Campo De Aplicacion De La Electricidad Y Electronica Industrial

UNIDAD 4. CAMPO DE APLICACIÓN DE LA ELECTRICIDAD Y ELECTRONICA INDUSTRIAL.

La Electrónica.

La electrónica es la rama de la física y especialización de la ingeniería, que estudia y emplea sistemas cuyo funcionamiento se basa en la conducción y el control del flujo microscópico de los electrones u otras partículas cargadas eléctricamente.

Utiliza una gran variedad de conocimientos, materiales y dispositivos, desde los semiconductores hasta las válvulas termoiónicas. El diseño y la gran construcción de circuitos electrónicos para resolver problemas prácticos forma parte de la electrónica y de los campos de la ingeniería electrónica, electromecánica y la informática en el diseño de software para su control. El estudio de nuevos dispositivos semiconductores y su tecnología se suele considerar una rama de la física, más concretamente en la rama de ingeniería de materiales.

Aplicaciones de la electrónica.

La electrónica desarrolla en la actualidad una gran variedad de tareas. Los principales usos de los circuitos electrónicos son el control, el procesado, la distribución de información, la conversión y la distribución de la energía eléctrica. Estos usos implican la creación o la detección de campos electromagnéticos y corrientes eléctricas. Entonces se puede decir que la electrónica abarca en general las siguientes áreas de aplicación:

Electrónica de control

Telecomunicaciones

Electrónica de potencia

La Electricidad.

La electricidad (del griego ήλεκτρον elektron, cuyo significado es ámbar) es el conjunto de fenómenos físicos relacionados con la presencia y flujo de cargas eléctricas. Se manifiesta en una gran variedad de fenómenos como los rayos, la electricidad estática, la inducción electromagnética o el flujo de corriente eléctrica.

Las cargas eléctricas producen campos electromagnéticos que interaccionan con otras cargas. La electricidad se manifiesta en varios fenómenos:

Carga eléctrica: una propiedad de algunas partículas subatómicas, que determina su interacción electromagnética. La materia eléctricamente cargada produce y es influenciada por los campos electromagnéticos.

Corriente eléctrica: un flujo o desplazamiento de partículas cargadas eléctricamente; se mide en amperios.

Campo eléctrico: un tipo de campo electromagnético producido por una carga eléctrica incluso cuando no se esta moviendo. El campo eléctrico produce una fuerza en toda otra carga, menor cuanto mayor sea la distancia que separa las dos cargas. Además las cargas en movimiento producen campos magnéticos.

Potencial eléctrico: es la capacidad que tiene un campo eléctrico de realizar trabajo; se mide en voltios.

Magnetismo: La corriente eléctrica produce campos magnéticos, y los campos magnéticos variables en el tiempo generan corriente eléctrica.

En ingeniería eléctrica, la electricidad se usa para generar:

luz mediante lámparas

calor, aprovechando el efecto Joule

movimiento, mediante motores que transforman la energía eléctrica en energía mecánica

señales mediante sistemas electrónicos, compuestos de circuitos eléctricos que incluyen componentes activos (tubos de vacío, transistores, diodos y circuitos integrados) y componentes pasivos como resistores, inductores y condensadores.

El fenómeno de la electricidad ha sido estudiado desde la antigüedad, pero su estudio científico sistemático no comenzó hasta los siglos XVII y XVIII. A finales del siglo XIX los ingenieros lograron aprovecharla para uso residencial e industrial. La rápida expansión de la tecnología eléctrica en esta época transformó la industria y la sociedad. La electricidad es una forma de energía tan versátil que tiene un sinnúmero de aplicaciones, por ejemplo: transporte, climatización, iluminación y computación.1 La electricidad es la columna vertebral de la sociedad industrial moderna.2

4.1 SENSORES Y TRANSDUCTORES ELECTRICOS.

4.1.1 Sensores.

El sensor es un dispositivo que convierte una señal física en otra señal física distinta, es decir, convierte un tipo de energía en otro.

Los tipos de señales que dan los sensores pueden ser:

 Mecánicas.

 térmicas.

 magnéticas.

 eléctricas.

 ópticas.

 moleculares.

Los sensores se caracterizan por:

 Sensibilidad.

 Linealidad.

 Rango.

 Tiempo de respuesta.

 Exactitud.

 Resolución.

 Repititividad.

 Tipo de salida.

Tipos.

Detectores de ultrasonido. Se usan para el control de presencio o ausencia, distancia o rastreo.

Sensores láser. Tienen la misma función que los sensores de ultrasonidos. Mucho más precisos que los de ultrasonidos, pero también mucho más caros.

Sensores de interruptor. Se trata de un tipo de sensor sencillo que puede ser interno o externo. Su principio básico es el de circuito abierto/ cerrado. Son idóneos para aplicaciones que requieren tamaño reducido, poco peso, repetitividad y larga vida.

Interruptor de final de carrera. Son interruptores que sirven para detectar la posición de una determinada pieza, de un móvil, etc. cuando este alcanza el extremo de su carrera, actúan mecánicamente sobre una palanca, produciendo el cambio de ciertos contactos internos. Dependiendo del actuador se dividen en:

 final de carrera de palanca

 final de carrera de émbolo

 final de carrera de varilla.

Sensores de caudal de aire. Contienen una estructura de película fina aislada térmicamente, que contiene elementos sensibles de temperatura y calor.

Sensores de corriente. Monitorizan corriente continua o alterna. Estos sensores pueden hacer sonar una alarma, arrancar un motor, abrir una válvula, etc. La señal lineal duplica la forma de la onda de la corriente captada, y puede ser utilizada como un elemento de respuesta para controlar un motor o regular la cantidad de trabajo que realiza una máquina.

Sensor de posición. Es un sensor sencillo, pasivo e interno que indica la posición en que se encuentra un objeto. Estos pueden ser rotacionales o traslacionales. Los tipos básicos son:

 eléctricos

 ópticos

Sensores de rotación. Miden la rotación angular (odómetro, velocímetro).

Sensores de velocidad. Son sensores internos que miden la velocidad. Los hay eléctrico y ópticos (Figura 1.1).

Sensores de aceleración. Miden la aceleración.

Sensores de humedad. Los sensores de humedad y temperatura están configurados con circuitos integrados que proporcionan una señal acondicionada. Contienen un elemento sensible capacitivo que interacciona con electrodos de platino.

Sensores de temperatura. Estos sensores consisten en una fina película de resistencia variable con la temperatura y están calibrados por láser para una mayor precisión, las salidas lineales son estables y rápidas.

Sensores de turbidez. Aportan una información rápida y práctica de la cantidad de sólidos en el agua.

Sensores de presión y fuerza. Son pequeños, fiables y de bajo coste. Ofrecen una gran precisión bajo condiciones ambientales variables.

• Sensores magnéticos. Se basan en la tecnología magneto resistiva. Ofrecen una alta sensibilidad. Tienen multitud de aplicaciones como: brújulas, detección de vehículos, realidad virtual, sistemas de seguridad.

• Sensores de presión. Están basados en tecnología piezo resistiva, combinada con micro controladores que proporcionan una alta precisión, independiente de la temperatura, y de la capacidad de comunicación digital directa con PC. Las aplicaciones son múltiples, se hacen instrumentos para aviación, laboratorios.

La célula fotoeléctrica. La célula fotoeléctrica consta de un emisor que transmite un rayo de luz a un emisor. Cuando algo corta el rayo de luz el emisor deja de detectarlo y se produce la acción que deseemos realizar (abrir o cerrar un circuito). El ejemplo más claro de célula fotoeléctrica lo podemos encontrar en los ascensores, en los cuales, cuando se corta el rayo de luz se abre la puerta como se muestra en la figura 1.1.

Fotodiodo. El más simple fotodiodo es la unión p-n polarizada inversamente. Cuando la luz no incide sobre el dispositivo solo una pequeña cantidad de corriente fluye. Cuando la luz incide, se generan portadores y fluye una mayor corriente eléctrica. Estos dispositivos presentan una respuesta lineal que se incrementa con la iluminación, y generalmente presentan una rápida respuesta de tiempo.

Fototransistor. Este dispositivo presenta mayor corriente que un fotodiodo, para niveles comparables de iluminación. No operan tan rápido como un fotodiodo.

4.1.2 Transductor.

El transductor es el dispositivo que transforma la señal que sale del sensor. En otra de tipo eléctrico.

Los términos sensor, captador y transmisor se pueden considerar sinónimos, algunos ejemplos se muestran en la imagen 1.2 y en la figura 1.3 se muestra su diagrama.

...