Tecnológico Nacional de México Tecnológico Superior de Puerto Vallarta Electrónica Analógica. Reporte de practica: Fuente de voltaje variable • Alan Romero de la Cruz • Cesar Hernández Duran • Erik Josué Aguayo Joya Carrera: Ing. Electromecánica Grupo: 4A Fecha de entrega: 2 de mayo del 2024 Profesor: José Manuel López Carranza Contenido Introducción ................................................................................................................. 3 Marco teórico ............................................................................................................... 4 Procedimiento .............................................................................................................. 6 Desarrollo .................................................................................................................... 7 Observaciones y conclusiones .................................................................................... 21 Referencias ................................................................................................................ 23 Introducción En el campo de la electrónica analógica, la habilidad para diseñar y construir dispositivos funcionales es fundamental para el desarrollo académico y profesional de los estudiantes. La práctica de construcción de una fuente de voltaje regulable, realizada en el marco del curso, se concibe como una oportunidad para integrar y aplicar los conceptos teóricos abordados en clase, además de enfrentar a los estudiantes a un desafío práctico de mayor envergadura y complejidad comparado con proyectos anteriores. Este proyecto no solo permite a los alumnos comprender mejor los principios de funcionamiento de los dispositivos analógicos como diodos, capacitores, reguladores de voltaje y potenciómetros, sino que también les enseña a realizar cálculos matemáticos precisos necesarios para el correcto dimensionamiento y funcionamiento del circuito. El proceso de construcción de la fuente de voltaje adopta un enfoque teóricoexperimental. Inicialmente, se discuten los fundamentos teóricos en clase, lo que proporciona a los estudiantes una base sólida sobre la cual pueden construir. Posteriormente, la fase experimental involucra activamente a los estudiantes en la planificación y ejecución del montaje, permitiéndoles poner a prueba sus conocimientos y ajustar su comprensión basada en los resultados observados. Esta metodología no solo fomenta un aprendizaje profundo de la electrónica analógica, sino que también prepara a los estudiantes para manejar proyectos de mayor escala y complejidad en futuros escenarios profesionales. Es necesario tomar en cuenta las que ya he habían realizado practicas previas que abonan a un mayor en los conocimientos teórico-prácticos para llevar a cabo la fuente tales como un rectificado de media onda y uno de onda completa, entre otros proyectos como la realización de una primera fuente de voltaje variable simulada en Proteus. Durante la práctica, los estudiantes se enfrentaron a términos técnicos y conceptos que inicialmente podían parecer confusos; sin embargo, este reporte de práctica evidencia un avance significativo en el conocimiento y comprensión de la materia desde el inicio del curso hasta la fecha. Este documento detalla el proceso seguido para la construcción de la fuente, los desafíos encontrados, las soluciones implementadas, y la correlación entre los resultados teóricos esperados y los experimentales obtenidos, demostrando así la efectividad del enfoque de aprendizaje adoptado en el curso. Marco teórico Fuentes de Voltaje Regulable Definición y Tipos: Una fuente de voltaje regulable es un dispositivo que permite ajustar la salida de voltaje a un valor específico dentro de un rango predeterminado, independientemente de las variaciones en la carga o en la entrada de voltaje. Estas fuentes pueden ser de tipo lineal o conmutado, cada una adecuada para diferentes aplicaciones debido a sus características inherentes de eficiencia y complejidad. Componentes Clave y su Funcionamiento: Transformadores: Usados para modificar los niveles de voltaje AC de la entrada a un nivel más adecuado para el circuito. Rectificadores: Generalmente compuestos de diodos, convierten la corriente alterna (AC) en corriente continua (DC). Filtrado: Los capacitores eliminan las variaciones del voltaje rectificado para producir una señal más estable. Regulación: Se realiza mediante reguladores de voltaje y potenciómetros, ajustando y estabilizando la salida de voltaje para que sea constante y adecuada para las necesidades del circuito. Diseño de Circuitos Cálculos y Consideraciones de Diseño: El diseño efectivo de una fuente de voltaje regulable requiere cálculos precisos para la selección de componentes, tomando en cuenta aspectos como la corriente máxima, la potencia, la estabilidad térmica, y las caídas de voltaje en cada componente. Las especificaciones de cada componente deben cumplir con los requerimientos del circuito para garantizar su funcionamiento eficiente y seguro. Simulación y Prototipado: Antes de proceder al ensamblaje físico, es crítico realizar simulaciones utilizando software como SPICE, que permite visualizar el comportamiento del circuito bajo diferentes condiciones de operación. Esto ayuda a identificar y corregir problemas potenciales, optimizando el diseño antes de la fabricación del prototipo. Aplicaciones Prácticas Importancia Educativa: La construcción de fuentes de voltaje regulables en un contexto educativo permite a los estudiantes aplicar la teoría electrónica en un escenario práctico, facilitando un aprendizaje más profundo y la adquisición de habilidades técnicas vitales. Este tipo de prácticas desarrolla la capacidad de los estudiantes para enfrentarse a problemas reales de ingeniería, desde la fase de diseño hasta la implementación y solución de problemas. Aplicaciones Reales: Las fuentes de voltaje regulables tienen amplias aplicaciones en la industria y la investigación, desde laboratorios que requieren fuentes precisas para experimentación hasta sistemas de alimentación para equipos electrónicos, donde se requiere una tensión específica y estable para el correcto funcionamiento del hardware. Procedimiento • • • • • • • Recabar toda la información que se compartió en clase, así como los trabajos anteriores que tengan estrecha relación con el proyecto con el fin de dimensionar todos los detalles que tendrá la fuente. Discutir en grupo las ideas recabadas y llegar a conclusiones de lo que se hará y como. Mediante el uso de un Software computacional armar una fuente de como la que se piensa construir Corregir errores de diseño electrónico para su correcto funcionamiento Comprar el material necesario después de hacer las correcciones a la fuente con la ayuda del software Armar la fuente Probar la fuente Desarrollo El primer paso que se dio es revisar con lujo de detalle todos los antecedentes disponibles sobre el proyecto a realizar a continuación por lo que los diferentes miembros del equipo buscaron toda la información que habían recabado hasta el momento mediante notas en el cuaderno, investigaciones propias, así como prácticas de software, se adjuntan ejemplos del tipo de información que se recopiló: Después de reunir toda la información disponible se dialogó para llegar a una idea común del proyecto y que de esta forma sea más fácil conseguir el logro de objetivos también se delimitaron los requerimientos técnicos del docente para una mayor precisión en el proyecto a entregar. A manera de síntesis la fuente regulable a construir deberá: -Ser variable desde 0 a 24 volts. -Proporcionar mínimo 2 Ampere -Tener su propio voltímetro. -Tener terminales de conexión hembra (para poder conectar terminales macho). -La caja de presentación debe ser de un material que luzca presentable y que no se sobrecaliente. -El circuito deberá entregarse impreso en una baquelita. El modelo que se diseñó en Proteus fue el siguiente: Posteriormente reunimos los materiales necesarios para armar nuestra fuente Elemento Clavija Imagen Descripción Es una pieza de metal aislante con varillas metálicas que se introducen en las hembrillas para establecer una conexión eléctrica. Cable de cobre calibre 14 Es un conjunto de uno o más cables dispuestos uno al lado del otro o agrupados, que se utiliza como conductor eléctrico para transportar corriente eléctrica. Transformador (127 v a 24v y 3A) Es un dispositivo que nos permite ampliar o disminuir el voltaje de un circuito eléctrico de corriente alterna. Gabinete de plástico Steren Prácticamente es una caja de plástico resistente utilizada para guardar proyectos de electrónica y así que estos queden expuestos a la suciedad del ambiente y mantenerse seguros. Dos ventiladores (12 v a 0.12 A) Son artefactos que componen de un motor pequeño y aspas las cuales ayudan con la refrigeración de los componentes electrónicos. Se utiliza para controlar el nivel de energía y controlar el voltaje de salida. Puente de Diodos Kbl610 (1kv a 6A) Una resistencia de 0.1 Ohmios Los resistores se usan en circuitos eléctricos para ajustar la corriente y el voltaje. Multímetro Se utiliza para medir la corriente en distintas facetas de medida como por ejemplo los volts o amperes. Dos capacitores de 4700 microfaradios Almacena una carga de energía que puede ser liberada de una forma rápida, casi instantánea. Un potenciómetro de 10k Ohmios Es utilizado para ajustar la resistencia eléctrica. Un potenciómetro de 5k Ohmios Es utilizado para ajustar la resistencia eléctrica. Dos diodos (1N4001) Permite que la corriente fluya en una sola dirección, pero no le permite fluir en dirección opuesta. Cambian corriente alterna (CA) a corriente continua (CC) pulsante. Un chip Lm317T Regula la tensión lineal es capaz de suministrar su salida en condiciones de normales de un rango Disipador de calor para el Lm317T Su funcionamiento se basa en el principio de la termodinámica transfiriendo el calor de la parte caliente que se desea disipar hacia el aire. Cautín El cautín o estación de soldadura es el instrumento que nos permite soldar los diferentes puntos de unión existentes en los equipos electrónicos, Pasta para soldar La pasta para soldar es lo que facilita que dos piezas de cobre se integren de forma mucho más uniforme y confiable al soldarlas Baquelita Baquelita es una lámina de cobre recubierta por un sustrato aislante. Las placas fenólicas pueden ser perforadas o planas. También pueden ser usadas en el proceso de fabricación de circuitos impresos. Jumper y alambre para protoboard Un jumper viene a ser un elemento que se encarga de unir o hacer un puente entre dos terminales cerrando así un circuito eléctrico Cables caimanes Son herramientas comunes en el laboratorio de física, se utilizan para realizar conexiones eléctricas temporales y para sujetar objetos con fines experimentales. Pinzas Diseñadas para manipular cables eléctricos y puede cortar, doblar y pelar. Pinza miniatura de punta curva. Voltímetro El voltímetro es un instrumento que se utiliza para medir la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico . Terminales hembra Es una terminal para realizar tus propios cables o armar tu instalación de cables tipo Dupont del tamaño que se ajuste a tu necesidad. Terminales macho Este tipo de terminal sirve para conectarse con la terminal hembra esto para dar una mayor conexión de energía. Cuchillo Su utilidad en el proyecto es hacer un agujero en la caja para colocar el potenciómetro y otro agujero para la pantalla del voltímetro. Cinta negra La cinta aislante (conocida también como cinta aisladora o cinta de aislar) es un tipo de cinta adhesiva de presión usada principalmente para aislar empalmes de hilos y cables eléctricos. Desarmador de cruz Se utiliza para apretar y aflojar tornillos que no requieran mucha fuerza Estaño Se utiliza como material de soldadura para los componentes electrónicos Después de juntar todo el material necesario se procedió a armar la fuente en el orden que se muestra a continuación. Con ayuda de los materiales de las imágenes anteriores conectaremos los cables del transformador a la clavija de la electricidad. Nótese que el transformador tiene en total 5 cables tres del lado izquierdo y dos del lado derecho. Los cables para recibir la corriente de la clavija son que estan del lado derecho, en ningún caso tome alguno de los tres terminales que salen del lado izquierdo. Conecte a la clavija únicamente los dos terminales del lado derecho. Es importante añadir que antes de colocar la clavija a esa le añadiremos el cable de calibre 14 mostrado en la imagen esto con el fin de tener una mayor maniobrabilidad del transformador al conectarlo al enchufe eléctrico. Después conectaremos el transformador al puente de diodos no sin antes añadirle un par de patas soldadas con estaño a nuestro puente. Cortamos hasta la mitad las patas del puente de diodos Las dos puntas internas señaladas en el puente de diodos son las que se deben soldar a las dos terminales señaladas en el transformador. Las puntas más alejadas del centro son las que llevaran la corriente directa al resto de nuestro circuito. Procederemos a colocar el puente en la baquelita con ayuda de las patas que soldamos ya que a partir de ahora todo nuestro circuito quedara establecido en ella. Una vez puestas y soldadas las patas de nuestro puente de diodos vamos a pegar cable por debajo de la baquelita desde las terminales de corriente directa del puente de diodos hasta un capacitor de 4700 microfaradios identificando polos positivos y negativos respectivamente de la misma forma y en paralelo conectaremos un diodo emisor de luz con una resistencia en serie de 1.5k. Después conectaremos nuestro chip Lm317T al circuito de la siguiente forma La primera pata de izquierda a derecha la conectamos al positivo del circuito, a la pata de en medio le colocamos una resistencia de 10 microfaradios y luego conectamos al negativo finalmente a la primera pata de derecha a izquierda le conectamos una resistencia de 240 ohmios, colocamos en serie un potenciómetro de 5k ohmios y luego colocamos un cable de esta pata a la pata central finalmente llevamos esta última pata a el polo negativo en paralelo con la ultima pata colocamos un capacitor de 0.1 microfaradios y lo llevamos al polo negativo. Después de hacer todas las uniones nos aseguramos de que todo quede bien soldado con el cautín y el estaño. Con ayuda del cuchillo y el Cautín en la caja donde ira nuestro circuito hacemos los agujeros pertinentes para la entrada del potenciómetro, de los cables de alimentación y la pantalla del voltímetro Finalmente introducimos nuestro circuito en la caja, pasamos los cables de alimentación por su agujero y colocamos el potenciómetro, así como el voltímetro en sus respectivos lugares. Se realizan las pruebas pertinentes conectando a la corriente eléctrica y se determina que la fuente de voltaje variable está lista para su uso. Observaciones y conclusiones Se llegó a conclusiones particulares sobre el tipo de proyecto que se usaría según las pasadas experiencias con algunas modificaciones en los componentes electrónicos para el caso del uso de Proteus por ejemplo después de revisar las investigaciones se encontró que hay una fórmula que describe el voltaje entregado por un transformador, se usó esta ecuación para encontrar el voltaje de salida deseado. Luego de platicar en grupo cuales serían los diferentes materiales para utilizar en la construcción y armar un pequeño listado llegó el momento de llevar la idea a la simulación con ayuda de Proteus. Lo cual nos ayudó a visualizar la forma en la que pensábamos construir pues nos encortamos con diferentes complicaciones por ejemplo al colocar los reguladores Lm317t tuvimos que leer la ficha técnica de los mismos para asegurarnos que no habría ningún problema de compatibilidad con los otros componentes, resulta que si había algunos problemas serios pues el chip Lm317t no soporta más allá de 1.5 volts mientras que el transformador que teníamos pensado usar proporciona 3 ampere por lo que aunque en principio Proteus no nos mostró ninguna señal de alarma en la simulación nos dimos cuenta que si llevábamos ese proyecto a la práctica íbamos a arruinar nuestros Lm317 por lo que tuvimos que cambiar la forma en la que pensábamos armar nuestra fuente a algo más ingenioso, poner dos Lm317. Finalmente, gracias a la colaboración con nuestros compañeros nos dimos cuenta de que no hacía falta utilizar dos chips en paralelo pues al colocar un disipador de calor el Lm37T podía conservase estable para el uso que le pensábamos dar lo cual simplifico en gran medida el circuito que pensábamos realizar ahorrándonos mucho tiempo. Se quemó un potenciómetro debido a una falla en la conexión en el pin de ajuste del Chip Lm317, también un cable que iba del transformador al puente de diodos sin embargo de este ultimo se desconoce el porqué del fenómeno. Después de varias correcciones en el diseño del circuito se logro terminar el mismo sin que ningún componente se estropease sin embargo se presentaron desperfectos en la señal entregada por la fuente puesto que los valores reales no eran los que se planificaron por lo que se tuvo que revisar el circuito con rigurosidad varias veces para analizar si había algún cambio pertinente en su diseño. Es de vital importancia para proyectos de esta magnitud revisar con anticipación la existencia de los materiales necesarios en el mercado pues se afrontaron numerosas dificultades para encontrar componentes como los capacitores específicos. A manera de conclusión este proyecto se aplicaron distintos conocimientos adquiridos de forma teórica en pasadas unidades de competencia como puede ser el funcionamiento de un rectificador de onda completa y se evidenció el nivel de alcance obtenido mediante la evidencia empírica por lo que pudimos apreciar de primera mano como se realiza el poseso de transformación de una señal de corriente alterna a directa pasando por cada una de las diferentes fases que conlleva su tratamiento para aprender de su importancia por ejemplo, cuando pusimos por equivocación un capacitor que no era el indicado la señal se comportó con leves oscilaciones ahí que el capacitor se estuviera quedando corto en la filtración de la señal que viene rizada del puente rectificador. Como aprendizaje obtenemos que construir un proyecto como una fuente de voltaje requiere mucho mas que conocer el diseño de como se debe conectar pues en el camino para poder construirla de cometen muchos errores por lo que se requiere tener buen dominio de este tema y un buen dominio de la minuciosidad para poder revisar paso por paso donde se podría haber cometido un error. Sin duda realizar este proyecto ha sido muy enriquecedor para la formación ingenieril ya que, aunque la fuente no quedo exactamente como la pidió el docente si obtuvimos resultados que dan prueba de un aprendizaje obtenido en el aula acerca del como y porqué del funcionamiento de una fuente de voltaje. Referencias TECH, A. (2019). Fuente Regulable + Módulo Voltímetro y Amperímetro - Tutorial en Placa [YouTube Video]. In YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=fwTSJefHdds&t=11s&ab_channel=AndrobotTECH OneTronic1. (2020). Fuente DC Regulable en Proteus [YouTube Video]. In YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=o2bYCWGWtKQ&t=14s&ab_channel=OneTronic1 Fuente regulada variable de 1.2 a 33V - 3A. (2024). Comunidadelectronicos.com. https://www.comunidadelectronicos.com/proyectos/fuente3.htm A.Q.P, E. (2020). COMO HACER FUENTE REGULABLE DE 1.5 a 28 V DC |DESDE CERO| [YouTube Video]. In YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=g6MWBw6qriU&ab_channel=ELECTRONICA-A.Q.P
