejemplo, aquellas de 256MB
(Megabytes) o algunas de hasta 4GB (Gigabytes), entre más grande, más almacenamiento
tiene la computadora. El almacenamiento de la memoria RAM, es para que el sistema tenga
rápidamente datos solicitados o programas, la RAM no se tiene que confundir con el disco
duro, el disco duro una vez apagada la computadora no pierde los datos, mientras que la
RAM al apagar la computadora éstos se borran completamente, la RAM fue diseñada por
que el acceso a ella es más rápido que el disco duro lo que hace que la computadora sea
más rápida pudiendo ejecutar una mayor cantidad de procesos.
Puerto de rayos infrarrojos
En este tipo de puertos, puede haber de alta velocidad, los infrarrojos sirven para conectarse
con otros dispositivos que cuenten con infrarrojos sin la necesidad de cables, los infrarrojos
son como el Bluetooth. La principal diferencia es que la comunicación de Infrarrojos usa
como medio la luz, en cambio el Bluetooth, utiliza ondas de radio frecuencia.
Especificaciones: para pasar la información por medio de infrarrojos se necesita colocar los
infrarrojos pegados uno con el otro y así mantenerlos hasta que todos los datos se pasen de
un puerto infrarrojo al otro, esto lleva un poco más de tiempo que si lo hiciéramos con el
bluetooth. Muchas computadoras cuentan con un puerto de rayos infrarrojos de alta
velocidad, que agiliza que los archivos, datos, imágenes, etc. se pasen más rápido.
Puerto USB
USB (Universal Serial Bus) [editar]Permite conectar hasta 127 dispositivos y ya es un
estándar en las computadoras de última generación, que incluyen al menos dos puertos USB
1.1, o puertos USB 2.0 en los más modernos.
Otras ventajas que ofrece este puerto
Es totalmente Plug & Play, es decir, con sólo conectar el dispositivo y en
caliente (con la computadora encendida), el dispositivo es reconocido e
instalado de manera inmediata.
76
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Sólo es necesario que el Sistema Operativo lleve incluido el
correspondiente controlador o driver,
Posee una alta velocidad en comparación con otro tipo de puertos, USB
1.1 alcanza los 12 Mb/s y hasta los 480 Mb/s (60 MB/s) para USB 2.0,
mientras un puerto serie o paralelo tiene una velocidad de transferencia
inferior a 1 Mb/s. El puerto USB 2.0 es compatible con los dispositivos
USB 1.1
El cable USB permite también alimentar dispositivos externos a través de él, el consumo
máximo de este controlador es de 5 voltios. Los dispositivos se pueden dividir en dispositivos
de bajo consumo (hasta 100 mA) y dispositivos de alto consumo (hasta 500 mA) para
dispositivos de más de 500 mA será necesario alimentación externa.
Puertos Físicos
Los puertos físicos, son aquellos como el puerto "paralelo" de una computadora. En este tipo
de puertos, se puede llegar a conectar: un monitor, la impresora, el escáner, etc. Ya que
estos artículos cuentan con un puerto paralelo para la computadora, con el cual se puede
conectar y empezar su labor. En si el puerto paralelo es una conexión más para la impresora
• Adaptador de interfaz para dispositivos periféricos
Se denominan periféricos tanto a las unidades o dispositivos a través de los cuales la
computadora se comunica con el mundo exterior, como a los sistemas que almacenan o
archivan la información, sirviendo de memoria auxiliar de la memoria principal.
Son un conjunto de dispositivos que, sin pertenecer al núcleo fundamental de la
computadora, formado por la CPU y la memoria central, permitan realizar operaciones de
entrada/salida (E/S) complementarias al proceso de datos que realiza la CPU.
Estas tres unidades básicas en un computador, CPU, memoria central y El subsistema de
E/S, están comunicadas entre sí por tres buses o canales de comunicación: El bus de
direcciones, para seleccionar La dirección Del dato o Del periférico AL que se quiere
acceder, El bus de control, básicamente para seleccionar La operación a realizar sobre El
dato (principalmente lectura, escritura o modificación) y El bus de datos, por donde circulan
los datos.
El teclado y el monitor, imprescindibles en cualquier computadora personal de hoy en día (no
lo fueron en las primeras computadoras), son posiblemente los periféricos más comunes, y
es posible que mucha gente no los considere como tal debido a que generalmente se toman
como parte necesaria de una computadora.
El mouse es posiblemente el ejemplo más claro de este aspecto. Hace menos de 20 años no
todos las computadora personales incluían este dispositivo.
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El sistema operativo MS-DOS, el más común en esa época, tenía una interfaz de línea de
comandos para la que no era necesaria el empleo de un mouse, todo se hacía mediante
comandos de texto. Fue con la popularización de Finder, sistema operativo de Macintosh de
Apple y la posterior aparición de Windows cuando el mouse comenzó a ser un elemento
imprescindible en cualquier hogar dotado de una computadora personal. Actualmente existen
sistemas operativos con interfaz de texto que tampoco hacen uso del mouse como, por
ejemplo, algunos sistemas básicos de UNIX y Linux.
1.2.7. Sistemas de comunicación
•
Comunicaciones digitales
¿Sabías que actualmente un 90 por ciento de las empresas utilizan los canales digitales
como principal herramienta de relación con sus clientes?
Si en 2006, un 72.8 por ciento de las empresas disponía de página Web propia, en 2007 esta
cifra se sitúa en un 90.1 por ciento. Aún con la importancia de las páginas Web, el teléfono
tiene un espacio definitorio en lo que a la comunicación digital se refiere, aunque la tendencia
se marca a la baja, no se debe dejar de reconocer la importancia del teléfono, que aún se
encuentra muy arraigado para su uso como herramienta de comunicación con los clientes; se
ha convertido en una herramienta más dentro de todos los canales de marketing y no en un
elemento exclusivo como venía siendo hasta ahora.
Así como el contacto a través de páginas Web se va haciendo una herramienta sumamente
importante, lo mismo ocurre con el correo electrónico, la herramienta preferida por las
empresas a la hora de diseñar sus campañas de marketing, de hecho, el 92.8 por ciento de
las empresas hacen uso activo del e-mail, mientras que el año pasado, sólo se alcanzó el
79.5 por ciento.
En una economía globalizada, los directivos de las empresas deberán adoptar estrategias
que integren a los medios de comunicación digitales, ya que al no contar con una barrera
física pueden ser usados de manera global y con un bajo costo de inversión comparado con
la publicidad tradicional, que genera gastos por cada punto geográfico al que se quiera llegar.
La Web no tiene barreras de entrada muy altas para quienes deseen participar en ella. El
ritmo de crecimiento en la red no tiene comparación en la historia de la comunicación: el
número de usuarios se duplica cada 10 meses. Solamente en el año 2003 se superaron ya
los 500 millones de personas conectadas a la Web.
La economía digital ofrece nuevas formas para crear negocios, que se caracterizan por la
descentralización de estructuras, la presencia ya no solo física de las empresas sino con
diferentes oficinas virtuales. La economía actual, basada en medios digitales, se aprovecha
de la falta de intermediarios que ofrece la Web para negociar y se replantean las operaciones
Business to Business y Business to Consumer; al mismo tiempo que cambian la forma de
78
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manejar la comunicación interna, logística de atención al cliente, investigación de mercados y
muy especialmente la publicidad y el marketing.
La gestión de los proyectos de comunicación digitales son herramientas estratégicas que
permiten a las marcas posicionar de mejor manera sus productos y servicios, así como la
imagen que se asocia con ellas. Los medios online han llevado a las empresas a tener una
nueva manera de relacionarse con sus clientes, proveedores y el público en general, y hasta
con su competencia, ya que abriendo los canales de comunicación adecuados se crea una
competencia más abierta donde no importen las erogaciones en materia publicitaria, sino la
creatividad y las relaciones que se creen entre empresas y clientes. Esto hace que se cree
una nueva manera de hacer publicidad y relaciones publicas, usando los nuevos canales
informativos, dando una nueva mística al enfoque de dirigirse en los medios digitales
Las nuevas estrategias de comunicación de las empresas deben aglutinar la información
para medios tradicionales, así como desarrollar nuevos proyectos para los medios digitales,
que incluyan un perfil multimedia y un toque personalizado de lo que se quiere lograr y hasta
dónde se quiere llegar con estos medios, ya que al integrar este tipo de comunicación a la
convencional se podría decir que la empresa que comunica a través de los medios digitales
se vuelve un medio por sí sola.
Otra herramienta que se puede usar son los blogs, con más de diez años de antigüedad.
Los blogs hoy, son más de 70 millones en el mundo entero y 1,4 de ellos se crean cada
segundo. Además, ya no es sólo una herramienta de expresión individual, se impone también
como el nuevo medio de comunicación que las empresas adoptan, para desarrollar su
imagen y atender mejor a sus clientes. Nadie puede pasar por alto este fenómeno, a medio
camino entre el e-mail y la web.
•
Control centralizado, jerárquico y distribuido
Hoy en día los sistemas de cómputo están organizados por varias computadoras conectados
en red, esto es un sistema centralizado, jerárquico y distribuido. El problema que se plantea
es que es necesario un software para coordinar las actividades. Una colección de sistemas
independientes conectados con una red con un software diseñado para proporcionar
soluciones de cómputo integradas.
Tanto en SW como en HD los beneficios de estos servicios son en cuanto software,
compartir datos, y hardware ahorro de dinero. Se denomina gestor de recursos al módulo
software que gestiona recursos del mismo tipo. El resto de recursos se comunica con el
gestor de recursos para utilizar otros recursos. Existen dos modelos de diseños
centralizados, jerárquicos y distribuidos.
Modelo Cliente/Servidor. El servidor gestiona los recursos que demanda el cliente. Un
mismo proceso puede ser cliente y servidor. Puede ser cliente de un recurso y servidor de
otros. El cliente solicita el recurso al servidor y si es válido el servidor se lo concede y le
responde de su validez.
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Modelo basado en objetos: Cada recurso es visto como un objeto y este objeto tiene un
identificador unívoco que le permite moverse en la red sin variar su identidad. Los beneficios
son la sencillez la flexibilidad. Los recursos son vistos de forma uniforme.
Apertura
Determina en qué medida el sistema es ampliable y la capacidad de añadir recursos
compartidos sin interrumpir servicios. Esto se hace con la normalización de interfaces. Se
requiere que el sistema sea extensible tanto de manera software como hardware. A nivel HD
permitiendo que se añadan nuevas computadoras al sistema y a nivel SW permitiendo añadir
nuevos servicios
Concurrencia
Cuando existen nuevos procesos en la computadora se dice que se están ejecutando
concurrentemente. Si sólo tenemos un procesador se produce una multiplexación temporal,
si tenemos n procesadores hay paralelismo y podemos ejecutarlos simultáneamente. En un
sistema distribuido tendremos paralelismo.
La concurrencia surge porque los usuarios pueden estar utilizando distintas tareas. Los
accesos concurrentes de recursos deben ser sincronizados.
Escalabilidad
Podemos tener desde dos computadoras hasta cientos, pero en estas diferentes escalas
deben funcionar eficientemente. Que sea escalable un sistema es complicado. Un sistema
distribuido debe ser diseñado de forma que ningún recurso ni de SW ni de HW sea
restringido.
La escalabilidad en sistemas distribuidos supone que a veces hay que hacer varios recursos
para ello. Si estamos compartiendo un fichero y lo vamos modificando debe reflejarse a los
diferentes usuarios.
Tolerancia a fallos
Se dice que un sistema es fiable si cumple con lo siguiente:
Seguridad: ante accesos no deseables
Consistencia: a la hora de acceder a los mismos datos
Los fallos pueden ser HD y SW. Los fallos HD se solucionan con duplicación HD, lo que
supone un coste económico alto, con lo que nos lo planteamos sólo en los sistemas críticos,
es decir, en los servidores!
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En cuanto a los fallos SW se debe recuperar la situación inicial antes de hacer comenzado el
proceso que produjo el fallo. La disponibilidad en un sistema es la proporción de tiempo que
está libre para su uso. Si tenemos un sistema multiusuario, el fallo de un usuario puede hacer
que caiga el sistema, en cambio en un sistema distribuido sólo hará que falle donde se
produjo el error ese usuario. Si la red se cae hace que caiga todo el sistema. Luego el punto
crítico está en la red.
Transparencia
Es la ocultación que se proporciona al usuario y a los programadores de aplicaciones de los
recursos del sistema. Es el grado de concurrencia del usuario sobre la composición del
sistema. El usuario lo concibe como un todo, no como un conjunto de componentes
independientes. La separación de componentes proporciona ventajas como:
•
Redes
Una red de computadoras es un conjunto de equipos (computadoras y/o dispositivos)
conectados por medio de cables, señales, ondas o cualquier otro método de transporte de
datos, que comparten información
Para simplificar la comunicación entre programas (aplicaciones) de distintos equipos, se
definió el Modelo OSI por la ISO, el cual especifica siete capas de abstracción. Con ello,
cada capa desarrolla una función específica con un alcance definido.
Una Intranet es una red privada en que la tecnología de Internet se usa como arquitectura
elemental. Una red interna se construye usando los protocolos TCP/IP para comunicación de
Internet, que pueden ejecutarse en muchas de las plataformas de hardware y en proyectos
por cable.
El hardware fundamental no es lo que construye una Intranet, lo que importa son los
protocolos del software. Las Intranets pueden coexistir con otra tecnología de red de área
local. En muchas compañías, los "Sistemas Patrimoniales" existentes que incluyen sistemas
centrales, redes Novell, mini - computadoras y varias bases de datos, están integrados en un
Intranet. Una amplia variedad de herramientas permite que esto ocurra. El guión de la
Interfaz Común de Pasarela (CGI) se usa a menudo para acceder a bases de datos
patrimoniales desde una Intranet. El lenguaje de programación Java también puede usarse
para acceder a bases de datos patrimoniales.
Una Intranet o una Red Interna se limita en alcance a una sola organización o entidad.
Generalmente ofrecen servicios como HTTP, FTP, SMTP, POP3 y otros de uso general.
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Figura 31 Arquitecturas de red
•
Protocolos
El protocolo de red o protocolo de comunicación es el conjunto de reglas que especifican el
intercambio de datos u órdenes durante la comunicación entre las entidades que forman
parte de una red.
Estándares de redes
IEEE 802.3, estándar para Ethernet
IEEE 802.5, estándar para Token Ring
IEEE 802.11, estándar para Wi-Fi
IEEE 802.15, estándar para Bluetooth
Algunas tecnologías relacionadas: AppleTalk, ATM, Bluetooth, DECnet, FDDI, Frame Relay,
HIPPI, PPP, HDLC
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Figura 32 Red Token Ring.
Expertos en la materia dicen que si dos computadoras están conectadas entre si en forma de
medio de comunicación constituye una red. Sin embargo, otros afirman que una red se
constituye de tres computadoras conectados o más.
Por ejemplo, el Glosario de Términos de Telecomunicación explica que es “una red de los
nodos de procesamiento de datos que se interconectan con el fin de la comunicación de
datos”, del término “red” que se define en el mismo documento como “una interconexión de
tres entidades o más que se comunican”.
•
Interfaces de comunicación
La interfaz de usuario es el medio con que el usuario puede comunicarse con una máquina,
un equipo o una computadora, y comprende todos los puntos de contacto entre el usuario y
el equipo, normalmente suelen ser fáciles de entender y fáciles de accionar.
Sus principales funciones son los siguientes:
Puesta en marcha y apagado
Control de las funciones manipulables del equipo
Manipulación de archivos y directorios
Herramientas de desarrollo de aplicaciones
Comunicación con otros sistemas
Información de estado
Configuración de la propia interfaz y entorno
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
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Intercambio de datos entre aplicaciones
Control de acceso
Sistema de ayuda interactivo.
Tipos de interfaces de usuario:
Atendiendo a cómo el usuario puede interactuar con una interfaz, nos encontramos con
varios tipos de interfaces de usuario:
Interfaces alfanuméricas (intérpretes de mandatos) que solo presentan texto.
Interfaces gráficas de usuario (GUI, Graphics User Interfaces), las que permiten comunicarse
con la computadora de una forma muy rápida e intuitiva representando gráficamente los
elementos de control y medida.
Interfaces táctiles, que representan gráficamente un "panel de control" en una pantalla
sensible que permite interaccionar con el dedo de forma similar a si se accionara un control
físico.
Según su construcción pueden ser de hardware o de software:
Interfaces hardware.- Se trata de un conjunto de controles o dispositivos que permiten la
interacción hombre-máquina, de modo que permiten introducir o leer datos del equipo,
mediante pulsadores, reguladores e instrumentos.
Interfaces software.- Son programas o parte de ellos, que permiten expresar nuestros
deseos a la computadora o visualizar su respuesta.
Valoración
El principal objetivo de una interfaz de usuario es que éste se pueda comunicar a través de
ella con algún tipo de dispositivo, conseguida esta comunicación, el segundo objetivo que se
debería perseguir es el de que dicha comunicación se pueda desarrollar de la forma más fácil
y cómoda posible para el usuario, sin embargo, las interfaces no siempre son intuitivas tal
como es el caso de las interfaces de línea de órdenes (CLI), que se encuentran por ejemplo
en algunos sistemas operativos como los NOS de los Routers o algunos shell de Unix, DOS,
etcétera. Estas interfaces son las primeras que utilizaron las computadoras, los nostálgicos
las siguen prefiriendo porque se saben de memoria los comandos.
El diseño de la interfaz es crítico para el manejo del equipo, hay algunas muy bien diseñadas
que incorporan controles intuitivos y de fácil manejo, en cambio existen otras que no se
entienden bien y el usuario no acierta a manejarlas correctamente sin estudiar un manual o
recibir formación del experto.
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1.3.1 Sistemas de actuación mecánica
•
Tipos de movimiento
En mecánica el movimiento es un fenómeno físico que se define como todo cambio de
posición que experimentan los cuerpos de un sistema, o conjunto, en el espacio con respecto
a ellos mismos o con arreglo a otro cuerpo que sirve de referencia. Todo cuerpo en
movimiento describe una trayectoria.
La parte de la física que se encarga del estudio del movimiento sin estudiar sus causas es la
cinemática. La parte de la física que se encarga del estudio de las causas del movimiento es
la dinámica.
Los diferentes tipos de movimiento que existen son:
Movimiento rectilíneo uniforme
Un movimiento es rectilíneo cuando describe una trayectoria recta y uniforme cuando su
velocidad es constante en el tiempo, es decir, su aceleración es nula. Esto implica que la
velocidad media entre dos instantes cualesquiera siempre tendrá el mismo valor. Además la
velocidad instantánea y media de este movimiento coincidirán.
La distancia recorrida se calcula multiplicando la velocidad por el tiempo transcurrido. Esta
operación también puede ser utilizada si la trayectoria del cuerpo no es rectilínea, pero con la
condición de que la velocidad sea constante.
Durante un movimiento rectilíneo uniforme también puede presentarse que la velocidad sea
negativa. Por lo tanto, el movimiento puede considerarse en dos sentidos, el positivo sería
alejándose del punto de partida y el negativo sería regresando al punto de partida.
De acuerdo con la primera Ley de Newton toda partícula permanece en reposo o en
movimiento rectilíneo uniforme cuando no hay una fuerza neta que actúe sobre el cuerpo.
Esta es una situación ideal, ya que siempre existen fuerzas que tienden a alterar el
movimiento de las partículas. El movimiento es inherente que va relacionado y podemos
decir que forma parte de la materia misma. Ya que en realidad no podemos afirmar que
algún objeto se encuentre en reposo total.
El movimiento rectilíneo uniforme se caracteriza por:
a) Movimiento que se realiza en una sola dirección en el eje horizontal.
b) Velocidad constante; implica magnitud y dirección inalterables.
c) La magnitud de la velocidad recibe el nombre de rapidez. Este movimiento no
presenta aceleración (aceleración=0).
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Figura 33 Evolución de la posición, de la velocidad y de la aceleración de un
cuerpo en un movimiento rectilíneo uniforme
Movimiento rectilíneo uniformemente acelerado
El Movimiento rectilíneo uniformemente acelerado (MRUA), también conocido como
Movimiento rectilíneo uniformemente variado (MRUV) y Movimiento Unidimensional con
Aceleración Constante, es aquél en el que un móvil se desplaza sobre una trayectoria recta y
está sometido a una aceleración constante.
Esto implica que para cualquier intervalo de tiempo, la aceleración del móvil tendrá siempre
el mismo valor. Un ejemplo de este tipo de movimiento es el de caída libre, en el cual la
aceleración que interviene y considerada constante es la que corresponde a la de la
gravedad.
La figura 34 muestra relaciones, respecto del tiempo, de la posición (parábola), la velocidad
(recta con pendiente) y la aceleración (constante, recta horizontal) en este tipo de
movimiento.
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Figura 34 Evolución respecto del tiempo de la posición, de la velocidad y de la aceleración de un cuerpo
sometido a un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado, según la mecánica clásica.
Movimiento circular
El movimiento circular es el que se basa en un eje de giro y radio constante: la trayectoria
será una circunferencia. Si además, la velocidad de giro es constante, se produce el
movimiento circular uniforme, que es un caso particular de movimiento circular con radio fijo y
velocidad angular constante.
Figura 35 Movimiento circular
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Movimiento circular uniforme
El movimiento circular uniforme es aquel movimiento circular en el que un cuerpo se
desplaza alrededor de un punto central, siguiendo la trayectoria de una circunferencia, de tal
manera que en tiempos iguales recorra espacios iguales. No se puede decir que la velocidad
es constante ya que, al ser una magnitud vectorial, tiene módulo, dirección y sentido: el
módulo de la velocidad permanece constante durante todo el movimiento pero la dirección
está constantemente cambiando, siendo en todo momento tangente a la trayectoria circular.
Esto implica la presencia de una aceleración que, si bien en este caso no varía al módulo de
la velocidad, sí varía su dirección.
Móvil perpetuo
El móvil perpetuo (en latín, perpetuum mobile) es una máquina hipotética que sería capaz de
continuar funcionando eternamente, luego de un impulso inicial, sin necesidad de energía
externa adicional. Su existencia violaría teóricamente la primera ley de la termodinámica.
Dado que los principios de la termodinámica son algunos de los más comprobados y
estables a lo largo de siglos de la física, las propuestas de movimiento perpetuo serias son
siempre desdeñadas. Con frecuencia, este tipo de máquinas son utilizadas por los físicos
como una forma de poner a prueba sus conocimientos, demostrando, sin utilizar la
termodinámica, que no puede funcionar. Además, es frecuente la aparición de "paradojas" al
imaginarse experimentos mentales que parecen mostrar móviles perpetuos; invariablemente
se trata de errores de comprensión de las leyes de la física, por lo que resultan muy
instructivas.
Figura 36 Móvil perpetuo de Villard de Honnecourt
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Movimiento oscilatorio
El movimiento oscilatorio, o movimiento aleatorio es un movimiento periódico en torno a un
punto de equilibrio estable.
Los puntos de equilibrio mecánico son, en general, aquellos en los cuales la fuerza neta que
actúa sobre la partícula es cero. Si el equilibrio es estable, pequeños desplazamientos darán
lugar a la aparición de una fuerza que tenderá a llevar a la partícula de vuelta hacia el punto
de equilibrio. Tal fuerza se denomina restauradora.
En términos de la energía potencial, los puntos de equilibrio estable son los mínimos locales
de la misma, y el movimiento oscilatorio tiene lugar en un entorno de un mínimo local.
Movimiento armónico simple
Se dice que un punto sigue un movimiento vibratorio armónico simple (m.a.s.) cuando su
posición en función del tiempo es una sinusoide. Es un movimiento periódico de vaivén, en el
que un cuerpo oscila a un lado y a otro de su posición de equilibrio en una dirección
determinada y en intervalos iguales de tiempo. Una partícula sometida a este tipo de
movimiento tendrá un punto central, alrededor del cual oscilará.
Movimiento armónico complejo
Un movimiento armónico complejo es un movimiento superposición lineal de movimientos
armónicos simples. Aunque un movimiento armónico simple es siempre periódico, un
movimiento armónico complejo no necesariamente es periódico, aunque sí puede ser
analizado mediante análisis armónico de Fourier. Un movimiento armónico complejo es
periódico sólo si es la combinación de movimientos armónicos simples cuyas frecuencias son
todos múltiplos racionales de una frecuencia base.
Movimiento browniano
El movimiento browniano es el movimiento aleatorio que se observa en algunas partículas
microscópicas que se hallan en un medio fluido (por ejemplo polen en una gota de agua).
Recibe su nombre en honor a Robert Brown quien lo describe en 1827.
En 1785, el mismo fenómeno había sido descrito por Jan Ingenhousz sobre partículas de
carbón en alcohol.
El movimiento aleatorio de estas partículas se debe a que su superficie es bombardeada
incesantemente por las moléculas del fluido sometidas a una agitación térmica. Este
bombardeo a escala atómica no es siempre completamente uniforme y sufre variaciones
estadísticas importantes.
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Así la presión ejercida sobre los lados puede variar ligeramente con el tiempo provocando el
movimiento observado.
Tanto la difusión como la ósmosis son fenómenos basados en el movimiento browniano.
La descripción matemática del fenómeno fue elaborada por Albert Einstein y constituye el
primero de sus artículos del "Annus Mirabilis" (año maravilloso en latín) de 1905.
La teoría de Einstein demostraba la teoría atómica, todavía en disputa a principios del siglo
XX, e iniciaba el campo de la física estadística.
Figura 37 Movimiento browniano en tres dimensiones
Movimiento directo
En Astronomía el movimiento directo o movimiento progrado puede ser definido de diferentes
formas:
Movimiento de rotación de un astro en sentido antihorario, visto desde encima del polo
Norte solar.
Movimiento de un cuerpo en su órbita, en sentido igualmente antihorario, visto desde
encima del polo Norte solar.
Movimiento de Oeste a Este de un astro en la esfera celeste, visto mirando hacia el
Sur.
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Tal es el movimiento mensual de la Luna, desde el hemisferio Norte. Sale por el Este en fase
creciente, y aproximadamente dos semanas después luce en el Oeste en su fase llena,
describiendo un movimiento antihorario desde dicho hemisferio.
Asimismo, todos los planetas del Sistema Solar tienen movimientos orbitales directos.
Figura 38 El movimiento mensual de la Luna es un caso de movimiento directo, que desde
el hemisferio Norte se aprecia con sentido antihorario
Movimiento retrógrado
Es el opuesto al directo. Tal es el movimiento diurno del Sol,[1] de Este a Oeste, en sentido
horario, asimismo desde el hemisferio Norte. Podemos definirlo como:
La rotación de un cuerpo en sentido horario, visto desde encima del polo Norte solar.
El movimiento de un cuerpo en su órbita , en sentido horario, visto desde encima del
polo Norte solar.
El movimiento de Este a Oeste de un astro en la esfera celeste, visto mirando hacia el
Sur.
De los planetas del Sistema Solar sólo dos tienen rotación retrógrada: Venus y Urano. La
inclinación axial de los cuerpos con movimiento retrógrado es mayor de 90º. Así, Venus está
inclinado 177,36º respecto a su órbita, y Urano 97,86º.
El movimiento directo y retrógrado están definidos considerando una determinada posición
del observador (desde encima del polo norte solar), y para una determinado sentido de su
visual (mirando hacia el Sur). Por lo tanto un movimiento será directo o retrógrado con
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independencia del observador. Otra cosa es que sea apreciado por él en sentido horario o
antihorario.
Así, el movimiento orbital de la Luna es directo tanto en el hemisferio Norte como en el
hemisferio Sur, pero en aquél será antihorario, y en éste horario. Análogamente, el
movimiento diurno del Sol -retrógrado-, será horario para un observador del Norte, y
antihorario para otro del Sur.
Digamos que directo o retrógrado es el verdadero sentido del movimiento, mientras que
sentido horario o antihorario es circunstancial, dependiente de la posición.
Fig. 39 El movimiento diario aparente del Sol de Este a Oeste es un
movimiento retrógrado y, para el hemisferio Norte, de sentido horario
•
Cadenas cinemáticas
Es la unidad dinámica funcional del sistema. Está compuesta por sucesivas cadenas y las
correspondientes unidades cuyo objetivo fundamental es la traslación de ese segmento
motor en el espacio.
En una cadena cinemática encontramos cadenas unidas por pares cinemáticos (unión móvil
de dos eslabones en contacto). Se pueden conocer con el nombre de cadenas cinemáticas o
motoras.
Orientación de la cadena cinemática:
La posición de la cadena cinemática en el espacio se determina a través de la referencia de
los elementos de orientación que son externos e internos y nos permite orientar la cadena
cinemática en forma objetiva para proceder a su análisis. Para eso nos basamos en los
elementos de orientación.
Elementos de orientación de una cadena funcional
92
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Elementos externos de orientación: son las coordenadas de los puntos fijos de su primer
miembro, en un sistema inercial de coordenadas. Cuando determinamos la orientación de los
segmentos en el espacio determinamos la cinemática involucrada en el dispositivo.
A este análisis se debe agregar el tiempo que se debe mantener a ese miembro en
determinada posición o la cantidad de veces que se repite el movimiento en el tiempo
durante la jornada de trabajo para considerar la magnitud del esfuerzo.
Elementos internos de orientación: se consideran los ángulos entre cualquier par de
segmentos limítrofes. Algunos implican micromovimientos que a veces exceden la amplitud
normal de cada cadena, o por el contrario, cuya movilidad es insuficiente con relación a las
posibilidades de movimiento de cada una.
Los movimientos del dispositivo se producen gracias al desplazamiento de las cadenas
cinemáticas en el espacio a través de la intervención de fuerzas que actúan sobre ellas.
Fuerzas internas: son aquellas que ponen en movimiento las cadenas cinemáticas o
eslabones que la constituyen.
Fuerzas externas: se caracterizan por la interacción entre la CC analizada y el medio
circundante. Ejemplo: aceleración de la gravedad, resistencia externa (como puede
ser la aplicación de diferentes cargas, reacción del piso), etc.
Los movimientos de los segmentos de las cadenas cinemáticas se realizan debido a que
sobre ellos se aplican ciertos momentos de pares de fuerzas alrededor de un eje que pasa
por el centro articular. En mecánica a esos pares de fuerzas se los denomina momentos
articulares.
Los grados de movilidad se deben calcular en función del movimiento a realizar, sin emplear
todas sus posibilidades al tope. Esto significa que es más importante controlar, en cualquier
actividad, los grados de libertad de movimientos que sobran en cada unidad de la cadena
que los grados de libertad de movimientos que utilizó. Este es el denominado principio de las
reservas. Este exceso de grados de libertad de movimiento brinda la posibilidad de
compensar ciertos grados de libertad ausentes, como en caso de trabajos complicados.
Los movimientos ejecutados por las cadenas cinemáticas resultan de combinaciones al nivel
de las distintas unidades básicas motoras que las componen. Estos movimientos son
básicamente los explicados con anterioridad.
La aplicación de estos conceptos explica la transformación de los movimientos segmentarios
de rotación en un movimiento resultante de traslación de todo el dispositivo o simplemente en
una cadena cinemática.
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Otra forma simplificada de estudiar una cadena cinemática es a través de la modelación de
los sistemas complejos, es decir hacer un modelo del sistema que queremos analizar.
Debemos tener en cuenta que tales modelos (hechos con diferentes elementos) tienen
naturaleza mecánica, son evaluables a través del análisis matemático.
Las cadenas cinemáticas abiertas son aquellas formadas por una serie de articulaciones
sucesivas entre cadenas cuyo último elemento es libre.
Las cerradas son una combinación análoga a la anterior pero cuyo último elemento es fijo o
tiene que vencer una resistencia que restringe o impide la libertad de movimiento en distintos
grados.
De acuerdo con La resistencia a vencer tenemos:
1. Débilmente frenada: muy próxima a la cadena abierta; en este caso la resistencia a
vencer es pequeña.
2. Fuertemente frenada: es aquella en la cual la resistencia es vencida con dificultad.
Como la resistencia es vencida también se la considera abierta para su análisis.
3. Estrictamente cerrada: es aquella en la cual la resistencia externa es absoluta o
dominante.
La interpretación correcta desde la mecánica y la evaluación funcional indica que debemos
analizar a todas las cadenas combinándolas entre sí como una gran cadena de movimiento
cuyo extremo será móvil (cadenas abiertas y cerradas fuertes y débiles) o cuyo extremo será
inmóvil o fijo (cadena estrictamente cerrada).
•
Levas
En ingeniería mecánica, una leva es un trozo de material (madera, metal, plástico, etc.) que
va sujeto a un eje y tiene una forma especial.
De este modo, el giro del eje hace que el perfil o contorno de la leva toque, mueva, empuje o
conecte una pieza conocida como seguidor. Existen dos tipos de seguidores, de traslación y
de rotación.
La unión de una leva se conoce como unión de punto en caso de un plano o unión de línea
en caso del espacio. De ser necesario pueden agregarse dientes a la leva para aumentar el
contacto.
El diseño de una leva depende del tipo de movimiento que se desea imprimir en el seguidor.
Como ejemplos se tienen el árbol de levas del motor de combustión interna, el programador
de lavadoras, etc.
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La máquina que se usa para fabricar levas se le conoce como generadora.
Figura 40 Árbol de levas en un motor
•
Trenes de engranes
Se denomina engranaje o tren de engranes al mecanismo utilizado para transmitir potencia
entre las distintas partes de una máquina. Los trenes de engranes están formados por dos
ruedas dentadas, de las cuales a la mayor se le denomina rueda y la menor piñón.
Una de las aplicaciones más importantes de los engranes es la transmisión del movimiento
desde el eje de una fuente de energía, como puede ser un motor de combustión interna o un
motor eléctrico, hasta otro eje situado a cierta distancia y que ha de realizar un trabajo. Si el
sistema está compuesto de más de un par de ruedas dentadas, se denomina tren de
engranajes.
Según como sea el tipo de dentado que tengan y la ubicación de los ejes los engranes
pueden ser:
Cilíndricos de dientes rectos
Cilíndricos de dientes helicoidales
Cónicos de dientes rectos
Cónicos de dientes helicoidales
De rueda y tornillo sin-fin
De cremallera
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•
Rueda dentada
¿Sabías que desde épocas muy remotas se han utilizado cuerdas y elementos fabricados en
madera para solucionar los problemas de transporte, impulsión, elevación y movimiento?
Figura 41 Ruedas dentadas de madera
Figura 41 Engranaje helicoidal de Leonardo
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A finales del siglo XIX, , el inventor y fundador de la empresa Fellows Gear Shaper Company,
Edwin R. Fellows (1846-1945), inventó un método revolucionario para mecanizar tornillos sin
fin glóbicos tales como los que se montaban en las cajas de dirección de los vehículos antes
de que fuesen hidráulicas.
En 1905, M. Chambon, de Lyon (Francia), fue el creador de la máquina para el dentado de
engranajes cónicos por procedimiento de fresa madre. Aproximadamente por esas fechas
André Citroën inventó los engranajes helicoidales dobles.
La principal clasificación de los engranajes se efectúa según la disposición de sus ejes de
rotación y según los tipos de dentado. Según estos criterios existen los siguientes tipos de
engranajes:
Píñón recto de 18 dientes Ejes paralelos:
Cilíndricos de dientes rectos
Cilíndricos de dientes helicoidales
Doble helicoidales
Ejes perpendiculares
Helicoidales cruzados
Cónicos de dientes rectos
Cónicos de dientes helicoidales
Cónicos hipoides
De rueda y tornillo sinfín
Por aplicaciones especiales se pueden citar:
Planetarios
Interiores
De cremallera
Por la forma de transmitir el movimiento se pueden citar:
Transmisión simple
Transmisión con engranaje loco
Transmisión compuesta. Tren de engranajes
Transmisión mediante cadena o polea dentada
Mecanismo piñón cadena
Polea dentada
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Figura 43 Piñón recto de 18 dientes
Los engranajes cilíndricos rectos son el tipo de engranaje más simple y corriente que
existe. Se utilizan generalmente para velocidades pequeñas y medias; a grandes
velocidades, si no son rectificados, o ha sido corregido su tallado, producen ruido cuyo nivel
depende de la velocidad de giro que tengan.
Los dientes de un engranaje: son los que realizan el esfuerzo de empuje y transmiten la
potencia desde los ejes motrices a los ejes conducidos. El perfil del diente, o sea la forma de
sus flancos, está constituido por dos curvas evolventes de círculo, simétricas respecto al eje
que pasa por el centro del mismo.
El módulo de un engranaje es una característica de magnitud que se define como la relación
entre la medida del diámetro primitivo expresado en milímetros y el número de dientes.
El valor del módulo se fija mediante cálculo de resistencia de materiales en virtud de la
potencia a transmitir y en función de la relación de transmisión que se establezca. El tamaño
de los dientes está normalizado. El módulo está indicado por números. Dos engranajes que
engranen tienen que tener el mismo módulo.
Con relación a la circunferencia primitiva se determinan todas las características que
definen los diferentes elementos de los dientes de los engranajes.
El paso circular: es la longitud de la circunferencia primitiva correspondiente a un diente y
un vano consecutivos.
EL espesor del diente: es el grosor del diente en la zona de contacto, o sea, del diámetro
primitivo.
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El número de dientes que tiene el engranaje. Se simboliza como (Z). Es fundamental para
calcular la relación de transmisión. El número de dientes de un engranaje no debe estar por
debajo de 18 dientes cuando el ángulo de presión es 20º ni por debajo de 12 dientes cuando
el ángulo de presión es de 25º.
EL diámetro exterior: de la circunferencia limita la parte exterior del engranaje, mientras
que el diámetro interior: limita el pie del diente.
El pie del diente: también conocido como dedendum, es la parte del diente comprendida
entre la circunferencia interior y la circunferencia primitiva., mientras que la cabeza del
diente o adendum,. es la parte del diente comprendida entre el diámetro exterior y el
diámetro primitivo.
La relación de transmisión: es la relación de giro que existe entre el piñón conductor y la
rueda conducida. La Rt puede ser reductora de velocidad o multiplicadora de velocidad. La
relación de transmisión recomendada [6] tanto en caso de reducción como de multiplicación
depende de la velocidad que tenga la transmisión.
Figura 44 Elementos de una rueda dentada
•
Transmisión por correa y cadena
La transmisión de movimiento se obtiene generalmente mediante una correa o una cadena y
su principal objetivo es transmitir el movimiento a las ruedas o de un mecanismo a otro.
Cadenas de eslabones planos enlazados mediante pernos, habitualmente usadas en
motos y bicicletas. Se usan para transmitir el movimiento de los pedales a la rueda en las
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bicicletas o dentro de un motor para transmitir movimiento de un mecanismo a otro. Por
ejemplo del cigüeñal al árbol de levas.
Hay algún modelo de bicicleta que usa un cardan para transmitir el movimiento a las ruedas.
Sin embargo, el sistema de cadena da una cierta elasticidad que ayuda a iniciar el
movimiento, sobre todo en cuestas. Su inconveniente es que se puede enganchar y es más
débil que un cardan.
En los motores se usan cadenas para el árbol de levas porque necesita cierta fuerza. Las
correas se usan para otros mecanismos de menos potencia como bomba de agua o el
alternador.
Cada vez se tiende más a sustituir la cadena del árbol de levas por una correa ya que hace
menos ruidoso el motor. A cambio, hay que sustituir la correa con más frecuencia que una
cadena.
•
Chumaceras
Una chumacera es un elemento mecánico que reduce la fricción entre un eje y las piezas
conectadas a éste, sirviéndole de apoyo y facilitando su desplazamiento.
Las chumaceras de movimiento rotativo, según el sentido del esfuerzo que soportan, las
hay axiales, radiales y axiales-radiales.
Una chumacera radial es la que soporta esfuerzos radiales, que son esfuerzos de dirección
normal a la dirección que pasa por el centro de su eje, como por ejemplo una rueda, es axial
si soporta esfuerzos en la dirección de su eje, ejemplo en quicio, y axial-radial si los puede
soportar en los dos, de forma alternativa o combinada.
La fabricación de chumaceras con cojinetes de bolas ocupa en tecnología un lugar muy
especial, dados los procedimientos para conseguir la esfericidad perfecta de la bola. Los
mayores fabricantes de ese tipo de chumaceras emplean el vacío para tal fin. El material es
sometido a un tratamiento abrasivo en cámaras de vacío absoluto. El producto final es casi
perfecto, también es atribuida la gravedad como efecto adverso. Los suecos, fabricantes de
acero para partes de alta fricción en máquinas, han conseguido llevar al espacio exterior la
técnica para el tratamiento final de las bolas, evitando el efecto gravedad, con el fin de
conseguir la esfericidad deseada.
100
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Figura 45 Chumacera de cojinetes de bolas
1.3.2.
•
Sistema de actuación eléctrica
Interruptores mecánicos
Un interruptor es un dispositivo para cambiar el curso de un circuito. El modelo prototípico es
un dispositivo mecánico (por ejemplo un interruptor de ferrocarril) que puede ser
desconectado de un curso y unido (conectado) al otro. El término "el interruptor" se refiere
típicamente a la electricidad o a circuitos electrónicos. En usos donde requieren múltiples
opciones de conmutación (p.ej., un teléfono), con el tiempo han sido remplazados por las
variantes electrónicas que pueden ser controladas y automatizadas.
Figura 46 Símbolo de un interruptor
Los interruptores mecánicos más comunes son los relés o relevadores, son dispositivos
electromecánicos que funciona como interruptores controlados por un circuito eléctrico en el
que, por medio de un electroimán, se acciona un juego de uno o varios contactos que
permiten abrir o cerrar otros circuitos eléctricos independientes
El relé es capaz de controlar un circuito de salida de mayor potencia que el de entrada,
puede considerarse, en un amplio sentido, una forma de amplificador eléctrico. Como tal se
emplearon en telegrafía, haciendo la función de repetidores que generaban una nueva señal
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101
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con corriente procedente de pilas locales a partir de la señal débil recibida por la línea. Se les
llamaba "relevadores", de ahí "relé".
•
Interruptores de estado sólido
Los dispositivos de detección de estado sólido están diseñados para producir resultados de
alta calidad en una variedad de entornos hostiles. La flexibilidad de configuración del
interruptor y las opciones de montaje hacen que la unidad sea ideal para una amplia gama
de aplicaciones que incluyen productos químicos hostiles y proyecciones de agua. La
construcción de acero inoxidable, las marcas grabadas a láser y la clasificación hacen que
estos interruptores sean ideales para las aplicaciones de alimentos, bebidas y otras
aplicaciones que requieren lavado del equipo.
El dispositivo está basado en microprocesador y no contiene piezas móviles para ofrecer una
vida útil más larga, un mayor grado de precisión y menor tiempo improductivo.
El diseño de envolvente único y la pantalla con capacidad de inversión permite rotar el
sensor para facilitar el cableado y una visualización óptima de la pantalla LCD, la cual, junto
con los indicadores LED proporciona una indicación de estado de fácil lectura.
Figura 47 Interruptor de estado sólido
La gama de productos en constante evolución está diseñada para mejorar el éxito del cliente.
Esta tecnología continúa con la introducción de una nueva línea de interruptores de flujo de
estado sólido. Las nuevas tecnologías no sólo complementan la ya exitosa línea de
interruptores electromecánicos de detección de condición sino que también expanden la
102
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línea de productos de estado sólido de detección de condición de presión y temperatura de
eficiencia comprobada.
•
Solenoides
El solenoide es un alambre aislado enrollado en forma de hélice (bobina) o un número de
espiras con un paso acorde a las necesidades, por el que circula una corriente eléctrica.
Cuando esto sucede, se genera un campo magnético dentro del solenoide.
El solenoide con un núcleo apropiado se convierte en un imán (en realidad electroimán). Se
utiliza en gran medida para generar un campo magnético uniforme.
Podemos calcular el modulo del campo magnético dentro del solenoide según la ecuación:
Donde:
µ0 : el coeficiente de permeabilidad
n : densidad de espiras del solenoide
i : corriente que circula.
Este tipo de bobinas o solenoides es utilizado para accionar un tipo de válvula, llamada
válvula solenoide, que responde a pulsos eléctricos respecto de su apertura y cierre.
Eventualmente controlable por programa, su aplicación más recurrente en la actualidad, tiene
relación con sistemas de regulación hidráulica y neumática.
El mecanismo que acopla y desacopla el motor de arranque de los motores de combustión
interna en el momento de su puesta en marcha es un solenoide.
Figura 48 Solenoide
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•
Motores de CD
El motor de corriente directa es una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica,
principalmente mediante el movimiento rotativo.
En la actualidad existen nuevas aplicaciones con motores eléctricos que no producen
movimiento rotatorio, sino que con algunas modificaciones, ejercen tracción sobre un riel.
Estos motores se conocen como motores lineales.
Esta máquina de corriente directa es una de las más versátiles en la industria. Su fácil control
de posición, par y velocidad la han convertido en una de las mejores opciones en
aplicaciones de control y automatización de procesos.
Pero con la llegada de la electrónica han caído en desuso pues los motores de corriente
alterna del tipo asíncrono, pueden ser controlados de igual forma a precios más asequibles
para el consumidor medio de la industria. A pesar de esto el uso de motores de corriente
continua sigue y se usan en aplicaciones de trenes o tranvías.
La principal característica del motor de corriente directa es la posibilidad de regular la
velocidad desde vacío a plena carga.
Una máquina de corriente directa (generador o motor) se compone principalmente de dos
partes, un estator que da soporte mecánico al aparato y tiene un hueco en el centro
generalmente de forma cilíndrica. En el estator además se encuentran los polos, los cuales
pueden estar devanados sobre la periferia del estator, o pueden estar de forma saliente. El
rotor es generalmente de forma cilíndrica, también devanado.
•
Motores de CA
Se denomina motor de corriente alterna a aquellos motores eléctricos que funcionan con
corriente alterna. Un motor es una máquina motriz, esto es, un aparato que convierte una
forma cualquiera de energía en energía mecánica de rotación o par. Un motor eléctrico
convierte la electricidad en fuerzas de giro por medio de la acción mutua de los campos
magnéticos.
Un generador eléctrico, por otra parte, transforma energía mecánica de rotación en energía
eléctrica y se le puede llamar una máquina generatriz de fem. Las dos formas básicas son el
generador de corriente continua y el generador de corriente alterna, este último más
correctamente llamado alternador.
Todos los generadores necesitan una máquina motriz (motor) de algún tipo para producir la
fuerza de rotación, por medio de la cual un conductor puede cortar las líneas de fuerza
magnéticas y producir una fem. La máquina más simple de los motores y generadores es el
alternador.
104
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•
Motores de paso
El motor de c.c. serie, tal como se ha explicado, gira cuando se aplica c-c o c-a de baja
frecuencia. Tal motor, llamado de paso, se utiliza en ventiladores, sopladores, batidoras,
taladradoras eléctricas transportables y otras aplicaciones donde se requiere gran velocidad
con cargas débiles o pequeña velocidad con un par muy potente.
Una dificultad de los motores de paso, en lo que a radio se refiere, son las chispas del
colector y las interferencias de radio que ello lleva consigo o ruido. Esto se puede reducir por
medio de los condensadores de paso, de 0,001 µF a 0,01 µF, conectados de las escobillas a
la carcasa del motor y conectando ésta a masa.
Motores síncronos,
Se puede utilizar un alternador como motor en determinadas circunstancias. Si se excita el
campo con c-c y se alimenta por los anillos colectores a la bobina del rotor con c-a, la
máquina no arrancará.
El campo alrededor de la bobina del rotor es alterno en polaridad magnética pero durante un
semiperiodo del ciclo completo, intentará moverse en una dirección y durante el siguiente
semiperiodo en la dirección opuesta. El resultado es que la máquina permanece parada. La
máquina solamente se calentará y posiblemente se quemará.
El rotor de un alternador de dos polos debe hacer una vuelta completa para producir un ciclo
de c-a. Debe girar 60 veces por segundo, o 3.600 revoluciones por minuto (rpm), para
producir una c-a de 60 Hz. Si se puede girar a 3.600 rpm tal alternador por medio de algún
aparato mecánico, como por ejemplo, un motor de c-c, y luego se excita el inducido con una
c-a de 60 Hz, continuará girando como un motor síncrono.
Su velocidad de sincronismo es 3.600 rpm. Si funciona con una c-a de 50 Hz, su velocidad
de sincronismo será de 3.000 rpm. Mientras la carga no sea demasiado pesada, un motor
síncrono gira a su velocidad de sincronismo y solo a esta velocidad. Si la carga llega a ser
demasiado grande, el motor va disminuyendo velocidad, pierde su sincronismo y se para.
Los motores síncronos de este tipo requieren todas unas excitaciones de c-c para el campo
(o rotor), así como una excitación de c-a para el rotor (o campo).
Se puede fabricar un motor síncrono construyendo el rotor cilíndrico normal de un motor tipo
jaula de ardilla con dos lados planos. Un ejemplo de motor síncrono es el reloj eléctrico, que
debe arrancarse a mano cuando se para. En cuanto se mantiene la c-a en su frecuencia
correcta, el reloj marca el tiempo exacto. No es importante la precisión en la amplitud de la
tensión.
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Motores de jaula de ardilla
La mayor parte de los motores que funcionan con c-a de una sola fase tienen el rotor de tipo
jaula de ardilla. Los rotores de jaula de ardilla reales son mucho más compactos y tienen un
núcleo de hierro laminado.
Los conductores longitudinales de la jaula de ardilla son de cobre y van soldados a las piezas
terminales de metal. Cada conductor forma una espira con el conductor opuesto conectado
por las dos piezas circulares de los extremos. Cuando este rotor está entre dos polos de
campos electromagnéticos que han sido magnetizados por una corriente alterna, se induce
una fem en las espiras de la jaula de ardilla, una corriente muy grande las recorre y se
produce un fuerte campo que contrarresta al que ha producido la corriente (ley de Lenz).
Aunque el rotor pueda contrarrestar el campo de los polos estacionarios, no hay razón para
que se mueva en una dirección u otra y así permanece parado.
Es similar al motor síncrono el cual tampoco se arranca solo. Lo que se necesita es un
campo rotatorio en lugar de un campo alterno.
Cuando el campo se produce para que tenga un efecto rotatorio, el motor se llama de tipo de
jaula de ardilla. Un motor de fase partida utiliza polos de campo adicionales que están
alimentados por corrientes en distinta fase, lo que permite a los dos juegos de polos tener
máximos de corriente y de campos magnéticos con muy poca diferencia de tiempo.
Los arrollamientos de los polos de campo de fases distintas, se deberían alimentar por c-a
bifásicas y producir un campo magnético rotatorio, pero cuando se trabaja con una sola fase,
la segunda se consigue normalmente conectando un condensador (o resistencia) en serie
con los arrollamientos de fases distintas.
Con ello se puede desplazar la fase en más de 20° y producir un campo magnético máximo
en el devanado desfasado que se adelanta sobre el campo magnético del devanado
principal.
El desplazamiento real del máximo de intensidad del campo magnético desde un polo al
siguiente, atrae al rotor de jaula de ardilla con sus corrientes y campos inducidos, haciéndole
girar. Esto hace que el motor se arranque por sí mismo.
El devanado de fase partida puede quedar en el circuito o puede ser desconectado por
medio de un conmutador centrífugo que le desconecta cuando el motor alcanza una
velocidad predeterminada. Una vez que el motor arranca, funciona mejor sin el devanado de
fase partida. De hecho, el rotor de un motor de inducción de fase partida siempre se desliza
produciendo un pequeño porcentaje de reducción de la que sería la velocidad de
sincronismo.
106
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Si la velocidad de sincronismo fuera 1.800 rpm, el rotor de jaula de ardilla, con una cierta
carga, podría girar a 1.750 rpm. Cuanto más grande sea la carga en el motor, más se desliza
el rotor. En condiciones óptimas de funcionamiento un motor de fase partida con los polos en
fase desconectados, puede funcionar con un rendimiento aproximado del 75 por 100.
Otro modo de producir un campo rotatorio en un motor, consiste en sombrear el campo
magnético de los polos de campo. Esto se consigue haciendo una ranura en los polos de
campo y colocando un anillo de cobre alrededor de una de las partes del polo.
Mientras la corriente en la bobina de campo está en la parte creciente de la alternancia, el
campo magnético aumenta e induce una fem y una corriente en el anillo de cobre. Esto
produce un campo magnético alrededor del anillo que contrarresta el magnetismo en la parte
del polo donde se halla él.
En este momento se tiene un campo magnético máximo en la parte de polo no sombreada y
un mínimo en la parte sombreada. En cuanto la corriente de campo alcanza un máximo, el
campo magnético ya no varía y no se induce corriente en el anillo de cobre.
Entonces se desarrolla un campo magnético máximo en todo el polo. Mientras la corriente
está decreciendo en amplitud el campo disminuye y produce un campo máximo en la parte
sombreada del polo.
De esta forma el campo magnético máximo se desplaza de la parte no sombreada a la
sombreada de los polos de campo mientras avanza el ciclo de corriente.
Este movimiento del máximo de campo produce en el motor el campo rotatorio necesario
para que el rotor de jaula de ardilla se arranque solo. El rendimiento de los motores de polos
de inducción sombreados no es alto, varía del 30 al 50 por 100. Una de las principales
ventajas de todos los motores de jaula de ardilla, particularmente en aplicaciones de radio, es
la falta de colector o de anillos colectores y escobillas. Esto asegura el funcionamiento libre
de interferencias cuando se utilizan tales motores.
•
Servomecanismos eléctricos
Un servomomecanismo eléctrico (también llamado Servo) es un dispositivo similar a un
motor de corriente continua, que tiene la capacidad de ubicarse en cualquier posición dentro
de su rango de operación y mantenerse estable en dicha posición. Está conformado por un
motor, una caja reductora y un circuito de control.
Los servos se utilizan frecuentemente en sistemas de radiocontrol y en robótica, pero su uso
no está limitado a estos. Es posible modificar un servomotor para obtener un motor de
corriente continua que, si bien ya no tiene la capacidad de control del servo, conserva la
fuerza, velocidad y baja inercia que caracteriza a estos dispositivos.
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
107
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Figura 49 Servo
Estructura interna
Motor de corriente continua, es el elemento que le brinda movilidad al servo. Cuando se
aplica un potencial a sus dos terminales, este motor gira en un sentido a su velocidad
máxima. Si el voltaje aplicado en sus dos terminales es inverso, el sentido de giro también se
invierte.
Engranajes reductores, se encargan de convertir gran parte de la velocidad de giro del
motor de corriente continua en torsión.
Circuito de control, este circuito es el encargado del control de la posición del motor.
Recibe los pulsos de entrada y ubica al motor en su nueva posición dependiendo de los
pulsos recibidos.
Terminales: Los servomotores tienen tres terminales:
Terminal positivo: Recibe la alimentación del motor (4 a 8 voltios)
Terminal negativo: Referencia tierra del motor (0 voltios)
Entrada de señal: Recibe la señal de control del motor
Los colores del cable de cada terminal varían con cada fabricante: el cable del terminal
positivo siempre es rojo; el del terminal negativo puede ser marrón o negro; y el del terminal
de entrada de señal suele ser de color blanco, naranja o amarillo.
108
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ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Fabricante
Terminal Positivo
Terminal Negativo
Entrada de señal
Futaba
Rojo
Negro
Blanco
Dong Yang
Rojo
Negro
Blanco
Hitec
Rojo
Negro
Amarillo
JR
Rojo
Marrón
Naranja
Airtronics
Rojo
Negro
Naranja
Fleet
Rojo
Negro
Blanco
Kraft
Rojo
Negro
Naranja
E-Sky
Rojo
Negro
Blanco
Tabla 5 Colores de los terminales para algunas marcas comerciales
Dependiendo del modelo del servo, la tensión de alimentación puede estar comprendida
entre los 4 y 8 voltios.
El control de un servo se reduce a indicar su posición mediante una señal cuadrada de
voltaje. El ángulo de ubicación del motor depende de la duración del nivel alto de la señal.
Cada servo motor, dependiendo de la marca y modelo utilizado, tiene sus propios márgenes
de operación. Para el servomotor Futaba S3003, los valores posibles de la señal en alto
están entre 0,3 y 2,1 ms, que posicionan al motor en ambos extremos de giro (0° y 180°,
respectivamente). El valor 1,2 ms indica la posición central, y otros valores de duración del
pulso dejarían al motor en la posición proporcional a dicha duración.
Es sencillo notar que, para el caso del motor anteriormente mencionado, la duración del
pulso alto para conseguir un ángulo de posición θ estará dada por la fórmula
t = 0,3 + θ/100
Donde t está dada en milisegundos y θ en grados.
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
109
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Duración del nivel alto [ms]
Ángulo [grados]
0,30
0º
1,20
90º
2,10
180º
0,75
45º
1,00
70º
Tabla 6 Ejemplos de algunos valores usados en un servomotor
Para bloquear el servomotor en una posición, es necesario enviarle continuamente una señal
con la posición deseada. De esta forma el servo conservará su posición y se resistirá a
fuerzas externas que intenten cambiarlo de posición.
Si los pulsos no se envían, el servomotor queda liberado, y cualquier fuerza externa puede
cambiarlo de posición fácilmente.
110
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Figura 50
Es posible modificar un servo motor para eliminar su restricción de giro y permitirle dar giros
completos. Esto, sin embargo, convierte al servo motor en un motor de corriente continua
normal, pues es necesario eliminar el circuito de control.
Debido que los engranajes reductores se conservan luego de la modificación, el motor
obtenido mantiene la fuerza y velocidad que tenían servo inicial. Además, poseen la ventaja
de que tienen menos inercia que los motores de corriente continua comerciales, lo que los
hace útiles para ciertas aplicaciones.
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
111
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1.3.3. Sistemas de actuación neumática
• Válvulas para control de dirección
Los mandos neumáticos están constituidos por elementos de señalización, elementos de
mando y un aporte de trabajo. Los elementos de señalización y mando modulan las fases de
trabajo de los elementos de trabajo y se denominan válvulas.
Los sistemas neumáticos e hidráulicos están constituidos por:
Elementos de información
Órganos de mando
Elementos de trabajo
Para el tratamiento de la información y órganos de mando es preciso emplear aparatos que
controlen y dirijan el fluido de forma preestablecida, lo que obliga a disponer de una serie de
elementos que efectúen las funciones deseadas relativas al control y dirección del flujo del
aire comprimido.
En los principios de la automatización, los elementos rediseñados se mandan manual o
mecánicamente. Cuando por necesidades de trabajo se precisaba efectuar el mando a
distancia, se utilizan elementos de comando por símbolo neumático (cuervo).
Actualmente, además de los mandos manuales para la actuación de estos elementos, se
emplean para el comando procedimientos servo-neumáticos, electro-neumáticos y
automáticos que efectúan en su totalidad el tratamiento de la información y de la
amplificación de señales.
La gran evolución de la neumática y la hidráulica han hecho, a su vez, evolucionar los
procesos para el tratamiento y amplificación de señales, y por tanto, hoy en día se dispone
de una gama muy extensa de válvulas y distribuidores que nos permiten elegir el sistema que
mejor se adapte a las necesidades.
Hay veces que el comando se realiza manualmente, y otras nos obliga a recurrir a la
electricidad (para automatizar) por razones diversas, sobre todo cuando las distancias son
importantes y no existen circunstancias adversas.
Los mandos neumáticos están constituidos por elementos de señalización, elementos de
mando y un aporte de trabajo. Los elementos de señalización y mando modulan las fases de
trabajo de los elementos de trabajo y se denominan válvulas.
Las válvulas en términos generales, tienen las siguientes misiones:
112
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
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Distribuir el fluido
Regular caudal
Regular presión
Las válvulas son elementos que mandan o regulan la puesta en marcha, el paro y la
dirección, así como la presión o el caudal del fluido enviado por una bomba hidráulica o
almacenada en un depósito.
En lenguaje internacional, el término "válvula" o "distribuidor" es el término general de todos
los tipos tales como válvulas de corredera, de bola, de asiento, grifos, etc.
Monoestables y biestables
Figura 51
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
113
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Dos vías
Figura 52
Tres
vías
Figura 53
Cuatro vías
Figura 54
114
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Cinco vías
Dos posiciones
Figura 55
Tres posiciones
Figura 56
Anti-retorno
Figura 57
• Válvulas de control de presión
Las válvulas de control y/o alivio de presión, también llamadas válvulas de seguridad o
válvulas de alivio, están diseñados para liberar fluido cuando la presión interna supera el
umbral establecido. Su misión es evitar una explosión, el fallo de un equipo o tubería por un
exceso de presión. Existen también las válvulas de alivio que liberan el fluido cuando la
temperatura supera un límite establecido. Estas válvulas son llamadas válvulas de alivio de
presión y temperatura.
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
115
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Figura 58 Diagrama de una válvula de control de presión
Las válvulas de control de presión se pueden encontrar a nivel industrial, comercial y
doméstico. En general en cualquier lugar donde circule o de mantenga un fluido que esté
sometido a cambios de presión y/o temperatura se puede observar este tipo de válvulas.
Entre los ejemplos más comunes y a la vista de todos nosotros están los calentadores de
agua. Las válvulas de control de presión instaladas en los calentadores o en la línea del
calentador están diseñadas para abrirse y liberar la presión en caso de que la presión supere
los 120-150 PSI (8-10 bar) para evitar una explosión en caso de fallo del termostato.
En la industria también sobran los ejemplos como los compresores de aire o estaciones de
reducción de presión para suministro de gas natural.
Otros usos habituales de las estas válvulas son el alivio de presión en un bloqueo en el
sistema de impulsión de una bomba, o para aliviar el aumento de presión debido a una
expansión térmica de un fluido confinado en un sistema cerrado.
A nivel industrial no todas las válvulas liberan el fluido al exterior, en el caso de gases o
líquidos peligrosos la liberación se hace hacia contenedores especiales.
Las válvulas de control de presión también son utilizadas para controlar procesos, en estos
casos las válvulas actúan enviando los fluidos a determinados lugares dependiendo de
presión del sistema.
116
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
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• Válvulas de control de flujo
Tipos de válvulas de control de flujo:
Tipo desvío
Para controlar el flujo por medio del método de desvío, un mecanismo de válvula asegura el
flujo del fluido del sistema cuando una presión diferencial seleccionada de antemano a través
del elemento filtrante se excede; la válvula permite que todo o parte del flujo sea desviado del
sistema.
Tipo restricción
El control hidráulico se fundamenta en el movimiento de relativamente pequeños flujos de
líquido a través de estrechos ductos de comando y que son recibidos de una fuente de
emisión del flujo presurizado y conducidos hasta una cámara donde mediante un diafragma o
pistón, se transmite el movimiento a elementos mecánicos de un dispositivo tal como una
válvula, o un elevador o cualquier otro equipo de accionamiento hidráulico.
Para controlar el flujo por el método de restricción, se coloca una válvula de restricción o de
aguja que regula el flujo hacia el pórtico, esta nos sirve para calibrar la velocidad de reacción
de la válvula ante una variación de presión, lo que entre otras ventajas tiene el de evitar
cambios bruscos de presión y el golpe de ariete.
La secuencia de funcionamiento es la siguiente:
En primer lugar si el sistema está en régimen, la presión aguas abajo sube un poco y el
diafragma del piloto comprime al resorte cerrando el paso del circuito de control aguas abajo,
por lo que la presión aguas arriba pasa en su totalidad a la cámara y la válvula tiende a
cerrarse.
En un segundo escenario si la presión baja en la salida de la válvula el resorte mueve al
diafragma y al pistón abriendo el paso de la presión aguas abajo, por lo tanto libera presión
de la cámara lo que le permite abrirse más a la válvula y compensar esa caída de presión.
Por último si el caudal baja hasta llegar a cero, sabemos que la presión aguas abajo también
sufrirá un incremento que provocará el cierre del paso del circuito de control aguas abajo por
lo que la cámara de la válvula se presurizará totalmente y la válvula se cerrará por completo.
De esta manera a caudal cero el sistema queda con presión regulada. Por tanto esto nos
permite reemplazar los tanques rompe presión por válvulas reductoras.
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
117
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Figura 59 Válvulas de control de flujo, compensadora de temperatura:
Las válvulas de control de flujo con compensadores de temperatura, son muy usadas cuando
el fluido a transportar es volátil, y la temperatura puede ser un factor de riesgo, por ejemplo,
en los surtidores de gas, los compensadores de temperatura son esenciales para mantener
el flujo de gas a la temperatura deseada.
Figura 60 Válvula de control de flujo con control remoto
118
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
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La mayoría de las válvulas de control de flujo operadas por piloto llevan una conexión
externa de control que usualmente es de 1/4" B.S.P.T.
Este orificio esta generalmente identificado por las letras RC, o por la palabra VENT, Para
que las condiciones de control remoto de la válvula sean adecuadas es aconsejable no
montar los sistemas de control a más de diez pies de la válvula principal.
En la figura 54, la válvula 1, es una pequeña válvula de alivio auxiliar instalada en un punto
distante en la válvula de alivio principal y conectada al venteo mediante una cañería de un
cuarto o 3/8".
Esto permite al aperador controlar remotamente la presión de servicio.
Figura 61 Diagrama que incluye una válvula de control de flujo, elemento 1
La válvula 1 está conectada en paralelo con la válvula 2 que es la sección piloto de la
válvula principal, y que a su vez está controlada por un volante de ajuste. Cuando dos
válvulas de alivio se encuentran conectadas en paralelo sobre la misma línea de presión
hidráulica aquella que esta ajustada al valor más bajo tiene preponderancia sobra el circuito,
es por ello que debemos tomar la siguiente precaución el volante de ajuste de la válvula
principal debe estar colocando al valor más elevado de presión deseada, de esta forma la
válvula de control remoto 1 puede ser ajustada a valores más bajos que el anunciado
precedentemente.
La válvula de control remoto nunca podrá ser ajustada a valores superiores fijados en la
válvula 2.
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
119
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Un uso común del control remoto es la colocación de válvulas de control remoto montadas en
panel y conectadas mediante tuberías de pequeña sección, a los efectos de que los
operadores puedan efectuar el control de un equipo a distancias.
La máxima separación de 3 metros es sugerida a causa de que con líneas más largas la
respuesta tiende a ser perezosa, separaciones más largas son posibles en algunas
instalaciones con adecuados tipos de válvulas de alivio.
• Temporizadores
Los temporizadores así como su nombre lo dice son mecanismos que funcionan o hacen una
operación por cierto tiempo donde el tiempo es ajustado de acuerdo del uso dado.
Entre éstos existen pequeños dentro de un integrado o grande para potencia en fin digitales
o no llevan los mismos implementos básicos.
Los temporizadores están presentes en casi todos los circuitos electrónicos y son la
aplicación análoga más común de la electrónica de control.
Su principio de funcionamiento se basa en el tiempo de descarga de los condensadores (C),
normalmente asociados a una resistencia de carga (R), en lo que se conoce como circuitos
RC.
Al aplicar momentáneamente un voltaje DC al circuito RC, el condensador adquirirá una
carga por medio de la R asociada. El tiempo que dure en descargarse este voltaje dependerá
principalmente de la capacidad en Faradios del C, y la impedancia de salida del circuito. Esto
quiere decir que a mayor valor en Faradios del C, mayor tiempo tomará en descargarse; este
tiempo varía proporcionalmente también con la impedancia de salida del circuito RC, lo que
aplica si el circuito RC tiene que alimentar en su salida elementos electrónicos como LED o
transistores etcétera.
Este voltaje almacenado es el que se utiliza como señal análoga de circuitos que precisan de
un tiempo para trabajar, el cual podemos modificar a voluntad, bien sea aumentando o
disminuyendo la R o el C. Al amplificar esta señal tenemos un temporizador básico.
Para ejemplificar mejor el tema propondremos el siguiente ejercicio; si queremos que este
circuito maneje cargas reales de 120VAC debemos utilizar la señal activa en alto del pin 3
(salida) y amplificarla mediante un transistor driver.
Este activará un relé que servirá para manejar lo que queramos acorde a la capacidad de sus
contactos. Un circuito real que maneja la válvula de agua de un sistema sanitario por un
tiempo ajustado en el temporizador es el siguiente:
120
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Figura 62
• Servomecanismos neumáticos
Figura 63 Servomecanismo neumático
Los servomecanismos neumáticos según se ilustra en la figura 56, proporcionan operación
automática o semiautomática de una válvula.
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
121
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Estos servomecanismos traducen una señal de aire en movimiento del vástago por la presión
de aire actuando sobre un diafragma o pistón conectado al mismo. Los actuadores
neumáticos son usados en válvulas de estrangulación para posicionamiento de aperturacierre donde se requiera una rápida acción.
Cuando la presión del aire cierra la válvula y la acción del resorte abre la misma, el actuador
es referido como de acción directa. Cuando la presión de aire abre la válvula y la acción del
resorte la cierra, el servomecanismo es referido como de acción reversa.
Los servomecanismos bidireccionales tienen aire suministrado a ambos lados del
diafragma. La presión diferencial a través del diafragma posiciona el vástago de la válvula. La
operación automática es proporcionada cuando las señales de aire son automáticamente
controladas por el circuito de comando.
La operación semiautomática es proporcionada por interruptores manuales en el circuito
hacia las válvulas de control de aire.
1.3.4. Sistemas de actuación hidráulica
• Válvulas para control de dirección
Las válvulas hidráulicas se catalogan al igual que las neumáticas por el número de puertos
en su cuerpo y por el número de posiciones que tienen fijas.
Ejemplo: Una válvula 5/3 indica 5 puertos o conexiones en el cuerpo de la válvula y 3, que
puede tener tres posiciones estables mediante sus actuadores.
Las válvulas pueden ser actuadas mediante aire, aceite, electricidad y mecánicamente. A los
primeros tipos se les denomina "piloteadas", por emplear válvulas piloto.
Existen válvulas de tipo llamado proporcional en donde no existen posiciones fijas y que
sirven para servomecanismos, ya que se puede regular entre posiciones infinitas el flujo
mediante la acción concertada de los actuadores eléctricos. Como referencia para su
empleo, existe un curso en la compañía Festo denominado "Hidráulica Proporcional".
Al igual que las válvulas neumáticas, se encuentran preferentemente en bloques o
cabezales, en tamaños de bases estándares.
Además de las aplicaciones industriales de estos componentes, no hay que olvidar que por
construcción y costo, las válvulas empleadas en la llamada hidráulica móvil (maquinaria de
movimiento de tierras) son más robustas y económicas para actuarse manualmente.
122
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Válvulas direccionales (3/2 y 5/3) de centro Tandem:
Se llaman de esta manera a las válvulas que en su posición central permiten el paso del flujo
de la bomba hacia el tanque, no permitiendo ninguna comunicación con los puertas A y B; De
esta manera, si se está controlando un cilindro hidráulico, el cilindro no se podrá mover
cuando la válvula permanezca centrada. Claro, que con el tiempo, sí se va a perder algo de
presión y, posiblemente si se mueva el cilindro.
Válvulas direccionales (5/3) de centro abierto:
Estas válvulas sirven para evitar golpes de ariete en circuitos con motores hidráulicos, ya que
en su posición intermedia conectan todas las salidas; también, sirven en aplicaciones donde
se requiere el posicionamiento manual de los actuadores.
Válvulas direccionales (3/2 y 5/3) de centro cerrado:
Este tipo de válvula es empleado en circuitos donde se tiene un acumulador con su
respectiva válvula de descarga. En operación, el centro no conecta ninguna de las salidas.
• Válvulas de control de presión
En cualquier sistema hidráulico, esta válvula es imprescindible, ya que por ser las bombas
hidráulicas del tipo de desplazamiento positivo, se podría obtener teóricamente cualquier
presión hasta que alguna parte del sistema fallara por fuga interna (bomba) o fuga hacia el
exterior (conducto).
Una vez ajustada en un valor, cada vez que el sistema no requiera aceite, la válvula operará
abriendo un pasaje al tanque.
Carga:
La acción ideal de una válvula de control de presión es la de aliviar el flujo total generado por
la bomba una vez que se ha llegado al límite de carga fijado mediante el resorte,
desafortunadamente esta condición es prácticamente imposible de lograr.
La presión de ruptura está definida por el valor de presión al cual el aceite comienza a pasar
del circuito principal al tanque. En las válvulas de alivio de acción directa, para que ello
ocurra el sistema de presión tiene que balancear la tensión de oposición del resorte.
La compresión de este resorte hace que para obtener una apertura total de la válvula de
alivio deba incrementarse la presión a valores no aceptables en un circuito bien diseñado.
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
123
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Descarga:
En la posición central de la válvula, el aceite es aislado en ambas caras del cilindro mientras
que la bomba debe descargar libremente al tanque a través del vástago de la válvula. Este
sistema, de operación automática no requiere atención por parte del operador.
La mayoría de los equipos móviles que usan circuitos hidráulicas llevan válvulas de este
tipo, Generalmente la válvula de alivio se encuentra incorpora da en la construcción de la
válvula de comando.
Circuito para descarga del acumulador:
En la figura 57 vemos un típico circuito empleando una válvula de retención comandada,
Cuando el cilindro efectúa su carrera de descenso y ejerce presión puede centrarse la
válvula de comando actuando entonces como retención de la presión en la cámara ciega del
cilindro la válvula de retención comandada.
Figura 64 Circuito empleando una válvula de retención comandada
Para la carrera de elevación de este cilindro, al efectuarse el suministro a través de la válvula
de comando, a la cara del lado del vástago queda aplicada una presión piloto a la válvula de
retención abriéndose esta y permitiendo la evacuación del aceite procedente de la cara ciega
del cilindro.
Estos circuitos son efectivos únicamente cuando el cilindro absolutamente estanco entre
cámaras, es preferible el empleo en estos casos de pistones con guarniciones de múltiples "
V" de tipo sintético.
En la siguiente figura, la adición de un pequeño acumulador en la línea al cilindro permite
resolver los problemas del mantenimiento de la presión.
124
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Figura 65 Acumulador en línea
El acumulador usualmente de aproximadamente 1/2 galón, es llenado cuando se produce la
carrera de descenso del cilindro , en la entrada en la válvula el aceite acumulado a presión
se encarga de mantener la presión dentro de la cámara ciega del cilindro compensando las
perdidas que pudieran existir.
Cabe mencionar que el acumulador no mantiene en forma absolutamente constante el nivel
de presión, y desciende a medida que el acumulador se descarga.
• Válvulas para control de flujo
Circuito controlador a la entrada:
Para controlar el volumen de flujo en un circuito hidráulico, se deben instalar dispositivos de
control, si lo que se desea es controlar el circuito a la entrada, a la entrada del circuito se
coloca una bomba, un medidor de flujo, una válvula de control y un medidor de presión.
Figura 66 Circuito controlador a la salida:
Si lo que se desea es controlar el flujo a la salida del circuito, los aditamentos deberán
colocarse precisamente a la salida del circuito, bomba, medidor de flujo, válvula de control y
medidor de presión.
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125
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Figura 67 Circuito de sangrado:
Otro método para controlar el flujo de un circuito hidráulico o neumático es la de instalar
sangrías en el circuito, dichas sangrías no son otra cosa que válvulas que permiten la salida
de flujo a condiciones predeterminadas de presión, estos sistemas son muy usados pues son
confiables y no necesitan mucho mantenimiento.
• Servomecanismos hidráulicos
Un servomecanismo es un sistema formado de partes mecánicas y electrónicas que en
ocasiones son usadas en robots, con parte móvil o fija.
Puede estar formado también de partes neumáticas, hidráulicas y controladas con precisión.
Ejemplos: brazo robot, mecanismo de frenos automotor, etc.
Un error típico es confundir un servomecanismo con un servomotor, aunque las partes que
forman un servomotor son mecanismos. En otras palabras, un servomotor es un motor
especial al que se ha añadido un sistema de control (tarjeta electrónica), un potenciómetro y
un conjunto de engranajes, que no permiten que el motor gire 360 grados, solo
aproximadamente 180. Los servomotores son comúnmente usados en modelismo como
aviones, barcos, helicópteros y trenes para controlar de manera eficaz los sistemas motores
y los de dirección.
126
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ACTIVIDADES
Investiga cuáles son las principales disciplinas que conforman la mecatrónica,
escribe un resumen breve del porqué de cada una y coméntalo con el grupo.
Investiga con tus compañeros cuáles son las principales áreas de aplicación de la
mecatrónica, elaboren en equipo un estudio cronológico de la robótica señalando
los eventos más importantes y expónganlo en clase.
Investiga cuáles son los diferentes tipos de transductores que existen en el mercado,
elabora una tabla que muestre las aplicaciones, similitudes y diferencias de cada
uno, después compártelo con el grupo.
Realiza con tus compañeros una investigación de
sensores de velocidad y movimiento, visita alguna
identifica cuántos dispositivos de este tipo puedas,
fotografías elabora una tabla con los nombres
características.
campo acerca del uso de
fábrica de tu comunidad e
si es posible saca algunas
de los dispositivos y sus
Investiga cuál es el principio del movimiento perpetuo, realiza un dibujo o maqueta
que lo represente, encuentra algunas aplicaciones y discútelas con el grupo.
Realiza con tu equipo de trabajo una investigación en alguna fábrica o taller de tu
localidad donde se utilicen trenes de engranes para transmitir movimiento, obtén la
mayor cantidad de información posible, elabora un reporte técnico y enriquécelo
con los reportes de los demás equipos.
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127
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PRÁCTICAS
Unidad de
aprendizaje
1
Práctica número
1
Nombre de la
práctica
Identificación de un sistema mecatrónico
Propósito de la
práctica
Al finalizar la práctica el alumno será capaz de identificar los sistemas mecatrónicos
con base en la información proporcionada por PSP, logrando separar dicho sistemas
en sistemas de medición y sistema de control
Escenario
Taller o laboratorio de mecánica o
electrónica
Duración
4 hrs.
Materiales
•
128
Sistema mecatrónico
Maquinaria y equipo
Herramienta
•
Pinza de punta
•
Desarmadores de
diferentes puntas
•
Llaves de diferente
tamaño
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
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Procedimiento
Medidas de seguridad e higiene: (+)
+
+
+
+
+
+
Acatar el reglamento interno del Conalep (laboratorio), así como las normas de seguridad e higiene
preestablecidas.
Observar las identificaciones y señalizaciones del espacio físico en el que se va a trabajar.
Manejar las herramientas de acuerdo con las recomendaciones del PSP
Asegurar una ventilación adecuada en el espacio de trabajo.
Tener adecuada iluminación.
Al terminar la sesión, recogerá el material y equipo, dejando limpia el área trabajo.
Desarrollo de la práctica:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Organizar al grupo en equipos de trabajo (tres alumnos por equipo).
Solicitar el sistema mecatrónico y la herramienta al encargado del laboratorio.
Colocar el sistema mecatrónico en las mesas de trabajo.
Realizar el desmontaje correspondiente.
Identificar los sistemas de medición y control del sistema mecatrónico.
Realizar el montaje del sistema mecatrónico.
Preparación.
1. Contar con el material escolar para notas y apuntes.
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
129
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Lista de cotejo de la práctica
número 1:
Identificación de un sistema mecatrónico
Nombre del alumno:
Instrucciones:
De la siguiente lista marque con una aquellas acciones que
hayan sido cumplidas por el alumno durante su desempeño y que
pudo observar.
Desarrollo
Sí
No
No
Aplica
Aplicó las medidas de seguridad e higiene.
+
Acató el reglamento interno del Conalep (laboratorio), así como las normas
de seguridad e higiene preestablecidas.
+ Observó las identificaciones y señalizaciones del espacio físico en el que se
va a trabajar.
+ Manejó las herramientas de acuerdo con las recomendaciones del PSP.
+ Aseguró una ventilación adecuada en el espacio de trabajo.
+ Tuvo adecuada iluminación.
+ Al terminar la sesión, recogió el material y equipo, dejando limpia el área
trabajo.
Desarrollo de la práctica:
1. Organizó al grupo en equipos de trabajo (tres alumnos por equipo).
2. Solicitó el sistema mecatrónico y la herramienta al encargado del laboratorio.
3. Colocó sistema mecatrónico en las mesas de trabajo.
4. Realizó el desmontaje correspondiente.
5. Identificó los sistemas de medición y control del sistema mecatrónico.
6. Realizó el montaje del sistema mecatrónico.
Observaciones:
PSP
Hora de
inicio:
130
Hora de
término:
Evaluación:
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Unidad de
aprendizaje
1
Práctica número
2
Nombre de la
práctica
Identificación de sensores y transductores utilizados en sistemas mecatrónicos
Propósito de la
práctica
Al finalizar la práctica el alumno será capaz de identificar los tipos de sensores y
transductores utilizados en sistemas mecatrónicos.
Escenario
Taller o laboratorio de mecánica o
electrónica
Duración
3 hrs.
Materiales
•
Sensores y/o transductores
Maquinaria y equipo
•
Sistema mecatrónico
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
Herramienta
•
Pinza de punta
•
Desarmadores de
diferentes puntas
•
Llaves de diferente
tamaño
131
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Procedimiento
Medidas de seguridad e higiene: (+)
+
+
+
+
+
+
Acatar el reglamento interno del Conalep (laboratorio), así como las normas de seguridad e higiene
preestablecidas.
Observar las identificaciones y señalizaciones del espacio físico en el que se va a trabajar.
Manejar las herramientas de acuerdo con las recomendaciones del PSP
Asegurar una ventilación adecuada en el espacio de trabajo.
Tener adecuada iluminación.
Al terminar la sesión, recogerá el material y equipo, dejando limpia el área trabajo.
Desarrollo de la práctica:
1.
2.
3.
4.
5.
Organizar al grupo en equipos de trabajo (tres alumnos por equipo).
Solicitar los sensores y/o transductores al encargado del laboratorio.
Colocar los sensores y/o transductores en las mesas de trabajo.
Identificar el tipo y naturaleza de los sensores y/o transductores.
Identificar las características físicas y parámetros de los sensores y/o transductores en manuales de
fabricante.
Preparación.
1. Contar con el material escolar para notas y apuntes.
132
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Lista de cotejo de la práctica
número 2:
Identificación de sensores y transductores utilizadores en
sistemas mecatrónicos
Nombre del alumno:
Instrucciones:
De la siguiente lista marque con una aquellas acciones que
hayan sido cumplidas por el alumno durante su desempeño y que
pudo observar.
Desarrollo
Sí
No
No
Aplica
Aplicó las medidas de seguridad e higiene.
+
Acató el reglamento interno del Conalep (laboratorio), así como las normas
de seguridad e higiene preestablecidas.
+ Observó las identificaciones y señalizaciones del espacio físico en el que se
va a trabajar.
+ Manejó las herramientas de acuerdo con las recomendaciones del PSP.
+ Aseguró una ventilación adecuada en el espacio de trabajo.
+ Tuvo adecuada iluminación.
+ Al terminar la sesión, recogió el material y equipo, dejando limpia el área
trabajo.
Desarrollo de la práctica:
1. Organizó al grupo en equipos de trabajo (tres alumnos por equipo).
2. Solicitó los sensores y/o transductores al encargado del laboratorio.
3. Colocó los sensores y/o transductores en las mesas de trabajo.
4. Identificó el tipo y naturaleza de los sensores y/o transductores.
5. Identificó las características físicas y parámetros de los sensores y/o
transductores en manuales de fabricante.
Observaciones:
PSP
Hora de
inicio:
Hora de
término:
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
Evaluación:
133
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Unidad de
aprendizaje
1
Práctica número
3
Nombre de la
práctica
Caracterización de acondicionadores de señal utilizados en sistemas mecatrónicos
Propósito de la
práctica
Al finalizar la práctica el alumno será capaz de caracterizar los tipos de
acondicionadores de señal utilizados en sistemas mecatrónicos.
Escenario
Taller o laboratorio de mecánica o
electrónica
Duración
1 hr.
Materiales
•
134
Acondicionadores de señal
Maquinaria y equipo
•
Sistema mecatrónico
Herramienta
•
Pinza de punta
•
Desarmadores de
diferentes puntas
•
Llaves de diferente
tamaño
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Procedimiento
Medidas de seguridad e higiene: (+)
+
+
+
+
+
+
Acatar el reglamento interno del Conalep (laboratorio), así como las normas de seguridad e higiene
preestablecidas.
Observar las identificaciones y señalizaciones del espacio físico en el que se va a trabajar.
Manejar las herramientas de acuerdo con las recomendaciones del PSP
Asegurar una ventilación adecuada en el espacio de trabajo.
Tener adecuada iluminación.
Al terminar la sesión, recogerá el material y equipo, dejando limpia el área trabajo.
Desarrollo de la práctica:
1.
2.
3.
4.
5.
Organizar al grupo en equipos de trabajo (tres alumnos por equipo).
Solicitar los acondicionadores de señal al encargado del laboratorio.
Colocar los acondicionadores de señal en las mesas de trabajo.
Identificar el tipo de los acondicionadores de señal.
Identificar las características físicas y parámetros de los acondicionadores de señal en manuales de
fabricante.
Preparación.
1. Contar con el material escolar para notas y apuntes.
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
135
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Lista de cotejo de la práctica
número 3:
Caracterización de acondicionadores de señal utilizados en
sistemas mecatrónicos
Nombre del alumno:
Instrucciones:
De la siguiente lista marque con una aquellas acciones que
hayan sido cumplidas por el alumno durante su desempeño y que
pudo observar.
Desarrollo
Sí
No
No
Aplica
Aplicó las medidas de seguridad e higiene.
+
Acató el reglamento interno del Conalep (laboratorio), así como las normas
de seguridad e higiene preestablecidas.
+ Observó las identificaciones y señalizaciones del espacio físico en el que se
va a trabajar.
+ Manejó las herramientas de acuerdo con las recomendaciones del PSP.
+ Aseguró una ventilación adecuada en el espacio de trabajo.
+ Tuvo adecuada iluminación.
+ Al terminar la sesión, recogió el material y equipo, dejando limpia el área
trabajo.
Desarrollo de la práctica:
1. Organizó al grupo en equipos de trabajo (tres alumnos por equipo).
2. Solicitó los acondicionadores de señal al encargado del laboratorio.
3. Colocó los acondicionadores de señal en las mesas de trabajo.
4. Identificó el tipo de los acondicionadores de señal.
5. Identificó las características físicas y parámetros de los acondicionadores de
señal en manuales de fabricante.
Observaciones:
PSP
Hora de
inicio:
136
Hora de
término:
Evaluación:
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Unidad de
aprendizaje
1
Práctica número
4
Nombre de la
práctica
Identificación de sistemas de presentación de datos utilizados en sistemas
mecatrónicos
Propósito de la
práctica
Al finalizar la práctica el alumno será capaz de identificar los tipos de sistemas de
presentación de datos utilizados en sistemas mecatrónicos.
Escenario
Taller o laboratorio de mecánica o
electrónica
Duración
3 hrs.
Materiales
•
Sistemas de presentación
de datos
Maquinaria y equipo
•
Sistema mecatrónico
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
Herramienta
•
Pinza de punta
•
Desarmadores de
diferentes puntas
•
Llaves de diferente
tamaño
137
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Procedimiento
Medidas de seguridad e higiene: (+)
+
+
+
+
+
+
Acatar el reglamento interno del Conalep (laboratorio), así como las normas de seguridad e higiene
preestablecidas.
Observar las identificaciones y señalizaciones del espacio físico en el que se va a trabajar.
Manejar las herramientas de acuerdo con las recomendaciones del PSP
Asegurar una ventilación adecuada en el espacio de trabajo.
Tener adecuada iluminación.
Al terminar la sesión, recogerá el material y equipo, dejando limpia el área trabajo.
Desarrollo de la práctica:
1.
2.
3.
4.
5.
Organizar al grupo en equipos de trabajo (tres alumnos por equipo).
Solicitar los sistemas de presentación de datos al encargado del laboratorio.
Colocar los sistemas de presentación de datos en las mesas de trabajo.
Identificar el tipo de los sistemas de presentación de datos
Identificar las características físicas y parámetros de los sistemas de presentación de datos en manuales
de fabricante.
Preparación.
1. Contar con el material escolar para notas y apuntes.
138
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Lista de cotejo de la práctica
número 4:
Identificación de sistemas de presentación de datos utilizados en
sistemas mecatrónicos
Nombre del alumno:
Instrucciones:
De la siguiente lista marque con una aquellas acciones que
hayan sido cumplidas por el alumno durante su desempeño y que
pudo observar.
Desarrollo
Sí
No
No
Aplica
Aplicó las medidas de seguridad e higiene.
+
Acató el reglamento interno del Conalep (laboratorio), así como las normas
de seguridad e higiene preestablecidas.
+ Observó las identificaciones y señalizaciones del espacio físico en el que se
va a trabajar.
+ Manejó las herramientas de acuerdo con las recomendaciones del PSP.
+ Aseguró una ventilación adecuada en el espacio de trabajo.
+ Tuvo adecuada iluminación.
+ Al terminar la sesión, recogió el material y equipo, dejando limpia el área
trabajo.
Desarrollo de la práctica:
1. Organizó al grupo en equipos de trabajo (tres alumnos por equipo).
2. Solicitó los acondicionadores de señal al encargado del laboratorio.
3. Colocó los acondicionadores de señal en las mesas de trabajo.
4. Identificó el tipo de los acondicionadores de señal.
5. Identificó las características físicas y parámetros de los acondicionadores de
señal en manuales de fabricante.
Observaciones:
PSP
Hora de
inicio:
Hora de
término:
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
Evaluación:
139
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Unidad de
aprendizaje
1
Práctica número
5
Nombre de la
práctica
Sintonización de las ganancias de un controlador PID utilizados en un sistema
mecatrónico
Propósito de la
práctica
Al finalizar la práctica el alumno será capaz de sintonizar las ganancias de un
controlador PID utilizado en un sistema mecatrónico.
Escenario
Taller o laboratorio de mecánica o
electrónica
Duración
4 hrs.
Materiales
•
140
Controlador PID
Maquinaria y equipo
•
Sistema mecatrónico
Herramienta
•
Pinza de punta
•
Desarmadores de diferentes
puntas
•
Llaves de diferente tamaño
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Procedimiento
Medidas de seguridad e higiene: (+)
+
+
+
+
+
+
Acatar el reglamento interno del Conalep (laboratorio), así como las normas de seguridad e higiene
preestablecidas.
Observar las identificaciones y señalizaciones del espacio físico en el que se va a trabajar.
Manejar las herramientas de acuerdo con las recomendaciones del PSP
Asegurar una ventilación adecuada en el espacio de trabajo.
Tener adecuada iluminación.
Al terminar la sesión, recogerá el material y equipo, dejando limpia el área trabajo.
Desarrollo de la práctica:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
.
Organizar al grupo en equipos de trabajo (tres alumnos por equipo).
Solicitar sistema mecatrónico al encargado del laboratorio.
Colocar los sistemas mecatrónico en las mesas de trabajo.
Identificar las distintas ganancias del controlador PID del sistema mecatrónico
Realizar pruebas de sintonización del controlador PID del sistema mecatrónico
Decidir cual es la mejor sintonización del controlador PID del sistema mecatrónico
Preparación.
1. Contar con el material escolar para notas y apuntes.
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
141
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Lista de cotejo de la práctica
número 5:
Sintonización de las ganancias de un controlador PID utilizados
en un sistema mecatrónico
Nombre del alumno:
Instrucciones:
De la siguiente lista marque con una aquellas acciones que
hayan sido cumplidas por el alumno durante su desempeño y que
pudo observar.
Desarrollo
Sí
No
No
Aplica
Aplicó las medidas de seguridad e higiene.
+
Acató el reglamento interno del Conalep (laboratorio), así como las normas
de seguridad e higiene preestablecidas.
+ Observó las identificaciones y señalizaciones del espacio físico en el que se
va a trabajar.
+ Manejó las herramientas de acuerdo con las recomendaciones del PSP.
+ Aseguró una ventilación adecuada en el espacio de trabajo.
+ Tuvo adecuada iluminación.
+ Al terminar la sesión, recogió el material y equipo, dejando limpia el área
trabajo.
Desarrollo de la práctica:
1. Organizó al grupo en equipos de trabajo (tres alumnos por equipo).
2. Solicitó sistema mecatrónico al encargado del laboratorio.
3. Colocó los sistemas mecatrónico en las mesas de trabajo.
4. Identificó las distintas ganancias del controlador PID del sistema
mecatrónico
5. Realizó pruebas de sintonización del controlador PID del sistema
mecatrónico
6. Decidió la mejor sintonización del controlador PID del sistema mecatrónico
Observaciones:
PSP
Hora de
inicio:
142
Hora de
término:
Evaluación:
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Unidad de
aprendizaje
1
Práctica número
6
Nombre de la
práctica
Caracterización de sistemas de actuación de naturaleza mecánica, eléctrica,
electrónica y neumática que se utilizan en sistemas mecatrónicos
Propósito de la
práctica
Al finalizar la práctica el alumno será capaz de caracterizar elementos de naturaleza
mecánica, eléctrica, electrónica y neumática utilizados en sistemas mecatrónicos.
Escenario
Taller o laboratorio de mecánica o
electrónica
Duración
4 hrs.
Materiales
•
Elementos de naturaleza
eléctrica, electrónica,
mecánica y neumática
Maquinaria y equipo
•
Sistema mecatrónico
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
Herramienta
•
Pinza de punta
•
Desarmadores de
diferentes puntas
•
Llaves de diferente
tamaño
143
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Procedimiento
Medidas de seguridad e higiene: (+)
+
+
+
+
+
+
Acatar el reglamento interno del Conalep (laboratorio), así como las normas de seguridad e higiene
preestablecidas.
Observar las identificaciones y señalizaciones del espacio físico en el que se va a trabajar.
Manejar las herramientas de acuerdo con las recomendaciones del PSP
Asegurar una ventilación adecuada en el espacio de trabajo.
Tener adecuada iluminación.
Al terminar la sesión, recogerá el material y equipo, dejando limpia el área trabajo.
Desarrollo de la práctica:
1.
2.
3.
4.
5.
Organizar al grupo en equipos de trabajo (tres alumnos por equipo).
Solicitar los elementos de distinta naturaleza al encargado del laboratorio.
Colocar los elementos de distinta naturaleza en las mesas de trabajo.
Identificar el tipo de aplicación de los elementos
Identificar las características físicas y parámetros de los elementos en manuales de fabricante.
Preparación.
1. Contar con el material escolar para notas y apuntes.
144
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Lista de cotejo de la práctica
número 3:
Caracterización de elementos de naturaleza mecánica, eléctrica,
electrónica y neumática que se utilizan en sistemas mecatrónicos
Nombre del alumno:
Instrucciones:
De la siguiente lista marque con una aquellas acciones que
hayan sido cumplidas por el alumno durante su desempeño y que
pudo observar.
Desarrollo
Sí
No
No
Aplica
Aplicó las medidas de seguridad e higiene.
+
Acató el reglamento interno del Conalep (laboratorio), así como las normas
de seguridad e higiene preestablecidas.
+ Observó las identificaciones y señalizaciones del espacio físico en el que se
va a trabajar.
+ Manejó las herramientas de acuerdo con las recomendaciones del PSP.
+ Aseguró una ventilación adecuada en el espacio de trabajo.
+ Tuvo adecuada iluminación.
+ Al terminar la sesión, recogió el material y equipo, dejando limpia el área
trabajo.
Desarrollo de la práctica:
1. Organizó al grupo en equipos de trabajo (tres alumnos por equipo).
2. Solicitó los elementos de distinta naturaleza al encargado del laboratorio.
3. Colocó los elementos de distinta naturaleza en las mesas de trabajo.
4. Identificó el tipo de aplicación de los elementos
5. Identificó las características físicas y parámetros de los elementos en
manuales de fabricante.
Observaciones:
PSP
Hora de
inicio:
Hora de
término:
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
Evaluación:
145
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Unidad de aprendizaje: 1
Práctica número:
7
Nombre de la práctica: Determinar el valor de una resistencia Rx mediante un puente de
Wheatstone.
Propósito de la
práctica:
Al finalizar la práctica, el alumno podrá determinar el valor de una resistencia Rx por
medio del puente de Wheatstone partiendo de los valores conocidos de 3
resistencias.
Escenario:
Taller De Mecatrónica.
Duración:
8 hrs.
Materiales
• 2 resistencias del mismo valor.
• 1 resistencia de algún valor
conocido pero diferente a las dos
primeras.
• 1 resistencia de valor
desconocido.
• Alambre para interconectar las
resistencias.
• Soldadura de estaño.
• Pasta para soldar.
146
Maquinaria y equipo
Herramienta
• Generador de corriente.
• Desarmadores.
• Galvanómetro.
• Pinzas.
• Cautín.
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Procedimiento
Aplicar las medidas de seguridad e higiene:
El taller deberá estar limpio antes de iniciar las prácticas.
Los cables y mangueras deberán estar colgados del techo, de forma que no existan riesgos de tropezar con
ellos.
En el taller se deberá contar siempre con un extintor cuya carga se verifique semestralmente.
Todas las conexiones eléctricas del taller deberán encontrarse en buen estado y por ningún motivo existirán
cables o conductores expuestos.
Los alumnos deberán utilizar la siguiente ropa de trabajo:
Botas de seguridad.
Bata u overol (manga corta o larga según el clima).
Para tareas de soldadura se deberá usar una careta de seguridad, guantes de carnaza y un delantal de
carnaza.
Para manejar piezas calientes o baterías y terminales de batería se deberán utilizar guantes de carnaza.
Evitar el uso de relojes, hebillas y botones expuestos, corbatas, cabello largo sin recoger.
Evitar el uso de relojes, anillos o cualquier otro accesorio o prenda metálicos siempre que se trabaje con
sistemas eléctricos.
Guardar la herramienta y equipo utilizado.
Limpiar el área de trabajo.
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
147
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Procedimiento
Implantar
el concepto de Manejo de residuos generados, aplicándose apropiadamente en cada
práctica.
El taller deberá contar con un almacén de residuos peligrosos donde se concentren todos los residuos
sólidos y líquidos.
Recoger con un colector adecuado, evitando en lo posible derramarlos al piso del taller, solventes y otros
líquidos de desecho. Posteriormente se almacenarán en un depósito a prueba de fugas debidamente
etiquetado. Cada líquido se deberá almacenar en contenedores separados.
Almacenar en una cubeta trapos sucios y solventes
Almacenar en cajas etiquetadas piezas usadas en general.
Guardar baterías inservibles sobre una charola plástica con paredes laterales.
Realizar un inventario mensual de los residuos en el almacén y contratar a una empresa que se encargue
de la recolección y disposición de los residuos generados. La empresa deberá contar con la certificación o
autorización vigente de las autoridades ambientales correspondientes.
148
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Procedimiento
1. Auxiliado por el cautín, la soldadura de estaño y la pasta para soldar, así como por unas pinzas de
electricista y algún desarmador pequeño, soldar el alambre conductor en cada uno de los extremos de la
resistencia R1, el valor de esta resistencia es conocido.
2. Siguiendo cuidadosamente el diagrama eléctrico mostrado a continuación, soldar la resistencia Rx a la
resistencia R1, la resistencia Rx es la resistencia de la cual se quiere determinar el valor.
3. Siguiendo nuevamente el diagrama anterior, soldar la resistencia R2 a la resistencia R1, la resistencia
R2 es de un valor conocido y debe ser idéntico al valor de la resistencia R3.
4. Soldar la resistencia R3 de acuerdo al diagrama.
5. Colocar las terminales positiva y negativa del generador de corriente en los nodos A y D respectivamente
tal y como se muestra en el diagrama.
6. Colocar las puntas del galvanómetro en los nodos C y D respectivamente.
7. Aplicar corriente eléctrica por medio del generador.
8. Cuando el puente está construido de forma que R3 es igual a R2, Rx es igual a R1 en condición de
equilibrio. (corriente nula por el galvanómetro).
Asimismo, en condición de equilibrio siempre se cumple que:
Si los valores de R1, R2 y R3 se conocen con mucha precisión, el valor de Rx puede ser determinado
igualmente con precisión. Pequeños cambios en el valor de Rx romperán el equilibrio y serán claramente
detectados por la indicación del galvanómetro.
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
149
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Procedimiento
9. Anotar el valor de la resistencia obtenido, si se tienen a la mano más resistencias de distintos valores,
repetir la práctica tantas veces como el tiempo lo permita.
10. Recoger todo el equipo y herramienta utilizados.
11. Limpiar el lugar de trabajo.
150
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Lista de cotejo de la práctica
número 1:
Determinar el valor de una resistencia Rx mediante un puente de
Wheatstone.
Nombre del alumno:
Instrucciones:
A continuación se presentan los criterios que van a ser verificados
en el desempeño del alumno mediante la observación del mismo.
De la siguiente lista marque con una aquellas observaciones
que hayan sido cumplidas por el alumno durante su desempeño
Si
Desarrollo
No
No
Aplica
Aplicó las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica.
Utilizó la ropa y equipo de trabajo.
1. Soldó el alambre conductor en cada uno de los extremos de la resistencia R1.
2. Siguió cuidadosamente el diagrama eléctrico mostrado y soldó la resistencia
Rx a la resistencia R1.
3. Soldó la resistencia R2 a la resistencia R1.
4. Soldó la resistencia R3 de acuerdo al diagrama.
5. Colocó las terminales positiva y negativa del generador de corriente en los nodos
A y D respectivamente.
6. Colocó las puntas del galvanómetro en los nodos C y D respectivamente.
7. Aplicó corriente eléctrica por medio del generador.
8. Determinó el valor de Rx.
9. Anotó el valor de la resistencia obtenido, si hubo más resistencias de distintos
valores, repitió la práctica tantas varias veces.
10. Recogió todo el equipo y herramienta utilizados.
11. Limpió el lugar de trabajo.
Manejó apropiadamente los residuos generados.
Observaciones:
PSP:
Hora de
inicio:
Hora de
término:
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
Evaluación:
151
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
TRANSFERENCIA A OTROS CONTEXTOS
Con las competencias adquiridas en el capítulo finalizado, puedes iniciar una actividad dentro
de la industria y desarrollar actividades dentro del departamento de mantenimiento,
determinando los componentes que componen un sistema mecatrónico para su
mantenimiento periódico.
Por otra parte, es muy importante tomar en cuenta que la Mecatrónica está en constante
avance, por lo que resulta muy conveniente para los profesionales técnicos de esta área
mantenerse al tanto de lo que se está haciendo en diversas partes del mundo. En ese
sentido, la suscripción a revistas especializadas, la consulta de páginas Web y la
participación en foros sobre la materia son una herramienta muy útil. Un ejemplo de un sitio
mexicano donde puedes encontrar información sobre congresos, talleres y eventos en torno
a la Mecatrónica es la página Web de la Asociación Mexicana de Mecatrónica A.C.
(http://www.mecamex.net/) Te recomendamos visitarla y si es posible, que consigas algunos
números de su revista, para ello convendría que te agruparas con otros alumnos y solicitaran
un donativo de para la escuela.
Otro sitio, no mexicano, pero sí en español, que resulta interesante, es “Mecatrónica”
(http://www.mecatronica.es/). Esta página apoya a las universidades españolas en el
desarrollo de proyectos. Aquí podrás accesar a ejemplos de modelos, tutoriales, videos, foros
de discusión y diversas herramientas útiles para ampliar los alcances de tu formación. Para
lograr un uso a fondo de la página es recomendable que te registres como usuario, ya que
mucha de la información es consultable en forma libre, pero si deseas hacer preguntas o
colocar materiales tuyos, deberás poseer una cuenta. Todos estos materiales representan un
apoyo para que desarrolles tu creatividad aplicada a la Mecatrónica, ya que te darás cuenta
que una parte importante de las aplicaciones de Mecatrónica consisten en crear soluciones
para problemas específicos en diversas áreas.
152
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
AUTOEVALUACIÓN
CAPÍTULO 1
1. ¿Qué es la Mecatrónica?
2. ¿Cuáles son las principales áreas de aplicación de la Mecatrónica?
3. ¿Qué es un sistema mecatrónico?
4. ¿Qué es un sensor?
5. ¿Cuáles son los principales tipos de transductores?
6. ¿Cómo funciona la bobina de un sensor inductivo?
7. ¿Cuáles son los estados básicos de los LED’s
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
153
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
2
Instalación de Sistemas Mecatrónicos
154
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
PRESENTACIÓN
En el segundo capítulo de este manual tendrás la oportunidad de adquirir los conocimientos y
habilidades necesarios para efectuar la instalación de un sistema mecatrónico, a ser
empleado en una aplicación específica. Aplicarás los procedimientos que se emplean y/o
requieren para comprobar su funcionamiento y ponerlo a punto.
Una vez desarrollado todo el capítulo, estarás en posibilidades de llevar a la práctica la
instalación de un sistema mecatrónico y efectuar las pruebas y ajustes que requiera para
hacerlo funcionar correctamente.
El siguiente diagrama muestra los principales conceptos que abordarás en el capítulo.
Herramientas y
componentes para
la del sistema
Consideraciones
ambientales
Interpretación de
planos
Instalación de sistemas
mecatrónicos
Puesta a
punto del
sistema
Realización de
pruebas de
funcionamiento
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
Seguimiento de
especificaciones del
fabricante
155
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
2.1.1. Consideraciones para la instalación de un sistema mecatrónico
•
Interpretación de los planos de un sistema mecatrónico
El dibujo mecatrónico se emplea en la representación de piezas o partes de máquinas,
maquinarias, vehículos y máquinas industriales.
Los planos que representan un mecanismo simple o una máquina formada por un conjunto
de piezas, son llamados planos de conjunto; y los que representa un sólo elemento, plano de
pieza.
Los que representan un conjunto de piezas con las indicaciones gráficas para su colocación,
y armar un todo, son llamados planos de montaje.
En el campo de las actividades técnicas, para la representación de los objetos se utilizan
varios métodos de proyección, todos los cuales tienen sus propias características, méritos y
desventajas.
No obstante, para la ejecución de estas representaciones bidimensionales es necesario el
conocimiento del método de proyección, de modo tal que, cualquier observador sea capaz de
deducir de las vistas la forma tridimensional del objeto.
En los numerosos campos técnicos y sus etapas de desarrollo, a menudo es necesario
proporcionar planos técnicos. Estos planos entregan una vista tridimensional de un objeto, tal
como éste aparecería ante los ojos de un observador. Para leer estos planos mecatrónicos
es necesaria una formación técnica profunda sobre la materia.
Un dibujo (plano) es una representación gráfica de algo real. El dibujo, por tanto, es un
lenguaje gráfico porque usa figuras para comunicar pensamientos e ideas.
Como un dibujo es un conjunto de instrucciones que se tienen que cumplir, debe ser claro,
correcto, exacto y completo. Los campos especializados son tan distintos como las ramas de
la industria. Algunas de las áreas principales del dibujo mecatrónico son: Mecánico,
arquitectónico, estructural eléctrico.
Clasificación de los planos
Plano general o de conjunto
Este plano presenta una visión general del dispositivo a construir, de forma que se puede ver
la situación de las distintas piezas que lo componen, con la relación y las concordancias
existentes entre ellas.
156
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
La función principal del plano de conjunto consiste en hacer posible el montaje. Esto implica
que debe primar la visión de la situación de las distintas partes, sobre la representación del
detalle.
Figura 68 Plano de conjunto
Del conjunto de la figura, observamos las siguientes características, aplicables en general a
cualquier plano de conjunto.
A la hora de realizar el plano de conjunto, se deben tener en cuenta todas las
cuestiones relativas de la normalización: formato de dibujo, grosores de línea, escalas,
disposición de vistas, cortes y secciones, etc.
En el plano de conjunto se deben dibujar las vistas necesarias. En la figura del
ejemplo, no es necesario dibujar la vista del perfil izquierdo, puesto que ya se ven y
referencian todas las piezas en el alzado. La hemos incluido para dar una mejor idea
de la forma del conjunto.
Para ver las piezas interiores se deben realizar los cortes necesarios. Puesto que lo
que importa es ver la distribución de las piezas, se pueden combinar distintos cortes
en la misma vista. En el alzado del ejemplo, hemos representado un corte por el plano
de simetría de las piezas 4, 5, 6 y 7 combinado con un corte de la placa 10 por el eje
del tornillo y unos cortes parciales de las piezas 1, 2 y 3.
En el plano de conjunto hay que identificar todas las piezas que lo componen. Por eso
hay que asignarles una marca a cada pieza, relacionándolas por medio de una línea
de referencia. Estas marcas son fundamentales para la identificación de las piezas a
lo largo de la documentación y del proceso de fabricación.
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
157
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
10
1
Placa de fijación
9
1
Arandela plana biselada 6,4
DIN 125
8
1
Tornillo hex. M6x16 mg 8.8
DIN 933
7
2
Arandela
6
1
Eje
5
1
Casquillo
4
1
Rueda
3
1
Soporte derecho
2
1
Soporte izquierdo
1
1
Placa Base
Marca
Nº Pieza
Designación y observaciones
Norma
Tabla 7
Para tener completamente identificadas las piezas, hay que incluir en el plano de conjunto
una lista de elementos. En esta lista se debe añadir información que no se puede ver en el
dibujo.
Por ejemplo, las dimensiones generales, las dimensiones nominales, la designación
normalizada, las referencias normalizadas o comerciales, materiales, etc.
Debido a la importancia del marcado de piezas y de la lista de elementos, los trataremos
ampliamente en los puntos siguientes.
Puesto que están perfectamente identificadas las piezas del conjunto, podemos simplificar su
representación, especialmente en el caso de elementos normalizados o comerciales.
En la figura siguiente representamos un conjunto con cuatro piezas, donde se ve claramente
la situación de cada una de ellas.
4
1
Tornillo hex. M6x16 mg 8.8
DIN 933
3
1
Arandela plana biselada 6,4
DIN 125
2
1
Pieza 2
1
1
Pieza 1
Marca
Nº Pieza Designación y observaciones
Norma
Tabla 8
158
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Figura 69 Conjunto con cuatro piezas
En la figura siguiente, hemos simplificado la representación del tornillo y de la arandela.
Puesto que están perfectamente identificados, y quien lo vaya a montar tendrá los
conocimientos suficientes para montar de forma correcta tanto el tornillo como la arandela, el
resultado final será el mismo. De esta manera hemos simplificado el dibujo, facilitando su
comprensión y reduciendo el tiempo de realización del mismo.
Figura 70 Tornillo y arandela
4
1
Tornillo hex. M6x16 mg 8.8
DIN 933
3
1
Arandela biselada 6,4
DIN 125
2
1
Pieza 2
1
1
Pieza 1
Marca
Nº Pieza
Designación y observaciones
Norma
A la hora de realizar el montaje, dispondremos de todas las piezas fabricadas sobre la mesa,
de forma que, quien realice el montaje sólo necesita saber cómo identificarlas correctamente
y donde colocarlas.
Todo dibujo técnico debe incluir las cotas necesarias. Puesto que las piezas ya están
terminadas, en los planos del conjunto únicamente se dispondrán las cotas necesarias para
la realización o comprobación del montaje.
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
159
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
3
1
Soporte derecho
2
1
Soporte izquierdo
1
1
Placa base
Marca
Nº
Pieza
Designación y
observaciones
Norma
Figura 71
En el conjunto de la figura es imprescindible dibujar la cota de 35 mm, puesto que indica al
soldador la separación a la que debe soldar los dos soportes sobre la placa base. Fíjese que
se ha realizado un corte parcial sobre el soporte derecho (pieza número 3) para establecer
su orientación.
Plano de fabricación y despiece
Se refiere a dimensionar cada uno de los elementos a construir o fabricar según proceso
(maquinado, fundido, estampado, etc.), de acuerdo con dimensiones indicadas en el plano.
Maquinado: obtener la pieza según el plano ya sea a través de procesos de torneado,
fresado o cepillado.
Fundido: Las dimensiones de las piezas fundidas son mayores que las reales porque deben
someterse a otros procesos.
Estampado: Se realiza a través del uso o aplicación de matrices.
160
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Figura 72 Plano de fabricación
Plano de montaje
Estos planos se hacen frecuentemente para representar totalmente objetos sencillos, tales
como piezas de mobiliario, donde las piezas son pocas y no tienen formas complicadas.
Todas las dimensiones y la información necesaria para la construcción de dicha pieza y para
el montaje de todas las piezas se dan directamente en el plano de montaje.
Planos de montaje de diseños:
Cuando se diseña una máquina, primero que todo se hace un plano o proyecto de montaje
para visualizar claramente el funcionamiento, la forma y el juego de las diferentes piezas. A
partir de los planos de montaje se hacen los dibujos de detalle y a cada pieza se le asigna un
número.
Para facilitar el ensamblaje de la máquina, en el plano de montaje se colocan los números de
las diferentes piezas o detalles. Esto se hace uniendo pequeños círculos (de 3/8 pulg. a ½ de
pulg. de diámetro) que contiene el número de la pieza, con las piezas correspondientes por
medio de líneas indicadoras.
Es importante que los dibujos de detalle no tengan planes de numeración idénticos cuando
se utilizan varias listas de materiales.
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
161
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Planos de montaje para instalación:
Este tipo de plano se utiliza cuando se emplean muchas personas inexpertas para ensamblar
las diferentes piezas.
Como estas personas generalmente no están adiestradas en la lectura de planos técnicos,
se utilizan planos pictóricos simplificados para el montaje.
Planos de montaje para catálogos:
Son planos de montaje especialmente preparados para catálogos de compañías. Estos
planos de montaje muestran únicamente los detalles y las dimensiones que pueden interesar
al comprador potencial.
Con frecuencia el plano tiene dimensiones expresadas con letras y viene acompañado por
una tabla que se utiliza para abarcar una gama de dimensiones.
Planos de Montaje desarmados:
Cuando una maquina requiere servicio, por lo general las reparaciones se hacen localmente
y no se regresa la maquina a la compañía constructora.
Este tipo de plano se utiliza frecuentemente en la industria de reparación de aparatos, la cual
emplea los planos de montaje para los trabajos de reparación y para el periodo de piezas de
repuesto.
También es utilizado con frecuencia este tipo de planos de montaje por compañías que
fabrican equipos hágalo usted mismo, tales como equipos para fabricación de modelos,
donde los planos deben de comprendidos fácilmente.
Plano en perspectiva explosiva
El plano en perspectiva explosiva tiene como finalidad indicar en forma ordenada y precisa la
secuencia de ubicación de las piezas que conforman un conjunto, permitiendo con ello a
cualquier operario realizar un desarme y posteriormente; realizada la reparación, armar el
conjunto siguiendo las informaciones del plano.
162
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Figura 73 Plano de perspectiva explosiva o estallada
•
Consideraciones del ambiente donde se instalará el sistema mecatrónico
Las grandes mutaciones que se producen en el ámbito nacional y mundial influyen en todas
las actividades del hombre. Esas transformaciones obligan a que la Ingeniería Industrial se
convierta en agente dinámico del cambio proponiendo nuevas soluciones flexibles que se
adapten a los nuevos y cambiantes requerimientos.
Así pues las consideraciones del ambiente donde se instalará el sistema mecatrónico son
muy importantes y deberán abarcar lo más posible todas las áreas que se encuentran
involucradas en el sistema como son:
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
163
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
La asistencia tecnológica, la cual se define como la labor profesionalizada de transferencia
de un especialista científico-tecnológico, que ha desarrollado idoneidad en el área de
materiales, procesos, productos o métodos, y que resuelve problemas complejos
presentados por la industria, actuando como consultor en un área específica.
La mecánica, que es la rama de la física que se encarga del estudio de todos los
mecanismos y dispositivos mecánicos con el fin de optimizar su utilización.
La electrónica, que es una rama de la física que estudia todo lo relacionado con el electrón y
su comportamiento, así como también los fenómenos a que da lugar en estado libre, tales
como la conducción de la electricidad a través de los gases o al vacío, o creación de flujos y
nubes de carga negativas en los conductores.
La automatización, que es una tecnología que está relacionada con el empleo de sistemas
mecánicos-eléctricos basados en computadoras para la operación y control de la producción.
La electrónica, la mecánica y la informática unidas forman el concepto de mecatrónica.
El PLC, que se entiende como Controlador Lógico Programable (PLC), o autómata
programable, a toda máquina electrónica diseñada para controlar en tiempo real y en medio
industrial procesos secuenciales.
La eficiencia, la cual se refiere a qué tan bien se está desempeñando una máquina mientras
se está utilizando, normalmente se define como comparación con respecto a la producción
estándar, definida por la taza diseño.
La ergonomía, que consiste en el diseño del lugar de trabajo, de las herramientas, del
equipo y el entorno de manera que se ajuste al operario humano.
El mantenimiento, que es el conjunto de tareas que persiguen procurar que las
instalaciones electromecánicas esté siempre en condiciones óptimas de operación.
2.1.2. Instalación de un sistema mecatrónico
• Herramientas y componentes
mecatrónico
necesarios
para
la
instalación
del
sistema
Las herramientas y componentes necesarios para la instalación del sistema mecatrónico son
una combinación entre la mecánica, la electrónica y la robótica y tienen una fuente casi
infinita de posibilidades, sin embargo la definición concreta de lo que deberá utilizarse,
dependerá 100% del tipo de máquina, equipo o sistema a instalar y deberá ser determinado
por el ingeniero en base a su experiencia y conocimientos.
164
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
• Interpretación y seguimiento de las especificaciones del fabricante
La implantación de sistemas computarizados para adquisición de información ilustra muy
bien el actual papel de la mecatrónica.
Existe una gran cantidad de equipo y tecnología involucrada y es por eso que la
interpretación y seguimiento de las especificaciones de los fabricantes sea básica y además
sea una parte primordial en el éxito del sistema, cualquier suposición o mala aplicación en
alguna de las partes del sistema sin consultar y seguir al pie de la letra los manuales y las
especificaciones de los fabricantes puede colapsar el sistema y llevarlo a la generación de
fallas extremadamente difíciles de encontrar y reparar, si los técnicos e ingenieros saben
utilizar esta importantísima herramienta las probabilidades de instalar un sistema que
funcione con un mínimo de fallas se incrementará en gran medida.
2.2.1 Pruebas necesarias para el funcionamiento idóneo del sistema mecatrónico
•
Identificar las variables de interés
Las variables de interés en un sistema mecatrónico son prácticamente infinitas, y
dependerán básicamente del tipo de sistema al cual se quiera aplicar
El hecho de tener información consolidada en un sistema central facilita la comunicación y,
aún más importante, la cooperación con las diferentes áreas del negocio Mantenimiento,
Tecnologías de la Información (TI), Finanzas, Recursos Humanos, Proyectos, etcétera, las
cuales a su vez pueden alimentar más rápido sus sistemas centrales, de manera que la
información se convierta en algo útil, facilitando la implantación de un control estadístico de
procesos y que éste pueda tener el grado de sincronización con la realidad que la empresa
necesita.
Podemos decir incluso que en algunas compañías, los sistemas ayudan socializando a los
diferentes departamentos, ya que desafortunadamente es común que cada área viva su
propia realidad (con su propio sistema), radicalmente distinta de las otras.
•
Comprobar el comportamiento de las variables de interés
La industria es compleja, y una razón es porque se crea por y para el ser humano, es decir,
si nosotros somos complejos, ¿qué podemos esperar de lo que hacemos nosotros mismos?
Comprobar el comportamiento de las variables de interés será pues una tarea ardua pero
necesaria, obviamente mientras más complejo es el sistema, más compleja resultará la
comprobación, sin embargo para asegurar que el sistema trabaje como fue diseñado será
necesario comprobar las más posibles variables del mismo.
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
165
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
2.2.2 Puesta a punto del sistema mecatrónico
•
Ajuste de los
funcionamiento
componentes
del
sistema
mecatrónico
para
un
óptimo
Los ejemplos de mecatrónica aplicada sobran, son tan cercanos y comunes como poderosa
es la industria automotriz para la economía internacional. Allí encontramos dos aplicaciones
relativamente nuevas. Una de ellas tiene lugar en las gasolineras.
Los sistemas aplicados en la operación y administración de estos centros de distribución de
combustible llevan ya algún tiempo conviviendo en el mercado.
Una vez más, el interés se convirtió en necesidad y ésta, a su vez, nuevamente en interés y
los genéricamente llamados "controles volumétricos" han estado multiplicando sus funciones
para llegar a todos los mercados posibles.
Para la puesta a punto de un sistema como este, existen los básicos, es decir, los que
cumplen con los requerimientos oficiales como son los registros de cada despacho de
combustible (hora, cantidad, valores iníciales y finales brutos y netos), la comunicación en
línea con los tanques de almacenamiento y los registros de las recepciones de combustibles
por vehículos autorizados.
Si buscamos algo más, encontramos soluciones que aparte de las funciones básicas cuentan
con sistemas de reconocimiento de unidades, cuyas aplicaciones pueden ir desde clientes
frecuentes hasta flotillas empresariales (una puerta más para la identificación por
radiofrecuencia o RFID, por sus siglas en inglés), administración de las bombas desde la
oficina de la estación de servicio (apertura, cierre, programación de límites de combustible o
de servicios) y así sucesivamente, hasta llegar a los sistemas más completos.
Estos integran aplicaciones para venta de otros productos dentro de la estación (lubricantes,
aditivos, incluso, productos del supermercado), acceso remoto de clientes a su cuenta
personal o corporativa en la estación o cadena de estaciones de servicio, programación de la
cantidad y número de despachos en cierto período al mismo vehículo, reportes estadísticos y
contables más avanzados, etcétera.
En pocas palabras, los límites se elevan de manera frecuente.
Hablando de puesta a punto y compatibilidad, se deben extremar precauciones, pues si el
sistema trabaja con un código cerrado o propietario, sus opciones se limitan a dos caminos:
O adquiere el sistema del fabricante, o bien, cambia su equipo instalado por opciones
compatibles.
Veamos otro ejemplo de aplicación de la mecatrónica en la industria automotriz,
166
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
La solución de moda el sistema de transmisión desde hace varios años es la CVT
(Continuously Variable Transmission o Variador Continuo de Velocidad). Si bien no es la
solución perfecta, su equilibrio, funcionamiento, peso y precio la hace muy atractiva.
Actualmente, CVT está siendo estudiada y aplicada por la industria automotriz, en beneficio
de la mecatrónica.
En México, ya hay por lo menos tres modelos de autos con este sistema, cuya simpleza de
operación (mecánica pura) hace difícil pensar que su funcionamiento, mejorado por la
mecatrónica, sea una opción viable. Sin embargo lo es, y apenas empiezan.
Una de sus apuestas más atractivas es la reducción del consumo de combustible,
comparado con los modelos equivalentes con transmisiones automáticas y estándar. ¿La
mejor parte? Los primeros modelos vienen en autos del segmento deportivo.
•
Verificación del comportamiento de las variables de interés
Como se ha mencionado con anterioridad, las variables de interés en un sistema
mecatrónico son prácticamente infinitas, y dependerán básicamente del tipo de sistema al
cual se quiera aplicar la verificación, consideremos el siguiente ejemplo:
La industria alimenticia siempre se ha caracterizado por el grado artesanal que tienen
muchos de sus procesos en una gran variedad de productos de consumo. Y aunque los
dulces no sean un pilar de la alimentación básica, siempre están ahí para endulzar la vida, es
por ello que las empresas en este ramo específico están tradicionalmente interesadas en
desarrollos tecnológicos que les permitan ser competitivos tanto en calidad como en
capacidad de producción.
¿Conoces los bombones de gota? Los bombones actuales se producen de una manera
sencilla, en comparación con los olvidados bombones de gota. Para los primeros, se
extruyen líneas de mezcla sobre una banda transportadora.
En cierto punto de la banda, cercano al final de la misma, se tiene una especie de guillotina
que golpea constantemente las líneas de mezcla.
A lo largo de la banda se procura que siempre exista una capa de fécula de maíz para evitar
que la mezcla se pegue y además ayude a su rápido enfriamiento. Además, en cierto tramo
del recorrido, también se espolvorea fécula sobre las líneas de mezcla.
Por el contrario, para fabricar los bombones de gota se necesita llenar un cajón
(tradicionalmente de madera) con fécula de maíz a cierto nivel, posteriormente, imprimir los
moldes mediante la fuerte inserción de una matriz de conos hecha de madera. Una vez
unidos el cajón y el molde, la fécula se asienta mediante la simple pero agotadora tarea de
levantar el conjunto y azotarlo en dos soportes colocados en la mesa de trabajo.
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
167
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Posteriormente, la matriz de moldes se retira mediante un movimiento suave para no arruinar
los moldes ya impresos. Los cajones se apilan para después transportarse con sumo cuidado
a la estación de llenado. Allí, una máquina semiautomática inyecta la mezcla a diferentes
velocidades conforme se llenan los moldes, es decir, primero rápido y después lento, de
manera que al final del llenado se tenga la forma de, precisamente, gotas.
Nuevamente se apilan los cajones y se dejan reposar aproximadamente cuatro horas a
temperatura ambiente, y una vez transcurrido el tiempo, el producto se vacía en
contenedores y se recupera la fécula de maíz, dando así fin al proceso de producción.
Para tener una idea más clara del tamaño, imagine un bombón lo suficientemente grande
para que la mano de un adulto pueda tomar sólo uno a la vez, y ahora haga un arreglo de
ocho por cuatro para calcular el tamaño de los cajones y del molde.
La demanda del producto creció paulatinamente, hasta que la empresa se vio en la
necesidad de agilizar su línea de producción. Después del análisis, determinó que
automatizar el proceso de impresión bastaba para incrementar la productividad.
¿Por qué no todo? Porque los dueños decidieron crecer a pasos pequeños, y una inversión
de esa magnitud hubiera sido demasiado riesgosa para la edad y ventas de la empresa.
Optaron por desahogar el cuello de botella adquiriendo una máquina cuyas ventajas se
presentan a continuación:
Parámetro
Operador
Máquina
Tiempo de impression
Un cajón cada 35 seg
Tres cajones cada 50 seg
(promedio)
Tiempos muertos
15 min cada 2 hrs*
Calidad de impresión
Varía con el operador**
Constante
Personal requerido
Dos impresores***
Dos estibadores
• La actividad es agotadora, aún para personal experimentado.
• ** Sólo hay un maestro y la curva de aprendizaje es larga.
• *** Uno por día. Si un impresor falta, el sustituto puede no ser tan eficaz.
Esto ilustra que las soluciones, las variable de interés y los puntos de verificación no siempre
deben ser integrales para ser óptimos, pues para este caso en particular, una máquina de
impresión puede abastecer hasta dos inyectoras simultáneas en caso de requerirse. Para
esta firma bastó al principio con la eliminación del punto crítico del proceso y aprovechó al
personal calificado en otras áreas de la producción, pues siempre hay algo que hacer.
168
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
ACTIVIDADES
Investiga cómo influye el medio ambiente para la instalación de un sistema
mecatrónico, elabora tres ejemplos y compártelos con el grupo en clase.
Realiza junto con tu equipo de trabajo una investigación acerca de los diferentes
métodos existentes para la elaboración de planos o diseños mecatrónicos, enlista
las principales diferencias y las principales similitudes y coméntalo con el resto
del grupo.
Investiga y elabora un reporte concerniente a la puesta a punto de un sistema
mecatrónico, considera todos los aspectos que puedan influir, como la localización
física del equipo, el tamaño, la aplicación, etcétera.
Realiza con tus compañeros una investigación acerca de las principales pruebas
que se realizan en la industria para comprobar el idóneo funcionamiento de un
sistema mecatrónico, realicen un reporte para ser entregado al profesor
Investiga cuáles son las principales variables de interés para la verificación del
funcionamiento de un sistema mecatrónico, elabora una tabla que muestre
dichas variables y su grado de importancia y discútelo con el grupo.
En grupos de tres a cuatro, efectúa una visita a algún taller o empresa de su
comunidad y platica con los ingenieros para tratar de determinar cuáles son los
métodos más comúnmente utilizados en pruebas de equipos o sistemas
mecatrónicos antes de ponerlos 100% para producción. Elabora un reporte en
forma de esquema.
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
169
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
PRÁCTICAS
Unidad de
aprendizaje
2
Práctica número
8
Nombre de la
práctica
Instalación de un sistema mecatrónico
Propósito de la
práctica
Al finalizar la práctica el alumno será capaz de realizar la instalación de un sistema
mecatrónico.
Escenario
Taller o laboratorio de mecánica o
electrónica
Duración
5 hrs.
Materiales
•
170
Manual del fabricante para
la instalación de un
sistema mecatrónico
Maquinaria y equipo
•
Sistema mecatrónico
Herramienta
•
Pinza de punta
•
Desarmadores de
diferentes puntas
•
Llaves de diferente
tamaño
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Procedimiento
Medidas de seguridad e higiene: (+)
+
+
+
+
+
+
Acatar el reglamento interno del Conalep (laboratorio), así como las normas de seguridad e higiene
preestablecidas.
Observar las identificaciones y señalizaciones del espacio físico en el que se va a trabajar.
Manejar las herramientas de acuerdo con las recomendaciones del PSP
Asegurar una ventilación adecuada en el espacio de trabajo.
Tener adecuada iluminación.
Al terminar la sesión, recogerá el material y equipo, dejando limpia el área trabajo.
Desarrollo de la práctica:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Organizar al grupo en equipos de trabajo (tres alumnos por equipo).
Solicitar el sistema mecatrónico al encargado del laboratorio.
Preparar el sitio designado para la instalación
Colocar el sistema mecatrónico en el sitio designado para la instalación
Realizar la instalación del sistema mecatrónico siguiendo las indicaciones del manual de instalación
Durante la instalación del sistema mecatrónico aplicar las medidas de seguridad e higiene.
Preparación.
1. Contar con el material escolar para notas y apuntes.
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
171
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Lista de cotejo de la práctica
número 8:
Instalación de un sistema mecatrónico
Nombre del alumno:
Instrucciones:
De la siguiente lista marque con una aquellas acciones que
hayan sido cumplidas por el alumno durante su desempeño y que
pudo observar.
Desarrollo
Sí
No
No
Aplica
Aplicó las medidas de seguridad e higiene.
+
Acató el reglamento interno del Conalep (laboratorio), así como las normas
de seguridad e higiene preestablecidas.
+ Observó las identificaciones y señalizaciones del espacio físico en el que se
va a trabajar.
+ Manejó las herramientas de acuerdo con las recomendaciones del PSP.
+ Aseguró una ventilación adecuada en el espacio de trabajo.
+ Tuvo adecuada iluminación.
+ Al terminar la sesión, recogió el material y equipo, dejando limpia el área
trabajo.
Desarrollo de la práctica:
1. Organizó al grupo en equipos de trabajo (tres alumnos por equipo).
2. Solicitó el sistema mecatrónico al encargado del laboratorio.
3. Preparó el sitio designado para la instalación
4. Colocó el sistema mecatrónico en el sitio designado para la instalación
5. Realizó la instalación del sistema mecatrónico siguiendo las indicaciones del
manual de instalación
6. Durante la instalación del sistema mecatrónico aplicó las medidas de
seguridad e higiene.
Observaciones:
PSP
Hora de
inicio:
172
Hora de
término:
Evaluación:
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Unidad de
aprendizaje
2
Práctica número
9
Nombre de la
práctica
Pruebas y puesta a punto de un sistema mecatrónico
Propósito de la
práctica
Al finalizar la práctica el alumno será capaz de realizar pruebas y puesta a punto de
un sistema mecatrónico.
Escenario
Taller o laboratorio de mecánica o
electrónica
Duración
4 hrs.
Materiales
•
Listado de pruebas de
funcionamiento
Maquinaria y equipo
•
Sistema mecatrónico
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
Herramienta
•
Pinza de punta
•
Desarmadores de
diferentes puntas
•
Llaves de diferente
tamaño
173
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Procedimiento
Medidas de seguridad e higiene: (+)
+
+
+
+
+
+
Acatar el reglamento interno del Conalep (laboratorio), así como las normas de seguridad e higiene
preestablecidas.
Observar las identificaciones y señalizaciones del espacio físico en el que se va a trabajar.
Manejar las herramientas de acuerdo con las recomendaciones del PSP
Asegurar una ventilación adecuada en el espacio de trabajo.
Tener adecuada iluminación.
Al terminar la sesión, recogerá el material y equipo, dejando limpia el área trabajo.
Desarrollo de la práctica:
1.
2.
3.
4.
5.
Organizar al grupo en equipos de trabajo (tres alumnos por equipo).
Solicitar el sistema mecatrónico al encargado del laboratorio.
Identificar las variables de interés del sistema mecatrónico
Comprobar el comportamiento de las variables de interés del sistema mecatrónico
Ajustar los componentes (que sean necesarios) del sistema mecatrónico para un óptimo funcionamiento
Preparación.
1.
174
Contar con el material escolar para notas y apuntes.
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Lista de cotejo de la práctica
número 9:
Pruebas y puesta a punto de un sistema mecatrónico
Nombre del alumno:
Instrucciones:
De la siguiente lista marque con una aquellas acciones que
hayan sido cumplidas por el alumno durante su desempeño y que
pudo observar.
Desarrollo
Sí
No
No
Aplica
Aplicó las medidas de seguridad e higiene.
+
+
+
+
+
Acató el reglamento interno del Conalep (laboratorio), así como las normas
de seguridad e higiene preestablecidas.
Observó las identificaciones y señalizaciones del espacio físico en el que se
va a trabajar.
Manejó las herramientas de acuerdo con las recomendaciones del PSP.
Aseguró una ventilación adecuada en el espacio de trabajo.
Tuvo adecuada iluminación.
+
Al terminar la sesión, recogió el material y equipo, dejando limpia el área
trabajo.
Desarrollo de la práctica:
1. Organizó al grupo en equipos de trabajo (tres alumnos por equipo).
2. Solicitó el sistema mecatrónico al encargado del laboratorio.
3. Identificó las variables de interés del sistema mecatrónico
4. Comprobó el comportamiento de las variables de interés del sistema
mecatrónico
5. Ajustó los componentes (que sean necesarios) del sistema mecatrónico para
un óptimo funcionamiento
Observaciones:
PSP
Hora de
inicio:
Hora de
término:
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
Evaluación:
175
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Unidad de
aprendizaje:
2
Práctica número:
10
Nombre de la
práctica:
Instalación de un sistema mecatrónico simple.
Propósito de la
práctica:
Al finalizar la práctica, el alumno podrá instalar un sistema mecatrónico simple,
analizando los planos y las especificaciones del fabricante.
Escenario:
Taller De Mecatrónica.
Duración:
8 hrs.
•
•
•
•
•
•
Materiales
Planos del sistema, ensamble
general y detalles, debe incluir
diagramas o instrucciones de
ensamblaje.
Todas las piezas o partes
comprendidas en el plano del
sistema.
Guantes de carnaza.
Cinta de teflón.
Cinta de aislar.
Sellador de silicón.
Maquinaria y equipo
• Equipo para soldar.
Herramienta
• Desarmadores.
• Equipo para doblar tubería.
• Pinzas.
• Equipo de seguridad.
• Llaves españolas.
• Llaves de estrías.
• Llaves mixtas.
• Juego de dados.
• Probador de corriente.
• Calafateadora.
• Herramienta especial de
acuerdo al ensamble que se va
a hacer.
• Torquímetro.
176
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Procedimiento
Aplicar las medidas de seguridad e higiene:
El taller deberá estar limpio antes de iniciar las prácticas.
Los cables y mangueras deberán estar colgados del techo, de forma que no existan riesgos de tropezar con
ellos.
En el taller se deberá contar siempre con un extintor cuya carga se verifique semestralmente.
Todas las conexiones eléctricas del taller deberán encontrarse en buen estado y por ningún motivo existirán
cables o conductores expuestos.
Los alumnos deberán utilizar la siguiente ropa de trabajo:
Botas de seguridad.
Bata u overol (manga corta o larga según el clima).
Para tareas de soldadura se deberá usar una careta de seguridad, guantes de carnaza y un delantal de
carnaza.
Para manejar piezas calientes o baterías y terminales de batería se deberán utilizar guantes de carnaza.
Evitar el uso de relojes, hebillas y botones expuestos, corbatas, cabello largo sin recoger.
Evitar el uso de relojes, anillos o cualquier otro accesorio o prenda metálicos siempre que se trabaje con
sistemas eléctricos.
Guardar la herramienta y equipo utilizado.
Limpiar el área de trabajo.
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
177
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Procedimiento
Implantar
el concepto de Manejo de residuos generados, aplicándose apropiadamente en cada
práctica.
El taller deberá contar con un almacén de residuos peligrosos donde se concentren todos los residuos
sólidos y líquidos.
Recoger con un colector adecuado, evitando en lo posible derramarlos al piso del taller, solventes y otros
líquidos de desecho. Posteriormente se almacenarán en un depósito a prueba de fugas debidamente
etiquetado. Cada líquido se deberá almacenar en contenedores separados.
Almacenar en una cubeta trapos sucios y solventes
Almacenar en cajas etiquetadas piezas usadas en general.
Guardar baterías inservibles sobre una charola plástica con paredes laterales.
Realizar un inventario mensual de los residuos en el almacén y contratar a una empresa que se encargue
de la recolección y disposición de los residuos generados. La empresa deberá contar con la certificación o
autorización vigente de las autoridades ambientales correspondientes.
178
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Procedimiento
1. El profesor dividirá al grupo en equipos, cada equipo realizará la instalación de un sistema mecatrónico
simple diferente.
2. El profesor proveerá a cada equipo con los planos del sistema.
3. El profesor proveerá a cada equipo con las instrucciones de ensamble del sistema.
4. El profesor proveerá a cada equipo con todos los materiales necesarios para el ensamblaje.
5. Cada equipo utilizará una mesa de trabajo para colocar los planos y las partes para el ensamblaje.
6. Identificar cada una de las partes a ensamblar físicamente vs el plano de ensamblaje.
7. Estudiar y discutir en grupo las instrucciones de ensamblaje, identificar todos los sub-ensambles y
determinar la secuencia de armado.
8. Identificar las herramientas y el equipo necesario para la realización del ensamblaje.
9. Realizar el ensamble.
10. Efectuar las pruebas de funcionamiento recomendadas por el fabricante.
11. Recoger todo el equipo y herramienta utilizados.
12. Limpiar el lugar de trabajo.
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
179
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Lista de cotejo de la práctica
número 10:
Instalación de un sistema mecatrónico simple.
Nombre del alumno:
Instrucciones:
A continuación se presentan los criterios que van a ser
verificados en el desempeño del alumno mediante la observación
del mismo.
De la siguiente lista marque con una aquellas observaciones
que hayan sido cumplidas por el alumno durante su desempeño
Si
Desarrollo
No
No
Aplica
Aplicó las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica.
Utilizó la ropa y equipo de trabajo.
1. El profesor dividió al grupo en equipos.
2. El profesor proveyó a cada equipo con los planos del sistema.
3. El profesor proveyó a cada equipo con las instrucciones de ensamble del
sistema.
4. El profesor proveyó a cada equipo con todos los materiales necesarios para el
ensamblaje.
5. Cada equipo utilizó una mesa de trabajo para colocar los planos y las partes
para el ensamblaje.
6. Identificó cada una de las partes a ensamblar físicamente vs el plano de
ensamblaje.
7. Estudió y discutió en grupo las instrucciones de ensamblaje, identificó todos los
sub-ensambles y determinó la secuencia de armado.
8. Identificó las herramientas y el equipo necesario para la realización del
ensamblaje.
9. Realizó el ensamble.
10. Efectuó las pruebas de funcionamiento recomendadas por el fabricante.
11. Recogió todo el equipo y herramienta utilizados.
12. Limpió el lugar de trabajo.
Manejó apropiadamente los residuos generados.
Observaciones:
PSP:
Hora de
inicio:
180
Hora de
término:
Evaluación:
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
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TRANSFERENCIA A OTROS CONTEXTOS
Si bien una gran cantidad de aplicaciones de la mecatrónica se lleva a cabo en las
industrias, con el fin de optimizar procesos de producción al disminuir sus costos, abatir los
riesgos de accidentes y aumentar la precisión de diversas tareas o procesos, también hay
una gran cantidad de aplicaciones relacionadas con la investigación científica.
Un ejemplo son las aplicaciones en exploración marina y trabajos de mantenimiento de
barcos. Hasta hace un par de décadas el uso de robots para explorar mares y lagos era casi
exclusivo de empresas con grandes recursos o de millonarios excéntricos. Hoy en día, es
posible encontrar aparatos guiados a control remoto que apoyan las labores de exploración,
tanto de aguas mediante sistemas de iluminación, fotografía y video.
Es posible encontrar en el mercado aparatos que son usados con fines recreativos, como el
buceo deportivo, hasta aparatos útiles para examinar fallas en los casos de los barcos o el
estado de sus hélices, así como para identificar el estado del anclaje, ubicar objetos en
aguas heladas, etcétera.
La siguiente figura presenta un ejemplo de uno de esos aparatos.
Figura 74 ROV Bleeper Pro
Puedes encontrar información de algunos de esos aparatos en Fondear.com, página Web
dedicada a difundir información sobre actividades náuticas.
(http://www.fondear.org/infonautic/Equipo_y_Usos/Equipamiento/Bleeper/Bleeper.htm)
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
181
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AUTOEVALUACIÓN
1.
¿Cuál es la forma más sencilla de funcionamiento de un sensor de velocidad?
2.
¿Cuál es el sensor de fuerza más común?
3.
¿Qué es un termopar?
4.
¿Cuál es el principio de funcionamiento de un fotodiodo?
5.
¿Qué es un fototransistor?
6.
¿Qué es una señal digital?
7.
¿Qué es una compuerta lógica?
182
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
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3
Operación de Sistemas Mecatrónicos
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
183
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PRESENTACIÓN
En el tercer capítulo desarrollarás las competencias necesarias para que manejes un
mecanismo o máquina que esté siendo operada y controlada por medios electrónicos, así
mismo podrás verificar el funcionamiento de la máquina, para homologarla en su desempeño
contra las normas de seguridad que sean aplicables a dicho mecanismo mecatrónico.
En síntesis, harás que un mecanismo o máquina pueda ser operada bajo comandos
mecatrónicos de acuerdo con las norma de seguridad vigentes para su operación.
Los contenidos que se abordan en este capítulo son los siguientes:
Instrucciones
de
funcionamiento
Condiciones de
operación
Operación de
sistemas
mecatrónicos
Normas de
seguridad
184
Variables de un
sistema
mecatrónico
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
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3.1.1. Funcionamiento de una máquina mecatrónica
•
Interpretación de las instrucciones de operación del fabricante para el
funcionamiento de la máquina mecatrónica
Para entender mejor este punto, analizaremos el ejemplo de una máquina mecatrónica de
control numérico (torno) y las instrucciones básicas del manual del fabricante:
Figura 75 Torno CNC Gildemeister:
Descripción general
El torno de control numérico es una máquina mecatrónica con la que se pueden fabricar
sólidos de revolución, es decir, piezas cilíndricas, al ser de control numérico podemos
asegurar la precisión de las piezas producidas así como la calidad y el menor tiempo de
producción.
Medidas de seguridad
La máquina está construida de acuerdo al artículo de regulación de Bürener Maschinenfabrik
(bmf) por lo que es seguro operar el equipo. Sin embargo, algunos peligros pueden resultar
de la operación del equipo de manera incorrecta usando el equipo con propósitos diferentes
a los que fueron concebidos. Todo el mantenimiento e instalación del equipo debe ser
realizado sólo por personal calificado.
Mientras se hace funcionar el sistema queda prohibido
Cualquier intervención manual o con medios auxiliares estando la maquina en
marcha y las piezas en rotación.
Llevar pelo suelto, joyas o anillos
Modificar las instalaciones de seguridad, ej. Interruptores, guardas o coberturas.
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
185
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
La programación de revoluciones que sean mayores que las revoluciones
máximas indicadas en los medios de sujeción utilizados.
Pintar o retirar avisos de advertencia.
La operación de la máquina por personas no autorizadas.
El torneado de piezas de cerámica y madera.
Realizar modificaciones de programa (software) en el sistema programable de
mando.
La utilización de aparatos generadores de radiaciones electromagnéticas.
(teléfonos móviles, unidades de soldadura eléctrica) en un radio de 2 m. Con
respecto a la máquina.
El acceso al espacio de trabajo de la maquina.
La explotación de la máquina con la placa de seguridad de poli carbonato
dañada, lo que significa no ocupar el equipo cuando la mica de la pantalla esté
rota o dañada,
La ejecución de trabajos de soldadura en la máquina.
Abstenerse de toda modalidad de trabajo que represente un riesgo para la
seguridad de la máquina.
Retirar virutas de forma manual, se deberán utilizar ganchos de virutas y cepillo.
Arrojar desperdicios en el refrigerante o en la eliminación de virutas.
Descuidar la máquina aun si esta trabajando de forma automática.
Tocar o manipular el interior del transportador de virutas en movimiento.
Limpiar la máquina con aire comprimido.
Utilizar lubricantes refrigerantes que no se puedan mezclar con el agua para
evitar posibles explosiones. Si se va a utilizar refrigerantes con aceite a más del
15% se debe utilizar un dispositivo de protección contra explosión.
Almacenar durante la pulverización de la pieza cantidades mayores de
refrigerante de 10 gr / m3.
Los trabajos con material con capacidad explosiva (magnesio, silicio, etcétera).
sólo se deben realizar torneando medidas de protección adicionales como la
instalación de extintor de incendios.
Desconectar el interruptor principal durante el desarrollo del procedimiento de
mecanización ya que esto puede tener como consecuente daños en la
máquina.
Dejar objetos de acero o hierro como pinzas, desatornilladores, etc. no deben
quedarse tirados en el área cercana directa.
186
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Símbolos e indicaciones
Advertencia, precaución: se utiliza para advertir de daños a las personas
independientemente del alcance del peligro.
Se utiliza cuando debe hacerse referencia a indicadores a prescripciones y
prohibiciones para la prevención de daños.
Señaliza una aplicación y utilización ventajosa y económica.
Señaliza situaciones en las que se debe informar al servicio de reparaciones
autorizado.
Aviso de fuertes campos magnéticos.
Prohibición para personas con marcapasos.
Prohibición para personas con implantaciones.
Aviso de peligros de aplastamiento.
Aviso de peligros de índole eléctrico.
Esta es sólo una pequeña parte de la instrucciones de operación de la máquina de parte del
fabricante, como se puede ver, existen un sinnúmero de indicaciones que deben seguirse
para operar la máquina con eficiencia y seguridad, dependiendo de cada equipo las
instrucciones serán más o menos complejas, pero lo que si es cierto, es que mientras más se
apegue el operador, el técnico o el ingeniero a ellas el equipo funcionará mejor y por largo
tiempo.
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
187
•
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Bitácora en la operación de una máquina mecatrónica
La bitácora de operación de una máquina mecatrónica deberá contener la mayor cantidad
posible de elementos de verificación y control para darle al supervisor o al ingeniero de
mantenimiento la más clara idea del funcionamiento de la misma y de la capacidad del
operador para manejar el equipo con seguridad y eficiencia.
Normalmente en la bitácora de operación se contemplan los siguientes puntos:
Hora de encendido de la máquina.
Tiempo de calentamiento.
Estado de los dispositivos de sujeción de acuerdo con la información mostrada en la
pantalla.
Verificación de las herramientas de corte.
Comprobación de las referencias de “Zero” o “Home” de la máquina.
Tiempo de paro por cambio de herramientas.
Tiempo de paro por fallas de la máquina.
Pasos que se siguieron para corrección de fallas.
Estado de los niveles y presiones de los fluidos de la máquina.
Estado de las presiones neumáticas de los sistemas auxiliares de la máquina.
Número de piezas producidas vs. Cierto periodo de tiempo.
Procedimiento y hora de apagado de la máquina.
En algunas bitácoras para hacer más fácil el llenado se incluyen algunos símbolos como los
que se muestran a continuación:
188
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
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3.1.2. Funcionamiento del sistema mecatrónico con carga
•
Pruebas de funcionamiento del sistema mecatrónico con carga
Las pruebas con carga de un sistema mecatrónico estarán basadas en la operación del
equipo y las posibles implicaciones de funcionamiento, integridad y seguridad del mismo, de
las herramientas, los dispositivos y del operador.
Normalmente antes de comenzar por primera vez con una corrida de producción o con la
fabricación de alguna parte maquinada, el operador correrá pruebas en vacío y comprobará
que los husillos de la máquina no puedan llegar a chocar con los dispositivos o con alguna
otra parte de la máquina, una vez que se ha asegurado de que no hay ningún problema
entonces se hace la prueba con carga, esto significa que el operador alimentará a la máquina
con una pieza que requiera ser maquinada.
Los puntos básicos a controlar son:
Presión del refrigerante
Herramientas en buen estado y afiladas
Límites de integridad activados
Pieza clampeada adecuadamente
Alarmas restablecidas
Paros de emergencia reseteados
Sensores de herramienta rota activados
Puertas cerradas
Una vez maquinada la pieza deberá verificarse dimensionalmente para comprobar que se
cumple con todas las características de diseño de la misma.
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
189
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
•
Manejo de parámetros de arranque
Siguiendo con el ejemplo del torno de control numérico, a continuación se muestran los
parámetros básicos de arranque de la máquina mecatrónica.
Inicialización del equipo
Girar la perrilla a encendido
Realizar los pasos indicados en las figuras 69 -73
Figura 76 Cuando aparezca la siguiente pantalla presionar la tecla de modo manual.
190
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Figura 77 Cuando aparezca la siguiente pantalla activar la bomba,
presionando el botón que viene marcado en la figura:
Figura 78 Presionar el botón para abrir puerta, abrir puerta y cerrar
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
191
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Figura 79
Figura 80
Referenciar Torreta
Presionar una de las teclas del softkey una a la vez y esperar hasta que la torreta haga su
movimiento de lo contrario se generará una alarma que no permitirá usar el torno y se tendrá
que reiniciar el equipo.
192
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
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Figura 81 Botones de arranque
Presionar la tecla de visualización del estado de errores (1), y presionar borrar todos los
errores de una de las teclas softkey (2).
Figura 82a Botones de arranque
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
193
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Figura 82b Botones de arranque
Hasta que el recuadro de la figura aparezca en verde es posible usar el torno.
Figura 83 Botón digital de arranque
Este es el procedimiento básico de arranque, obviamente cada máquina tendrá sus propias
variantes y los operadores, técnicos e ingenieros deberán estar capacitados en cada una de
ellas.
3.2.1. Condiciones para la operación de la máquina mecatrónica
•
Requerimientos para la operación de la máquina mecatrónica
Continuando con el ejemplo de la máquina mecatrónica de control numérico, a continuación
se muestran algunos de los principales requerimientos que hay que conocer para la buena
operación del equipo:
Servicio Organización-Modo de funcionamiento:
194
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
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En "Servicio" se lleva a cabo la identificación de usuario para funciones protegidas por
password, se selecciona el idioma de diálogo y se llevan a cabo ajustes del sistema. Además
se dispone de funciones diagnóstico para la puesta en marcha y comprobación del sistema.
Modo de funcionamiento organización Transfer
En Transfer se intercambian datos con otros sistemas, se organizan programas y se lleva a
cabo la protección de datos
Es el usuario el que maneja el "control': Es necesario saber que los programas introducidos
TURN PLUS- y DIN PLUS se encuentran almacenados en el disco duro integrado. La ventaja
es que se pueden memorizar gran cantidad de programas.
Para el intercambio y la protección de datos se dispone de la Conexión Ethernet Es posible
un intercambio de datos basado en la conexión en serie (RS232)
Nociones básicas:
Denominación de los ejes
Se denomina carro transversal al eje X y carro de bancada al eje Z.
Todos los valores X visualizados y programados se toman como diámetro.
En TURN PLUS se determina si los valores X deben interpretarse como valores
de diámetro o como valores de radio. Tornos con eje Y: el eje Y se encuentra
perpendicular al eje X y al Z (sistema cartesiano).
Para los desplazamientos se tiene en cuenta:
Los desplazamientos en sentido positivo (+) parten de la pieza
Los movimientos en sentido negativo ( - ) van hacia la pieza
Figura 84 Desplazamientos
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
195
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Sistema de coordenadas
La introducción de coordenadas de los ejes principales X, Y, Z se refieren al cero pieza – se
citan las excepciones a la regla.
Las indicaciones angulares para el eje C se refieren al “punto cero del eje C” (condición
previa: que el eje C esté configurado como eje principal).
Coordenadas absolutas
Cuando las coordenadas de una posición se refieren al punto cero de la pieza está
determinada claramente mediante coordenadas absolutas.
Figura 85 Coordenadas absolutas
Unidades métricas
El CNC PILOT puede programarse y manejarse en sistema “métrico” o “en pulgadas”. Las
unidades métricas de la tabla son válidas para las programaciones y visualizaciones.
196
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
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Tabla 9 Unidades métricas
Puntos de referencia de la máquina Punto cero de la máquina
El punto de intersección entre el eje X y el eje Z se llama punto cero de la máquina.
Normalmente en un torno es el punto de intersección del eje del husillo con la superficie del
mismo. Se caracteriza con la letra "M”.
Figura 86Punto cero de la máquina
Punto de referencia
Depende de los sistemas de medida empleados, si el control "no recuerda" su posición al
desconectarse. Si es este el caso, es necesario desplazarse a los puntos de referencia fijos
tras conectar el CNC PILOT. El sistema conoce la distancia del punto de referencia al punto
cero de la máquina.
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
197
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Figura 87 Punto de referencia
Estas son sólo algunas de las pruebas que el operador deberá hacer periódicamente para la
comprobación del buen estado del sistema y del buen funcionamiento de la máquina, como
puede observarse, la filosofía de mecatrónica es hacernos la vida más fácil, pero
definitivamente el nivel de preparación de los técnicos y de los operadores de maquinaria
ahora es mucho más alto que en antaño.
•
Comportamiento de las variables de interés de la máquina mecatrónica
En nuestro ejemplo se muestran algunas variables de interés que hay que vigilar, éstas son
las funciones del CNC PILOT y se encuentran divididas en los modos de funcionamiento
siguientes:
Modo de funcionamiento control manual
En "Control manual" se conecta la máquina y se desplazan los ejes manualmente.
Modo de funcionamiento automático
En el "Modo de funcionamiento automático" se procesan los programas NC. Se controla y se
supervisa la fabricación de las piezas.
Modo de funcionamiento de programación DIN PLUS
198
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
En "DIN PLUS" se crean los programas NC estructurados. Primero se describe el contorno
sin mecanizar y el contorno de pieza acabada y a continuación se programa los mecanizados
individuales.
Simulación modo de funcionamiento de programación
La "Simulación" representa gráficamente contornos programados, movimientos de
desplazamiento y procesos de arranque de viruta. El CNC PILOT tiene en cuenta el espacio
de trabajo, las herramientas y el medio de sujeción.
Durante la simulación el CNC PILOT calcula los tiempos principales y secundarios de cada
herramienta. En tornos con varios carros el análisis del punto síncrono le ayuda a optimizar el
programa NC.
Otras variables de interés que hay que controlar se encuentran cuando la máquina se
encuentra en modo de funcionamiento de programación TURN PLUS
En “TURN PLUS" describe interactivamente el contorno de la pieza de forma gráfica. Para
generar el plano de trabajo automática mente (AAG) se define el material y el medio de
arranque de viruta - el CNC PILOT crea el programa NC "pulsando el botón': Una alternativa
es elaborar el plano de trabajo interactivamente de forma gráfica (lAG).
Parámetro de modo de funcionamiento de organización
El comportamiento del sistema del CNC PILOT se controla mediante parámetros. En este
modo de funcionamiento se crean parámetros y adapta el control a sus necesidades.
Además se describe en este modo de funcionamiento el medio de producción (herramientas
y medio de mecanizado) y los valores de corte.
3.2.2. Variables que requieren de supervisión
•
Desperfectos en los componentes de la máquina.
Todos los equipos deberán estar incorporados en las rutinas de mantenimiento preventivo y
predictivo para tratar de anticipar las posibles fallas y tener la máquina siempre disponible
para producción, sin embargo, por más eficiente que sea el mantenimiento, eventualmente la
máquina sufrirá algún desperfecto en alguno de los componentes de la misma que requerirá
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
199
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
la intervención de los mecánicos o electricistas especializados en reparaciones, todo el
personal de mantenimiento correctivo deberá conocer los procedimientos de seguridad para
realizar su tarea de forma adecuada, en algunas ocasiones las empresas deciden contratar
los servicios del fabricante en caso de reparaciones, esto puede ahorrar muchos dolores de
cabeza, pero generalmente estos servicios post-venta son demasiado caros, así que deberá
hacerse un balance de que es lo mejor para la empresa.
Una vez reemplazada o reparada la parte defectuosa, deberán seguirse los procedimientos
normales de arranque del equipo para asegurar que la máquina operará de forma segura y
que las partes maquinadas estarán dentro de la especificación mostrada en el diseño de la
misma.
•
Normas de seguridad requeridas en la operación de un sistema mecatrónico
Fara finalizar con nuestro ejemplo, a continuación se muestran las normas de seguridad
mínimas requeridas para la operación de la máquina mecatrónica de control numérico.
Reglas de seguridad para el operador
El operador se debe asegurar que ninguna persona no autorizada trabaje con o
en el equipo.
El operador está obligado a reportar cualquier cambio inmediatamente.
El operador está obligado a sólo operar el equipo si este está en perfectas
condiciones de trabajo.
En ninguna circunstancia se deben remover dispositivos de seguridad
Si los dispositivos de seguridad son desinstalados debido a mantenimiento o
servicio, se debe apagar la máquina de acuerdo al manual del equipo.
Inmediatamente después de haber terminado el mantenimiento o servicio, todos
los dispositivos de seguridad deben ser reinstalados.
Cualquier tipo de reconstrucción o modificación del equipo no autorizada está
prohibida debido a razones de seguridad personal.
Todas las cubiertas y puertas de protección deben estar cerradas antes de la
puesta en marcha de la máquina y no pueden ser abiertas durante el servicio.
Las instalaciones de seguridad incorporadas no pueden ser colocadas fuera de
servicio.
Los medios de presión pueden producir lesiones físicas. Si se han montado
recipientes sometidos a presión están sujetos los mismos a pruebas regulares y
si fuera necesario a una prueba de recepción en el lugar de emplazamiento de
la máquina de acuerdo al reglamento de recipientes de presión y/o normas de
200
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
las CE para equipos a presión. Todos los certificados de ensayos del recipiente
sometido a presión deben ser guardados cuidadosamente.
Es necesario usar guantes de protección para utilizar los lubricantes, aceites y
agentes refrigerantes, así como evitar el contacto con los ojos y la piel y no
aspirar vapores ni la niebla de los refrigerantes.
Accionar el pulsador Paro-Emergencia ante peligros.
Verificar la máquina en cuanto a posibles fugas y eliminar causas.
Garantizar la limpieza y buena visión del puesto de trabajo en la máquina.
Tener precaución al retirar las virutas, utilizar solamente ganchos de virutas y
cepillos de mano.
No tocar ni manipular el interior del transportador de virutas en movimiento.
En caso de incendios en instalaciones hidráulicas utilizar únicamente dióxido de
carbono, nunca emplee agua.
En caso de incendios en instalaciones en instalaciones hidráulicas utilizar
únicamente dióxido de carbono, espuma, polvo o niebla de agua pero nunca
agua.
Sólo accionar el dispositivo de paro de emergencia cuando:
Esté en peligro la vida de personas
Haya peligro de daño a la máquina o pieza.
Antes de hacer funcionar el sistema
No llevar pelo suelto, y/o joyas.
No utilizar la maquina sin la presencia de personal calificado.
No haber tomado medicamentos que causen somnolencia y disminuyan la
concentración o el tiempo de reacción.
Leer el manual de uso.
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
201
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
ACTIVIDADES
Investiga cuáles son las condiciones mínimas que deben tenerse cuando se
pretende operar un sistema mecatrónico, elabora un cuadro y discútelo con el
resto del grupo, enriquece tu trabajo y hagan un cuadro final entre todos.
Investiga con tus compañeros cuáles son las nociones básicas con las que debe
contar un operador de sistemas mecatrónicos para garantizar la seguridad del
equipo y del mismo, elaboren un reporte para ser entregado al profesor.
Investiga cuáles son los principales desperfectos que suelen ocurrirle a algún
equipo o sistema mecatrónico y elabora un reporte, comentando cómo deberían
prevenirse dichos desperfectos
Investiga junto con tus compañeros en qué consisten las reglas de seguridad en la
operación de un sistema o equipo mecatrónico y elaboren un listado con la mayor
cantidad de reglas posibles, agreguen una columna que indique cuál regla es
mandatoria y cuál es opcional.
En equipos de tres a cuatro personas, realicen una visita a algún taller o fábrica
de su comunidad que tenga equipos o sistemas mecatrónicos, platiquen con los
ingenieros de mantenimiento para determinar cuál es el mejor programa
preventivo existente y elaboren un reporte.
202
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
PRÁCTICAS
Unidad de
aprendizaje
3
Práctica número
11
Nombre de la
práctica
Operación de una máquina mecatrónica
Propósito de la
práctica
Al finalizar la práctica el alumno será capaz de operar una máquina mecatrónica.
Escenario
Taller o laboratorio de mecánica o
electrónica
Duración
4 hrs.
Materiales
•
Manual de fabricante para
la operación de una
máquina mecatrónica
Maquinaria y equipo
•
Sistema mecatrónico
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
Herramienta
•
Pinza de punta
•
Desarmadores de
diferentes puntas
•
Llaves de diferente
tamaño
203
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Procedimiento
Medidas de seguridad e higiene: (+)
+
+
+
+
+
+
Acatar el reglamento interno del Conalep (laboratorio), así como las normas de seguridad e higiene
preestablecidas.
Observar las identificaciones y señalizaciones del espacio físico en el que se va a trabajar.
Manejar las herramientas de acuerdo con las recomendaciones del PSP
Asegurar una ventilación adecuada en el espacio de trabajo.
Tener adecuada iluminación.
Al terminar la sesión, recogerá el material y equipo, dejando limpia el área trabajo.
Desarrollo de la práctica:
1.
2.
3.
4.
Organizar al grupo en equipos de trabajo (tres alumnos por equipo).
Solicitar el sistema mecatrónico al encargado del laboratorio.
Operar la máquina mecatrónica siguiendo la instrucciones del manual de operación
Aplicar las normas de seguridad e higiene durante la operación de la máquina mecatrónica.
Preparación.
1.
204
Contar con el material escolar para notas y apuntes.
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Lista de cotejo de la práctica
número 11:
Operación de una máquina mecatrónica
Nombre del alumno:
Instrucciones:
De la siguiente lista marque con una aquellas acciones que
hayan sido cumplidas por el alumno durante su desempeño y que
pudo observar.
Sí
Desarrollo
No
No
Aplica
Aplicó las medidas de seguridad e higiene.
+
Acató el reglamento interno del Conalep (laboratorio), así como las normas
de seguridad e higiene preestablecidas.
+ Observó las identificaciones y señalizaciones del espacio físico en el que se
va a trabajar.
+ Manejó las herramientas de acuerdo con las recomendaciones del PSP.
+ Aseguró una ventilación adecuada en el espacio de trabajo.
+ Tuvo adecuada iluminación.
+ Al terminar la sesión, recogió el material y equipo, dejando limpia el área
trabajo.
Desarrollo de la práctica:
1. Organizó al grupo en equipos de trabajo (tres alumnos por equipo).
2. Solicitó el sistema mecatrónico al encargado del laboratorio.
3. Opero la máquina mecatrónica siguiendo la instrucciones del manual de
operación
4. Aplicó las normas de seguridad e higiene durante la operación de la máquina
mecatrónica.
Observaciones:
PSP
Hora de
inicio:
Hora de
término:
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
Evaluación:
205
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Unidad de
aprendizaje
3
Práctica número
12
Nombre de la
práctica
Identificación de las condiciones de operación y comportamiento de las variables
de un sistema mecatrónico
Propósito de la
práctica
Al finalizar la práctica el alumno será capaz de identificar las condiciones de
operación y comportamiento de las variables de un sistema mecatrónico.
Escenario
Taller o laboratorio de mecánica o
electrónica
Duración
2 hrs.
Materiales
•
206
Manual de operación del
fabricante del sistema
mecatrónico
Maquinaria y equipo
•
Sistema mecatrónico
Herramienta
•
Pinza de punta
•
Desarmadores de
diferentes puntas
•
Llaves de diferente
tamaño
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Procedimiento
Medidas de seguridad e higiene: (+)
+
+
+
+
+
+
Acatar el reglamento interno del Conalep (laboratorio), así como las normas de seguridad e higiene
preestablecidas.
Observar las identificaciones y señalizaciones del espacio físico en el que se va a trabajar.
Manejar las herramientas de acuerdo con las recomendaciones del PSP
Asegurar una ventilación adecuada en el espacio de trabajo.
Tener adecuada iluminación.
Al terminar la sesión, recogerá el material y equipo, dejando limpia el área trabajo.
Desarrollo de la práctica:
1.
2.
3.
4.
5.
Organizar al grupo en equipos de trabajo (tres alumnos por equipo).
Solicitar el sistema mecatrónico al encargado del laboratorio.
Operar la máquina mecatrónica siguiendo la instrucciones del manual de operación
Analizar el comportamiento de las variables del sistema mecatrónico
Aplicar las normas de seguridad e higiene durante la operación de la máquina mecatrónica.
Preparación.
1.
Contar con el material escolar para notas y apuntes.
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
207
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Lista de cotejo de la práctica
número 12:
Identificación de las condiciones de operación y comportamiento
de las variables de un sistema mecatrónico
Nombre del alumno:
Instrucciones:
De la siguiente lista marque con una aquellas acciones que
hayan sido cumplidas por el alumno durante su desempeño y que
pudo observar.
Desarrollo
Sí
No
No
Aplica
Aplicó las medidas de seguridad e higiene.
+
Acató el reglamento interno del Conalep (laboratorio), así como las normas
de seguridad e higiene preestablecidas.
+ Observó las identificaciones y señalizaciones del espacio físico en el que se
va a trabajar.
+ Manejó las herramientas de acuerdo con las recomendaciones del PSP.
+ Aseguró una ventilación adecuada en el espacio de trabajo.
+ Tuvo adecuada iluminación.
+ Al terminar la sesión, recogió el material y equipo, dejando limpia el área
trabajo.
Desarrollo de la práctica:
1. Organizó al grupo en equipos de trabajo (tres alumnos por equipo).
2. Solicitó el sistema mecatrónico al encargado del laboratorio.
3. Opero la máquina mecatrónica siguiendo la instrucciones del manual de
operación
4. Analizó el comportamiento de las variables del sistema mecatrónico
5. Aplicó las normas de seguridad e higiene durante la operación de la
máquina mecatrónica.
Observaciones:
PSP
Hora de
inicio:
208
Hora de
término:
Evaluación:
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Unidad de
aprendizaje:
3
Práctica número:
13
Nombre de la
práctica:
Operación de un equipo mecatrónico para la manufactura de una
pieza torneada.
Propósito de la
práctica:
Al finalizar la práctica, el alumno podrá manufacturar una pieza en un torno de control
numérico, considerado como un equipo mecatrónico.
Escenario:
Taller De Mecatrónica.
Duración:
8 hrs.
Materiales
• Pieza de acero para ser
torneada.
• Aceite de corte.
Maquinaria y equipo
• Torno de control numérico.
• Equipo de seguridad.
• Equipo de medición.
• Polipasto o equipo necesario
para mover la pieza si es
requerido.
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
Herramienta
• Brocas, rimas, cortadores de
insertos, buriles, o la herramienta
necesaria para el maquinado de
la pieza en el torno.
• Juego de desarmadores.
• Juego de pinzas.
209
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Procedimiento
Aplicar las medidas de seguridad e higiene:
El taller deberá estar limpio antes de iniciar las prácticas.
Los cables y mangueras deberán estar colgados del techo, de forma que no existan riesgos de tropezar con
ellos.
En el taller se deberá contar siempre con un extintor cuya carga se verifique semestralmente.
Todas las conexiones eléctricas del taller deberán encontrarse en buen estado y por ningún motivo existirán
cables o conductores expuestos.
Los alumnos deberán utilizar la siguiente ropa de trabajo:
Botas de seguridad.
Bata u overol (manga corta o larga según el clima).
Para tareas de soldadura se deberá usar una careta de seguridad, guantes de carnaza y un delantal de
carnaza.
Para manejar piezas calientes o baterías y terminales de batería se deberán utilizar guantes de carnaza.
Evitar el uso de relojes, hebillas y botones expuestos, corbatas, cabello largo sin recoger.
Evitar el uso de relojes, anillos o cualquier otro accesorio o prenda metálicos siempre que se trabaje con
sistemas eléctricos.
Guardar la herramienta y equipo utilizado.
Limpiar el área de trabajo.
210
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Procedimiento
Implantar
el concepto de Manejo de residuos generados, aplicándose apropiadamente en cada
práctica.
El taller deberá contar con un almacén de residuos peligrosos donde se concentren todos los residuos
sólidos y líquidos.
Recoger con un colector adecuado, evitando en lo posible derramarlos al piso del taller, solventes y otros
líquidos de desecho. Posteriormente se almacenarán en un depósito a prueba de fugas debidamente
etiquetado. Cada líquido se deberá almacenar en contenedores separados.
Almacenar en una cubeta trapos sucios y solventes
Almacenar en cajas etiquetadas piezas usadas en general.
Guardar baterías inservibles sobre una charola plástica con paredes laterales.
Realizar un inventario mensual de los residuos en el almacén y contratar a una empresa que se encargue
de la recolección y disposición de los residuos generados. La empresa deberá contar con la certificación o
autorización vigente de las autoridades ambientales correspondientes.
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
211
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Procedimiento
1. El profesor dividirá al grupo en equipos, cada equipo maquinará la misma pieza en el torno de control
numérico en diferentes turnos.
2. El profesor proveerá el plano o diseño de la parte a maquinar.
3. El profesor proveerá la materia prima para manufacturar la pieza de acuerdo al diseño.
4. El profesor proveerá las herramientas necesarias para la manufactura de la pieza.
5. Checar la presión del refrigerante.
6. Checar que las herramientas se encuentren en buen estado y afiladas.
7. Checar que los límites de integridad se encuentren activados.
8. Checar que la pieza esté clampeada adecuadamente.
9. Checar que las alarmas estén restablecidas.
10. Checar que los paros de emergencia estén reseteados.
11. Checar que los sensores de herramienta rota estén activados.
12. Checar que todas las puertas de la máquina estén cerradas.
13. Girar la perrilla a encendido.
14. Presionar la tecla de modo manual.
212
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Procedimiento
15. Activar la bomba, presionando el botón.
16. Referenciar torreta.
17. Presionar la tecla de visualización del estado de errores (1) y presionar borrar todos los errores de una de
las teclas softkey (2).
18. Maquinar la pieza.
19. Verificar dimensionalmente la pieza maquinada contra el plano de la misma.
20. Hacer reporte dimensional (aceptación o rechazo).
21. Recoger todo el equipo y herramienta utilizados.
22. Limpiar el lugar de trabajo.
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213
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Lista de cotejo de la práctica
número 13:
Operación de un equipo mecatrónico para la manufactura de una
pieza torneada.
Nombre del alumno:
Instrucciones:
A continuación se presentan los criterios que van a ser verificados
en el desempeño del alumno mediante la observación del mismo.
De la siguiente lista marque con una aquellas observaciones
que hayan sido cumplidas por el alumno durante su desempeño
Si
Desarrollo
No
No
Aplica
Aplicó las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica.
Utilizó la ropa y equipo de trabajo.
1. El profesor dividió al grupo en equipos.
2. El profesor proveyó el plano o diseño de la parte a maquinar.
3. El profesor proveyó la materia prima para manufacturar la pieza de acuerdo al
diseño.
4. El profesor proveyó las herramientas necesarias para la manufactura de la
pieza.
5. Checó la presión del refrigerante.
6. Checó que las herramientas se encontraran en buen estado y afiladas.
7. Checó que los límites de integridad se encontraran activados.
8. Checó que la pieza estuviera clampeada adecuadamente.
9. Checó que las alarmas estuvieran restablecidas.
10. Checó que los paros de emergencia estuvieran reseteados.
11. Checó que los sensores de herramienta rota estuvieran activados.
12. Checó que todas las puertas de la máquina estuvieran cerradas.
13. Giró la perrilla a encendido.
14. Presionó la tecla de modo manual.
15. Activó la bomba, presionando el botón.
16. Referenció la torreta.
17. Presionó la tecla de visualización del estado de errores y presionó borrar todos
los errores.
18. Maquinó la pieza.
19. Verificó dimensionalmente la pieza maquinada contra el plano de la misma.
20. Hizo el reporte dimensional.
21. Recogió todo el equipo y herramienta utilizados.
22. Limpió el lugar de trabajo.
Manejó apropiadamente los residuos generados.
214
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
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Observaciones:
Observaciones:
PSP:
Hora de
inicio:
Hora de
término:
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
Evaluación:
215
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TRANSFERENCIA A OTROS CONTEXTOS
Una de las aplicaciones más vanguardistas, complejas e interesantes de la mecatrónica tiene
que ver con la exploración espacial. Tanto los transbordadores espaciales, como las
estaciones y las naves de exploración tienden a integrar cada vez en mayor número y calidad
aparatos guiados a control remoto que ejecutan una gran cantidad de tareas. Uno de los
ejemplos más recientes de estos aparatos lo representan los exploradores (Rovers en inglés)
empleados en las misiones de exploración al planeta Marte.
El Pathfinder (buscador de caminos) y los más recientes Spirit y Opportunity, son vehículos
motorizados, capaces de recorrer terrenos agrestes bajo condiciones climáticas extremas, la
temperatura en la noche marciana puede ser de -96°C . Además de eso, son capaces de
recoger muestras de rocas, captar imágenes panorámicas y microscópicas, y enviar la
información a la Tierra. Todo ello gracias a la combinación de dispositivos montados en un
solo aparato y controlados por una computadora de 32 bits protegida en una “caja térmica
electrónica” o cada de dispositivos electrónicos tibios (warm electronics box en iglés).
Uno de los sistemas más interesantes de estos aparatos es su sistema de balance, que
funciona mediante un dispositivo semejante al usado por el oído humano para mantener el
equilibrio. El Spirit y el Opportunity estuvieron enviando información a la tierra durante 2003 y
2004 respectivamente. Gracias ellos se verificaron datos sobre las características de la
superficie marciana y su composición química. Años después, en 2008, la sonda Phonix
corroboró la presencia de rastros de hielo y por tanto el hecho de que alguna vez hubo agua
en Marte.
Figura 88 Vehículo “Rover”
para exploración en Marte
216
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
AUTOEVALUACIÓN
CAPÍTULO 3
1.
¿Cuál es la principal ventaja de un puerto USB comparado con otros?
2.
¿Qué es una red de computadoras?
3.
¿Qué es el movimiento para la mecánica?
4.
¿Qué es una cadena cinemática?
5.
¿Qué es un interruptor?
6.
¿Qué son los temporizadores?
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
217
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
RESPUESTAS A LA AUTOEVALUACIÓN
CAPÍTULO 1
1.
Es la combinación sinérgica de la ingeniería mecánica de precisión, de la electrónica, del
control automático y de los sistemas para el diseño de productos y procesos para una
producción con mayor plusvalía y calidad.
2.
Los rubros más importantes son robótica, sistemas de transporte, sistemas de
manufactura, máquinas de control numérico, nanomáquinas y biomecatrónica.
3.
Un sistema mecatrónico es aquel sistema digital que recoge señales, las procesa y emite
una respuesta por medio de actuadores, generando movimientos o acciones sobre el
sistema en el que se va a actuar: Los sistemas mecánicos están integrados con sensores,
microprocesadores y controladores. Los robots, las máquinas controladas digitalmente,
los vehículos guiados automáticamente, etcétera. se deben considerar como sistemas
mecatrónicos.
4.
Un sensor es un dispositivo capaz de transformar magnitudes físicas o químicas,
llamadas variables de instrumentación, en magnitudes eléctricas. Las variables de
instrumentación dependen del tipo de sensor y pueden ser por ejemplo: temperatura,
intensidad lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza,
torsión, humedad, pH, etc. Una magnitud eléctrica obtenida puede ser una resistencia
eléctrica (como en una RTD), una capacidad eléctrica (como en un sensor de humedad),
una tensión eléctrica (como en un termopar), una corriente eléctrica (como un
fototransistor),
5.
Electroacústico, electromagnético, electromecánico, electroquímico,
fotoeléctrico, magnetoestrictivo, piezoeléctrico y radioacústico.
6.
La bobina del sensor inductivo induce corrientes de Foucault en el material a detectar.
Éstas, a su vez, generan un campo magnético que se opone al de la bobina del sensor,
causando una reducción en la inductancia de la misma. Esta reducción en la inductancia
de la bobina interna del sensor, trae aparejado una disminución en la impedancia de ésta.
La inductancia, es un valor intrínseco de las bobinas, que depende del diámetro de las
espiras y el número de ellas. En sistemas de corriente alterna, la reactancia inductiva se
opone al cambio del sentido de la corriente.
7.
Los LEDs, pueden estar “encendidos” y “apagados” (o modulados) con una frecuencia
que normalmente ronda un kilohercio. Esta modulación del LEDs emisor hace que el
amplificador del fototransistor receptor pueda ser “conmutado” a la frecuencia de la
modulación, y que amplifique solamente la luz que se encuentre modulada como la que
envía el emisor.
218
electrostático,
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
CAPÍTULO 2
1.
La forma más común de un sensor de velocidad y movimiento depende de la interacción
de un pequeño imán fijado al cable con una pequeña pieza de aluminio con forma de
dedal fijada al eje del indicador. A media que el imán rota cerca del dedal, los cambios
en el campo magnético inducen corriente en el dedal, que produce a su vez un nuevo
campo magnético. El efecto es que el imán arrastra al dedal (así como al indicador) en
la dirección de su rotación sin conexión mecánica entre ellos.
2.
El sensor de fuerza más común es una galga extensométrica, la cual es un dispositivo
electrónico que aprovecha el efecto piezorresistivo para medir deformaciones. Ante una
variación en la estructura del material de la galga se producirá una variación de su
resistencia eléctrica.
3.
Es un dispositivo formado por la unión de dos metales distintos que produce un voltaje
(efecto Seebeck), que es función de la diferencia de temperatura entre uno de los
extremos denominado "punto caliente" o unión caliente o de medida y el otro
denominado "punto frío" o unión fría o de referencia.
4.
Un fotodiodo es una unión P-N o estructura P-I-N. Cuando una luz de suficiente energía
llega al diodo, excita un electrón dándole movimiento y crea un hueco con carga
positiva. Si la absorción ocurre en la zona de agotamiento de la unión, o a una distancia
de difusión de él, estos portadores son retirados de la unión por el campo de la zona de
agotamiento, produciendo una fotocorriente.
5.
Se llama fototransistor a un transistor sensible a la luz, normalmente a los infrarrojos. La
luz incide sobre la región de base, generando portadores en ella. Esta carga de base
lleva el transistor al estado de conducción. El fototransistor es más sensible que el
fotodiodo por el efecto de ganancia propio del transistor.
6.
Una señal digital es un tipo de señal generada por algún tipo de fenómeno
electromagnético en que cada signo que codifica el contenido de la misma puede ser
analizado en término de algunas magnitudes que representan valores discretos, en
lugar de valores dentro de un cierto rango. Por ejemplo, el interruptor de la luz sólo
puede tomar dos valores o estados: abierto o cerrado, o la misma lámpara: encendida o
apagada
7.
Una puerta lógica, o compuerta lógica, es un dispositivo electrónico que es la expresión
física de un operador booleano en la lógica de conmutación. Cada puerta lógica
consiste en una red de dispositivos interruptores que cumple las condiciones booleanas
para el operador particular. Son esencialmente circuitos de conmutación integrados en
un chip.
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
219
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
CAPÍTULO 3
1.
Posee una alta velocidad en comparación con otro tipo de puertos, USB 1.1 alcanza los
12 Mb/s y hasta los 480 Mb/s (60 MB/s) para USB 2.0, mientras un puerto serie o paralelo
tiene una velocidad de transferencia inferior a 1 Mb/s. El puerto USB 2.0 es compatible
con los dispositivos USB 1.1.
2.
Es un conjunto de equipos (computadoras y/o dispositivos) conectados por medio de
cables, señales, ondas o cualquier otro método de transporte de datos, que comparten
información (archivos), recursos (CD-ROM, impresoras, etcétera.) y servicios (acceso a
Internet, e-mail, chat, juegos), etcétera.
3.
En mecánica el movimiento es un fenómeno físico que se define como todo cambio de
posición que experimentan los cuerpos de un sistema, o conjunto, en el espacio con
respecto a ellos mismos o con arreglo a otro cuerpo que sirve de referencia. Todo cuerpo
en movimiento describe una trayectoria.
4.
Es la unidad dinámica funcional del sistema. Está compuesta por sucesivas cadenas y las
correspondientes unidades cuyo objetivo fundamental es la traslación de ese segmento
motor en el espacio. En una cadena cinemática encontramos cadenas unidas por pares
cinemáticos (unión móvil de dos eslabones en contacto). Se pueden conocer con el
nombre de cadenas cinemáticas o motoras.
5.
Es un dispositivo para cambiar el curso de un circuito. El modelo prototípico es un
dispositivo mecánico (por ejemplo un interruptor de ferrocarril) que puede ser
desconectado de un curso y unido (conectado) al otro.
6.
Son mecanismos que funcionan o hacen una operación por cierto tiempo donde el tiempo
es ajustado de acuerdo con el uso dado.
220
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
SUGERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
• Alicitore Introducción a la Mecatrónica y a los Sistemas de Medición. Mcgraw Hill 2008
ISBN: 9701063856
• Bautista Gutiérrez, Rodríguez Ramírez; W. Bolton Mecatrónica Marcombo 2001 ISBN:
8426713157
• Bolton W. Mecatrónica - Sistemas de Control Electrónico en la Ingeniería Mecánica y
Electrónica Alfaomega 2006
• VV.AA. Sistemas Mecatrónicos Limusa México DF 2006 ISBN: 9789681865597
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
221
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
GLOSARIO
Alfanumérico
Arreglo simbólico combinado de literales y dígitos.
Booleano
Relativo a la algebra booleana. En informática y matemáticas, son
estructuras algebraicas que "capturan la esencia" de las operaciones
lógicas.
Binario
De base dos.
Bipolar
Las dos uniones de tipo PN en el transistor que permiten el paso de la
corriente, una en función de la otra.
Bit
Un bit es un dígito del sistema de numeración binario.
Circuito
Es una serie de elementos eléctricos o electrónicos interconectados a
través de conductores en uno o más bucles cerrados.
Circuito lógico
Son esencialmente circuitos de conmutación integrados en un chip.
Código
Asignación de valores dada a una serie o arreglo de símbolos.
Código máquina
Es una codificación en sistema binario que es el único que puede ser
directamente ejecutado por una computadora
Compuerta lógica
Cada puerta lógica consiste en una red de dispositivos interruptores
que cumple las condiciones booleanas para el operador particular.
Chip
Circuito integrado.
Decimal
De base diez.
Dispositivo
Artefacto creado para cumplir con una función especifica, puede ser
mecánico, eléctrico, electrónico etc. y normalmente su función es
unitaria.
Hexadecimal
De base 16.
LED
Light-Emitting Diode (diodo emisor de luz) es un dispositivo
semiconductor (diodo) que emite luz policromática.
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Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
Semiconductor
Sustancia o compuesto que se comporta como conductor o como
aislante dependiendo del campo eléctrico en el que se encuentre.
Señal
Manifestación de energía en un componente o un circuito cuando se le
esta verificando.
Tolerancia
Porcentaje de exactitud esperado en una variable.
Valor
Magnitud expresada en unidades determinadas.
Variable
Que tiene valores que oscilan dentro de un rango determinado.
Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos
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ORGANISMO PÚBLICO DESCENTRALIZADO DEL GOBIERNO FEDERAL
REFERENCIAS DOCUMENTALES
Libros.
W. Bolton. Meactrónica: Sistemas de control electrónico en ingeniería mecánica y eléctrica.
Alfaomega, 2ª Ed. 2005.
Robet H. Bishop; The Mecatronic Hanbook; Crc Press Washinton D.C
Hans-Joachim K., Matthias R.:Mechatronics. Theory And Application, Bosch Automation,
2000
Mikell P. Groover, Mitchell Weiss, Roger N. Nagel Y Nicholas G. Odrey: Robotica
Industrialtecnología, Programación y Aplicaciones; Mc Graw Hill
Asfahl, C. Ray; Seguridad Industrial y Salud, México; Pearson Educación; 2002;
Páginas de Internet
•
•
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•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
http://www.mecamex.net
http://www.elsevier.com/wps/find/journaldescription.cws_home/933/description#descript
ion
http://www.ieee.org/portal/pages/pubs/transactions/tmech.html
http://www.personal.leeds.ac.uk
http://dimei.fi-b.unam.mx/MECATRONICA/index1.html
http://www.upiita.ipn.mx/
http://www.cnad.edu.mx/
http://www.tu-chemnitz.de/ifm/english/index.htm
http://www.mechatronik.uni-duisburg.de/welcome-e.html
http://www.mechatronik.uni-linz.ac.at/
http://www.dlr.de/rm//
http://mecha.ee.boun.edu.tr/
http://mechatronics.org/
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Instalación y Operación de Sistemas Mecatrónicos