informe de actividades de la pasantia realizada en la escuela de

INFORME DE ACTIVIDADES DE LA PASANTIA REALIZADA EN LA ESCUELA DE
AVIACION DEL EJERCITO (ESAVE), EJERCITO NACIONAL COLOMBIANO
GERSON FERNANDO ARIAS SARMIENTO
UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA
FACULTAD DE INGENIERÍA
INGENIERÍA ELECTRÓNICA
BOGOTA, D.C
2009
1
INFORME DE ACTIVIDADES DE LA PASANTIA REALIZADA EN LA ESCUELA DE
AVIACION DEL EJERCITO (ESAVE), EJERCITO NACIONAL COLOMBIANO
GERSON FERNANDO ARIAS SARMIENTO
Informe de actividades para optar al titulo de
Ingeniero Electrónico
UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA
FACULTAD DE INGENIERÍA
INGENIERÍA ELECTRÓNICA
BOGOTA, D.C
2009
2
CONTENIDO
INTRODUCCION ....................................................................................................... 6
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.................................................................. 7
1.1 ANTECEDENTES…............................................................................................ 7
1.2. DESCIPCION Y FORMULACION DEL PROBELMA ......................................... 9
1.3 JUSTIFICACION……………………………………………………………………….9
1.4
OBJETIVOS……………………………………………………………………….10
1.4.1 OBJETIVOS GENERALES…………………………………………………….....10
1.4.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS………………………………………………………10
1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES……………………………………………………..10
1.5.1 ALCANCES………………………………………………………………………….10
1.5.2 LIMITACIONES……………………………………………………………………..10
2 MARCO DE REFERENCIA…...………………………………………………………11
3.
ETODOLOGIA………………………………………………………………………...11
3.1 TRES (3) TAREAS PRINCIPALES A DESARROLLAR ..................................... 11
4. DESARROLLO INGENIERIL………………………………………………………….12
4.1 INSTRUCCIÓN DEL CURSO DE LA TECNOLOGIA DE MANTENIMIENTO
AERONAUTICO A LOS SUBOFICIALES ORGÁNICOS DEL BATALLÓN DE
MANTENIMIENTO DE AVIACIÓN DEL EJÉRCITO NACIONAL COLOMBIANO EN
EL CURSO DE LA TECNOLOGÍA EN MANTENIMIENTO AERONÁUTICO EN EL
BATALLÓN DE ENTRENAMIENTO Y REENTRENAMIENTO DE AVIACIÓN
(BETRA) TOLEMAIDA, CUNDINAMARCA. ............................................................. 12
4.1.1 TECNOLOGIA DE MANTENIMIENTO AERONAUTICO................................ 12
4.1.2 OBJETIVO:.................................................................................................... 12
4.1.2.1 OBJETIVO GENERAL ............................................................................... 12
4.1.2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS ...................................................................... 12
4.1.3 JUSTIFICACION………………………………………………………………….....13
4.1.4 METODOLOGIA............................................... ¡Error! Marcador no definido.
4.1.5 COMPETENCIAS ADQUIRIDAS ..................... ¡Error! Marcador no definido.
4.1.6 DESARROLLO DE LAS ACTIVIDADES REALIZADAS.¡Error! Marcador no
definido.
3
4.1.6.2 ELECTRONICA DC Y AC ............................. ¡Error! Marcador no definido.
4.2 ASESORÍAS EN DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL LABORATORIO EN
ELECTRÓNICA E INSTRUCCIÓN EN MANEJO DE EQUIPOS E INSTRUMENTOS
Y PRACTICAS DE DESARROLLO DEL CONTENIDO TEMATICO DE LA
TECNOLOGÍA DE MANTENIMIENTO AERONÁUTICO SUBOFICIALES........ ¡Error!
Marcador no definido.
4.2.1 OBJETIVO:........................................................ ¡Error! Marcador no definido.
4.2.1.1 OBJETIVO GENERAL ................................... ¡Error! Marcador no definido.
4.2.1.2
OBJETIVOSESPECIFICOS……………………………………………………..¡Error!
Marcador no definido.
4.2.2 METODOLOGIA............................................... ¡Error! Marcador no definido.
4.2.3 DESARROLLO DE ACTIVIDADES ................... ¡Error! Marcador no definido.
4.2.3.1 PRACTICAS DE LABORATORIO ................... ¡Error! Marcador no definido.
4.2.3.2 MONTAJES Y GUIAS DE CIRCUITOS DE PRUEBA¡Error!
definido.6
Marcador
no
4.3 DISEÑO DE UN SISTEMA DINAMICO EN TIEMPO REAL PARA UN
SIMULADOR DE HELICOPTERO BAJO UN PROTOTIPO ESTABLECIDO .... ¡Error!
Marcador no definido.
4.3.1 TIPO DE PROYECTO ........................................ ¡Error! Marcador no definido.
4.3.2 CENTRO DE SIMULACION DE VUELO (ESCUELA DE AVIACIÓN DEL
EJÉRCITO NACIONAL) .............................................. ¡Error! Marcador no definido.
4.3.3 BENEFICIOS..................................................... ¡Error! Marcador no definido.
4.3.4 CARACTERISTICAS ......................................... ¡Error! Marcador no definido.
4.3.5 VISION .............................................................. ¡Error! Marcador no definido.
4.3.6 MISION ............................................................. ¡Error! Marcador no definido.
4.3.7 ESPECIFICACIÓN DEL PROYECTO ............... ¡Error! Marcador no definido.
4.3.8 GENERALIDADES ............................................ ¡Error! Marcador no definido.
4.3.9 PROBLEMA DE LA INVESTIGACION ............... ¡Error! Marcador no definido.
4.3.9.1 RESUMEN DEL PROBLEMA.......................... ¡Error! Marcador no definido.
4.3.10 DESCRIPCION DEL PROYECTO ................... ¡Error! Marcador no definido.
4.3.10.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ........... ¡Error! Marcador no definido.
4.3.11 JUSTIFICACION DEL PROYECTO ................. ¡Error! Marcador no definido.
4.3.12 OBJETIVOS: ................................................................................................ 20
4
4.3.12.1 OBJETIVO GENERAL DEL PROYECTO................................................... 20
4.3.12.2 OBJETIVO ESPECIFICO DEL PROYECTO .............................................. 20
4.3.14RESULTADOS ESPERADOS Y POTENCIALES BENEFICIARIOS .............. 21
4.3.14.1 RELACIONADOS CON LA GENERACIÓN DE CONOCIMIENTO Y /O
NUEVOS DESARROLLOS TECNOLÓGICOS ........................................................ 21
4.3.14.2 DIRIGIDO A LA INVESTIGACIÓN Y APROPIACIÓN SOCIAL DEL
CONOCIMIENTO (PASANTES)............................................................................... 22
4.3.14.3 IMPACTOS ESPERADOS A PARTIR DEL USO DE LOS RESULTADOS:22
4.3.15 ESPECIFICACIONES TECNICAS DEL PROYECTO .................................. 22
4.3.16 CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES ................ ¡Error! Marcador no definido.
4.3.17 CONSIDERACIONES ADICIONALES ............. ¡Error! Marcador no definido.
4.3.18 PRESUPUESTOS ......................................................................................... 24
4.3.18.1 FUENTES DE FINANCIACIÓN: ................................................................ 24
ANEXOS…………………………………………………………………………………….26
CONCLUSIONES ………………………………………………………………………..131
BIBLIOGRAFIA…………………………………………………………………………...132
5
INTRODUCCION
En este informe se encuentran las actividades desarrolladas de Septiembre de 2008
a Febrero de 2009, donde se muestra de forma detallada la manera en la que se
realizaron y se da a conocer el contenido y la forma de ejecución de la misma.
Las actividades realizadas en el segundo periodo de 2008, al interior del Ejercito
Nacional Colombiano, en la Escuela de Aviación del Ejercito (ESAVE), se enfocaron
en el desarrollo en la Instrucción de Suboficiales Orgánicos del Batallón de
Mantenimiento de Aviación del Ejército Nacional Colombiano en el curso de la
Tecnología en Mantenimiento Aeronáutico en el Batallón de Entrenamiento y
Reentrenamiento de Aviación (BETRA) Tolemaida, Cundinamarca.
Asesorías en diseño y construcción del laboratorio en electrónica. De la misma
forma como instructor en manejo de instrumentos tales como: Multimetros,
Osciloscopios, Fuentes, Generadores, entre otros; dirigido a los Suboficiales
Orgánicos del Batallón de Mantenimiento de Aviación del Ejército Nacional
Colombiano encargados del diseño y realización de los Laboratorio de Aviónica en
el Batallón de Mantenimiento (BAMAN) de UH-60L Black Hawk del Batallón de
Helicópteros (BAHEL), en las instalaciones del Centro Nacional de Entrenamiento
(CENAE) Tolemaida, Cundinamarca.
Adelantos de proyecto del simulador de vuelo (Flight Training Device) estático.
Propiedad de la Escuela de Aviación del Ejército y el diseño y construcción de un
simulador de movimiento en tiempo real, aplicado a un helicóptero. Aeropuerto el
Dorado, entrada No 6. CATAM.
Para lo cual se aplicaron todos los conocimientos adquiridos en el transcurso de los
estudios realizados en la Universidad de San Buenaventura.
INTRODUCCION A LA ESCUELA DE AVIACION DEL EJERCITO (ESAVE)
En el año 2007, la Escuela de Aviación del Ejército desarrolló un programa de
educación superior para la capacitación de los Suboficiales al servicio del Ejercito
Nacional Colombiano. La Tecnología de Mantenimiento Aeronáutico es una
iniciativa para que los Suboficiales técnicos de línea de helicópteros, tengan una
nueva perspectiva en el desarrollo tecnológico y estén a la vanguardia de la misma.
En el año 2008, se empezó a desarrollar un proyecto enfocado al diseño y
construcción de un simulador de movimiento en tiempo real, aplicado a un
helicóptero, cuyo fin es prestar un servicio de entrenamiento a los pilotos militares y
6
obtener un desarrollo eficaz, con la finalidad de minimizar los riesgos de
accidentalidad y el consumo de combustible [1].
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.1 ANTECEDENTES
CREACIÓN Y PRIMERA ETAPA DE LA AVIACIÓN EN EL EJÉRCITO DE
COLOMBIA.
Para el año de 1916 Colombia se encontraba muy distante del conflicto que se
libraba en Europa para ese entonces la primera guerra mundial. De los 134 aviones
y 23 escuadrillas que poseían los aliados al iniciarse la guerra, se habían convertido
en 232 escuadrillas con cerca de 3900 aparatos al finalizar la contienda. Las 34
escuadrillas alemanas de 1914, servidas por 4200 hombres, se transformaron en
3325 con más de 600 hombres en 1918.En nuestro país, la inquietud de un grupo
de caballeros con altas influencias, promovió el interés del congreso por el
desarrollo de la aviación.
Fundador de la aviación Nacional (Figura 1)
Figura 1. Marco Fidel Suarez
Así el 7 de septiembre de 1916 la iniciativa de quienes conformaron la agrupación
denominada Club Colombiano de Aviación, se configuró al expedirse la Ley 15 de
ese año que constituyó “la primera legislación para introducir en el EJERCITO LA
ESPECIALIDAD AERONÁUTICA” Esta ley facultaba al gobierno para enviar al
exterior una comisión de oficiales de las armas de CABALLERIA, INFANTERIA,
ARTILLERIA E INGENIEROS al exterior con el fin de adelantar estudios militares
sobre “los nuevos procedimientos de guerra, los sistemas de armamento y de
7
táctica, la AVIACIÓN MILITAR, la administración del EJERCITO, la defensa de
puertos con submarinos y minas, y todas las cuestiones técnico –militares que el
Ministerio de Guerra le señale”. Entre otros aspectos señaló el tiempo de estadía en
el exterior de dichos oficiales, la posibilidad de integrar al grupo suboficiales y
civiles, quienes a su regreso al país estarían obligados a prestar en el EJERCITO
sus servicios como aviadores, directores y profesores de una escuela de Aviación.
Esta Ley fue sancionada por el Presidente de la República JOSÉ VICENTE
CONCHA y por el Ministro de Guerra SALVADOR FRANCO.“La Ley expedida en
1916 había despertado grandes esperanzas entre los oficiales del EJERCITO y en
buena parte de los estudiantes que vislumbraban un nuevo porvenir, atraídos por la
aventura de conducir un aeroplano e imbuidos del espíritu aguerrido y audaz de los
gloriosos aviadores que tantas victorias se habían anotado en batalla”.
El 31 de diciembre de 1919, firmada por el señor Presidente de la Nación MARCO
FIDEL SUAREZ (ver Figura 1) y el Ministro de Guerra JORGE ROA fue aprobada la
LEY 126 en la que se estableció en el país la aviación como LA QUINTA ARMA
INTEGRANTE DEL EJERCITO, autorizando al gobierno “para reglamentar todo lo
relativo a dotaciones de personal, materiales, instrucción, grados, servicios que
deba desempeñar, reclutamiento, movilización y demás disposiciones que deban
caracterizar esta ARMA. El Decreto que reglamenta dicha ley es el 357 del 11 de
Marzo de 1921, que a continuación. Se reproduce.
Decreto 357 de 1921 marzo 11.
Por el cual se organiza la QUINTA ARMA DEL EJÉRCITO, en desarrollo de la Ley
126 de 1919.
El Presidente de la República, en uso de sus facultades legales, Decreta:
Artículo 1°. Organizarse la quinta arma del Ejército, la cual se dividirá en
Escuadras, Grupos y Escuadrillas.
Artículo 2°. Cada Escuadra se compondrá de dos o tres Grupos, y cada Grupo de
dos o tres Escuadrillas.
Artículo 3°. El Cuerpo de Aviación del Ejército se compondrá por ahora de tres
Grupos de dos Escuadrillas cada uno, correspondientes a las tres zonas militares en
que está dividido el territorio nacional. En caso de guerra cada uno de estos Grupos
servirá de base para la formación de una Escuadrilla.
8
Artículo 4°. El personal y el material del Cuerpo de Aviación será el que indica el
reglamento de dotaciones de paz y de guerra presentado por el Ministerio de
Guerra, el cual se aprueba por el presente Decreto.
Artículo 5°. El reclutamiento en tiempo de paz y la movilización en caso de guerra
se harán entre el personal educado en la Escuela Militar de Aviación.
Artículo 6°. Los tres Grupos de que trata el artículo 3° se den ominarán primero,
segundo y tercero y las Escuadrillas Antioquia, Atlántico, Cauca, Huila, Magdalena y
Valle. Los aviones se marcarán con la letra A y el número de orden correspondiente
dentro del cuerpo de Aviación.
Artículo 7°. Las Escuadras serán comandadas por un Coronel, los Grupos por un
Teniente Coronel y las Escuadrillas por un Mayor. Comuníquese y publíquese.Dado en Bogotá, a 11 de marzo de 1921.
La evolución Jurídico Histórica de la Aviación del Ejercito , en una primera etapa
hasta su reactivación en Destacamento Aéreo aprobado por el Comando General
con la disposición 029/94 y ratificada por el Ministerio de Defensa con la resolución
10058/94 y posterior reorganización mediante decreto No.1422 del 25 de Agosto
de 1995 : Solo hasta el año 2003, y gracias al crecimiento de la Aviación del
Ejército bajo el gobierno del Doctor ALVARO URIBE VELEZ, la Señora Ministra
MARTHA LUCIA RAMIREZ y el Comandante del Ejército, General CARLOS
ALBERTO OSPINA OVALLE, mediante Disposición 000008 del 28 de abril de 2003
y Resolución 0533 del 27 de Junio de 2003 fue creada y activada la Escuela de
Aviación del Ejército, y a su vez aprobadas las tablas de organización y equipo
respectivamente. En el año 2004 se traslada la unidad desde Tolemaida a las
actuales instalaciones en Bogotá. [2]
1.2 DESCRIPCIÓN Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
El problema actual en la Escuela de Aviación del Ejército radica en la instrucción
actual se los oficiales y suboficiales orgánicos del Ejercito Nacional, en el campo
tecnológico. Las ayudas necesarias prestadas hacen referencia a la capacitación
de los alumnos donde adquieren un conocimiento más enfocado en relación al
mantenimiento aeronáutico y dinámicas de vuelo, con la capacidad de innovar y
diseñar, teniendo en cuenta las características exactas en las aeronaves y las
aplicaciones en cuanto al desarrollo tecnológico.
La Escuela de Aviación del Ejército puede mejorar las técnicas de instrucción de
vuelo y mantenimiento aeronáutico de los estudiantes en el avance tecnológico
enfocado a la parte militar?.
9
1.3
JUSTIFICACIÓN
Los tiempos modernos y los avances tecnológicos, demandan la concepción e
implementación de programas académicos que capaciten al individuo, como un
dinamizador de las soluciones a los problemas de la creciente industria aeronáutica
mundial.
Se requiere de una excelente capacitación, para el personal calificado con el que
cuentan actualmente las fuerzas militares, y que se desempeña como elemento
fundamental de las diferentes especialidades aeronáuticas. Con el desarrollo de
programas tecnológicos de alta calidad, se garantiza la proyección profesional de
los aviadores de las fuerzas militares y un invaluable aporte a la sociedad.
El diseño y fabricación de un simulador de vuelo se hace necesaria a partir de los
requerimientos actuales para el entrenamiento de los pilotos militares, teniendo en
cuenta los factores de seguridad aérea y costos de operación de una Aeronave real
empleada para este fin.
1.4 OBJETIVOS
1.4.1 Objetivo General
Capacitar e instruir a los suboficiales de Ejercito Nacional Colombiano en el área de
vuelo y mantenimiento aeronáutico con el fin de implementación de nuevos
proyectos aeronáuticos a la vanguardia del avance tecnológico, teniendo en cuenta
factores de seguridad aérea y costos de operación de las aeronaves.
1.4.2 Objetivos Específicos
Aportar a la enseñanza e instrucción de los Suboficiales del Ejército Nacional
Colombiano, con el fin de capacitarlos en todo lo relacionado a la introducción
sobre Electricidad básica y Electrónica DC y AC.
Asesorar en el diseño y construcción de los laboratorios de electrónica, y
capacitar al personal autorizado en la instrucción de manejos de equipos
electrónicos.
Diseñar e implementar un sistema de simulación de vuelo en tiempo real de
helicópteros bajo un prototipo establecido.
1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES
1.5.1 Alcances
El proyecto se enfoca en la instrucción en electrónica DC y AC a los Suboficiales del
Ejército Nacional donde el resultado esperado es según los proyectos de
investigación
y de implementación de los alumnos de la tecnología en
10
Mantenimiento Aeronáutico y el diseño del simulador dinámico de un helicóptero
bajo un prototipo establecido.
1.5.2 Limitaciones
La principal limitación para la realización de este proyecto es la consecución de
algunos de los actuadores correspondientes, incluyendo el estudio y
comportamiento de los helicópteros e estructuras internas para que el proyecto del
simulador pueda ser llevado a cabo y por otro lado que los proyectos de los alumnos
de la tecnología pueda desarrollar sus proyectos de investigación e implementación
en las aeronaves.
2. MARCO DE REFERENCIA
El trabajo se ve enfocado a las practicas profesionales, donde la instrucción de
Suboficiales orgánicos del Ejército Nacional, el diseño y construcción del laboratorio
de electrónica del Batallón de Mantenimiento UH -60 y del simulador de vuelo
Dinámico de un helicóptero; son la tareas principales del desarrollo Ingenieril de
proyecto.
A continuación se describen las tres tareas principales que se desarrollaron en la
Escuela de Aviación del Ejército Nacional. En cada una de ellas se platea un
objetivo general y varios específicos, los cuales fueron desarrollados en el proceso
de la práctica profesional
3. METODOLOGIA
3.1 TRES (3) TAREAS PRINCIPALES A DESARROLLAR
Instruir a los Suboficiales Orgánicos del Batallón de Mantenimiento de
Aviación del Ejército Nacional Colombiano en el curso de la Tecnología en
Mantenimiento Aeronáutico en el Batallón de Entrenamiento y
Reentrenamiento de Aviación (BETRA) Tolemaida, Cundinamarca.
Asesorar e instruir en la implementación de elementos o circuitos
electrónicos en proyectos de grado de los estudiantes del curso de la Tecnología en
Mantenimiento Aeronáutico.
Asesorar en diseño y construcción del laboratorio en electrónica. De la misma
forma como instruir en manejo de instrumentos tales como: Multimetros,
Osciloscopios, Fuentes, Generadores, entre otros; dirigido a los Suboficiales
Orgánicos del Batallón de Mantenimiento de Aviación del Ejercito Nacional
Colombiano encargados del diseño y realización de los Laboratorio de
Aviónica en el Batallón de Mantenimiento (BAMAN) de UH-60L Black Hawk
del Batallón de Helicópteros (BAHEL), en las instalaciones del Centro
Nacional de Entrenamiento (CENAE) Tolemaida, Cundinamarca.
11
Diseñar y construir un simulador de helicópteros, acondicionado como
sistema de vuelo dinámico (Full Motion). Proyecto futuro a corto plazo.
Adelantar procesos de diseño, construcción y modificación en el proyecto del
simulador de vuelo (Flight Training Device) estático.
A continuación se relaciona detalladamente cada una de las actividades realizadas,
donde se da las características correspondientes al tema.
4. DESARROLLO INGENIERIL
EJÉRCITO NACIONAL DEPARTAMENTO DE INVESTIGACION ESCUELA DE
AVIACIÓN (ESAVE).
4.1 INSTRUCCIÓN DEL CURSO DE LA TECNOLOGIA DE MANTENIMIENTO
AERONAUTICO A LOS SUBOFICIALES ORGÁNICOS DEL BATALLÓN DE
MANTENIMIENTO DE AVIACIÓN DEL EJÉRCITO NACIONAL COLOMBIANO
EN EL CURSO DE LA TECNOLOGÍA EN MANTENIMIENTO AERONÁUTICO
EN EL BATALLÓN DE ENTRENAMIENTO Y REENTRENAMIENTO DE
AVIACIÓN (BETRA) TOLEMAIDA, CUNDINAMARCA.
4.1.1 TECNOLOGIA DE MANTENIMIENTO AERONAUTICO
El Centro de Educación Militar, institución de educación superior, a través de la
Escuela de Aviación del Ejército, cuya misión es la de capacitar y especializar
integralmente a los Oficiales y Suboficiales de aviación, proyectando su formación
superior, fortaleciendo el liderazgo y la doctrina para el desempeño efectivo de las
tareas propias de la aviación, presenta su nuevo programa académico Tecnología
en Mantenimiento Aeronáutico.
El desarrollo de carreras tecnológicas, que respondan a las necesidades del ámbito
aeronáutico mundial, debe ser el objetivo de la comunidad educativa del país. Es
por ello, que la Tecnología en Mantenimiento Aeronáutico se desarrolla bajo el
sistema de créditos académicos a fin de facilitar los procesos de homologación y
validación de asignaturas y de títulos en las mejores instituciones de educación
superior.
4.1.2 OBJETIVO:
4.1.2.1 OBJETIVO GENERAL
El programa académico Tecnología en Mantenimiento Aeronáutico tiene como
objetivo formar integralmente líderes con una base doctrinaria sólida enmarcada
12
dentro de los principios y valores que le permitan desarrollar las tareas propias de la
preservación y conservación de las aeronaves y el desarrollo de nuevas tecnologías
en el campo eléctrico y electrónico enfocado a la aviación.
4.1.2.2
OBJETIVOS ESPECIFICOS
• Contribuir con el desarrollo organizacional del sector electrónico y aeronáutico de
acuerdo con las necesidades del entorno y las regulaciones internacionales.
• Generar una vocación teórico-práctica que solucione las necesidades de aptitud
técnica y legal de las aeronaves de las fuerzas militares.
A Quien Va Dirigido el Programa?.
Está dirigido al personal de las Fuerzas Militares , estudiante del curso de
Tecnología en Mantenimiento Aeronáutico y personal interesado en la tecnología y
electrónica de aviación (Aviónica), vinculados a la aviación, como pilotos, ingenieros
de vuelo, técnicos, inspectores y almacenistas, entre otros.
4.1.3 JUSTIFICACION
Los tiempos modernos y los avances tecnológicos, demandan la concepción e
implementación de programas académicos que capaciten al individuo, como un
dinamizador de las soluciones a los problemas de la creciente industria aeronáutica
mundial.
La proyección de adquisición de nuevos equipos, como aeronaves, bancos de
prueba, y herramientas especiales, para el desarrollo de la aviación de las fuerzas
militares de Colombia, marca la pauta para la optimización de los procesos
logísticos y de mantenimiento aeronáutico.
.
Se requiere de una excelente capacitación, para el personal calificado con el que
cuentan actualmente las fuerzas militares, y que se desempeña como elemento
fundamental de las diferentes especialidades aeronáuticas. Con el desarrollo de
programas tecnológicos de alta calidad, se garantiza la proyección profesional de
los aviadores de las fuerzas militares y un invaluable aporte a la sociedad.
4.1.4 METODOLOGIA
El programa está enmarcado dentro de la modalidad semi –presencial. Las horas de
trabajo dentro del aula y en compañía del titular de cada asignatura serán
complementadas con talleres y trabajos dirigidos por el instructor y documentos
enviados a los estudiantes en medio magnéticos vía internet.
4.1.5 COMPETENCIAS ADQUIRIDAS
13
El Tecnólogo en Mantenimiento Aeronáutico está capacitado para desarrollar los
procesos de conservación y continuidad de aeronavegabilidad de las aeronaves de
ala fija y ala rotatoria. Se proyecta como un ser integral capaz de plantear
soluciones prácticas a las necesidades de innovación de procedimientos en el
mantenimiento eléctricos y electrónicos y el diseño e implementación de nuevos
proyectos en las aeronaves pertenecientes al Ejército Nacional Colombiano.
4.1.6 DESARROLLO DE LAS ACTIVIDADES REALIZADAS.
Figura 2. Cuadro del pensum, Tecnología de Mantenimiento Aeronáutico, diseñado por la
Escuela de Aviación del Ejército (ESAVE). [3]
En el cuadro (Figura2) mostrado anteriormente (Pensum del curso de la tecnología,
diseñado por la Escuela de Aviación del Ejercito, ESAVE) se ve relacionado el
programa de la tecnología, donde se referencian las materias en las cuales se dio
la instrucción a los estudiantes de tercero, cuarto y quinto semestre en las áreas de
Electricidad y Electrónica I - II.
4.1.6.1
ELECTRICIDAD BASICA
Se realizó un documento que se les entregó a los estudiantes vía internet, para
darles una introducción a la Electricidad Básica y así dar inicio al curso de la
tecnología. Este documento cuenta con su respectivo contenido temático y talleres
14
para conocer el nivel de comprensión y reforzar los conocimientos por parte de los
alumnos.
Ver Anexo A (Contenido temático del curso de Electricidad Básica). [5]
4.1.6.2 ELECTRONICA DC Y AC
Desde este punto se empieza a dar la instrucción de los Suboficiales, en calidad de
asistentes (estudiantes), en clases presenciales con una duración aproximada de 5
(cinco) horas por clase, cumpliendo a cabalidad con el objetivo propuesto.
Clase No 1 Introducción a la electrónica básica (Símbolos y Componentes). Ver
Anexo B [9] – [10]
Clase No 2 Conceptos Básicos
Medidas). Ver Anexo C [9]
Tablas de Medidas (Sistema Internacional de
Clase No 3 Resistencias (Código de Colores). Ver Anexo D [9] – [10]
Clase No 4 Resistencias - Ley de Ohm y de Kirchhoff. Ver Anexo E [7]
Clase No 5 Inductancia y Capacitancia. Ver Anexo F [7]
Clase No 6 Diodos, Puente Rectificador y Reguladores. Ver Anexo G [6]
Clase No 7 Divisor de Corriente y de Voltaje. Conversiones Delta – Y y Y – Delta.
Ver Anexo H [7] – [10]
Clase No 8 Los teoremas de Redes. Ver Anexo I [7] – [9] – [10]
Clase No 9 Compuertas lógicas y principios de Circuitos Integrados. Ver Anexo J
[9]
EJERCITO NACIONAL DEPARTAMENTO DE INVESTIGACION ESCUELA DE
AVIACION (ESAVE)
4.2
ASESORÍAS EN DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL LABORATORIO EN
ELECTRÓNICA E INSTRUCCIÓN EN MANEJO DE EQUIPOS E
INSTRUMENTOS Y PRACTICAS DE DESARROLLO DEL CONTENIDO
TEMATICO DE LA TECNOLOGÍA DE MANTENIMIENTO AERONÁUTICO
SUBOFICIALES
4.2.1 OBJETIVO:
4.2.1.1 OBJETIVO GENERAL
El Ejército Nacional Colombiano cuenta con un personal de Suboficiales,
capacitados para el diseño y construcción de laboratorios de electrónica, que facilita
su trabajo en el campo de revisión técnica para uso exclusivo de la misma
15
institución, donde con la ayuda de personal capacitado y trabajo de Ingeniería
cumplir a cabalidad con cada una de las metas propuestas.
4.2.1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS:
Contribuir al diseño y la construcción en calidad de asesor, de los laboratorios de
electrónica.
Capacitar al personal seleccionado en el área de electrónica de aviación (Aviónica)
en uso, manejo de equipos e instrumentos electrónicos.
Instruir a los alumnos del curso de la Tecnología de Mantenimiento Aeronáutico por
medio de guías de laboratorio, sobre lo relacionado a la electrónica DC y AC y de
igual manera, en el manejo de equipos e instrumentos electrónicos.
4.2.2 METODOLOGIA
Esta capacitación y asesoría en el diseño e instrucción de los laboratorios de
electrónica se llevo a cabo en el periodo establecido al segundo semestre de 2008,
Enero de 2009, en colaboración de los suboficiales encargados en el desarrollo del
mismo, donde el tiempo empleado era el de su horario laboral y la capacitación de
los alumnos de la Tecnología desarrollaban las prácticas correspondientes al curso,
en horas de clases designadas y preestablecidas por los coordinadores del manejo
y control de los laboratorios.
4.2.3DESARROLLO DE ACTIVIDADES
4.2.3.1 PRACTICAS DE LABORATORIO
En este espacio se relacionó lo aprendido en las aulas de instrucción con la parte
práctica, aprendiendo el funcionamiento y manejos de los equipos del laboratorio,
los cuales se contaban con Multimetros, Osciloscopios, Fuentes, Generadores,
entre otros. Gracias a dichos instrumentos se pudo comprobar cada una de las
leyes expuestas en el contenido temático del curso, enfocado a la electrónica DC y
AC, con el apoyo de guías de prácticas de laboratorio, relacionadas a continuación:
Ver Anexo K [8]
4.2.3.2 MONTAJES Y GUIAS DE CIRCUITOS DE PRUEBA
Los montajes que se tomaron de base, sirve como apoyo para el desarrollo de las
prácticas de laboratorio y así facilitar la instrucción de los Suboficiales.
Estos documentos fueron tomados de páginas Web (Internet), de la universidad
nacional de Colombia y el respaldo del libro Boylestad, Análisis Introductorio de
Circuitos, Octava Edición, Editorial Pearson Educación
16
Los documentos están relacionados en un trabajo realizado, con un estilo sencillo y
fácil para el entendimiento de las prácticas propuestas por el personal autorizado y
capacitado (Pasante), desarrollo de las prácticas profesionales.
Ver Anexo L [10]
EJERCITO NACIONAL DEPARTAMENTO DE INVESTIGACION ESCUELA DE
AVIACION (ESAVE)
4.3 DISEÑO DE UN SISTEMA DINÁMICO EN TIEMPO REAL PARA UN
SIMULADOR DE HELICOPTERO BAJO UN PROTOTIPO ESTABLECIDO
4.3.1 COMITÉ EJECUTIVO
Gerente del Proyecto
TC. Peter Santiago Murillo Gallo
Entidades Participantes
ESAVE (Escuela de Aviación del Ejercito) – BAMAN 6 (Batallón de Mantenimiento)
Lideres de Grupo de Investigación
Ingeniero Edison Moreno Zamudio – ESAVE
TO. Elkin Rodríguez – BAMAN 6
Línea de Investigación
Operacional [4]
4.3.2 TIPO DE PROYECTO
DESARROLLO E INVESTIGACIÓN
4.3.3 CENTRO DE SIMULACION DE VUELO (Escuela de Aviación del Ejército
Nacional)
El simulador de vuelo fortalece la seguridad aérea y optimiza la proeficiencia de
nuestros pilotos.
4.3.4 BENEFICIOS
Incrementar la seguridad aérea.
17
Mejorar la capacidad de vuelo.
Desarrollar la capacidad de vuelo por instrumentos.
Mejora la capacidad operacional de los pilotos alumnos.
4.3.5 CARACTERISTICAS
Cabina de simulación biplaza doble comando, con mandos y controles funcionales.
Vuelo por instrumentos.
Manejo de recursos de cabina.
Capacidad de simular varios tipos de aeronaves.
Escenarios de Colombia.
Sonido ambiental real.
4.3.6 VISION
Alcanzar la excelencia en el entrenamiento de vuelo por instrumentos, minimizando
el riesgo de operación en las misiones del Arma de Aviación de Ejercito. [12]
4.3.7 MISION
Desarrollar las destrezas y habilidades de los oficiales pilotos del arma de aviación
en el vuelo de instrumentos, para lograr su óptimo desempeño en el cumplimiento
de las operaciones aéreas. [12]
FIGURA 3. Simulador de vuelo (Propiedad de la Escuela de Aviación del
Ejercito)[12]
18
4.3.8 ESPECIFICACIÓN DEL PROYECTO
4.3.8.1 GENERALIDADES
El propósito fundamental consiste en el diseño y construcción de un simulador de
movimiento en tiempo real, bajo un prototipo establecido, aplicado a un helicóptero
que servirá para aumentar las capacidades y mejorar el entrenamiento de los pilotos
militares del Ejercito Nacional.
Un full Motion Simulator (simulador de movimiento completo) o full-flight Simulator,
duplica todos los aspectos de una aeronave y su entorno, incluyendo los
movimientos básicos de la aeronave. Este tipo de simuladores pueden generar
sacudidas momentáneas de forma que sus ocupantes en el simulador deban
abrocharse los cinturones de los asientos tal y como harían en una aeronave real.
Dado que el movimiento de cualquier simulador es mucho más restrictivo que los
movimientos de una aeronave real, el sistema de movimientos no calca los
movimientos y actitud del avión. En lugar de ello realiza las llamadas señales de
movimiento las cuales engañan las sensaciones del piloto y le hacen creer que está
volando. Para poder hacer esto apropiadamente, el conocimiento de los órganos de
los sentidos del ser humano, particularmente del sistema, es empleado
extensivamente. Esto convierte a la simulación de vuelo en un área de
conocimientos intensivos. [4]
4.3.9 PROBLEMA DE LA INVESTIGACION
4.3.9.1 Resumen del problema
Con la formulación de este proyecto, el propósito fundamental consiste en la
implementación de un simulador de vuelo que será de gran importancia en la
formación de los oficiales futuros pilotos del arma de Aviación del Ejército, así como
repasos e instrucciones dirigidos a pilotos del arma de aviación.
Este radica en el comando operativo de la aviación del Ejército donde no se cuenta
con simuladores dinámicos que sirve de gran ayuda a la hora del adiestramiento de
un piloto, ya que este aprenderá y conocerá acerca de las reacciones y movimientos
caracteristicos del vuelo de un helicóptero. [4]
4.3.10 DESCRIPCION DEL PROYECTO
4.3.10.1 Planteamiento Del Problema
La Escuela de Aviación del Ejército puede mejorar las técnicas de instrucción de
vuelo a sus estudiantes del curso de Piloto Militar?.
El problema actual en la Escuela de Aviación radica en aquellas ayudas de
instrucción que a la fecha no son suficientes para la formación requerida de los
19
futuros pilotos de la aviación del Ejercito Nacional. Las ayudas necesarias hacen
referencia a simuladores de vuelo donde los estudiantes adquieran un conocimiento
mas real de la dinámica de vuelo, las características exactas de la aeronave que
van a tripular y las misiones en las cuales se van a desempeñar frecuentemente una
vez estén volando en una aeronave real.
4.3.11 JUSTIFICACION DEL PROYECTO
El diseño y fabricación de un simulador de vuelo se hace necesaria a partir de los
requerimientos actuales para el entrenamiento de los pilotos militares, teniendo en
cuenta los factores de seguridad aérea y costos de operación de una Aeronave real
empleada para este fin.
Cabe resaltar que los simuladores dinámicos se emplean hace varios años como
elementos fundamentales en el entrenamiento y capacitación de pilotos tanto
militares como civiles en todo el mundo.
4.3.12 OBJETIVOS:
4.3.12.1 OBJETIVO GENERAL DEL PROYECTO
Diseñar y construir un simulador de vuelo Dinámico (Full Motion) en tiempo real de
un Helicóptero.
4.3.12.2 OBJETIVO ESPECIFICO DEL PROYECTO
Brindar al estudiante de piloto militar un refuerzo de vuelo por simulador para que
adquiera experiencia, manejo y pericia en su aeronave.
Reducir los índices de accidentalidad por falta de conocimiento de la aeronave y
experiencia de vuelo en la misma.
Aumentar las capacidades de los estudiantes en el curso de tierra brindado por la
Escuela de Aviación del Ejército
Este se divide en dos etapas establecidas.
Primera Etapa.
Recopilación de información.
Pre diseño de sistemas mecánicos.
Diseño de la interfaz con el Software de simulación.
Diseño de los sistemas de visualización.
Diseño y selección de los actuadores.
20
Diseño del modelo de cabina.
Diseño final de plataforma.
Segunda Etapa
Compra de equipos y materiales.
Montaje de equipos y actuadores.
Pruebas y ajustes.
Documentación de resultados. [4]
4.3.13METODOLOGIA PROPUESTA
Para poder dar cumplimiento a los objetivos es necesario que las personas
involucradas en la investigación estén al tanto del proyecto en curso y presten toda
la información en cuanto al problema compete, de esta manera se recolectara la
información necesaria para determinar los factores que deben intervenir en el
simulador y de esta manera desarrollar el proyecto, cumpliendo todas las
expectativas de instrucción y las del grupo de investigación de la Escuela. [4]
Una vez los factores y características del proyecto sean definidos, se procederá al
ensamble y desarrollo de software, instalación y alimentación de datos como lo son
topografía Colombiana, Aeronaves propias de la Aviación del Ejercito Nacional,
posibles fallas, meteorología real.
4.3.14 RESULTADOS ESPERADOS Y POTENCIALES BENEFICIARIOS
En primer lugar la parte de desarrollo del simulador deja muchos conocimientos a
aquellas personas que participen el proyecto, sobre redes informáticas y
simuladores de realidad virtual, donde se incursionara en el desarrollo de
situaciones críticas de vuelo a las que se puede enfrentar un piloto al mando de un
helicóptero del Ejercito Nacional.
El principal beneficiario será la Escuela de Aviación del Ejército y sus estudiantes de
Piloto Militar, afectando directamente las operaciones del Ejército de Colombia. [4]
21
4.3.14.1 Relacionados con la generación de conocimiento y /o nuevos
desarrollos tecnológicos
Los proyectos de investigación que actualmente están en curso en la Escuela e
Aviación del Ejército, se destacan y caracterizan por ser pioneros en su categoría,
ya que los proyectos que anteriormente se desarrollaban en la aviación del Ejército
no tenían el apoyo correspondiente y además no se les daba la importancia
necesaria. Es por esto que los aportes a la tecnología y desarrollo son bastante
importantes para el desarrollo científico y de investigación en la Escuela de
Aviación.
Resultado Esperado
Indicador
Simulador de Vuelo en la Conocimientos
Escuela de Aviación del adquiridos por
Ejercito
pilotos
Beneficiario
ESAVE
los
BRIAV
4.3.14.2 Dirigido a la investigación y apropiación social del conocimiento
(Pasantes)
En algunos de los proyectos formulados por la ESAVE se espera que tengan un
impacto social relevante, pero dado el caso, en que la mayoría aplican para equipos
militares el reconocimiento solo se podrá dar en este campo. Por otro lado, si lo
vemos desde el punto de vista académico y en el caso que participen pasantes de
otras instituciones o universidades se tendrá un reconocimiento académico por parte
de aquellas universidades a las cuales pertenezcan los estudiantes.
Resultado
esperado
y
Producto
Indicador
Simulador dinámico
Beneficiario
Ejercito de Colombia
4.3.14.3 Impactos Esperados a Partir del Uso de los Resultados:
Los impactos esperados para este proyecto están especialmente relacionados a la
incentivación a la investigación en el ambiente educativo de la ESAVE (Escuela de
Aviación del Ejército), posterior a esto se espera que los resultados en el área de
instrucción así como la investigación a nivel institución educativa aumenten. Los
impactos no necesariamente se logran al finalizar el proyecto, ni con la sola
consecución de los resultados. Los impactos esperados son una descripción de la
posible incidencia del uso de los resultados del proyecto en función de la solución
de los asuntos o problemas estratégicos militares, nacionales o globales,
22
abordados. Generalmente se logran en el mediano y largo plazo, como resultado de
la aplicación de los conocimientos o tecnologías generadas a través del desarrollo
de una o varias líneas de investigación en las cuales se inscribe el proyecto. Los
impactos pueden agruparse, entre otras, en las siguientes categorías:
operacionales, educación e instrucción, entrenamiento, sociales de productividad y
competitividad.
4.3.15 ESPECIFICACIONES TECNICAS DEL PROYECTO
En cuanto tiene que ver con las especificaciones del proyecto se hará una
introducción básica a los antecedentes de posibles simuladores de guía que
actualmente desempeñan el funcionamiento esperado de nuestro proyecto.
Simulador de vuelo en tiempo real de un helicóptero bajo un prototipo establecido.
Ver Anexo M [4]
4.3.16 CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES
Los parámetros relacionados en la tabla en su mayoría se han cumplido a
cabalidad hasta el numeral (Ítem) No 7, en transcurso del año 2008. (Tabla 1).
Estos parámetros expuestos fueron realizados bajo la organización del grupo de
investigación de la Escuela de Aviación del Ejercito (ESAVE), Ejercito Nacional
Colombiano donde son los únicos de tener uso exclusivo del documento (personal
autorizado perteneciente a la ESAVE) para poder llevar a cabo el proyecto de
Diseño y construcción del simulador de vuelo dinámico (Full Motion).
Ítem
Actividad
1
Antecedentes
2
Propuesta
3
análisis del problema
4
Investigación de simuladores Homólogos
5
Anteproyecto
6
Adquisición de datos
7
Selección de Software
23
Clasificación en diseño
8
Montaje de equipos
9
Análisis de interfaces
10
Instalación
“BRIAV”
de
Software
característico
11
Instalación de periféricos de control
Tabla 1.
de actividades 12
Vuelos de pruebas
el grupo de
de la Escuela de Aviación del Ejército
Cronograma
propuesto por
investigación
4.3.17 CONSIDERACIONES ADICIONALES
Cuando exista la participación de más de un grupo de investigación en la ejecución
del proyecto, es necesario que se establezca claramente cuáles serán las
actividades a desarrollar por cada una de las partes, así como los compromisos
adquiridos por cada una de ellas.
4.3.18 PRESUPUESTOS
Este presupuesto se presenta de forma global especificada en una tabla, donde
relaciona y dan cuenta del presupuesto total.
El presupuesto se hizo bajo unas normas de reglamento con el fin de dar la
financiación correspondiente al proyecto, perteneciente al proyecto de diseño y
construcción de un simulador de vuelo dinámico para un helicóptero.
Proyecto perteneciente a la escuela de aviación del ejercito ESAVE. [4]
4.3.18.1 Fuentes de financiación:
Escuela de Aviación del Ejército
Ministerio de defensa
El objetivo es establecer un grupo de investigación que se comprometa al desarrollo
del proyecto con la ayuda de entidades, que estén a la vanguardia de la tecnología
en simulación de vuelo, o grupos de Ingenieros Electrónicos, Mecatrónicos y
Aeronáuticos, contando con la colaboración de estudiantes de Ingeniera enfocados
o relacionados al tema, dando la oportunidad de desarrollar sus practicas
24
profesionales al servicio de la institución del Ejercito Nacional colombiano y
asegurando la continuidad y estabilidad del grupo investigador, en este caso al
ingeniero encargado del proyecto y pasantes relacionados con el proyecto.
Los siguientes formatos son tomados como base para la planificación del proyecto
de la Escuela de Aviación del Ejército (ESAVE) donde se especifica cada una de las
condiciones preestablecidas por las partes que prestaran la financiación
Ver Anexo N [4]
25
ANEXOS
ANEXO A
Contenido temático del curso de Electricidad Básica [5]
INDUCTANCIA
INDUCTANCIA: Cuando la corriente alterna atraviesa una bobina, la subida y la
caída del flujo de la misma, primero en una dirección, y luego en otra, instala un
campo magnético que se amplía. Un voltaje se induce en la bobina que es opuesta
en la dirección al voltaje aplicado y que se opone a cualquier cambio en la corriente
alterna. El voltaje inducido se llama la fuerza electromotriz (f.e.m.), puesto que se
opone al voltaje aplicado. Esta característica de una bobina para oponer cualquier
cambio en la corriente que lo atraviesa se llama inductancia.. En cualquier bobina, la
inductancia depende de varios factores, principalmente del número de vueltas, del
área seccionada transversalmente de la bobina, y del material en el centro de la
bobina o de la base. Una base del material magnético aumenta grandemente la
inductancia de la bobina.
El símbolo para la inductancia en fórmulas es la "L." mayúscula. La inductancia se
mide en los Henrios (H). Un inductor (bobina) tiene una inductancia de 1 Henrio si
una f.e.m. de 1 voltio se induce en el inductor cuando la corriente a través del
inductor está cambiando en el índice de 1 amperio por segundo. Sin embargo, el
Henrio es una unidad grande de la inductancia y se utiliza con los inductores
relativamente grandes que tienen corazones de hierro. La unidad usada para los
inductores pequeños de la base del aire es la millihenry (Mh). Para los inductores
más pequeños inmóviles de la base del aire la unidad de la inductancia es el micro
henrio (Mh).
La inductancia total de inductores conectó en series-paralelo puede ser computada
combinando las inductancias paralelas y después agregando los valores de la serie.
En todos los casos, estas fórmulas son válidas, proporcionando los campos
magnéticos de los inductores no obran recíprocamente.
Cuestionario de aplicación:
Guía empleada para reforzar los conocimientos.
Inductores en Serie:
Problema de aplicación:
Se utiliza tres bobinas en serie donde la suma total es la suma de las misma de la
misma forma como una suma de resistencias en serie. (Figura 4).
26
Las bobinas son:
L1=40 ; L2=40 ; L3=40, estos valores son dados en µH.
L= L1 + L2 + L3 = 120 µH.
Figura 4. Circuito en Serie (Inductancia)
EFECTOS DE CAPACITANCIA EN UN CIRCUITO AC
Otra característica importante en circuitos de la AC, además de la resistencia y de la
inductancia, es la Capacitancia. Mientras que la inductancia es representada en un
circuito por una bobina, la Capacitancia es representada por un condensador. Dos
conductores son separaron por un no conductor, llamado un dieléctrico, esto
constituyen a un condensador. En un circuito eléctrico, un condensador sirve como
un depósito o almacén para la electricidad. Cuando un condensador está conectado
a una fuente de corriente directa DC, este actúa como una batería de almacenaje en
el circuito, o como un interruptor cerrado, la parte B de la placa se carga
positivamente, y la placa A se carga negativamente. Los flujos actuales en el
circuito externo durante el tiempo los electrones están moviendo B a A. El flujo
actual en el circuito es máximo en cuanto el interruptor es cerrado, pero disminuye
continuamente después de eso hasta que alcanza cero. La corriente se convierte en
cero tan pronto como la diferencia en el voltaje de A y de B se convierta en igual que
el voltaje de la batería. Si se abre el interruptor, las placas siguen cargadas. Sin
embargo, del condensador las descargas rápidamente cuando se circula
brevemente. La cantidad de electricidad que un condensador puede almacenar
depende de varios factores, incluyendo el tipo de material del dieléctrico. Es
directamente proporcional al área de la placa e inverso proporcional a la distancia
entre las placas.
27
Figura 5. Efectos de Capacitancia
En el cuadro (Figura 5), dos placas planas del metal se colocan cerca (pero no
tocando). Las placas son generalmente eléctricamente hilo neutro; es decir, no hay
carga eléctrica evidente en cualquier placa. En instante el interruptor está cerrado a
la posición de la batería.
Si la batería entonces se toma del circuito y del interruptor cerrado en la posición del
condensador, pero esta vez en una dirección opuesta. De este experimento es
evidente que las dos placas almacenan energía cuando están conectadas con una
fuente del voltaje, y lanzan la energía cuando son corto circulado. Las dos placas
hacen un condensador eléctrico simple, que poseen la característica de almacenar
electricidad. La energía se almacena realmente en el eléctrico, o dieléctrico, campo
entre las placas.
También, debe estar claro que durante el tiempo que se estará cargando o
descargando el condensador, aunque el circuito está abierto por las puntas del
medidor entre las placas del condensador. Sin embargo, hay un tiempo de carga y
de descarga y este período es muy corto. No puede haber movimiento continuo de
la corriente directa a través de un condensador. Un buen condensador bloqueará la
corriente directa (C.C. que no pulsa) y pasará los efectos de la corriente alterna.
La carga de electricidad que se puede poner en un condensador es proporcional al
voltaje aplicado y a la capacitancia del condensador (condensador). La capacitancia
depende del área total de las placas, del grueso del dieléctrico y de la composición
del dieléctrico.
Si una hoja fina de la baquelita (mica llenada) se substituye para el aire entre las
placas de un condensador, por ejemplo, la capacitancia será aumentada cerca de
cinco veces.
Cualquier carga eléctrica producida por voltaje aplicado y mantenida límites por un
aislador (dieléctrico) crea un campo dieléctrica.
Una vez que se cree el campo, tiende para oponer cualquier cambio del voltaje que
afectara su posición original. Se desatienden todos los circuitos contienen una cierta
capacitancia, pero a menos que contengan una unidad llamada un condensador, la
capacitancia, para todos los propósitos prácticos. Dos conductores, llamados los
electrodos o las placas, separados por un no conductor (dieléctrico) hacen para
arriba un condensador simple. Las placas se pueden hacer del cobre, de la lata, o
del aluminio. Con frecuencia, se hacen de la hoja (metales comprimidos en las hojas
finas y capaces de ser rodado). El dieléctrico puede ser aire, cristal, mica, o un
electrólito hecho por una película del óxido, pero el tipo usado determinará la
cantidad de voltaje que puede ser aplicada y de la cantidad de energía que será
almacenada. Los materiales dieléctricos tienen diversas estructuras atómicas y
presentan diversas cantidades de átomos al campo electrostático. Todos los
28
materiales dieléctricos se comparan a un vacío y se dan un valor numérico según el
cociente de la capacidad entre ellos. El número dado a un material se basa en la
misma área y grueso según lo utilizado en el vacío. Los números usados para
expresar este cociente se llaman las constantes dieléctricas y se expresan como la
letra "K." La carta en el cuadro da el K-valor de algunos materiales usados.
(Tabla 2).
MATERIAL
K
(constante
del Dieléctrico)
1.0
2.5
3.5
4.5
4.5 – 4.7
5.5
7.9
Air
Resin
Dry paper
Quartz
Mica
Porcelain
Glass
Tabla 2. Constantes Dieléctricas
Si una fuente de corriente alterna se sustituye por una batería, los actos del
condensador que ella hace absolutamente diferentemente con la corriente directa.
Esto significa que la electricidad debe fluir primero de Y a la derecha alrededor a X,
entonces de X a la izquierda alrededor a Y, entonces de Y a la derecha alrededor a
X, etcétera. Aunque ninguna corriente atraviesa el aislador entre las placas del
condensador, fluye constantemente en el resto del circuito entre X y Y.
En un circuito en el cual haya solamente capacitancia, la corriente conduce el voltaje
impresionado según lo puesto en contraste con un circuito en el cual haya la
inductancia, donde se retrasa la corriente el voltaje. La unidad de medida de la
capacitancia es el faradio, para el cual el símbolo es el "f" de la letra; El faradio es
demasiado grande para el uso práctico, y las unidades usadas generalmente son el
microfaradio (frecuencia intermedia), un millonésimo de un faradio, y el Microfaradio
(uf.), un millonésimo de un microfaradio.
Guía empleada para reforzar los conocimientos.
Problema de ayuda:
Dos condensadores con valores de 0.10µF y 0.050µF, son conectados en
serie. Cual es la capacitancia total? (Figura 6).
29
Figura 6. Condensadores en serie.
Haciendo uso de la ecuacion de condensadores en serie se da a conocer los
valores.
Donde;
10 y
20 ;
= 0.033µF.
LOS TIPOS DE CONDENSADORES
Los condensadores se pueden dividir en dos grupos: fijo y variable. Los
condensadores fijos, que tienen capacitancia aproximadamente constante, se
pueden entonces dividir más a fondo, según el tipo de dieléctrico usado, en las
clases siguientes: papel, aceite, mica, y condensadores electrolíticos. Los
condensadores de cerámica también se utilizan en algunos circuitos.
Al conectar los condensadores electrolíticos en un circuito, la polaridad apropiada
debe ser observada.
El papel de los condensadores pueden tener un "ground marcado terminal, " cuál
significa que este terminal conecta con la hoja exterior. La polaridad no tiene que
ordinariamente ser observada en papel que conecta, aceite, mica, o condensadores
de cerámica.
Los condensadores de papel. las placas de los condensadores de papel son tiras
de la hoja de metal separadas por el papel encerado. La capacitancia de los
condensadores de papel se extiende del µf cerca de 200 a varios frecuencia
intermedia. Las tiras de la hoja y del papel se ruedan juntas para formar un cartucho
cilíndrico, que entonces se sella en cera para guardar fuera de la humedad y para
prevenir la corrosión y la salida. Dos plomos del metal se sueldan a las placas, una
que extiende de cada extremo del cilindro. Incluyen a la asamblea cualquiera en una
cubierta de la cartulina o en una cubierta plástica dura, moldeada.
30
El tipo-Bañera- condensadores consiste en los cartuchos de papel del
condensador sellados hermético en envases del metal. El envase sirve a menudo
como terminal común para varios condensadores incluidos, pero cuando no un
terminal, la cubierta sirve como protector contra interferencia eléctrica.
Los condensadores del aceite en los transmisores de la radio y del radar, voltajes
arriba bastante para causar la formación de arcos, o interrupción, de los dieléctricos
de papel se emplean a menudo. Por lo tanto, en estos condensadores de los usos
que utilicen el aceite o el papel impregnado aceite para el material dieléctrico se
prefiere. Los condensadores de este tipo son considerablemente más costosos que
los condensadores de papel ordinarios, y su uso se restringe generalmente de radiar
y equipo que transmite del radar.
Los condensadores de mica Los condensadores fijos de mica se hacen de las
placas de la hoja de metal que son separadas por las hojas de la mica, que forman
el dieléctrico. Cubren a la asamblea entera del plástico moldeado, que guarda fuera
de la humedad. La mica es un dieléctrico excelente y soportará voltajes más altos
que el papel sin permitir la formación de arcos entre las placas. Los valores
comunes de los condensadores de la mica se extienden de aproximadamente 50
Microfaradios, a cerca de 0.02 microfaradio.
LOS CONDENSADORES ELECTROLÍTICOS
Para las capacitancias mayores a los microfaradios, las áreas de la placa del papel
o los condensadores de la mica deben llegar a ser muy grandes; así, los
condensadores electrolíticos se emplean generalmente en lugar de otro. Estas
unidades proporcionan capacitancia grande en tamaños físicos pequeños. Sus
valores se extienden a partir de la 1 a cerca de 1.500 microfaradios. Desemejante
de los otros tipos, los condensadores electrolíticos se polarizan generalmente, y se
deben sujetar al voltaje directo, o al voltaje directo que pulsa solamente; sin
embargo, un tipo especial de condensador electrolítico se hace para el uso en
motores. El condensador electrolítico se utiliza extensamente en circuitos
electrónicos y consiste en dos placas del metal separadas por un electrolito. El
electrolito en contacto con el terminal negativo, en forma de la goma o del líquido,
abarca el electrodo negativo. El dieléctrico es una película excesivamente fina del
óxido depositada en el electrodo positivo del condensador. El electrodo positivo, que
es una hoja de aluminio, se dobla para alcanzar área máxima. El condensador se
sujeta a un proceso de formación durante la fabricación, en la cual la corriente se
pasa con él. El flujo de resultados actuales en el depósito de la capa fina de óxido
31
en la placa de aluminio. El espaciamiento cercano de los electrodos negativos y
positivos da lugar al valor comparativamente alto de la capacitancia, pero permite la
mayor posibilidad de interrupción del voltaje y la salida de electrones a partir de un
electrodo al otro. Cuadro condensador de papel del Bañera- Dos clases de
condensadores electrolíticos están en uso: (1) electrolítico mojado y (2)
condensadores electrolíticos secos. En el anterior, el electrólito es un líquido y el
envase debe ser hermético. Este tipo se debe montar siempre en una posición
vertical. El electrólito de la unidad electrolítica seca es una goma contenida en un
separador hecho de un material absorbente tal como gasa o papel. El separador
sostiene no sólo el electrólito en lugar sino también evita brevemente el circular de
las placas. Los condensadores electrolíticos secos se hacen en forma cilíndrica y
rectangular del bloque y se pueden contener dentro de las cubiertas de la cartulina o
del metal. Puesto que el electrólito no puede derramarse, el condensador seco se
puede montar en cualquier posición conveniente.
Los condensadores en paralelo y en condensadores de serie se pueden combinar
en paralelo o las series dan los valores equivalentes, que pueden ser la suma de los
valores individuales (en paralelo) o un valor menos que el de la capacitancia más
pequeña (en serie). Demuestra las conexiones del paralelo y de serie. Dos unidades
usadas en la medida de la capacitancia son el faradio y el culombio. Según lo
definido previamente, el faradio es la cantidad de capacitancia presente en un
condensador cuando de un culombio una energía eléctrica es almacenada en las
placas y un voltio se aplica a través del condensador. Un culombio es la carga
eléctrica de 6.28 mil millones mil millones electrones. De esto puede ser visto eso.
(Figura 7).
1 2 32
Circuito en paralelo
" " …….
! !
!%
Circuito en Serie
Figura 7 Circuitos con Condensadores
La capacitancia como inductancia, ofrece la oposición al flujo de la corriente. Esta
oposición se llama reactancia capacitiva y se mide en ohmios. El símbolo para la
reactancia capacitiva es Xc. La ecuación,
& & '&
(&) ) *)+
Ó
,
-.
Es similar a la ley de Ohm's y a la ecuación para la corriente en un circuito inductivo.
Cuanto mayor es la frecuencia, menos es la reactancia. Por lo tanto, la reactancia
capacitiva,
-
1
2* / 0 / Donde:
f = Frecuencia en Hertz
C = capacidad en faradios
2 p = 6.28
Reactancia capacitiva en serie y en paralelo
33
Cuando los condensadores están conectados en serie, la reactancia total es igual a
la suma de los reactancias individuales. Así,
Xct = (Xc)1 + (Xc)2
La reactancia total de los condensadores conectados en paralelo se encuentra de la
misma manera que la resistencia del total se computa en un circuito paralelo:
(Xc) t =
12
" 12
" 12%
De la corriente y del voltaje en circuitos reactivos cuando la corriente y el voltaje
pasan con cero y alcanzan valor máximo en el mismo tiempo, la corriente y el voltaje
serían en la fase.
Si la corriente y el voltaje pasan con cero y alcanzan los valores máximos en
diversas horas, la corriente y el voltaje serían fuera de fase. En un circuito que
contiene solamente inductancia, la corriente alcanza un valor máximo más adelante
que el voltaje, retrasándose el voltaje por 90°, o un cuarto ciclo. En un circuito que
contiene solamente capacitancia, la corriente alcanza su valor máximo delante del
voltaje y la corriente conduce el voltaje por el 90°, o un cuarto ciclo. La cantidad la
corriente se retrasa o los plomos el voltaje en un circuito dependen de las
cantidades relativas de resistencia, de inductancia, y de capacitancia en el circuito.
LEYES DE OHM'S PARA LOS CIRCUITOS AC
Las reglas y las ecuaciones para los circuitos DC. se aplican a los circuitos AC
solamente cuando los circuitos contienen resistencia, como en la caja de lámparas y
de elementos de calefacción. Para utilizar valores eficaces del voltaje y de la
corriente en circuitos AC, el efecto de la inductancia y la capacitancia con
resistencia deben ser considerados.
El efecto combinado de la resistencia, de la reactancia inductiva, y de la reactancia
capacitiva se opone al flujo total en un circuito AC. Esta oposición total se llama
impedancia y es representada por la letra "Z." La unidad para la medida de la
impedancia es el ohmio.
3
,4
,
donde,
34
3
5
& 6 (
La operación donde los valores son dados en R, es corriente DC y la que aparece
con valores de Z, es corriente AC.
Cuando los circuitos de corriente AC contienen resistencia e inductancia o
capacitancia, la impedancia (Z), no es igual que la resistencia (R). La impedancia
de un circuito es la oposición total de circuitos al flujo de la corriente. En un circuito
de corriente AC, esta oposición consiste en la resistencia y reactancia inductiva o
capacitiva, o los elementos de ambos.
6 ( -7
La caída de voltaje alrededor del capacitor (E Xc) es. Ejemplo ilustrado.
- , / -.
- 6.7 / 13
- 86.1 La sumatoria de estos dos voltajes no es igual al voltaje aplicado, una vez la
corriente deja el voltaje. Encontrar el voltaje aplicado, la formula ET = la raíz
cuadrada (ER)2 + (E Xc)2 es usada.
ET = la raíz cuadrada de 672 + 86.12
ET = la raíz cuadrada 4489 + 7413
ET = la raíz cuadrada 11902
ET = 110 volts.
Cuando el circuito contiene resistencia, inductancia y Capacitancia, la ecuación
Z = la raíz cuadrada de ( -7 < - 2
35
-) 1
2*0
Son las funciones de la frecuencia de la corriente alterna. Disminuir la frecuencia es
disminuye el valor óhmico de la reactancia inductiva, pero la disminución de la
frecuencia, aumenta la reactancia capacitiva. En una cierta frecuencia particular,
conocida como la frecuencia resonante, los efectos reactivos de un condensador y
un inductor serán iguales. Puesto que estos efectos son el contrario de uno otro,
cancelarán, dejando solamente el valor óhmico de la resistencia para oponer flujo
actual en un circuito. Si el valor de la resistencia es pequeño o consiste solamente
en la resistencia en los conductores, el valor del flujo actual puede llegar a ser muy
alto. En un circuito donde están el inductor y el condensador en serie, y la
frecuencia está la frecuencia resonante, o la frecuencia de la resonancia, el circuito
se dice para ser resonancia" del "in; y se refiere como circuito resonante de la serie.
El símbolo para la frecuencia resonante es Fn. Si, en la frecuencia de la resonancia,
la reactancia inductiva es igual a la reactancia capacitiva,
Entonces XL = Xc
INSTRUMENTOS DE MEDICION
MULTIMETRO.
El amperímetro, el voltímetro, y el ohm metro utilizan el galvanómetro D’Arsonval. La
diferencia entre los 3 es el circuito utilizado con el movimiento básico. Es por lo tanto
obvio que se puede diseñar un instrumento para realizar las tres funciones de
medición; este dispositivo, tiene un interruptor de función que selecciona el circuito
apropiado al galvanómetro D’Arsonval y es llamado comúnmente multímetro o
medidor-volt-ohm-mili-ampere (VOM).
Uno de los instrumentos de propósitos más versátiles, capaz de medir voltajes de
DC y AC, corriente y resistencia, es el multímetro electrónico de estado sólido o
VOM. Aunque los detalles del circuito varían de un instrumento a otro, un multímetro
electrónico generalmente contiene los siguientes elementos:
36
Amplificador de DC de puente – equilibrado y medidor indicador.
Atenuador de entrada o interruptor de RANGO, para limitar la magnitud del voltaje
de entrada al voltaje deseado.
Sección de rectificación para convertir el voltaje de AC de entrada en voltaje de DC
proporcional.
Batería interna y un circuito adicional para proporcionar la capacidad para medir
resistencias.
Interruptor de FUNCIÓN, para seleccionar las distintas funciones de medición del
instrumento.
Además el instrumento suele incluir una fuente de alimentación para su operación
con la línea de AC y, en la mayoría de los casos, una batería para operarlo como
instrumento portátil de prueba.
Los multímetros analógicos son instrumentos de laboratorio y de campo muy útil y
versátil, capaz de medir voltaje (en DC y AC), corriente, resistencia, ganancia de
transistor, caída de voltaje en los diodos, capacitancia e impedancia. Se les llama
por lo general multimeters (en inglés se les llama VOM, volt ohm miliammeters).
En últimas fechas se han ampliado y mejorado las posibilidades de funcionamiento
de esos medidores se ha aumentado en forma considerable sus posibilidades y su
exactitud. Además, mediante el empleo de amplificadores de entrada con
transistores de efecto de campo (FET) para mediciones de voltaje DC, sus
impedancias rebasan con frecuencia a los 100 M. Por ultimo la escala del óhmetro
ya no se ha de llevar a cero para compensar los cambios internos del voltaje de
batería o los cambios de escala. Las mediciones de voltaje se pueden efectuar
sobre el rango de 0.4 mV hasta 1000 V con exactitudes de 0.1 por ciento. Las
mediciones de corriente se pueden llevar a cabo desde 0.1 •A hasta 10 A con
exactitudes de 0.2 por ciento. Se miden resistencias tan altas como 40 MΩ.
• Con exactitud de 1 por ciento. (Se debe notar que al hacer mediciones de
resistencias tan altas, nunca se debe tocar la punta de medición con los dedos
debido a que la resistencia de la piel es solo algunos miles de ohms, y esto puede
originar errores serios en la medición.) Las mediciones de resistencia menores
tienen una exactitud de 0.2 por ciento.
Los multímetros digitales han tomado el lugar de los multímetros con movimientos
de D'Arsonval por dos razones principales: mejor exactitud y eliminación de errores
de lectura. Sin embargo con frecuencia se agrega una escala analógica en la escala
digital para dar una indicación visual de entradas que varían con el tiempo. La
posibilidad de observar la indicación del medidor en forma analógica es muy
importante cuando se estén localizando fallas en sistemas de instrumentación, por
37
ejemplo, la rapidez con que cambia una variable, al igual que su magnitud, pueden
dar indicaciones valiosas en muchas situaciones de localización de problemas.
Multimetros Digitales.
La mayoría de los multímetros digitales se fabrican tomando como base ya sea un
convertidor A / D de doble rampa o de voltaje a frecuencia, con ajuste de rango.
Para dar flexibilidad para medir voltajes en rangos dinámicos más amplios con la
suficiente resolución, se emplea un divisor de voltaje para escalar el voltaje de
entrada.
Para lograr la medición de voltajes de AC, se incluye un rectificador en el diseño del
medidor. Como las exactitudes de los rectificadores no son tan altas como las de los
circuitos de medición de voltaje de DC, las exactitudes generales de los
instrumentos de medición de AC es menor que cuando se miden voltajes de cd (las
exactitudes para voltajes de AC van desde + 1.012 hasta + 1 por ciento + 1 digito).
Las corrientes se miden haciendo que el voltímetro digital determine la caída de
voltaje a través de una resistencia de valor conocido y exacto.
Aunque el valor de una resistencia se puede especificar con mucha exactitud, hay
cierto error adicional debido al cambio de resistencia como función del efecto de
calentamiento de la corriente que pasa a través de ella.
Además, se debe tener cuidado al emplear la función de medición de corriente. No
se debe permitir que pase demasiada corriente a través de la resistencia. Las
exactitudes típicas de las mediciones de corriente de DC van desde + 0.03 hasta + 2
por ciento de la lectura + 1 dígito, mientras que para corriente alterna son de + 0.05
a + 2 por ciento + 1 dígito.
El voltímetro digital se convierte en óhmetro cuando se incluye en él una fuente muy
exacta de corriente. Esta fuente circula corriente a través de la resistencia que se
mide y el resto de los circuitos del voltímetro digital monitorea la caída de voltaje
resultante a través del electo. La fuente de corriente es exacta sólo para voltajes
menores que el voltaje de escala completa del voltímetro digital. Si la resistencia
que se mide es demasiado grande, la corriente de prueba de la fuente de poder
disminuirá. Las exactitudes de los voltímetros digitales multiusos que se emplean
apara medir la resistencia van desde + 0.002 por ciento de la lectura + 1 dígito hasta
+ 1 por ciento de la lectura + 1 dígito.
Muchos multímetros digitales son instrumentos portátiles de baterías. Algunos se
diseñan con robustez para permitirles soportar los rigores de las mediciones de
campo. Otros poseen características tales como operación de sintonización
automática de rango (lo cual significa que el medidor ajusta de manera automática
sus circuitos de medición para el rango de voltaje, corriente o resistencia),
compatibilidad con salida decimal codificada binaria o IEEE-488, y medición de
conductancia y aun de temperatura.
38
Galvanómetro.
Básicamente, todos los instrumentos que requieran de un medio de interpretación
de características físicas usan un galvanómetro. Este lo diseñó el francés Arsen
d’Arsonval en 1882 y lo llamó así en honor del científico italiano Galvini. En esencia,
el medidor es un dispositivo que consta de un imán permanente y una bobina móvil.
Galvanómetro D’Arsonval de bobina móvil funciona con base en el efecto
electromagnético F=NBiL. En su forma más sencilla, el medidor de bobina móvil
consta de una bobina de alambre muy fino devanado sobre marco de aluminio
ligero. Un imán permanente rodea a la bobina y el marco de aluminio está montado
sobre pivotes que posibilitan que gire libremente, junto con la bobina, entre los polos
del imán permanente.
Cuando hay corriente en la bobina, ésta se magnetiza y su polaridad es tal que el
campo del imán permanente la repele. Esto hace que el marco de la bobina gire
sobre el pivote y cuánto lo haga depende de la cantidad de corriente que circule por
la bobina. Así, al calibrar la aguja sobre el marco de la bobina y referirla a una
escala calibrada en unidades de corriente, puede medirse la cantidad de corriente
que circula a través del instrumento.
AMPERÍMETRO: El amperímetro es una aplicación natural del galvanómetro.
Normalmente la bobina del galvanómetro se construye con alambre muy delgado y
hasta un máximo de vueltas, lo que origina sus limitaciones.
Los amperímetros se dividen por su capacidad de medición en:
Amperímetro (amperes).
Miliamperímetros (milésimas de amperes).
Micro amperímetros (millonésimas de amperes).
Pero aun dentro de cualquiera de estas capacidades tendrán limitaciones debido al
método con que se construye. Por lo que es necesario ampliar su rango de
operación y respuesta.
Existirá una corriente máxima que podrá circular por él sin destruirse.
Esta corriente se denomina corriente de fondo de escala, de plena escala o máxima
permisible ya que es la que lleva la aguja al extremo de la escala.
La bobina y las terminales de conexión presentan una resistencia eléctrica muy baja
(pero no cero). El error típico es de aproximadamente 1 % del valor a fondo escala.
Colocación en un circuito. Un amperímetro siempre se coloca en serie en el circuito.
39
AMPERÍMETRO IDEAL: Aquel que posee resistencia interna cero.
Ampliación de la escala de medición.
Una resistencia derivada permite desviar parte de la corriente a medir. El
instrumento mide solo una porción de la corriente total, siempre menor a su
corriente máxima permisible.
PRECAUCIONES.
No conectar un amperímetro a través de una fuente de fem. Ya que por su baja
resistencia circularía una corriente dañina muy alta que puede destruir el delicado
movimiento. Siempre se conecta el amperímetro en serie con una carga capaz de
emitir corriente.
Obsérvese la polaridad correcta. La polaridad inversa causa que el medidor se
deflecte contra el mecanismo de tope y esto pudiera dañar la aguja.
Cuando se utiliza un medidor multirango, primero se usa la escala de corriente más
alta; luego se disminuye la escala de corriente hasta obtener la deflexión adecuada.
Para incrementar la exactitud de la medición, se emplea una escala que dé una
lectura tan cercana a la escala completa tanto como sea posible.
VOLTÍMETRO.
Un medidor básico, o sea un galvanómetro, es útil también para medir voltajes, ya
que la bobina tiene una resistencia fija y por lo tanto cuando fluye corriente a través
de la bobina ocurre una caída de tensión en esta resistencia. Según la ecuación de
ohm, la caída de tensión será proporcional a la corriente que fluye a través de la
bobina. El valor de la resistencia multiplicadora necesaria para la escala de voltaje
se calcula:
Im = corriente de deflexión a plena escala del movimiento.
Rm = resistencia interna del movimiento.
Rs = resistencia multiplicadora.
V = voltaje a plena escala del instrumento.
Para el circuito:
, ( (
Al despejar Rs, se tiene
40
( < (
,
Por lo general la resistencia multiplicadora se monta dentro de la caja del voltímetro
para escalas moderadas hasta 500 V. para voltajes mas altos, la resistencia
multiplicadora se puede montar afuera del gabinete sobre un par de postes
blindados con el fin de evitar el calor excesivo del interior.
Precauciones.
Obsérvese la polaridad correcta; ya que si es incorrecta origina que el medidor se
impulse contra el mecanismo de tope y esto puede dañar la aguja. Conéctese el
voltímetro del circuito a través del circuito o componente cuyo voltaje se va a medir.
Cuando emplee un voltímetro de escala múltiple, hay que utilizar la escala de mayor
voltaje y posteriormente disminuirla hasta tener una lectura lo más cercana a la
parte superior de la escala.
Considere el efecto de carga. Este se puede minimizar seleccionando la escala de
voltaje más alta como sea posible. La exactitud disminuye si la indicación esta en el
extremo inferior de la escala.
ÓHMETRO.
El óhmetro es un dispositivo de medición muy importante, ya que ayuda a localizar
circuitos abiertos o cortocircuitos midiendo la resistencia del componente o circuito
bajo prueba.
Básicamente, el óhmetro contiene una fuente de baja corriente (galvanómetro)
continua, una fuente de baja tensión y baja potencia de DC, resistores limitadores
de corriente, todos conectados en serie, y una resistencia variable para compensar
el decaimiento de la fuente; esta resistencia es la que se denomina control de ajuste
a cero ohms.
TRANSFORMADORES
Un transformador cambia energía eléctrica de un voltaje dado en energía eléctrica
en un diverso nivel voltaico. Consiste en dos bobinas que no estén conectadas
eléctricamente, pero que se arreglan de una manera tal que el campo magnético
que rodea una bobina corte a través de la otra bobina. Cuando un voltaje alterno se
aplica a través de una bobina, el campo magnético que varía, instalado alrededor de
esa bobina crea un voltaje alterno en la otra bobina por la inducción mutua. Un
transformador se puede también utilizar con corriente DC.
El voltaje que varía crea un campo magnético que es la base del proceso mutuo de
la inducción. Un transformador lo conforma tres partes básicas, Éstas son una base
de hierro que proporciona un circuito para las líneas magnéticas de la fuerza, de una
41
bobina primaria que reciba la energía eléctrica de la fuente del voltaje aplicado y de
una bobina secundaria que reciba energía eléctrica por la inducción de la bobina
primaria.
Hay dos clases de transformadores:
1. Transformadores del voltaje.
Son usados para aumentar o disminuir voltajes.
2. Transformadores de corriente.
Son usados en circuitos de instrumentos.
En transformadores del voltaje las bobinas primarias están conectadas en
paralelo a través del voltaje de la fuente. Las bobinas primarias de los
transformadores de corrientes están conectadas en serie en el circuito
primario. De los dos tipos, el transformador del voltaje es el más común.
Hay muchos tipos de transformadores del voltaje. La mayoría de éstos aumentan o
disminuyen el voltaje. El factor que se determina si un transformador es de aumento
o reducción es el tipo de "turns" cociente. El cociente es el número de vueltas en la
bobina primaria, en relación al número de vueltas en la bobina secundaria..
El cociente del voltaje de entrada del transformador al voltaje de la salida es igual
que el cociente de las vueltas si el transformador es 100 por ciento de eficiente. Así,
cuando 10 voltios se aplican al primario del transformador, dos voltios se inducen en
el secundario. Ningún transformador puede ser construido con un cien por ciento de
eficiencia, aunque los transformadores de la base de hierro se pueden acercar a la
perfección. Esto es porque todas las líneas magnéticas del sistema de la fuerza que
van en sentido, para arriba en el bobinado primario, no cortan a través de las vueltas
de la bobina secundaria. Cierta cantidad del flujo magnético, llamada flujo de la
salida, se escapa fuera del circuito magnético. La medida del flujo del bobinado
primario se junta en el secundario y esto se llama el "coeficiente de coupling." Por
ejemplo, si se asume que el bobinado primario de un transformador desarrolla
10.000 líneas de la fuerza y solamente 9.000 son cortados a través del bobinado
secundario, el coeficiente del acoplador sería 0.9 o, indicado otra manera, el
transformador sería 90 por ciento de eficiente.
42
Cuando un voltaje AC está conectado a través de los terminales primarios de un
transformador, una corriente alterna fluirá y el voltaje en la bobina primaria enfrente
de la cual está y casi es igual al voltaje aplicado. La diferencia entre estos dos
voltajes permite bastante corriente en el bobinado primario para magnetizar su base.
El campo magnético causado por esta corriente corta a través de la bobina
secundaria e induce un voltaje por la inducción mutua. Si una carga está conectada
a través de la bobina secundaria, la corriente de la carga que atraviesa la bobina
secundaria producirá un campo magnético que tiende a neutralizar el campo
magnético producido por la corriente primaria. Esto reducirá el voltaje (de la
oposición) en la bobina primaria y permite que la corriente fluya. La corriente
primaria aumenta como los aumentos actuales de la carga secundaria, y las
disminuciones como la corriente secundaria de la carga disminuyen. Cuando se
quita la carga secundaria, la corriente primaria se reduce otra vez una corriente
suficiente sólo para magnetizar la base de hierro del transformador.
Si un transformador aumenta el voltaje, reducirá la corriente por el mismo cociente.
Esto debe ser evidente si se considera la ecuación de la energía, porque la energía
(I x E) de la energía eléctrica (secundaria) de la salida es igual que la energía
(primaria) de la entrada menos esa pérdida de energía en el proceso que
transforma. Así que, 10 voltios y 4 amperios, se utilizan en el primario para producir
un campo magnético, habrá 40 vatios de energía desarrollada en el secundario (sin
hacer caso de cualquier pérdida). Si el transformador tiene un cociente de la
intensificación de 4 a 1, el voltaje a través del secundario será 40 voltios y la
corriente será 1 amperio. El voltaje es 4 veces mayor y la corriente es un cuarto del
valor primario del circuito, pero la energía de I x E es igual.
Cuando se saben el cociente de las vueltas y el voltaje de entrada, el voltaje de la
salida puede ser determinado como sigue:
E2 = E1 N2 / N1
Donde está el voltaje E del primario, E2 es el voltaje de la salida del secundario, y
N1 y el N2 son el número de las vueltas del primario y secundario, respectivamente.
Despejando la ecuación para encontrar el voltaje de la salida da: E1 = E2 N1 / N2
Los tipos lo más comúnmente posibles usados de transformadores del voltaje son:
43
Los transformadores de energía que se utilizan para aumentar o para reducir
voltajes y la corriente en muchos tipos de fuentes de alimentación. Se extienden de
tamaño del transformador de energía pequeño en transformadores grandes usados
para reducir la línea voltaje de alta tensión al nivel de 110 - 120 voltios usado en
hogares.
El bobinado secundario se compone de tres bobinas separadas. Cada bobina
provee un diverso circuito de un voltaje específico, que ahorra el peso, el espacio, y
el costo de tres transformadores separados. Tienen una conexión del punto central,
llamada conexión central que proporciona una selección de la mitad del voltaje a
través de la bobina entera. Estos valores son dados por los fabricantes con un
código de color estándar, pero otros códigos o números pueden ser utilizados.
Los auto transformadores se utilizan normalmente en circuitos de la energía; sin
embargo, pueden ser diseñados para otras aplicaciones. Dos diversos símbolos
para los auto transformadores usados en energía o los circuitos audio. Si está
utilizado en un circuito de la comunicación o de la navegación del RF, es igual, a
menos que no haya símbolo para una base de hierro. El auto transformador utiliza la
parte de una bobina como primario; y, dependiendo de si es intensifique o reduzca,
él utiliza toda una parte de la misma bobina que el secundario. Por ejemplo, el auto
transformador demostrado en A del cuadro podía utilizar las opciones posibles
siguientes para los terminales primarios y secundarios.
Los transformadores corrientes se utilizan en sistemas de fuente de corriente AC
para detectar la línea del generador actual y para proporcionar una nuevamente,
proporcional a la línea corriente, para los dispositivos de la protección del circuito y
del control.
Los lados de todos los transformadores corrientes son "H1" marcados; y "H2" en la
base de la unidad. Los transformadores se deben conectar con el "H1" al generador
en el circuito para tener polaridad apropiada. El bobinado secundario del
transformador nunca de debe dejar abierto mientras que este funcionando el
sistema; hacerlo podría causar voltajes peligrosos altos, y podía recalentar el
transformador. Por lo tanto, las conexiones de la salida del transformador se deben
conectar siempre con un puente cuando el transformador no se está utilizando sino
se deja en el sistema.
Las pérdidas del transformador causado por el acople inapropiado, los
transformadores están expuestos a unas pérdidas. La pérdida de cobre es causada
por la resistencia del conductor que abarca las vueltas de la bobina. Las pérdidas
del hierro son de dos tipos llamadas pérdida de la histéresis y pérdida de la corriente
de Foucault. La pérdida de la histéresis es la energía eléctrica requerida para
44
magnetizar la base del transformador, primero en una dirección y entonces en la
otra, en paso con el voltaje alterno aplicado. La pérdida de la corriente de Foucault
es causada por las corrientes eléctricas (corrientes de Foucault) inducidas en la
base del transformador por los campos magnéticos que varían. Para reducir
pérdidas de la corriente de Foucault, los corazones se hacen de las laminaciones
cubiertas con un aislamiento, que reduce la circulación de corrientes inducidas.
La energía en transformadores puesto que un transformador no agrega ninguna
electricidad al circuito sino simplemente a los cambios en la transformación de la
electricidad que existe, la cantidad total de energía en un circuito debe seguir siendo
igual.
Si fuera posible construir un transformador perfecto, no habría pérdida de energía.
La energía sería transferida no disminuida a partir de un voltaje a otro. Puesto que
la energía producto de los voltios, mide el tiempo de los amperios, un aumento del
voltaje por el transformador debe dar lugar a una disminución de la corriente y
viceversa. No puede haber más energía en el lado secundario de un transformador
que hay en el primario. El producto de amperios mide el tiempo igual del resto del
voltaje.
Los transformadores en circuitos AC
Antes de estudiar los varios medios de conectar los transformadores en circuitos de
corriente AC, hacemos referencia entre la monofásico y circuitos de tres fases,
estos deben ser entendidos claramente. En un circuito monofásico el voltaje es
generado por una bobina. Este voltaje monofásico se puede tomar de un alternador,
tomando únicamente una fase de un alternador de tres fases (trifasico).
En un circuito de tres fases los voltajes son generados por un alternador con tres
bobinas así que espaciado dentro del alternador que los tres voltajes generados son
iguales pero alcanzan sus valores máximos en diversos tiempos. En cada fase de
un ciclo es de 400, las tres ponen en fase al generador, un ciclo se genera cada
segundo de 1/400.
Los tres generadores tempranos de la fase fueron conectados con sus cargas con
seis alambres y las seis terminales en el circuito llevaron la corriente. Más adelante,
los experimentos probaron que el generador equiparía tanta energía con las bobinas
conectadas de modo que solamente tres alambres fueran necesarios por las tres
fases. El uso de tres alambres es estándar para la transmisión de la energía de tres
45
fases. La corriente de cualquier una bobina de un alternador fluye siempre a través
de los otros dos alambres en el circuito de tres fases.
Tres motores de fase y otras cargas de carga trifásica están conectados con sus
bobinas o elementos de carga dispuestos para requerir tres líneas de la transmisión
en la entrega de energía.
Los transformadores que se utilizan en un circuito trifásico están conectados para
entregar la energía al primario y tomados eléctricamente del secundario por las tres
fases estándar tomados con alambre del sistema.
Sin embargo, los transformadores, motores monofásicos y las luces se pueden
conectar a través de cualquier fase de un circuito de tres fases. Cuando las cargas
de un circuito monofásico están conectadas con tres circuitos de la misma fase, las
cargas se distribuyen igualmente entre las tres fases para balancear las cargas en
las tres bobinas del generador. -
Este tipo de conexión del transformador se utiliza extensivamente en un avión
debido a las combinaciones de los voltajes que se pueden tomar a partir de un
transformador. Los varios voltajes se pueden escoger de la bobina secundaria del
transformador insertando golpecitos (durante la fabricación) en los varios puntos a lo
largo de las bobinas secundarias.
TEORÍA DEL SEMICONDUCTOR
INTRODUCCIÓN
Un semiconductor es un elemento material cuya conductividad eléctrica puede
considerarse situada entre las de un aislante y la de un conductor, considerados en
orden creciente
46
Los semiconductores más conocidos son el silicio (Si) y el germanio (Ge). Debido a
que, como veremos más adelante, el comportamiento del silicio es más estable que
el germanio frente a todas las perturbaciones exteriores que pueden variar su
respuesta normal, será el primero (Si) el elemento semiconductor más utilizado en la
fabricación de los componentes electrónicos de estado solidó.
A él nos referiremos normalmente, teniendo en cuenta que el proceso del germanio
es absolutamente similar. Los Electrones en la última órbita son cuatro (4).
El interés del semiconductor se centra en su capacidad de dar lugar a la aparición
de una corriente, es decir, que haya un movimiento de electrones.
Como es conocido, un electrón esta más ligado al núcleo cuanto mayor sea su
cercanía entre ambos. Por tanto los electrones que tienen menor fuerza de atracción
por parte del núcleo y pueden ser liberados de la misma, son los electrones que se
encuentran en las órbitas exteriores. Estos electrones pueden, según lo dicho
anteriormente, quedar libres al proporcionarles una pequeña energía. En estos
recaerá nuestra atención y es así que en vez de utilizar el modelo completo del
átomo de silicio, utilizaremos la representación simplificada donde se resalta la zona
de nuestro interés. (Figura 8).
Figura 8. Modelo del Átomo de Silicio
SEMICONDUCTOR DOPADO
Si aplicamos una tensión al cristal de silicio, el positivo de la pila intentará atraer los
electrones y el negativo los huecos favoreciendo así la aparición de una corriente a
través del circuito. (Figura 9).
47
Figura 9 Funcionamiento del Diodo
Sentido del movimiento de un electrón y un hueco en el silicio, Ahora bien, esta
corriente que aparece es de muy pequeño valor, pues son pocos los electrones que
podemos arrancar de los enlaces entre los átomos de silicio. Para aumentar el valor
de dicha corriente tenemos dos posibilidades:
Aplicar una tensión de valor superior
Introducir previamente en el semiconductor electrones o huecos desde el exterior
La primera solución no es factible pues, aún aumentando mucho el valor de la
tensión aplicada, la corriente que aparece no es de suficiente valor. La solución
elegida es la segunda.
En este segundo caso se dice que el semiconductor está "dopado".
El dopaje consiste en sustituir algunos átomos de silicio por átomos de otros
elementos. A estos últimos se les conoce con el nombre de impurezas.
Dependiendo del tipo de impureza con el que se dope al semiconductor puro o
intrínseco aparecen dos clases de semiconductores.
-
Semiconductor tipo P
Semiconductor tipo N
SEMICONDUCTOR TIPO N
Si en una red cristalina de silicio (átomos de silicio enlazados entre sí).
48
Enlace covalente de átomos de germanio, obsérvese que cada átomo comparte
cada uno de sus electrones con otros cuatro átomos.
Sustituimos uno de sus átomos (que como sabemos tiene 4 electrones en su capa
exterior) por un átomo de otro elemento que contenga cinco electrones en su capa
exterior, resulta que cuatro de esos electrones sirven para enlazarse con el resto de
los átomos de la red y el quinto queda libre.
Semiconductor dopado tipo N
A esta red de silicio "dopado" con esta clase de impurezas se le denomina "Silicio
tipo N"
En esta situación hay mayor número de electrones que de huecos. Por ello a estos
últimos se les denomina "portadores minoritarios" y "portadores mayoritarios" a los
electrones
Las Impurezas tipo N más utilizadas en el proceso de dopado son el arsénico, el
antimonio y el fósforo
Está claro que si a un semiconductor dopado se le aplica tensión en sus bornas, las
posibilidades de que aparezca una corriente en el circuito son mayores a las del
caso de la aplicación de la misma tensión sobre un semiconductor intrínseco o puro.
SEMICONDUCTOR TIPO P
Si en una red cristalina de silicio (átomos de silicio enlazados entre sí)....
Enlace covalente de átomos de germanio, obsérvese que cada átomo comparte
cada uno de sus electrones con otros cuatro átomos. Sustituimos uno de sus
átomos (que como sabemos tiene 4 electrones en su capa exterior) por un átomo de
49
otro elemento que contenga tres electrones en su capa exterior, resulta que estos
tres electrones llenarán los huecos que dejaron los electrones del átomo de silicio,
pero como son cuatro, quedará un hueco por ocupar. O sea que ahora la sustitución
de un átomo por otros provoca la aparición de huecos en el cristal de silicio. Por
tanto ahora los "portadores mayoritarios" serán los huecos y los electrones los
portadores minoritarios.
A esta red de silicio dopada con esta clase de impurezas se le denomina "silicio tipo
P"
Semiconductor dopado tipo P
SIMBOLO DE UN DIODO SEMICONDUCTOR
Estructura (Figura 10).
Figura 10. Símbolo gráfico
El material tipo P recibe el nombre de ánodo.
El material tipo N recibe el nombre de cátodo
La flecha indica el sentido convencional de la corriente.
CIRCUITO EQUIVALENTE DE UN DIODO IDEAL
Si el diodo está polarizado directamente, su circuito equivalente es el de un
conmutador cerrado, pequeña resistencia. (Figura 11).
50
Figura 11. Polarización Directa
Con polarización inversa, el circuito representa un conmutador abierto, gran
resistencia.(Figura 12).
Figura 12. Polarización Inversa
ANEXO B
Clase No 1 Introducción a la electrónica básica (Símbolos y Componentes).
[9] – [10]
Se enseño los conceptos básicos de la electrónica para dar inicio al curso.
Esto para empezar, obviamente no son todos los símbolos y los componentes que
existen pero sí los que nos interesan para poder iniciarnos en el tema. Aquí, una
breve descripción teórica y practica dando a conocer los mismo físicamente.
51
Interruptor No necesita descripción, de todos modos aprende
a utilizarlo.
Transformador Otro accesorio. Sólo es un bobinado de cobre,
por ahora, nos quedamos con que nos permite disminuir la
tensión, en nuestro caso de 220 Volt a 5V, 12V, 24V, etc.
LED (Diodo Emisor de Luz), los hay rojos, verdes, azules,
amarillos, también infrarrojos, láser y otros. Sus terminales son
ánodo (terminal largo) y cátodo (terminal corto).
Diodo Al igual que los LED's sus terminales son ánodo y
cátodo (este último, identificado con una banda en uno de sus
lados), a diferencia de los LED's éstos no emiten luz.
Resistencias o Resistores Presentan una cierta resistencia al
paso de la corriente, sus valores están dados en Ohmios,
según un Código de colores.
Potenciómetros Son resistencias variables, en su interior
tienen una pista de carbón y un cursor que la recorre. Según la
posición del cursor el valor de la resistencia de este
componente cambiará.
Fotocelda También llamada LDR. Una fotocelda es un resistor
sensible a la luz que incide en ella. A mayor luz menor
resistencia, a menor luz mayor resistencia.
52
Capacitor de cerámica Estos pueden almacenar pequeñas
cargas eléctricas, su valor se expresa en picofaradios o
nanofaradios, según un código establecido, no distingue sus
terminales por lo que no interesa de que lado se conectan.
Condensador ó Capacitor electrolítico Estos almacenan más
energía que los anteriores, eso sí, se debe respetar la
polaridad de sus terminales. El más corto es el negativo. o
bien, podrás identificarlo por el signo en el cuerpo de
componente.
Transistores Cómo lo digo...! Básicamente un transistor puede
controlar una corriente muy grande a partir de una muy
pequeña. muy común en los amplificadores de audio. En
general son del tipo NPN y PNP, que es eso?, no desesperes
que pronto se aclararán tus dudas, sus terminales son;
Colector, Base y Emisor.
SCR o TIC 106 Son llaves electrónicas, y se activan mediante
un pulso positivo en el terminal G. muy común en sistemas de
alarma. Sus terminales son Ánodo, Cátodo y Gatillo.
Circuitos Integrados (IC) Un Circuito Integrado (IC) contiene
en su interior una gran variedad de componentes en miniatura.
Según el IC. de que se trate tendrá distintas funciones o
aplicaciones, pueden ser amplificadores, contadores,
multiplexores, codificadores, flip-flop, etc. Sus terminales se
cuentan en sentido opuesto al giro de las agujas del reloj
tomando un punto de referencia.
Protoboard o Placa de Pruebas.
En realidad no necesitas demasiado, de todos modos te mostraré un par de ellas.
Una de las herramienta que utilizaremos de tiempo completo será La placa de
53
pruebas, conocida también como protoboard, te permitirá insertar en ella casi todos
los componentes siempre y cuando los terminales no dañen los orificios de la
misma, de lo contrario no te será de gran ayuda, pero como para todo existe una
solución, puedes soldar un alambre fino de cobre en los terminales de gran espesor,
como en los SCR, los potenciómetros, los interruptores, pulsadores, y otros.
Los cables finos de teléfono sirven para realizar los puentes de unión, estos los que
más se adaptan a los orificios de la placa, vienen en una gran variedad de colores,
los puedes conseguir de 24 hilos de 10, de 8 y bueno... en las casas de electricidad
te podrán asesorar.
Esto es lo que se encuentra por dentro. Las líneas horizontales son las que puedes
utilizar para identificar las conexiones a los polos positivo y negativo, fíjate en la
imagen anterior que estas líneas están marcadas, con respecto a las verticales,
cualquier terminal que conectes en una línea de estas estarán unidos entre sí.
Otra de las herramientas que necesitaras será una batería (esas de 9 volt vienen
bien), o con un par de pilas secas bastaría, de todos modos puedes armar tu propia
fuente de alimentación.
ANEXO C
Clase No 2 Conceptos Básicos Tablas de Medidas (Sistema Internacional de
Medidas) [9]
Se enseño los conceptos básicos relacionados con la electrónica DC y AC desde los
principios elementales tales la tabla de medidas del sistema internacional de
medidas y conceptos como carga y corriente eléctrica.
CARGA La materia esta formada por átomos, el modelo elemental del átomo indica
que está compuesto por protones, neutrones y electrones; los electrones tienen
carga eléctrica negativa y son fijos (cercanos al núcleo) o libres (alejados del
54
núcleo), los protones están en el núcleo y tienen carga positiva. Un átomo en estado
neutro el número de electrones es igual al número de protones. Si se pierde el
equilibrio se le llama ion positivo si ha perdido electrones o ion negativo si tiene
exceso de electrones. Si en un cuerpo sus átomos han perdido electrones está
cargado positivamente, y si sus átomos han ganado
electrones está cargado negativamente.
La unidad para medir la carga eléctrica es el Coulombio:
1 Coulombio = 6.28x1018 electrones
CORRIENTE ELECTRICA Si en un espacio físico o un cuerpo hay acumulación de
cargas positivas en un sitio y negativas en otro se produce un movimiento de
electrones de la zona negativa a la positiva, al movimiento de electrones se llama
corriente eléctrica. La corriente eléctrica se indica por una flecha y la letra I sobre el
elemento por el que pasa la corriente (obsérvese que la corriente es contraria al
movimiento de los electrones). La corriente se mide por la cantidad de carga que
pasa en la unidad de tiempo.
Su unidad es el amperio. DC y AC
DC o CC significa corriente directa o corriente continua se aplica siempre que la
corriente tenga magnitud y sentido constante en el tiempo. AC significa corriente
alterna comprende el estudio y aplicación de corrientes que varían en magnitud y
sentido en el tiempo.
En electricidad se trabaja con señales que varían en forma senoidal con frecuencia
de 60 Hz. o 50 Hz. En electrónica se usan diferentes tipos de variación y frecuencia
hasta el orden de 109 Hz. (Figura 13a).
Figura 13 a. Tipos de Ondas
55
VALORES IMPORTANTES EN AC
Cuando se trabaja con DC solo es necesario indicar la magnitud del voltaje o la
corriente, en AC como la señal cambia su valor cada instante se tienen presentes
varios valores: f frecuencia, número de veces que la señal periódica se repite en un
segundo se mide en Hertz. T periodo, tiempo en el cual la señal vuelve a repetirse,
es el inverso de la frecuencia. (Figura 13b).
Figura 13b. Voltaje Pico A pico
SEÑAL SENOIDAL
Es la más aplicada en electrónica, su valor instantáneo corresponde a la proyección
vertical de un vector (fasor) de magnitud igual al valor pico Vp que gira a una
= 2>0 Sus características son (Figura 13c):
velocidad angular w donde
? 0 ;
&0 *
* ;
√2
** 2 *
Figura 13c. Señal Senoidal
POTENCIA
La potencia de un elemento eléctrico corresponde al producto del voltaje por la
corriente: P = V * I.
En circuitos DC se aplica directamente, se tiene en cuenta que si la corriente entra
por el polo positivo de voltaje y sale por el negativo el elemento esta recibiendo
energía de las cargas eléctricas y se dice que está en situación pasiva, si la
corriente entra por - y sale por + el elemento entrega energía a las cargas y esta en
situación activa.
56
GENERADORES
Generadores de Continua
Pueden ser tanto fuentes de corriente como de tensión, y su utilidad es suministrar
corriente o tensión, respectivamente de forma continua.
Generador de corriente continua
Generador de tensión continua
Generadores de Alterna
Pueden ser tanto fuentes de corriente como de tensión, y su utilidad es suministrar
corrientes o tensiones, respectivamente de forma alterna (por ejemplo: de forma
senoidal, de forma triangular, de forma cuadrada., etc....).
Generador de corriente alterna
Generador de tensión alterna
Aparatos de medición.
Voltímetro.
Aparato que mide tensiones eficaces tanto en continua como en alterna, y su
colocación es de forma obligatoria en "paralelo" al componente sobre el cual se
quiere medir su tensión.
57
Voltímetro de continua
Voltímetro de Alterna
Errores al medir con voltímetros
Al medir con un voltímetro se comete un pequeño error porque dentro del voltímetro
hay un resistencia interna (Rint.), que tiene un valor muy grande (se suele aproximar
a infinito).
Amperímetro.
58
Aparato que mide el valor medio de la corriente, y su colocación es de forma
obligatoria en "serie" con el componente del cual se quiere saber la corriente que le
atraviesa.
Amperímetro de continua
Amperímetro de Alterna
Errores al medir con amperímetros
Como ocurre con el voltímetro, al medir con le amperímetro se comete un error
debido a una resistencia interna (Rint.) de valor muy pequeño (se suele aproximar a
cero).
Óhmetro
59
Aparato que mide el valor de las resistencias, y que de forma obligatoria hay que
colocar en paralelo al componente estando éste separado del circuito (sin que le
atraviese ninguna intensidad). Mide resistencias en Ohmios (W).
Errores al medir con óhmetros
Como se ha visto anteriormente, todo aparato de medición comete un error que a
veces se suele despreciar, con los óhmetros ocurre lo mismo, aunque se desprecie
ese error hay que tener en cuenta que se suele hacer una pequeña aproximación.
Antecedentes. El Sistema Métrico Decimal
Este sistema de medidas se estableció en Francia con el fin de solventar los dos
grandes inconvenientes que presentaban las antiguas medidas:
Unidades con el mismo nombre variaban de una provincia a otra
Las subdivisiones de las diferentes medidas no eran decimales, lo cual
representaba grandes complicaciones para el cálculo.
Se trataba de crear un sistema simple y único de medidas que pudiese reproducirse
con exactitud en cualquier momento y en cualquier lugar, con medios disponibles
para cualquier persona.
En 1795 se instituyó en Francia el Sistema Métrico Decimal. En España fue
declarado obligatorio en 1849.
El Sistema Métrico se basa en la unidad "el metro" con múltiplos y submúltiplos
decimales. Del metro se deriva el metro cuadrado, el metro cúbico, y el kilogramo
que era la masa de un decímetro cúbico de agua.
En aquella época la astronomía y la geodesia eran ciencias que habían adquirido un
notable desarrollo. Se habían realizado mediciones de la longitud del arco del
meridiano terrestre en varios lugares de la Tierra. Finalmente, la definición de metro
fue elegida como la diezmillonésima parte de la longitud de un cuarto del meridiano
terrestre. Sabiendo que el radio de la Tierra es 6.37·106 m
60
2π·6.37·106/(4·10·106)=1.0006 m
Como la longitud del meridiano no era práctica para el uso diario. Se fabricó una
barra de platino, que representaba la nueva unidad de medida, y se puso bajo la
custodia de los Archives de France, junto a la unidad representativa del kilogramo,
también fabricado en platino. Copias de del metro y del kilogramo se distribuyeron
por muchos países que adoptaron el Sistema Métrico.
La definición de metro en términos de una pieza única de metal no era satisfactoria,
ya que su estabilidad no podía garantizase a lo largo de los años, por mucho
cuidado que se tuviese en su conservación.
A finales del siglo XIX se produjo un notable avance en la identificación de las líneas
espectrales de los átomos. A. A. Michelson utilizó su famoso interferómetro para
comparar la longitud de onda de la línea roja del cadmio con el metro. Esta línea se
usó para definir la unidad denominada angstrom.
En 1960, la XI Conférence Générale des Poids et Mesures abolió la antigua
definición de metro y la reemplazó por la siguiente:
El metro es la longitud igual a 1 650 763.73 longitudes de onda en el vacío de la
radiación correspondiente a la transición entre los niveles 2p10 y 2d5 del átomo de
kriptón 86.
Este largo número se eligió de modo que el nuevo metro tuviese la misma longitud
que el antiguo.
La velocidad de la luz en el vacío c es una constante muy importante en física, y que
se ha medido desde hace mucho tiempo de forma directa, por distintos
procedimientos. Midiendo la frecuencia f y la longitud de onda λ de alguna radiación
de alta frecuencia y utilizando la relación c=λ·f se determina la velocidad de la luz c
de forma indirecta con mucha exactitud.
El valor obtenido en 1972, midiendo la frecuencia y la longitud de onda de una
radiación infrarroja, fue c=299 792 458 m/s con un error de ±1.2 m/s, es decir, cuatro
partes en 109.
La XVII Conferencia Générale des Poids et Mesures del 20 de Octubre de 1983,
abolió la antigua definición de metro y promulgó la nueva:
El metro es la longitud de trayecto recorrido en el vacío por la luz durante un tiempo
de 1/299 792 458 de segundo.
La nueva definición de metro en vez de estar basada en un único objeto (la barra de
platino) o en una única fuente de luz, está abierta a cualquier otra radiación cuya
frecuencia sea conocida con suficiente exactitud.
61
La velocidad de la luz queda convencionalmente fijada y exactamente igual a 299
792 458 m/s debida a la definición convencional del término m (el metro) en su
expresión.
Otra cuestión que suscita la nueva definición de metro, es la siguiente: ¿no sería
más lógico definir 1/299 792 458 veces la velocidad de la luz como unidad básica de
la velocidad y considerar el metro como unidad derivada?. Sin embargo, la elección
de las magnitudes básicas es una cuestión de conveniencia y de simplicidad en la
definición de las magnitudes derivadas.
Unidades básicas. (Tabla 3).
Nombre Símbolo
Magnitud
Longitud
Metro
M
Masa
kilogramo
Kg
Tiempo
segundo
S
Intensidad de corriente
eléctrica
ampere
A
Temperatura termodinámica
Kelvin
K
Cantidad de sustancia
Mol
Mol
Intensidad luminosa
candela
Cd
Tabla 3. Unidades Básicas
Unidad de
metro (m)
longitud: El metro es la longitud de trayecto recorrido en el vacío
por la luz durante un tiempo de 1/299 792 458 de
segundo.
Unidad de masa
El kilogramo (kg) es igual a la masa del prototipo
internacional del kilogramo
Unidad de tiempo
El segundo (s) es la duración de 9 192 631 770 periodos
de la radiación correspondiente a la transición entre los
62
dos nivel finos del estado fundamental del átomo de
cesio 133.
Unidad de intensidad El ampere (A) es la intensidad de una corriente
de corriente eléctrica constante que manteniéndose en dos conductores
paralelos, rectilíneos, de longitud infinita, de sección
circular despreciable y situados a una distancia de un
metro uno de otro en el vacío, produciría una fuerza igual
a 2·10-7 newton por metro de longitud.
Unidad de temperatura El kelvin (K), unidad de temperatura termodinámica, es
termodinámica
la fracción 1/273,16 de la temperatura termodinámica del
punto triple del agua.
Observación: Además de la temperatura termodinámica
(símbolo T) expresada en kelvins, se utiliza también la
temperatura Celsius (símbolo t) definida por la ecuación t
= T - T0 donde T0 = 273,15 K por definición.
Unidad de cantidad de El mol (mol) es la cantidad de sustancia de un sistema
sustancia
que contiene tantas entidades elementales como átomos
hay en 0,012 kilogramos de carbono 12.
Cuando se emplee el mol, deben especificarse las
unidades elementales, que pueden ser átomos,
moléculas, iones, electrones u otras partículas o grupos
especificados de tales partículas.
Unidad de intensidad La candela (cd) es la unidad luminosa, en una dirección
luminosa
dada, de una fuente que emite una radiación
monocromática de frecuencia 540·1012 hertz y cuya
intensidad energética en dicha dirección es 1/683 watt
por estereorradián.
63
Múltiplos y submúltiplos decimales (Tabla 4).
Prefijo
Giga
Mega
Kilo
Mili
Micro
Nano
Pico
Factor
109
106
103
10-3
10-6
10-9
10-12
Símbolo
G
M
K
M
µ
N
P
Tabla 4. Múltiplos y Submúltiplos Decimales
ANEXO D
Clase No 3 Resistencias (Código de Colores). [9] – [10]
En esta clase se explico todo lo referente a las resistencias incluyendo la tabla de
colores y dando una explicación técnica físico, de los circuitos correspondientes, en
serie y paralelo o circuitos mixtos.
Códigos y series de las Resistencias
Código de colores
Para caracterizar un resistor hacen falta tres valores: resistencia eléctrica, disipación
máxima y precisión o tolerancia. Estos valores se indican normalmente en el
encapsulado dependiendo del tipo de éste; para el tipo de encapsulado axial, el que
se observa en las fotografías, dichos valores van rotulados con un código de franjas
de colores.
Estos valores se indican con un conjunto de rayas de colores sobre el cuerpo del
elemento. Son tres, cuatro o cinco rayas; dejando la raya de tolerancia
(normalmente plateada o dorada) a la derecha, se leen de izquierda a derecha. La
última raya indica la tolerancia (precisión). De las restantes, la última es el
multiplicador y las otras las cifras.
El valor de la resistencia eléctrica se obtiene leyendo las cifras como un número de
una, dos o tres cifras; se multiplica por el multiplicador y se obtiene el resultado en
Ohmios (Ω). El coeficiente de temperatura únicamente se aplica en resistencias de
alta precisión (tolerancia menor del 1%).
64
Como leer el valor de una resistencia
En una resistencia tenemos generalmente 4 líneas de colores, aunque podemos
encontrar algunas que contenga 5 líneas (4 de colores y 1 que indica tolerancia)
vamos a tomar la más general las de 4 líneas, las primeras 3 y dejamos aparte la
tolerancia que es plateada o dorada. (Tabla 5).
La primera línea representa el dígito correspondiente al color.
La segunda línea representa el dígito correspondiente al color.
El número así formado por la primera y segunda línea, se multiplica por la potencia
de 10 expresada por la tercera línea (multiplicador).
Por ejemplo:
Tenemos una resistencia con los colores verde, amarillo, rojo y dorado.
Registramos el valor de la primera línea (verde): 5
Registramos el valor de la segunda línea (amarillo): 4
Registramos el valor de la tercera línea (rojo): X 100
Unimos los valores de las primeras dos líneas y multiplicamos por el valor de la
tercera
54 X 100 = 5400Ω o 5,4 kΩ y este es el valor de la resistencia expresada en Ohmios
Por ejemplo:
"334" 33 × 10,000 ohmios = 330 kiloohmio
"222" 22 × 100 ohmios = 2.2 kiloohmio
"473" 47 × 1,000 ohmios = 47 kiloohmio
65
Código de colores
Colores
1ª 2ª
Multiplicador Tolerancia
Cifra Cifra
Negro
0
0
Marrón
1
1
x 10
1%
Rojo
2
2
x 102
2%
Naranja
3
3
x 103
Amarillo
4
4
x 104
Verde
5
5
x 105
Azul
6
6
x 106
Violeta
7
7
x 107
Gris
8
8
x 108
Blanco
9
9
x 109
0.5%
Oro
x 10-1
5%
Plata
x 10-2
10%
Sin
color
20%
Tabla 5. Código de Colores
Los resistores de menos de 100 ohmios se escriben: 100, 220, 470. El numero cero
final representa diez a la potencia de cero, lo cual es 1.
Por ejemplo:
"100" = 10 × 1 ohmio = 10 ohmios
"220" = 22 × 1 ohmio = 22 ohmios
66
Algunas veces estos valores se marcan como "10" o "22" para prevenir errores.
Los resistores menores de 10 ohmios tienen una 'R' para indicar la posición del
punto decimal.
Por ejemplo:
"4R7" = 4.7 ohmios
"0R22" = 0.22 ohmios
"0R01" = 0.01 ohmios
Los resistores de precisión son marcados con códigos de cuatro dígitos, en los
cuales los primeros tres dígitos son los números significativos y el cuarto es la
potencia de diez.
Por ejemplo:
"1001" = 100 × 10 ohmios = 1 kiloohmio
"4992" = 499 × 100 ohmios = 49.9 kiloohmio
"1000" = 100 × 1 ohmio = 100 ohmios
Los valores "000" y "0000" aparecen en algunas ocasiones en los enlaces de
montajes de superficie, debido a que tienen (una resistencia aproximada a cero).
Ejemplo:
Si los colores son: ( Marrón - Negro - Rojo - Oro ) su valor en ohmios es:
10x100 5 % = 1000
= 1K
Tolerancia de
5%
SERIES DE RESISTENCIAS E6 – E2 – E48, NORMA IEC
Series de resistencias normalizadas y comercializadas mas habituales para
potencias pequeñas. Hay otras series como las E96, E192 para usos más
especiales.
67
ANEXO E
Clase No 4 Resistencias - Ley de Ohm y de Kirchhoff. [7]
En esta clase se hace referencia a parámetros y principios básicos, explicando
cada una de las variables que hacen parte de dichas leyes y sus relaciones entre si,
enfocándonos en circuitos serie – paralelo para la demostración y justificación de las
leyes mencionadas.
RESISTENCIA ELÉCTRICA
Resistividad Eléctrica
Es una propiedad de cada material de oponerse al movimiento de cargas eléctricas,
es decir, al paso de corriente eléctrica. Cada material tiene una resistividad
característica que puede variar con la temperatura y con el contenido de impurezas.
Se indica con la letra r y se mide en W-m o en W-cm (W = ohmio). (Tabla 6).
MATERIAL
p(Ω - cm)
Polietileno
1 / 10B
Silicio
2.3 / 10C
Carbono
4 / 10E
Aluminio
2.7 / 10EF
Cobre
1.7 / 10EF
Tabla 6. Resistividad Eléctrica
Resistencia Eléctrica
Un trozo de cualquier material presenta una oposición neta al paso de la corriente
que se llama la Resistencia Eléctrica, se indica por R y depende de las dimensiones
del material, Donde: L es la distancia que deben recorrer las cargas A es el área
transversal al flujo de cargas La resistencia se mide en Ohmnios y su símbolo es:
68
Ejemplo: La resistencia de un alambre de cobre de 100 metros y área transversal de
2 mm2 es:
Resistividad del Material . * 1.7 / 10EF
p(Ω - cm)
Longitud: L= 100m = 10000 cm
Area: A = 2 0.02)
(
GH 1.7 / 10EF / 10000)
0.85Ω
I
0.02 )
RESISTENCIAS EQUIVALENTES
Aplicando el concepto de circuitos equivalentes de la lección de Leyes de Kirchhoff,
un circuito con varias resistencias tiene una resistencia equivalente, donde al
cambiar el circuito por su resistencia equivalente a igual voltaje consume la misma
corriente.
RESISTENCIA EQUIVALENTE SERIE
La resistencia Equivalente de un grupo de resistencias en serie es:
Req = R1+ R2 +……….Rn
Equivalentes de resistencias en paralelo:
69
(&L. 1
1
1
1
1
M……….
(1 (2 (3
(
LEY DE OHM
Esta ley nos dice: "La cantidad de corriente que pasa por una resistencia es
directamente proporcional al voltaje que se aplica, la proporción entre el voltaje y la
corriente es el valor de la resistencia"
(
N
O
:
En una resistencia siempre la corriente va del punto de alto voltaje (+) al punto de
menor voltaje (-), esto significa que la resistencia es siempre un elemento pasivo. Si
cambia la polaridad del voltaje entonces cambia el sentido de la corriente. La unidad
de medida de resistencia es el ohmio: W; de la formula de la ley de Ohm se tiene:
Donde:
NRSTURN
1 PQΩ VWXYZURV
Ejemplo 1 La corriente que pasa por un resistencia de 22 KW cuando se aplican 10
voltios es: I = V / R = 10 v/ 22KW = 4.54x10-4 A = 0.454mA
Ejemplo 2 Si por una resistencia de 1 MW pasan 50µA el voltaje es: V = R*I = 1
MW*50µA = 1x106W*50*10-6A = 50 v
Ejemplo 3 Si se desea tener una corriente de 10mA al aplicar un voltaje de 5 v, la
resistencia a usar es: R = V/I = 5 v/10 mA = 0.5x103W = 500W
Potencia en una resistencia
Si se combina la ley de Ohm con la formula de potencia para elementos eléctricos
se tienen dos expresiones para calcular la potencia en una resistencia:
N
1. G / , [4\ N
4
2. G / , , / (( , / (
Estas expresiones se usan con corrientes y voltajes DC, se pueden usar también en
AC si se trabajó con el valor RMS o eficaz de los voltajes y corrientes. La potencia
calculada en una resistencia significa conversión de energía eléctrica en energía
70
calorífica, el calor producido eleva la temperatura de la resistencia y su alrededor
creando un flujo de calor hacia el exterior.
Ejemplo 1
La potencia que disipa una resistencia de 1 KW cuando se le aplican 20 v, es: P =
V2/R = (20 v)2 / 1x103W= 0.4 w
Ejemplo 2
La potencia que disipan 25 mA de corriente al pasar por una resistencia de 82Wes.
P = I2*R = (25x10-3 A)2 * 82W = 0.051 w = 51 mW.
Ejemplo 3
La resistencia de una estufa disipa 1500 w cuando se aplican 220 VRMS, el valor de
la resistencia es: R = V2/P = (220 v)2 / 1500 w = 32.27W y la corriente que consume:
I = P/V = 1500 w / 220 v = 6.81 ARMS
LEY DE CORRIENTES DE KIRCHHOFF
Como no se produce la acumulación de cargas en un , así como un nodo no
produce cargas, el total de cargas que entra a un nodo es igual al total de cargas
que salen del nodo. Se puede expresar la ley de corrientes de Kirchhoff (LCK) de
dos formas:
La suma algebraica de las corrientes en un nodo es cero. Se considera positiva una
corriente que entra al nodo y negativa una corriente que sale del nodo.
- IA + IB - IC - ID + IE = 0
La suma de corrientes que entran a un nodo es igual a la suma de corrientes que
salen del nodo.
IB + IE = IA + IC + ID
71
Cuando no se sabe el sentido de la corriente en un elemento se coloca la flecha en
cualquier sentido, si el resultado da signo negativo, indica que el sentido real es el
contrario al indicado por la flecha.
Ejemplo:
Hallar IA, ID, IF
] 1 <,^ 2I 10I 0
,^ 12I
] 2 <,V < 10I < 5I 0
,V <15I Q) I
] 3 <,_ < 2I ,V 0
<,_ < 2I <15I 0
`a <bcdefg hgijg ekglm
LEY DE VOLTAJES DE KIRCHHOFF
La suma de voltajes en una malla o un circuito cerrado es igual a cero, para la
evaluación numérica se toma como positivo el voltaje si se trata de una elevación de
voltaje al pasar por el elemento y negativo si hay una caída de voltaje.
La trayectoria en el sentido marcado determina que hay elevación de voltaje ( - a +)
en VA, VC, VE y hay caída de voltaje (+ a -) en VAB y VD. Al aplicar la ley de voltajes
de Kirchhoff (LVK) nos resulta en la siguiente ecuación:
72
VA-VB +VC-VD+VE = 0
Un forma rápida de plantear la ecuación de trayectoria es tener en cuenta el signo
del voltaje al salir del elemento en el sentido de la trayectoria y ese signo se coloca
en la ecuación, para el circuito mostrado el signo en el recorrido es + al salir de los
elementos A, C y E y ese es el signo de VA, VC, VE en la ecuación y es - al salir de B
y D por lo tanto el signo de VB y VD es - en la ecuación.
Ejemplo
Si V13 = 10 v, V12 = 7.5 v y V43 = 4.8 v; hallar los otros voltajes.
Se observa que los voltajes se pueden indicar por el nombre del elemento como en
el primer ejemplo o por la diferencia de voltajes entre dos nodos, en este caso el
primer subíndice indica el lado positivo y el segundo subíndice indica el lado
negativo. Planteamos las ecuaciones para las diferentes trayectorias y vamos
encontrando las respuestas que nos sirvan para solucionar las ecuaciones de otras
trayectorias:
Trayectoria roja: V13 - V12 + V23 = 0
Trayectoria azul: - V23 + V42 - V43 = 0
Trayectoria verde: + V12 + V41 -V42 =0
10 v - 7.5 v + V23 = 0
V23 = -2.5 v
- (- 2.5 v) + V42 - 4.8 v = 0
7.5 v + V41 - 2.3 v = 0
V42 = 2.3 v
V41 = - 5.2 v
ESTRUCTURAS DE CIRCUITOS
Los elementos de circuito se pueden conectar de diferentes formas, hay dos formas
de conexión que son las mas usadas y básicas en el análisis de circuitos.
Circuito En Serie
Dos elementos o circuitos están conectados en serie cuando son los dos unicos
elementos que están conectados a un nodo. Como consecuencia de la ley de
Corrientes de Kirchhoff las corrientes en dos o más elementos en serie son iguales:
IA = IB
73
El elemento A no está en serie con B (A y B no son los únicos dos elementos en el
nodo), ni en serie con C ( A y C no son los únicos dos elementos en el nodo), pero A
está en serie con el circuito formado por B y C, la corriente IA es entonces igual a la
corriente total IX en el circuito de B y C.
Circuito En Paralelo
Dos elementos o circuitos están conectados en paralelo cuando los terminales de
ambos elementos están conectados a dos nodos comunes. Como consecuencia de
la ley de Voltajes de Kirchhoff los voltaje en dos o más elementos en paralelo son
iguales:
VA = VB
El elemento A no está en paralelo con B (el nodo inferior de A no es el nodo inferior
de B), ni en paralelo con C ( el nodo superior de A no es el nodo superior de B),
pero A está en paralelo con el circuito formado por B y C, el voltaje VA es entonces
igual al voltaje total VX en el circuito de B y C.
FUENTES
Son los dispositivos con los que se mantienen en forma continua los voltajes y
corrientes dentro de un circuito.
FUENTES DE VOLTAJE: mantienen una diferencia de voltaje entre sus terminales,
son los dispositivos que normalmente se conocen como fuentes de energía como
por ejemplo: Pilas, baterías, dinamos, celdas solares., los adaptadores, generadores
de AC. En el laboratorio de electrónica se usan las Fuentes DC, y los generadores
de laboratorio,
74
FUENTES DE CORRIENTE: mantienen un flujo determinado de corriente hacia el
circuito que tengan conectado, no son muy conocidas y se construyen en base a
circuitos electrónicos.
CLASES DE FUENTES
Fuentes DC ideales
· De voltaje: mantienen un voltaje constante en sus terminales independiente de la
corriente que les pida el circuito
· De corriente: mantienen una corriente constante independiente del voltaje que
tengan que aplicar al circuito.
Fuentes DC reales
En una fuente de voltaje el voltaje disminuye en la medida que se le va pidiendo
más corriente
En una fuente de corriente la corriente va disminuyendo en la medida que el voltaje
en el circuito crece.
ANEXO F
Clase No 5 Inductancia y Capacitancia. [7]
Esta clase se dio para dar un breve barrido sobre el conocimiento básico de la
composición y funcionamiento de los condensadores e inductores.
CAPACITORES O CONDENSADORES
Los condensadores son dispositivos electrónicos que se usan para almacenar la
energía en forma de campos electrostáticos.
Un condensador está formado por dos placas conductoras separadas por un
material aislante o dieléctrico, unos terminales unidos a las placas permiten la
conexión del condensador a otros elementos de circuito. (Figura 14a).
75
Figura 14a. Esquema de un Condensador
Clasificación por el tipo de dieléctrico.
Papel: Placas metálicas, papel de aluminio (enrollados), Poliéster, Nylon, Aire,
Electrolitos, Tantalio, Cerámicos
CAPACITANCIA
La capacidad de un condensador depende de su forma geométrica, del tamaño de
las placas (A), de la distancia entre placas (d) y de la permitividad relativa del
dieléctrico (er), por ejemplo para un condensador de placas paralelas con d muy
pequeña con relación a las dimensiones de las placas:
C = e0· er· A/d
e0 = Permitividad al vacío =8,85 X 10-12 F/m
La unidad de medición de capacidad eléctrica es el Faradio, se indica por F y se
deriva como:
1 F = 1Coulombio / 1 Voltio
Los condensadores usados en circuitos electrónicos van de pF a 1 F.
Ejemplo:
Encuentre la capacitancia de un condensador de placas de 2X10-4 m2 un dieléctrico
de Nylon y una distancia entre placas de 50X10-6m y permitividad relativa = 5.
C= 8,85 X10-12(5)·(2X10-4 m2)/(50X10-6 m) = 177 pf
En el comercio un condensador se específica por su capacidad, el voltaje máximo al
que se puede cargar y la clase de condensador, por ejemplo condensador
electrolítico de 10 µF a 25 v. Si un condensador se carga a un voltaje mayor que el
especificado puede ocurrir una de las siguientes fallas: Carbonización de dieléctrico,
corto entre placas, paso de corriente entre placas por daño en las propiedades del
conductor.
76
Identificación de condensadores
Hay varias formas de hacer la identificación de condensadores:
a) Condensadores Electrolíticos
La capacidad viene identificada en microfaradios, en algunos casos no trae
indicación de unidades, en estos condensadores es importante conectarlos con
polaridad correcta de voltaje, si se conectan al revés el condensador explota,
condensador trae una franja que apunta a uno de los terminales indicando si es
terminal positivo o negativo. (Figura 14b).
la
la
el
el
Figura 14b. Condensadores Electrolíticos
b) Condensadores no electrolíticos
Vienen marcados con un número entero de tres dígitos, se lee en forma similar al
código de colores de resistencias, primer y segundo dígitos de la marca son primer y
segundo dígitos de la capacidad y el tercer dígito de la marca es un factor
multiplicador o cantidad de ceros que hay que agregar, el resultado es en pico
faradios.
Ejemplo:
Se lee 4, 7 y se agregan 3 ceros: 473 Þ 47000 pf que equivale a 47 nF o 0.047 mF
Cuando aparecen letras como k, l, m, n, p no tienen significado en la capacidad del
condensador, las letras significan las tolerancias, en forma similar a la cuarta franja
de color de las resistencias.
c) Código de colores
Se leen igual que el código de colores de las resistencias, primera franja es primer
dígito, segunda franja es segundo dígito y la tercera franja es el factor multiplicador,
el resultado se da en Picofaradios. Si aparece una cuarta franja significa el voltaje
máximo en centenas del voltio.
77
Ejemplo:
Café = 1, negro = 0, amarillo = agregar 4 ceros, rojo = 2 x 100 = 200 voltios.
10x104 pf = 0.1mf, máximo voltaje 200 v.
SIMBOLOS (Figura 15).
Figura 15. Símbolos de Condensadores
Equivalentes de circuitos de condensadores
de condensadores en serie:
1
1
1
1
1
M………..
3n o
78
Equivalentes de condensadores en paralelo:
Yn ……o
Ejemplo:
Calcular la capacidad equivalente del circuito mostrado, C1 = 100 nF, C2 = 2 mF,
C3 = 0.82 mF.
Los condensadores C2 y C3 están en serie su equivalente es:
&L. 1
1
1
Yn 1
1
1
2 / 10EF _ 0.822 / 10EF _
1.72 / 10F _
1
5.72 / 10Ep 581 1.72 / 10F _
El equivalente CEQ1 esta en paralelo con el condensador C1, entonces la capacidad
equivalente total es:
Ynq.".rs qo_"CBo_qFBo_
79
INDUCTANCIA
Una Bobina es un dispositivo electrónico que se usa para almacenar la energía en
forma de campo magnético.
Una bobina está formada por un arrollamiento de alambre de forma que el campo
magnético generado por una espira afecte a las espiras vecinas de forma que los
campos magnéticos de todas las espiras se sumen o contrarresten para formar una
distribución espacial de campo magnético alrededor de la bobina y que depende de
su forma, número de espiras y de capas y del material en el núcleo de la bobina.
SIMBOLO:
L es el símbolo de inductancia que es la característica de una bobina que mide la
influencia de cada diferencial de longitud del alambre de la bobina sobre el resto de
la bobina, se mide en Henrios (H).
Por ejemplo una bobina de una sola capa de espiras y que el diámetro sea muy
pequeño con respecto a su longitud su inductancia es:
] μI
H
N= Número de espiras
µ= Permeabilidad magnética del núcleo (del aire por una relativa del material).
μ μu / μZ
µr = Permeabilidad relativa del material del núcleo con respecto al aire, y µa es la
permeabilidad magnética del aire
l= Longitud de la bobina
A= Area transversal del núcleo.
80
ANEXO G
Clase No 6 Diodos, Puente Rectificador y Reguladores.
Se dio la instrucción sobre lo referente a diodos, su material de composición,
implementación y funcionamiento básico, como reguladores de tensión y
rectificadores.
CAMBIADOR DE NIVEL POSITIVO
Lo veremos con un ejemplo:
Semi-ciclo negativo.
Suponemos el diodo ideal. El condensador se carga en el semi-ciclo negativo. Una
vez cargado, el condensador se descarga en el semi-ciclo positivo.
Interesa que el condensador se descargue lo menos posible. Para que la descarga
sea prácticamente una horizontal se tiene que cumplir:
T= Periodo de la onda de entrada.
Si suponemos que el condensador se descarga muy poco, suponemos siempre
cargado a 10 V el condensador.
Hemos subido 10 V el nivel de continua.
OFFSET = Nivel de continua
Este es el cambiador de nivel positivo. Si quisiera cambiar hacia abajo sería el
cambiador de nivel negativo que es igual cambiando el diodo de sentido.
81
CAMBIADOR DE NIVEL NEGATIVO
Como antes, el condensador siempre a 10 V. Se le resta 10 a la entrada. Es un
"OFFSET Negativo".
RECTIFICADOR
Corriente Inicial
En el instante en que se conecta el circuito a la red, el condensador del filtro, que
inicialmente está descargado, actúa como un cortocircuito; por lo tanto, la corriente
inicial de carga del condensador puede llegar a ser muy grande. A esta corriente se
le llama "Corriente Inicial".
Si tenemos la onda senoidal de la red:
Al conectar el circuito a la red puede tomarse cualquier valor de la onda senoidal, no
se sabe, porque al ser senoidal va variando de valores continuamente. En todo los
casos en que se tomen tiene que funcionar bien, siendo los peores casos los
valores máximos y mínimos. Si por ejemplo se coge el valor máximo que es 311 V
entonces en VP2 = 18 V (311 / 17,28) y tenemos una pila en el secundario de 18 V.
Conducen D1 y D3.
82
Anteriormente se había visto que en un diodo, lo normal es que saliera una onda en
forma de sierra. Teníamos que el valor de VL estaba entre 16,6 y 16,4. Inicialmente
está a cero. El Condensador poco a poco se irá cargando, mediante una
exponencial, y al cabo de un tiempo cuando entra en rizado se dice que está en
"Régimen Permanente", y cuando se está cargando el C primeramente se lo llama
"Régimen Transitorio". El transitorio es complicado de analizar.
La capacidad (C) del condensador influye mucho
C grande: El intervalo de tiempo que dura el transitorio es grande, tarda en
cargarse.
C pequeña: Se carga rápidamente.
Picos con la misma altura en el régimen permanente. En el transitorio los picos de
intensidad son variables.
Para C < 1000 µF le da tiempo a cargarse al diodo con el primer pico. Con
capacidades pequeñas en los primeros 20 mseg se ha cargado el C.
Para capacidades mayores: C > 1000 µF.
EJEMPLO: 1N4001 IFSM = 30 A
83
Si el condensador se carga en 1 ciclo de red (C < 1000 µF) la corriente máxima que
resistirá será de 30 A. Si tardo 2 ciclos en cargarse resistirá como mucho 24 A en el
primer ciclo. Si necesita 4 ciclos para cargarse necesita 18 A como mucho.
El valor del rizado:
C muy grande en estos casos para reducir el pico inicial, se pone un conmutador de
2 posiciones. Poniendo una resistencia limitadora (R).
Con esto se reduce el pico inicial. Antes de conectarse se pone en la posición 1 y
luego a los pocos segundos se pone en la posición 2 y funciona normalmente en
régimen permanente. Esta es una solución de andar por casa, pero si es un equipo
automático, convirtiendo ese aparato en automático con un temporizador que
conmute de un punto a otro automáticamente. (Figuras 16 - 17).
4
,..7
v &
/
Figura 16. Rectificador de Onda Completa con dos Diodos
84
Figura 17. Rectificador de Onda Completa en Puente
Mediante el uso de 4 diodos en vez de 2, este diseño elimina la necesidad de la
conexión intermedia del secundario del transformador. La ventaja de no usar dicha
conexión es que la tensión en la carga rectificada es el doble que la que se
obtendría con el rectificador de onda completa con 2 diodos.
MULTIPLICADOR DE TENSION
DOBLADOR DE TENSION
85
Para comenzar a analizar este tipo de circuitos es interesante tener en cuenta este
truco.
Truco: Empezar en el semi-ciclo (malla) donde se cargue un solo condensador.
(Figura 18)
Figura 18. Doblador de Tensión
Entonces nos queda de esta forma si ponemos la carga en C2:
La masa se coloca en el borne negativo del condensador
Y se carga C2 a 622 V. Y como se ve, si se conectan los bornes a C2, esto es un
doblador de tensión. Como la corriente de descarga es pequeña, el C2 se descarga
despacio con una constante de tiempo de valor:
Resumiendo lo comentado anteriormente.
Como es de 50 Hz se puede decir que es un "Doblador de tensión de media onda".
Si cambiamos un poco el circuito tendremos otro ejemplo:
86
DOBLADOR DE TENSION CON ONDA COMPLETA
Quitamos la carga para analizarlo. Pulsar doblemente el la imagen para ver su
comportamiento: (Figura 19).
Figura 19 Doblador de Tensión con Onda Completa.
Como ya se ha dicho antes empezamos por donde halla un solo condensador, Si
representamos VL en función del tiempo.
Primero uno luego el otro, se van turnando los 2 condensadores, como cada uno es
de 50 Hz los 2 a la vez son 100 Hz.
Este circuito tiene una ventaja respecto al anterior: El rizado es más pequeño. La
desventaja radica en que no sabemos donde colocar la masa, en el caso anterior lo
teníamos fácil, pero ahora si ponemos debajo de RL no hay ninguna borne de la red
a masa.
Si conectamos una carga también a masa puede haber un cortocircuito. Hay que
andar con cuidado al usar ese circuito.
87
TRIPLICADOR
Al de media onda se le añade algo.
El principio es idéntico: Semi-ciclo negativo se carga C1, semi-ciclo positivo se
carga C2 a 622 V, semi-ciclo negativo se carga C3 a 622 V, 2 veces el pico. (Figura
20).
Ahora elegimos los bornes para sacar:
Figura 20. Triplicador de Tensión
Con esto se puede hacer un doblador y un triplicador dependiendo de donde se
colocan los bornes. Y tenemos 933 V a la salida.
El truco consiste en que la constante de tiempo de descarga sea:
Y si a este circuito se le añade una etapa más (diodo y condensador) se convierte
en un cuadriplicador.
CUADRIPLICADOR
Es como los anteriores, y la tensión se toma de la siguiente manera.(figura 21).
88
Figura 21. Cuadriplicador de Tensión
ANEXO H
Clase No 7 Divisor de Corriente y de Voltaje. Conversiones Delta – Y y Y Delta. [7] – [10]
Se hace uso de estas reglas para simplificar las leyes principales y así poder
aplicarlas más fácilmente en las prácticas y circuitos de implementación de diseño.
DIVISOR DE VOLTAJE
El voltaje Vs(t) se divide en los voltajes que caen en las resistencias R1 y R2.
Esta fórmula sólo es válida si la salida v2(t) está en circuito abierto (no circula
corriente por los terminales donde se mide v2(t)).
fw x
fw x f b x f y x jx / z b z y jx z
fy x jx / z y zy
/ fw x
zb zy
fy x
zy
fw x z b z y
89
b "z y
DIVISOR DE CORRIENTE
Análogamente, la corriente Is(t) se divide en las corrientes que atraviesan las dos
conductancias.
`w x `b x `y x fx{b {y `y x fx*{y {
{y
b "{y fx
{b {y `w x
`y x
{y
`w x {b {y CONVERSIÓN DELTA-ESTRELLA Y ESTRELLA-DELTA - (CONVERSIÓN ∆-Υ Y
Υ-∆)
Simplificación de circuitos eléctricos con resistores
Con el propósito de poder simplificar el análisis de un circuito a veces es
conveniente poder mostrar todo o una parte del mismo de una manera diferente,
pero sin que el funcionamiento general de éste cambie.
Algunos circuitos tienen un grupo de resistores que están ordenadas formando
como un triángulo y otros como una estrella. Ver los diagramas abajo.
Hay una manera sencilla de convertir estos resistores de un formato al otro y
viceversa.
No es sólo asunto de cambiar la posición de las resistores si no de obtener los
nuevos valores que estos tendrán.
90
La Ecuaciones a utilizar son las siguientes:
Conversión de la configuración delta a la estrella
zb zy z| zg / zi
zg zk zi
zk / zi
zg zk zi
zg / zk
zg zk zi
Para este caso el denominador es el mismo para todas las ecuaciones.
Si Ra = Rb = Rc = RDelta, entonces R1 = R2 = R3 = RY y las ecuaciones anteriores
se reducen a RY = RDelta / 3
Conversión de la configuración estrella a delta
zg zb / zy zb / z| z| / zy
zy
zk }zb / zy zb / z| z| / zy~
zb
zi zb / zy zb / z| z| / zy
z|
Para este caso el numerador es el mismo para todas las ecuaciones.
Si R1 = R2 = R3 = RY, entonces Ra = Rb = Rc = RDelta y las ecuaciones anteriores
se reducen a RDelta = 3xRY
EJEMPLO:
En el gráfico, dentro del recuadro una conexión tipo Delta, en serie con una
resistor R.
Si se realiza la transformación de los resistores que están en Delta a Estrella se
obtiene lo que está al lado derecho del gráfico (ver el recuadro).
91
Ahora se tiene al resistor R en serie con el resistor R1. Estos se suman y se obtiene
un nuevo resistor R1.
Esta nueva conexión en Estrella puede quedarse así o convertirse otra vez a una
conexión Delta
Nota:
Conexión Estrella = Conexión "Y"
Conexión Delta = Conexión Triángulo
ANEXO I
Clase No 8 Los teoremas de Redes. [7] – [9]– [10]
En este Ítem se presentaran los teoremas fundamentales mas importantes del
análisis de redes. Los cuales se nombraran en orden debido a las consideraciones
de varias áreas de aplicación para cada uno.
EL TEOREMA DE SUPERPOSICIÓN
Circuito equivalente
El teorema de superposición sólo se puede utilizar en el caso de circuitos
eléctricos lineales, es decir circuitos formados únicamente por componentes lineales
(en los cuales la amplitud de la corriente que los atraviesa es proporcional a la
amplitud de la tensión a sus extremidades).
El teorema de superposición ayuda a encontrar:
- Valores de tensión, en una posición de un circuito, que tiene más de una fuente
de
tensión.
- Valores de corriente, en un circuito con más de una fuente de tensión
Este teorema establece que el efecto dos o más fuentes tienen sobre una
resistencia es igual, a la suma de cada uno de los efectos de cada fuente tomados
92
por separado, sustituyendo todas las fuentes de tensión restantes por un corto
circuito.
Ejemplo:
Se desea saber cual es la corriente que circula por la resistencia RL (resistencia de
carga).
R1 = 2 kiloohmio
R2 = 1 kiloohmio
RL = 1 kiloohmio
V1 = 10 voltios
V2 = 20 voltios
Como hay dos fuentes de voltaje, se utiliza una a la vez mientras se cortocircuita la
otra. (Primer diagrama a la derecha se toma en cuenta sólo V1. segundo diagrama
se toma en cuenta solo V2).
De cada caso se obtiene la corriente que circula por la resistencia RL y después
estos dos resultados se suman para obtener la corriente total en esta resistencia.
Primero se analiza el caso en que sólo está conectada la fuente V1.
Se obtiene la corriente total que entrega esta fuente obteniendo la resistencia
equivalente de las dos resistencias en paralelo R1 y RL
Req.= RL // R2 = 0.5 kiloohmio (kΩ).
Nota: // significa paralelo
A este resultado se le suma la resistencia R1 (R1 esta en serie con Req.)
Resistencia total = RT = R1 + Req. = 0.5 + 2 = 2.5 kiloohmio
De esta manera se habrá obtenido la resistencia total equivalente en serie con la
fuente.
Para obtener la corriente total se utiliza la Ley de Ohm I = V / R
I total = 10 Voltios / 2.5 kiloohmio = 4 miliamperios (mA)
93
Por el teorema de división de corriente se obtiene la corriente que circula por RL: IRL
= [I x RL // R2] / RL
donde RL // R2 significa el paralelo de RL y R2 (se obtuvo antes Req. = 0.5
kiloohmio)
Reemplazando: IRL = [4 mA x 0.5 kiloohmio] / 1 kiloohmio = 2 mA (miliamperios)
El caso de la fuente V2 se desarrolla de la misma manera, sólo que se deberá
cortocircuitar la fuente V1. En este caso la corriente debido sólo a V2 es: 8 mA
(miliamperios)
Sumando las dos corriente se encontrará la corriente que circula por la resistencia
RL del circuito original
Corriente total = IT = 2 mA + 8 mA = 10 mA (miliamperios).
Si se tiene la corriente total en esta resistencia, también se puede obtener su voltaje
con solo utilizar la ley de Ohm: VL= IT x RL
EL TEOREMA DE THEVENIN
En la teoría de circuitos eléctricos, el teorema de Thévenin establece que si una
parte de un circuito eléctrico lineal está comprendida entre dos terminales A y B,
esta parte en cuestión puede sustituirse por un circuito equivalente que esté
constituido únicamente por un generador de tensión en serie con una impedancia,
de forma que al conectar un elemento entre las dos terminales A y B, la tensión que
cae en él y la intensidad que lo atraviesa son las mismas tanto en el circuito real
como en el equivalente.
Cualquier red lineal puede sustituirse, respecto a dos terminales A y B, por una
fuente de tensión ETh en serie con una resistencia RTh, siendo:
- La tensión ETh el valor de la ddp entre los terminales A y B cuando se aísla la
red lineal del resto del circuito (entre A y B en circuito abierto).
- La resistencia RTh es la resistencia vista desde los terminales A y B, y se
determina cortocircuitando todas las fuentes de tensión, y sustituyendo por circuitos
abiertos las fuentes de corriente.
94
Ejemplo:
La explicación del ejemplo de manera grafica.
Ejemplo:
Se halla la tensión de thevenin correspondiente.
95
fe `b / zy €
by
zy 
ƒ ‚ „f
zb zy
y‚
f… `y / z‚ €
by
z‚ 
ƒ b |f
z| z‚
b|
€†‡ fe… fe < f… „ < | ˆf
Se halla la resistencia thevenin correspondiente.
(
( (
4/2 8
1.33‰Ω
( ( 4 2 6
(Š
( (Š
1/3 3
0.75‰Ω
( (Š 1 3 4
(‹Œ ( (Š Circuito Equivalente Thevenin:
96
4 3
2.1‰Ω
3 4
Este es un programa de cálculo inmediato para resolver de manera fácil el Teorema
de Thevenin. (Figura 22a).
Figura 22 a. Programa de Simulación Teorema de Thèvenin
EL TEOREMA DE NORTON
El teorema de Norton para circuitos eléctricos dice: "Un generador de tensión en
serie con una impedancia, puede ser sustituido por un generador de corriente en
paralelo con la misma impedancia, y viceversa". Se conoce así en honor al ingeniero
Edward Lawry Norton, de los Laboratorios Bell, que lo publicó en un informe interno
en el año 1926, el alemán Hans Ferdinand Maye llegó a la misma conclusión de
forma simultánea e independiente.
Al sustituir un generador de corriente por uno de tensión, el borne positivo del
generador de tensión deberá coincidir con el borne positivo del generador de
corriente y viceversa.
Circuito equivalente
97
El teorema de Norton es muy similar al teorema de Thevenin.
En el caso del teorema de Thevenin se puede ver que el circuito equivalente es:
- Una fuente de tensión (Tensión de Thevenin: Vth) en serie con.
-
Una resistencia (resistencia de Thevenin: Rth)
El teorema de Norton dice que el circuito equivalente es una combinación de:
- una fuente de corriente en paralelo con.
- una resistencia
Se convierte en una fuente de voltaje con una resistencia en serie.
Para obtener los valores de la fuente de corriente y de la resistencia, cuando se
tienen los datos del equivalente de thevenin, se utilizan las siguientes fórmulas:
- Fuente de corriente: IN = Vth / Rth
- Resistencia: RN = Rth
Nota: Es posible obtener los datos del equivalente de Thevenin cuando se tienen
los datos del equivalente de Norton, utilizando las siguientes fórmulas.
- Fuente de tensión: Vth = IN * RN
- Resistencia: Rth = RN
Ejemplo de un Circuito Equivalente Norton
98
En el ejemplo, Itotal viene dado por:
,‹RTuS
15
5.625I
2‰Ω 1‰Ω // 1‰Ω 1‰Ω
Usando la regla del divisor, la intensidad tiene que ser:
,
1‰Ω 1‰Ω
2
/ ,‹RTuS / 5.625I 3.75I
1‰Ω 1‰Ω 1‰Ω
3
Y la resistencia Norton equivalente sería:
( 1‰Ω 2‰Ω // 1‰Ω 1‰Ω 2‰Ω
Por lo tanto, el circuito equivalente consiste en una fuente de intensidad de 3.75mA
en paralelo con una resistencia de 2 kΩ.
Nota: // significa resistencias en paralelo.
ANEXO J
Clase No 9 Compuertas lógicas y principios de Circuitos Integrados. [9]
COMPUERTAS LÓGICAS
Las compuertas lógicas son dispositivos que operan con aquellos estados lógicos
mencionados en la página anterior y funcionan igual que una calculadora, de un
lado ingresas los datos, ésta realiza una operación, y finalmente, te muestra el
resultado.
99
Cada una de las compuertas lógicas se las representa mediante un Símbolo, y la
operación que realiza (Operación lógica) se corresponde con una tabla, llamada
Tabla de Verdad, vamos con la primera...
Compuerta NOT
Se trata de un inversor, es decir, invierte el dato de entrada, por ejemplo; si pones
su entrada a 1 (nivel alto) obtendrás en su salida un 0 (o nivel bajo), y viceversa.
Esta compuerta dispone de una sola entrada. Su operación lógica es s igual a a
invertida
Compuerta AND
Una compuerta AND tiene dos entradas como mínimo y su operación lógica es un
producto entre ambas, no es un producto aritmético, aunque en este caso coincidan.
Observa que su salida será alta si sus dos entradas están a nivel alto.
Compuerta OR
Al igual que la anterior posee dos entradas como mínimo y la operación lógica, será
una suma entre ambas... Bueno, todo va bien hasta que 1 + 1 = 1, el tema es que se
trata de una compuerta O Inclusiva es como a y/o b
Es decir, basta que una de ellas sea 1 para que su salida sea también 1
100
Compuerta OR-EX o XOR
Es OR Exclusiva en este caso con dos entradas (puede tener mas), esta será una
suma lógica entre a por b invertida y a invertida por b.
Al ser O Exclusiva su salida será 1 si una y sólo una de sus entradas es 1
Leyes de De Morgan
Se trata simplemente de una combinación de compuertas de tal modo de encontrar
una equivalencia entre ellas, esto viene a consecuencia de que en algunos casos no
dispones del integrado que necesitas pero si de otros que podrían producir los
mismos resultados que estas buscando.
Para interpretar mejor lo que viene, considera a las señales de entrada como
variables y al resultado como una función entre ellas. El símbolo de negación
(operador NOT) lo representaré por "~", por ejemplo: a . ~ b significa a AND NOT,
se entendió.?
1º Ley:
El producto lógico negado de varias variables lógicas es igual a la suma lógica de
cada una de dichas variables negadas. Si tomamos un ejemplo para 3 variables
tendríamos.
~ (a.b.c) = ~a + ~b + ~c
El primer miembro de esta ecuación equivale a una compuerta NAND de 3 entradas,
representada en el siguiente gráfico y con su respectiva tabla de verdad.
101
El segundo miembro de la ecuación se lo puede obtener de dos formas.
2º Ley:
La suma lógica negada de varias variables lógicas es igual al producto de cada una
de dichas variables negadas.
~ (a + b + c) = ~a . ~b . ~c
El primer miembro de esta ecuación equivale a una compuerta NOR de 3 entradas y
la representamos con su tabla de verdad.
El segundo miembro de la ecuación se lo puede obtener de diferentes forma
102
Observa que la tabla de verdad es la misma que para el primer miembro en el
gráfico anterior. Acabamos así de verificar la segunda ley de De Morgan.
Para concluir. Con estas dos leyes puedes llegar a una gran variedad de
conclusiones, por ejemplo.
Para obtener una compuerta AND puedes utilizar una compuerta NOR con sus
entradas negadas, o sea...
a . b = ~( ~a + ~b)
Para obtener una compuerta OR puedes utilizar una compuerta NAND con sus
entradas negadas, es decir...
a + b =~( ~a . ~b)
Para obtener una compuerta NAND utiliza una compuerta OR con sus dos
entradas negadas, como indica la primera ley de De Morgan...
~ (a.b) = ~a + ~b
Para obtener una compuerta NOR utiliza una compuerta AND con sus entradas
negadas, ...eso dice la 2º ley de De Morgan, asi que... habrá que obedecer.
~(a + b) = ~a . ~b
La compuerta OR-EX tiene la particularidad de entregar un nivel alto cuando una y
sólo una de sus entradas se encuentra en nivel alto. Si bien su función se puede
representar como sigue...
s = a . ~b + ~a . b
te puedes dar cuenta que esta ecuación te indica las compuertas a utilizar, y
terminarás en esto...
103
Para obtener una compuerta NOR-EX agregas una compuerta NOT a la salida de
la compuerta OR-EX vista anteriormente y ya la tendrás. Recuerda que su función
es...
s = ~(a . ~b + ~a . b)
Para obtener Inversores (NOT) puedes hacer uso de compuertas NOR o
compuertas NAND, simplemente uniendo sus entradas.
Mapas de Karnaugh
Podría definirlo como un método para encontrar la forma más sencilla de
representar una función lógica.
Esto es... Encontrar la función que relaciona todas las variables disponibles de tal
modo que el resultado sea el que se está buscando.
Para esto vamos a aclarar tres conceptos que son fundamentales
a)- Mini término Es cada una de las combinaciones posibles entre todas las
variables disponibles, por ejemplo con 2 variables obtienes 4 mini términos; con 3
obtienes 8; con 4, 16 etc., como te darás cuenta se puede encontrar la cantidad de
mini términos haciendo 2n donde n es el número de variables disponibles.
b)- Numeración de un mini términos Cada mini términos es numerado en decimal
de acuerdo a la combinación de las variables y su equivalente en binario así.
El Mapa de Karnaugh representa la misma tabla de verdad a través de una matriz,
en la cual en la primer fila y la primer columna se indican las posibles
combinaciones de las variables. Aquí tienes tres mapas para 2, 3 y 4 variables.
104
Analicemos el mapa para cuatro variables, las dos primeras columnas (columnas
adyacentes) difieren sólo en la variable d, y c permanece sin cambio, en la segunda
y tercer columna (columnas adyacentes) cambia c, y d permanece sin cambio,
ocurre lo mismo en las filas. En general se dice que.
Dos columnas o filas adyacentes sólo pueden diferir en el estado de una de
sus
variables
Observa también que según lo dicho anteriormente la primer columna con la última
serían adyacentes, al igual que la primer fila y la última, ya que sólo difieren en una
de
sus
variables
c)- Valor lógico de un mini término (esos que estaban escritos en rojo), bien,
estos deben tener un valor lógico, y es el que resulta de la operación que se realiza
entre las variables. Lógicamente 0 ó 1.
El siguiente paso, es agrupar los unos adyacentes (horizontal o verticalmente) en
grupos de potencias de 2, es decir, en grupos de 2, de 4, de 8 etc... y nos quedaría
así.
De ahora en más a cada grupo de unos se le asigna la unión (producto lógico) de
las variables que se mantienen constante (ya sea uno o cero) ignorando aquellas
que cambian, tal como se puede ver en esta imagen.
105
Para terminar, simplemente se realiza la suma lógica entre los términos obtenidos
dando como resultado la función que estamos buscando, es decir...
f = (~a . ~b) + (a . ~c)
Puedes plantear tu problema como una función de variables, en nuestro ejemplo
quedaría de esta forma...
f(a, b, c) = S(0, 1, 4, 6)
F es la función buscada
(a, b, c) son las variables utilizadas
(0, 1, 4, 6) son los minitérminos que dan como resultado 1 o un nivel alto.
S La sumatoria de las funciones que producen el estado alto en dichos
minitérminos.
Sólo resta convertir esa función en su circuito eléctrico correspondiente. Veamos, si
la función es...
f = (~a . ~b) + (a . ~c) o sea
(NOT a AND NOT b) OR (a AND NOT c)
El esquema eléctrico que le corresponde es el que viene a continuación...
106
CIRCUITOS INTEGRADOS Y CIRCUITO DE PRUEBA
Existen varias familias de Circuitos integrados, pero sólo mencionaré dos, los más
comunes, que son los TTL y CMOS:
Estos Integrados los puedes caracterizar por el número que corresponde a cada
familia según su composición. Por ejemplo;
Los TTL se corresponden con la serie 5400, 7400, 74LSXX, 74HCXX, 74HCTXX
etc.,Los C-MOS y MOS se corresponde con la serie CD4000, CD4500, MC14000,
54C00 ó 74C00.
Los C-MOS, disponen de un manual de integrados, donde el máximo nivel de
tensión soportado llega en algunos casos a +15V, mientras que para los TTL el nivel
superior de tensión alcanza en algunos casos a los +12V aproximadamente, pero
claro estos son límites extremos, lo común en estos últimos es utilizar +5V y así son
felices.
Otra característica es la velocidad de transmisión de datos, resulta ser, que los
circuitos TTL son mas rápidos que los C-MOS, por eso su mayor uso en sistemas
de
computación.
Veamos lo que encontramos en uno de ellos; en este caso un Circuito integrado
74LS08, un TTL, es una cuádruple compuerta AND. Es importante que notes el
sentido en que están numerados los pines y esto es general, para todo tipo de
integrado.
107
Comenzaremos con este integrado para verificar el comportamiento de las
compuertas vistas anteriormente. El representado en el gráfico marca una de las
compuertas que será puesta a prueba, para ello utilizaremos un fuente regulada de
+5V, un LED una resistencia de 220 ohm, y por supuesto el IC que corresponda y la
placa de prueba.
El esquema es el siguiente.
En el esquema está marcada la compuerta, como 1 de 4 disponibles en el Integrado
74LS08, los extremos a y b son las entradas que deberás llevar a un 1 lógico (+5V)
ó 0 lógico (GND), el resultado en la salida s de la compuerta se verá reflejado en el
LED, LED encendido (1 lógico) y LED apagado (0 lógico), no olvides conectar los
terminales de alimentación que en este caso son el pin 7 a GND y el 14 a +5V.
Montado en la placa de prueba te quedaría algo así. (Figura 22b).
Figura 22b. Demostración del uso de Compuertas
108
ANEXO K
Guías y practicas de laboratorio. (circuitos DC y AC) (Figura 23). [8]
Figura 23. Esquema de Guías y prácticas de Laboratorio, Diseñado por la
Universidad de San Buenaventura, Facultad de Ingeniería, Bogotá.
109
Laboratorio No. 1
CONOCIMIENTO Y MANEJO DE EQUIPOS DE LABORATORIO
OBJETIVOS:
Familiarizar al estudiante con los equipos existentes en el Laboratorio
Concientizar sobre el uso adecuado, cuidados y riesgos tanto para el usuario como
para los equipos.
MATERIALES Y EQUIPOS:
Protoboard
Multimetros
Fuentes
Osciloscopios
Generadores de señal
PROCEDIMIENTO:
Mediante montajes prácticos observar la aplicabilidad de cada uno de los equipos,
previa descripción de funcionamiento.
Informe Escrito
El informe contendrá información sobre el uso de los diferentes equipos.
Laboratorio No. 2
RESISTENCIAS EN SERIE, PARALELO Y SERIE-PARALELO, LEY DE OHM
OBJETIVOS:
Determinar experimentalmente la resistencia total de resistores conectados en serie
y en paralelo
Comprobar la ley para la resistencia total de una combinación de resistores
conectados en serie-paralelo
110
Determinar experimentalmente la relación entre la corriente, voltaje y resistencia
dada por la Ley de Ohm
MATERIALES Y EQUIPOS:
Protoboard
Multimetros
Fuentes
Resistores (510Ω, 1KΩ, 2KΩ, 5.1KΩ )
PROCEDIMIENTO:
Circuito Serie
Con cuatro resistores armar un circuito serie alimentado con 9V. Diseño del alumno.
Encontrar su resistencia total teórica y real.
Utilizando la Ley de Ohm, encontrar valores teóricos de corriente y voltajes. Hallar
también la Potencia sobre cada elemento.
Realizar mediciones de R, V, I en el circuito
Tabular todos los datos.
Circuito Paralelo:
Con las mismas resistencias, armar un circuito paralelo alimentado con los mismos
9V. Diseño del Alumno.
Realizar cálculos teóricos de resistencia equivalente, voltajes, corrientes y potencia
sobre cada uno de los elementos
Medir las mismas variables sobre el circuito
Tabular los resultados.
111
Circuito Serie-Paralelo:
Montar un circuito con dos resistencias en paralelo, las cuales están en serie con
dos resistores más y alimentarlo con 9V. Diseño del Alumno.
Realizar cálculos teóricos de resistencia total, voltajes, corrientes y potencia sobre
cada uno de los elementos y el valor de la Corriente total
Medir las mismas variables sobre el circuito
Tabular los resultados
Informe Escrito
Cálculos teóricos
Tabla de datos con resultados
Gráficas y conclusiones
Qué sucede con la corriente y el voltaje en los circuitos serie y paralelo?
Laboratorio No. 3
CORTÓ CIRCUITO Y CIRCUITO ABIERTO
OBJETIVOS:
Analizar el comportamiento del voltaje y la corriente cuando se presenta la situación
de corto circuito y circuito abierto en un montaje
EQUIPOS y MATERIALES:
Protoboard
Multimetros
Fuente DC
Resistencias
Switchs (interruptor)
PROCEDIMIENTO:
Realizar un montaje. Diseño del Alumno.
112
Con el interruptor S abierto, medir las corrientes I1, I2 e I3 . Anotar datos en la Tabla
(valores de resistencias, corrientes, voltajes)
Con el interruptor cerrado, repetir las mediciones anteriores
Comparar los cálculos teóricos con los resultados obtenido
E = 5 V. ; R1 = 91 Ω ; R2 =330 Ω
Informe Escrito
Cálculos teóricos
Tabla de datos con resultados
Gráficas y conclusiones
Que pasa con I1 en los dos casos?
Laboratorio No. 4
LEY DE VOLTAJES DE KIRCHHOFF
OBJETIVO:
Verificar experimentalmente que la suma de las caídas de tensión en los resistores
conectados en serie en un circuito cerrado es igual a la tensión aplicada
MATERIALES Y EQUIPOS:
Protoboard
Multímetro
Fuente
Resistencias
PROCEDIMIENTO:
Primera Parte
Montar un circuito serie. Diseño del Alumno, con 4 resistencias, alimentado con 9V
Ajustar la fuente de tensión y medir su salida
113
Medir las tensiones en cada resistencia y sumar sus valores. Anotar resultados en
una Tabla
Segunda Parte
Montar un circuito serie-paralelo. Diseño del Alumno.
Ajustar la fuente de tensión y medir su salida
Medir las tensiones V1, V2, V3, V4. Tabular resultados
Informe Escrito
Cálculos teóricos
Tabla de datos con resultados
Gráficas y conclusiones
Que pasa con I1 en los dos casos?
Laboratorio No. 5
LEY DE CORRIENTES DE KIRCHHOFF
OBJETIVO:
Verificar experimentalmente que la suma de las corrientes que entran en un nodo es
igual a la corriente que sale del nodo
MATERIALES Y EQUIPOS:
Protoboard
Multímetro
Fuente
Resistencias
Interruptor
PROCEDIMIENTO:
Montar un circuito. Diseño del Alumno. (Ajustar la fuente a 9V).
114
Medir las corrientes IT en el punto A, I1 en R2, I2 en R3, IT en el punto B, I3 en R4, I4
en R5
Sumar las corrientes I 1 e I2 y las corrientes I3 e I4.
Realizar cálculos teóricos
Tabular
NOTA: Como norma, antes de conectar el amperímetro, suprimir la tensión del
circuito abriendo el interruptor S. Tener en cuenta la polaridad del circuito.
Informe Escrito
Cálculos teóricos
Tabla de datos con resultados
Gráficas y conclusiones
Laboratorio No. 6
DIVISORES DE VOLTAJE Y CORRIENTE
OBJETIVO:
Verificar la ley de divisores de voltaje y corriente
MATERIALES Y EQUIPOS:
Protoboard
Multímetro
Fuente DC
Resistencias
PROCEDIMIENTO:
Montar el circuito. Diseño del Alumno. Realice cálculos teóricos.
Medir los voltajes sobre cada resistor, la corriente total IT y las corrientes I1 e I2
Reemplace los resistores por su resistencia equivalente y mida IT. Compare con la
medida anterior y explique
115
Desarrolle las ecuaciones para determinar el voltaje sobre R1, Rab y R5. Desarrolle
para hallar IT, I1, I2
Informe Escrito
El informe contendrá tablas de resultados, gráficas y conclusiones
Laboratorio No. 7
TEOREMA DE THÉVENIN
OBJETIVO:
Comprobar experimentalmente el Teorema de Thévenin
MATERIALES Y EQUIPOS:
Protoboard
Multímetro
Fuente DC
Resistencias ( valores en ohmios )
PROCEDIMIENTO:
Montar el circuito de la figura con resistencias de valores del mismo rango. Realice
cálculos teóricos de Ix y Vx.
Quite la Resistencia 22Ω y calcule el voltaje de circuito abierto Vab y la Resistencia
Thevenin.
Reemplace el circuito a la izquierda de los terminales a, b por el eqivalente
Thevenin y calcule Ix y Vx.
En el circuito de la figura 1 y mida Ix y Vx.
Quite la resistencia de 22Ω y mida el voltaje de circuito abierto Vab.
Apague la fuente y mida Rth.
Con los valores medidos monte el circuito de la figura 2 y compruebe que los
valores medidos para Ix y Vx sean iguales.
INFORME ESCRITO
El informe contendrá tablas de resultados, gráficas y conclusiones
116
Laboratorio No. 8
CONSTANTE DE TIEMPO EN CONDENSADORES ( τ = RC )
OBJETIVO:
Determinar experimentalmente el tiempo que tarda en cargarse y descargarse un
condensador.
MATERIALES Y EQUIPOS:
Protoboard
Multímetro
Fuente DC ( E = 10v )
Resistencias
Condensadores
PROCEDIMIENTO:
Montar el circuito de la figura con valores de RC (ohmios y faradios
respectivamente) tal que su producto ( τ ) sea igual a un valor entre 10 y 20
segundos.
Colocar el multímetro sobre el capacitor para medir su voltaje (Debe permanecer fijo
durante todo el proceso).
Cerrar el interruptor S1.
Anotar los valores de voltaje tomados cada τsegundo. Realizar 20 medidas.
Abrir el interruptor S1 y cerrar S2 y nuevamente tomar las mediciones sobre C.
117
Graficar las curvas de voltaje de C y R simultáneas para los casos de carga y
descarga.
Repetir para otro valor de τ.
Informe Escrito
El informe contendrá tablas de resultados, gráficas y conclusiones
Conociendo el valor final del voltaje de carga de C, ¿a qué porcentaje de la carga
final corresponde cada constante de tiempoτ?
Cuantas constantes de tiempo se necesitan para afirmar que C se carga a más del
98%?...Cómo son los tiempos de carga y descarga? .
ANEXO L
Montajes y Guías de Circuitos de Prueba [10]
CIRCUITOS
Diodos LED's.
Este circuito, será para ver como encender un LED, recuerda lo de sus terminales,
el mas largo (ánodo) apunta al polo (+), el corto (cátodo) al negativo (-), si por
alguna razón los terminales son iguales, o lo sacaste de un circuito en desuso,
puedes identificar el cátodo por un pequeño corte en la cabeza del componente. R1
es una resistencia de 220 ohm que hace de protección para el LED, puedes usar
otras de mayor valor para ver que ocurre. (Figura 24).
118
Figura 24. Circuito de Diodo Led
Circuito en diseño e ilustrado en el protoboard
DIODOS.
Los diodos permiten que la corriente circule en un sólo sentido. Un Diodo al igual
que un LED necesita estar correctamente polarizado. El cátodo se indica con una
banda que rodea el cuerpo del componente.
Como no todo está demás podemos utilizar el circuito anterior como un probador de
diodos (así de paso vamos armando nuestras propias herramientas).
Según el gráfico el diodo conduce correctamente y el LED se enciende, no así si
inviertes el diodo. (Figura 25).
Figura 25. Circuito del funcionamiento de un Diodo
Su mayor aplicación se encuentra en las fuentes de alimentación
Por cierto el utilizado aquí, es un diodo común del tipo 1N4004, prueba con otros,
por ejemplo el 1N4148.
Fuente de Tensión Regulada a 5V.
119
Como las comúnmente llamadas pilas o baterías suelen agotarse en muy corto
tiempo es bueno armarse con una de ellas.
¿Qué necesitas para comenzar?...En primer lugar un transformador, que lo puedes
extraer de cualquier aparato en desuso, 4 diodos en buenas condiciones, unos
cuantos capacitores, y lo que seguramente no encontrarás por allí es un regulador
de tensión, estos últimos mantienen un nivel de tensión estable a 5V, 9V, 12V, etc.
Existen los reguladores de tensión positivos y los negativos, se distinguen
fácilmente por su nombre. Los primeros corresponden a la serie 78XX y los
negativos a la serie 79XX, donde XX es el voltaje a regular. Veamos un ejemplo; si
deseas regular la tensión a +5V utilizarás un 7805, si deseas hacerlo a +9V acudirás
a un 7809, y si deseas +12V, bueno... un 7812, fácil verdad?...
Aquí está el esquema eléctrico de una fuente regulada a +5V. (Figura 26).
Figura 26. Circuito esquemático fuente reglada 5V
Este esquema se divide en etapas para una mejor comprensión.
Primera Etapa - Reducción de Tensión:
Nuestra red de suministro en Argentina, entrega aproximadamente 220 V de
corriente alterna, los cuales reducimos a 12V por ejemplo de la misma tensión a
través de un transformador.
Note la diferencia de las dimensiones de la onda a la entrada comparada con la
salida. Recordemos que la corriente alterna en un momento es positiva y en otro
negativa, por lo tanto el nodo A en un instante es (+) y B (-), en otro instante la
polaridad en estos extremos se invierte.
Segunda Etapa - Puente Rectificador:
Vamos a considerar dos momentos;
120
Primero, con A (+) y B (-), únicamente se polarizan el diodo D3 haciendo el nodo C
(+), y el diodo D2, haciendo el nodo D (-), D1 pone una barrera y D4 no participa ya
que el nodo B es (-).
Segundo, con A (-) y B (+), únicamente se polarizan D4 haciendo el nodo C (+), y
D1, haciendo el nodo D (-), D2 pone una barrera y D3 no participa ya que el nodo A
es (-).
Logramos obtener en el nodo C constantes pulsos positivos y en D una constante
polaridad negativa, así eliminamos la corriente alterna, o al menos una parte de ella
Tercera Etapa - Los Filtros:
Estos pulsos no se necesitan, no corriente pulsante sino continua, o sea que
deberemos levantar esos descensos de la curva, y para ello le agregamos dos
capacitores. En el momento alto de la curva almacenarán energía para reponerla
justo cuando comienza a descender, y entonces en E y F obtendremos la curva que
se ve
.
Cuarta y última Etapa - Regulación de tensión:
Fue todo bien pero al momento de consumir energía se regeneran fluctuaciones en
la fuente, por esto habrá que compensarlas de nuevo, es aquí donde aparece el
regulador de tensión, Su tarea será mantener constante el nivel de tensión sin
importar el consumo que halla en la salida de la fuente, C3 será su colaborador en
esta tarea. Finalmente tendremos un polo positivo (+5V) y uno negativo (GND).
121
Potenciómetros
Se los encuentra en casi todo aparato electrónico, un ejemplo es el control de
volumen de los equipos de audio. En este circuito lo usaremos para controlar el
brillo del LED.
Ahora bien, los extremos A y B del potenciómetro son indistintos ya que la
resistencia entre ambos es constante y en nuestro circuito es de 100 k, mientras que
la resistencia entre cualquier extremo y el cursor C depende de la posición de este
último, pero su máxima resistencia será 100 k.
Si utilizas los contactos A y C, al girar el eje en sentido horario, la resistencia
aumentará entre estos dos puntos. Prueba utilizar B y C. (Figura 27).
Figura 27. Circuito Potenciómetro
Fotocelda o LDR...
Son muy comunes en cámaras fotográficas, lo que hacen es mediante el circuito
adecuado desactivar el flash cuando hay suficiente luz.
En este ejemplo, totalmente funcional si cubres parcial o totalmente la superficie de
la Fotocelda verás los cambios en el brillo del LED. A más luz incidente, menor será
su resistencia, habrá mayor flujo de corriente y mayor será el brillo del LED.
No hay distinción entre sus terminales. Para conseguirla dirígete a cualquier casa de
electrónica y pídela como LDR ó Fotocelda y elige el tamaño que más te guste.
Condensadores o Capacitores Electrolíticos.
122
Como habrás notado, no haré referencia a los capacitores de cerámica por ahora ya
que almacenan muy poca energía de todos modos lo veremos más adelante.
Vamos entonces con los Capacitores Electrolíticos.
Estos almacenan más energía que los anteriores, eso sí debes respetar la
polaridad de sus terminales. El terminal más corto es el negativo.
Conectemos la fuente y veamos que ocurre..., de acuerdo, no ocurre nada, solo se
enciende el LED. Te lo explicaré brevemente.
La corriente que parte de la batería fluye por R1 hacia el nodo, donde se encuentra
R2 y el capacitor C1. Aquí comienza a cargarse el Capacitor, una vez cargado, se
encenderá el LED, te preguntarás para que me sirve esto?, desconecta la fuente y
obtendrás la respuesta.
Si todo va bien, el LED permanecerá encendido por un cierto tiempo gracias a la
energía almacenada en el capacitor, a medida que ésta se agote el brillo del LED
disminuirá.
Veamos esto un poco más en detalle.
La carga del capacitor depende de su capacidad de almacenamiento, (dado en
microfaradios), por otro lado... esa carga se agota a través de R2 o sea que el
tiempo de descarga también depende de R2. Así es como llegamos a los conocidos
circuitos de tiempo RC (resistencia-capacitor)
Conclusión; la energía almacenada depende del valor de C1, el tiempo en que éste
se carga de R1 y el tiempo en que esta energía se agote del producto C.R2. Para
interpretarlo mejor, cambia los valores de R1, R2, C1 y luego observa los cambios.
(Figura 28).
Figura 28. Circuito Condensador
Los Circuitos Integrados (IC).
Esto comienza a ponerse interesantes... Por lo general los esquemas no reflejan la
verdadera disposición de sus pines o terminales, así es que para saber cual es el
123
primero y el último observa en el grafico, Como verás el integrado en cuestión es un
555, o bien NE555. Se trata de un temporizador (TIMER), utilizado como un
generador de pulsos, y la frecuencia de éstos puede variar de 1 pulso por segundo
hasta 1 millón de pulsos por segundo, sorprendente verdad?.
Bueno, pero veamos que ocurre aquí; Como necesitamos ver el efecto del circuito le
pusimos como siempre un LED y una resistencia R3 conectadas al pin 3 del 555
(IC1), que justamente es el pin de salida. (Figura 29).
Figura 29. Circuito Temporizador 555
Observa la polaridad de la fuente respecto al LED (Figura 29), te habrás dado
cuenta que la única forma de encenderlo es que el pin 3 de IC1 sea negativo. Y lo
será..., observa la onda rectangular de los pulsos de salida..., cuando esté arriba
será (+) o 1, y el LED estará apagado. Cuando esté abajo será (-) o 0, entonces el
LED se encenderá. Según la señal de salida el LED encenderá de forma alternada.
Veamos los otros componentes; R1, R2 Y C1 forman una red de tiempo. El
capacitor C1 se cargará a través de R1 y R2, del otro lado el 555 espera impaciente
que termine de hacerlo, y cuando lo logre lo reflejará en su terminal de salida (pin
3), y he aquí el pulso que produce la descarga del capacitor. Ahora sí..., ya estamos
listos para la siguiente carga que generará el segundo pulso. Veamos que
modificaciones podemos hacerle al circuito.
124
En este esquema marqué los puntos A y B, allí puedes conectar un pequeño
parlante (como los de PC), ahora cambia C1 por un capacitor de cerámica (el que
tengas a mano, cualquiera va bien), intercala un potenciómetro de 100k entre R2 y
el pin 6. Si haces esto obtendrás un generador de sonido.
Otra cosa que puedes hacer es agregarle otra resistencia igual a R3 y un LED más
entre los puntos B y el polo negativo de la fuente, pero invertido, y obtendrás algo
así como un semáforo, claro... si un LED es rojo y el otro verde.
ANEXO M
Simuladores Actuales [4]
En 1948 Curtiss-Wright desarrolló un simulador para el StratoCruiser de Pan
American, el primer simulador de vuelo completo utilizado por una aerolínea.
Aunque no se había simulado movimiento ni vistas exteriores, la cabina entera y sus
instrumentos funcionaban de forma que la tripulación lo encontró muy efectivo. A
partir de ese momento los sistemas de movimiento llegaron y se instalaron a finales
de los años 50. (Figura 30).
125
Figura 30. Simulador de Vuelo (Full Motion)
Los primeros sistemas "full Motion" solían simular el terreno usando un modelo de
terreno y haciendo elevar una cámara sobre él con la misma posición en la cual se
supone que debía estar la aeronave. El resultado eran imágenes proyectadas en un
televisor. Naturalmente el área simulada era muy pequeña y habitualmente se
limitaba a los alrededores del Aeropuerto. Un sistema similar que utilizaron los
militares para simular bombardeos. El uso de computadoras digitales para la
simulación de vuelo empezó en los años 60.
Simulador USAF CV – 22
En 1954 General Precisión Inc., posteriormente parte de Singer Corporation,
desarrolló un simulador con movimiento el cual contenía una cabina dentro de un
marco metálico. Este simulador proporcionaba 3 grados de cabeceo, balanceo y
alabeo, pero en 1964 mejoró y aparecieron versiones más compactas que
incrementaban a 10 grados. En 1969 fueron desarrollados simuladores de aerolínea
con actuadores hidráulicos controlando cada eje de movimiento (Figura 31). Los
simuladores empezaron a ser construidos con seis ejes de movimiento (cabeceo,
balanceo y alabeo para los movimientos angulares y movimientos horizontales,
verticales y laterales). A partir de 1977, los simuladores de aerolínea empezaron a
adoptar las nuevas cabinas en donde los computadores estaban instalados en el
interior de éstas.
126
Figura 31. Full Motion: Sikorsky MH 53 Pave Low III
La mayoría de las instituciones gubernamentales tales como la estadounidense
Administración Federal de Aviación (FAA) clasifican cada categoría de similar. Estas
instituciones reguladoras son necesarias para certificar las características de los
dispositivos. Los pilotos comerciales estadounidenses pueden anotarse las horas de
vuelo requeridas únicamente en simuladores certificados por la FAA. Para que un
simulador sea certificado debe demostrar que sus características de vuelo coinciden
con las del avión que está siendo simulado. Los requerimientos a testear están
detallados en las guías denominadas Guías de Test de Aprobación (ATG) o Guías
de Test de Calificación (QTG).
Figura 31. Estructura Interna, UH-60 (helicóptero del ejercito Nacional Colombiano)
ANEXO N
Rubros financiables con recursos del EJÉRCITO Y MINDEFENSA [4]
127
Con cargo a recursos de Ejército y/o Mindefensa se podrán financiar solamente los
siguientes rubros:
Personal: Se refiere a profesionales investigadores y/o profesionales expertos
nacionales e internacionales definidos como participantes en el proyecto y operarios
o técnicos requeridos en el mismo. Para el cálculo de los recursos a solicitar en este
rubro se debe tomar como base la escala salarial del Ejército o la institución (ej.
Universidad) y el tiempo real dedicado por la persona al proyecto, el cual no podrá
ser inferior a cinco horas semanales (tanto para personal financiado por Ejército o
Mindefensa como por la contrapartida). Debe tenerse en cuenta, sin embargo, que
independientemente de las escalas salariales de las instituciones, existen límites
máximos para los pagos del personal que financia. De existir alguna diferencia ésta
deberá asumirla la contrapartida.
Equipos y Software: La financiación para compra de equipos (incluido el material
necesario de software) nuevos deberá estar sustentada en la estricta necesidad de
los mismos para el desarrollo de la investigación. Es importante que los
investigadores verifiquen si el equipo que necesitan ya existe en otra dependencia
de su universidad o centro, o en alguna unidad del Ejército, de la cual pudiese
solicitarse en préstamo, arrendamiento o la prestación de servicios técnicos. Deberá
separarse la compra de equipo nuevo o arrendado, del uso de equipo propio.
Todos los equipos que se adquieran con los recursos asignados por Ejército o
Mindefensa, se entregarán al Departamento de Ciencia y Tecnología para que sean
asignados y cargados en los inventarios de la unidad seleccionada como
destinataria de los mismos.
Viajes: Se refiere a viajes relacionados con actividades del proyecto diferentes de
salidas de campo y que son estrictamente necesarios para la ejecución exitosa del
proyecto (por ejemplo, visitas a unidades militares, centros de investigación para
capacitación o traer asesores para el proyecto).
Salidas de campo: Se aplica a gastos de medios de transporte para el traslado a
zonas de muestreo y ejecución de las labores de campo propias de la investigación.
Se refiere principalmente a costos de combustible, aceite o alquiler de medios de
transporte cuando se requiere.
Materiales, insumos: Corresponden a aquellos necesarios para el desarrollo de la
investigación o de la tecnología y deben presentarse a manera de listado detallado
agrupado por categorías sobre las cuales se debe hacer una justificación de su
necesidad y uso dentro del proyecto.
Servicios Técnicos: El tipo de servicios técnicos (exámenes, pruebas, análisis o
servicios especializados).
128
Material Bibliográfico: Se podrá financiar bibliografía debidamente justificada y
directamente relacionada con la temática del proyecto en la forma de libros y/o
suscripciones a revistas científicas del tema.
Todos el material bibliográfico que se adquiera con los recursos asignados por
Ejército o Mindefensa, se entregarán al Departamento de Ciencia y Tecnología para
que sean asignados y cargados en los inventarios de la unidad seleccionada como
destinataria de los mismos.
Gastos de Administración: se calcula sobre el monto total de recursos aprobados
por Ejército o Mindefensa (no incluye los dineros de Contrapartida).
Presupuesto global de la propuesta por Fuentes de financiación
Presupuesto para la Primera etapa (Tabla 7).
RUBROS
FUENTES
TOTAL
Min. Defensa
Contrapartida
Personal
35500
39850
39850
Software
25000
5000
30000
Materiales e insumos
2000
2000
Salidas de Campo
20000
20000
Material Bibliográfico
3000
3000
Servicios Técnicos
10000
10000
Administración
30000
30000
TOTAL
125500
44850
134850
Tabla 7. Presupuesto del desarrollo de la primera etapa del proyecto, diseñado por
el grupo de investigación de la Escuela de Aviación del Ejército y entes
financiadores
Presupuesto para la Segunda Etapa. (Tabla 8).
129
RUBROS
FUENTES
Min. Defensa
Personal
TOTAL
Contrapartida
39850
39850
Equipos
320000
155000
475000
TOTAL
320000
194850
514850
Tabla 8. Presupuesto del desarrollo de la segunda etapa del proyecto, diseñado por
el grupo de investigación de la Escuela de Aviación del Ejército y entes
financiadores.
(Estos valores son dados en miles de $)
El software que se desea adquirir, es una licencia para la programación y
adquisición de generación de ambientes graficas (Programación y simulación de
ambientes virtuales).
Existen dentro del proyecto libros bases especializados en el diseño de sistemas de
simulación dinámico. (Full Motion).
130
CONCLUSIONES
Con el desarrollo de programas tecnológicos de alta calidad, se garantiza la
proyección profesional de los técnicos de línea de las fuerzas militares y un
invaluable aporte a la sociedad, puesto que se cuenta con una excelente
capacitación, para el personal con el que cuentan actualmente las fuerzas militares,
y que se desempeña como elemento fundamental de las diferentes especialidades
aeronáuticas.
Por medio de las clases impartidas al personal del Ejercito Nacional fue posible
compartir los conocimientos y experiencias adquiridas en la vida Bonaventuriana y
ponerlas al servicio de la comunidad, mediante la capacitación del personal de la
fuerza pública del país para que así mismo ellos sean constructores de una nueva
sociedad con los conocimientos adquiridos.
En la instrucción a los suboficiales del Ejército Nacional encargados del desarrollo y
construcción de los laboratorios de electrónica se capacitó al personal en el manejo
de los diferentes equipos de medición utilizados en la Ingeniería Electrónica como lo
son los Multimetros, vatímetros, amperímetros, voltímetros, ohmímetros,
osciloscopios, analizadores de frecuencia, como también de los diferentes
elementos que se emplean para el diseño y construcción de los circuitos utilizados
por la fuerza pública, de igual manera a los alumnos del curso de Tecnología de
Mantenimiento Aeronáutico.
Con el proyecto en desarrollo (Proyecto futuro a corto plazo) del diseño y
construcción de un simulador de helicópteros acondicionado como sistema de vuelo
dinámico (Full Motion), se busca que los profesionales de la fuerza pública (Oficiales
Orgánicos), estén preparados para afrontar cualquier situación de emergencia que
se les presente en una situación real de vuelo, buscando como fin principal el
proteger la vida de los tripulantes y ahorro de combustible.
131
BIBLIOGRAFIA
[1]. ESAVE, Escuela de Aviación del Ejército, Ejercito Nacional Colombiano
www.esave.mil.co
[2] Ejército Nacional Colombiano.
www.ejercitonacionalcolombiano.cemil.co (Ejército Nacional – Cemil).
[3]. ESAVE, Curso de la Tecnología en Mantenimiento Aeronáutico.
www.esave.mil.co (Tecnología de Mantenimiento Aeronáutico - ESAVE).
[4] ESAVE, Diseño de un sistema en movimiento en tiempo real para
simulador de helicóptero bajo un prototipo establecido.
Trabajo del grupo de Investigación de la Escuela de Aviación del Ejército
ESAVE. (Centro de Simulación de Vuelo).
[5] Libro, Principios De Electricidad, Schick, Mc Graw Hill.
[6] Electrónica: Teoría de Circuitos y Dispositivos Electrónicos, Boylestad
Nashelsky, Octava Edición, Pearson Prentice Hall.
[7] Análisis Introductorio de Circuitos, Boylestad, Octava Edición, Pearson
Educación.
[8] Guías de laboratorio de Electrónica, Facultad de Ingeniería, Ingeniería
Electrónica, Universidad de San Buenaventura, Bogotá.
[9] Curso de electrónica básica, Universidad Nacional de Colombia. (Web)
www.univirtual.com Web\CursoElectronicaBasicaAvanzada - Unal.mht
[10] Electrónica, escuela universitaria Ingeniería técnica Industrial
www.sc.ehu.es
[11] Página de Simuladores.
www.copterjobs.com/info_jobid_782.html
[12]. ESAVE, Centro de Simulación de Vuelo.
www.esave.mil.co (Centro de Simulador de Vuelo - ESAVE)
132
133