PRINCIPIOS BÁSICOS DE ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA

1. PRINCIPIOS BÁSICOS DE ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA

2. FORMAS DE GENERAR ENERGÍA ELÉCTRICA • La Energía eléctrica es causada por el movimiento de las cargas eléctricas en el interior de los materiales conductores. Esta energía produce, fundamentalmente, 3 efectos: luminoso, térmico y magnético. • Energía hidráulica • Energía térmica • Energía solar • Energía química • Energía eólica • Energía nuclear

3. Energía hidráulica En este tipo de centrales se aprovecha la energía potencial debida a la altura del agua para, haciéndola caer, convertirla en energía cinética. Esta energía moverá los álabes (paletas curvas) de una turbina situada al pie de la presa, cuyo eje está conectado al rotor de un generador, el cual se encarga de transformarla en energía eléctrica. Si el agua desciende hasta un embalse situado a menor altura para, con posterioridad, ser bombeada hasta que alcance el embalse superior, con objeto de utilizar de nuevo, nos encontramos frente una central hidráulica de bombeo. Este tipo de central se construye en zonas donde existe la posibilidad de que en ciertas épocas del año no llegue suficiente agua al embalse superior y, por tanto se necesite un aporte del inferior.

4. Energía térmica En estas centrales, la energía mecánica, necesaria para mover las turbinas que están conectadas al rotor del generador, proviene de la energía térmica (debida al movimiento de moléculas) contenida en el vapor de agua a presión, resultado del calentamiento del agua en una gran caldera. El combustible que se utiliza para producir vapor de agua determina el tipo de central térmica: de petróleo (fuel), de gas natural o de carbón. El proceso, en términos generales, es el siguiente: se utiliza uno de los combustibles citados para calentar el agua. A continuación, el vapor de agua producido se bombea a alta presión para que alcance una temperatura de 600 º C. Acto seguido, entra en una turbina a través de un sistema de tuberías, hace girar la turbina y produce energía mecánica, la cual se transforma en energía eléctrica por medio de un generador que está acoplado a la turbina.

5. Energía solar - Centrales fototérmicas En las centrales fototérmicas, la radiación solar se aprovecha de dos formas: con colectores solares, que absorben las radiaciones solares para producir calor, o con helióstatos, que reflejan la luz solar y la concentran en un punto para su utilización calorífica; en concreto para calentar el agua de una caldera. En ambos casos, el vapor de agua producido se emplea para mover el rotor de un generador.

6. Energía solar - Centrales Fotovoltaicas En las centrales fotovoltaicas se transforman en energía eléctrica mediante paneles de células fotovoltaicas, las radiaciones electromagnéticas emitidas por el sol. Al igual que ocurre con la energía eólica, también existen centrales aisladas. Las aplicaciones de la energía solar son muy variadas: desde alimentación de pequeñas calculadoras de bolsillo hasta el uso en automoción y astronáutica.

7. Energía química La energía química es una manifestación más de la energía. En concreto, es uno de los aspectos de la energía interna de un cuerpo y, aunque se encuentra siempre en la materia, sólo se nos muestra cuando se produce una alteración íntima de ésta. En la actualidad, la energía química es la que mueve los automóviles, los buques y los aviones y, en general, millones de máquinas. Tanto la combustión del carbón, de la leña o del petróleo en las máquinas de vapor como la de los derivados del petróleo en el estrecho y reducido espacio de los cilindros de un motor de explosión, constituyen reacciones químicas.

8. Energía eólica En las centrales eólicas o parques eólicos se aprovecha la energía cinética del viento para mover las palas de un rotor situado en lo alto de una torre (aerogenerador).La potencia total y el rendimiento de la instalación depende de dos factores: la situación del parque (velocidad y cantidad de horas de viento) y el número de aerogeneradores de que dispone.

9. Energía nuclear La energía nuclear o energía atómica es la energía que se libera espontánea o artificialmente en las reacciones nucleares. Sin embargo, este término engloba otro significado, el aprovechamiento de dicha energía para otros fines, tales como la obtención de energía eléctrica, térmica y mecánica a partir de reacciones atómicas, y su aplicación, bien sea con fines pacíficos o bélicos .Así, es común referirse a la energía nuclear no solo como el resultado de una reacción sino como un concepto más amplio que incluye los conocimientos y técnicas que permiten la utilización de esta energía por parte del ser humano.

10. Corriente eléctrica Es la circulación de cargas o electrones a través de un circuito eléctrico cerrado, que se mueven siempre del polo negativo al polo positivo de la fuente de suministro de fuerza electromotriz (FEM). Fuerza electromotriz (FEM) Se denomina fuerza electromotriz (FEM) a la energía proveniente de cualquier fuente, medio o dispositivo que suministre corriente eléctrica. Para ello se necesita la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos o polos (uno negativo y el otro positivo) de dicha fuente, que sea capaz de bombear o impulsar las cargas eléctricas a través de un circuito cerrado.

11. Corriente alterna La corriente alterna, o corriente A/C (alternatecurrent), se llama de este modo por el cambio periódico que tiene en sus valores y polaridad. O sea, de un nivel cero, pasará al máximo de positivo, de manera paulatina. Luego esta corriente alterna, volverá a cero y luego transitará al mínimo negativo. Posteriormente, volverá al nivel cero. Esto ocurrirá, de manera continua con la corriente alterna, debido a la manera en que es generada.

12. Corriente directa La corriente directa (CD) o corriente continua (CC) es aquella cuyas cargas eléctricas o electrones fluyen siempre en el mismo sentido en un circuito eléctrico cerrado, moviéndose del polo negativo hacia el polo positivo de una fuente de fuerza electromotriz (FEM), tal como ocurre en las baterías, las dinamos o en cualquier otra fuente generadora de ese tipo de corriente eléctrica. La corriente continua se puede obtener por medio de métodos químicos, como lo hacen las pilas y baterías, por métodos mecánicos como lo hace una dinamo, o por otros métodos, fotovoltaico, par térmico, etc El movimiento de las cargas eléctricas se asemeja al de las moléculas de un líquido, cuando al ser  impulsadas por una bomba circulan a través de la tubería de un circuito hidráulico cerrado.

13. Voltaje También llamado tensión o diferencia de potencial, el voltaje es la diferencia que hay entre dos puntos en el potencial eléctrico, refiriéndonos a potencial eléctrico como el trabajo que se realiza para trasladar una carga positiva de un punto a otro. De esta manera, el voltaje no es un valor absoluto sino una diferencia entre las cargas eléctricas, que se mide en voltios, según el Sistema Internacional de Unidades.

14. Simbología Para representar en el papel los circuitos eléctricos se utilizan una serie de símbolos que simplifican mucho el trabajo. De esta forma cualquier persona puede entender y reproducir un circuito si entiende los símbolos.  Clic en la imagen para ver mas símbolos

15. El circuito eléctrico Un circuito eléctrico es una serie de elementos o componentes eléctricos o electrónicos tales como resistencias, bobinas, condensadores y fuentes de energía conectados eléctricamente por sus extremos con el propósito de generar, transportar o modificar señales eléctricas. Los elementos que aparecen en un circuito eléctrico pueden estar conectados en serie o en paralelo.

16. Circuito serie El circuito serie es una configuración de conexión en que los bornes o terminales de los dispositivos se conectan secuencialmente, el terminal de salida de un dispositivo se conecta al terminal de entrada del dispositivo siguiente.

17. Circuito paralelo El circuito eléctrico en paralelo es una conexión donde los puertos de entrada de todos los dispositivos(generadores, resistencias, condensadores, bombillos , etc.) conectados coincidan entre sí, lo mismo que sus terminales de salida.

18. Resistencia Código de colores Resistencia eléctrica es toda oposición que encuentra la corriente a su paso por un circuito eléctrico cerrado, atenuando o frenando el libre flujo de circulación de las cargas eléctricas o electrones. Cualquier dispositivo o consumidor conectado a un circuito eléctrico representa en sí una carga, resistencia u obstáculo para la circulación de la corriente eléctrica. El ohm es la unidad de medida de la resistencia que oponen los materiales al paso de la corriente eléctrica y se representa con el símbolo o letra griega  “ " (omega).

19. Potenciómetro Un potenciómetro es un resistor cuyo valor de resistencia es variable. De esta manera, indirectamente, se puede controlar la intensidad de corriente que fluye por un circuito si se conecta en paralelo, o la diferencia de potencial al conectarlo en serie.

20. Ley de ohm La ley de Ohm, establece que la corriente eléctrica (I) en un conductor o circuito, es igual a la diferencia de potencial (V) sobre el conductor (o circuito), dividido por la resistencia (R) que opone al paso, él mismo. La ley de Ohm se aplica a la totalidad de un circuito o a una parte o conductor del mismo.

21. Potencia Eléctrica La potencia eléctrica es la relación de paso de energía de un flujo por unidad de tiempo; es decir, la cantidad de energía entregada o absorbida por un elemento en un tiempo determinado. La unidad en el Sistema Internacional de Unidades es el vatio (watt).

22. Manejo e implementación del multímetro Es muy importante leer el manual de operación de cada multímetro en particular, pues en él, el fabricante fija los valores máximos de corriente y tensión que puede soportar y el modo más seguro de manejo, tanto para evitar el deterioro del instrumento como para evitar accidentes al operario. El multímetro digital cuenta con una llave selectora de rango, y en lugar de una aguja que marca la medición, posee un display digital en el cual aparece desplegado el valor medido.  Clic en la imagen para ir al manual

23. Medición de corriente La intensidad de circulación de corriente eléctrica por un circuito cerrado se puede medir por medio de un amperímetro conectado en serie con el circuito. ADVERTENCIA Durante el procedimiento de medición no toque con las manos la parte metálica de las terminales de prueba, porque podría sufrir una descarga eléctrica.

24. Medición de voltaje Conecte la terminal de prueba negra a la terminal de entrada común (COM).  Conecte la terminal de prueba roja a la terminal de entrada V. Ponga el selector giratorio en el rango VCD (voltaje de corriente directa) o´ VCA (voltaje de corriente alterna).  Seleccione el rango de medición. Conecte las terminales de prueba en paralelo con la resistencia o circuito bajo prueba. ADVERTENCIA Durante el procedimiento de medición no toque con las manos la parte metálica de las terminales de prueba, porque podría sufrir una descarga eléctrica.

25. Simulación de circuitos eléctricos y electrónicos Para el aprendizaje de la electricidad y la electrónica, hoy en día resulta imprescindible la utilización de simuladores por ordenador, que nos permiten realizar nuestros diseños y nos muestran el funcionamiento de los circuitos de forma virtual antes de su montaje con componentes reales. Edison le ofrece un nuevo y único ambiente para el aprendizaje de la electricidad y la electrónica. Profesores, estudiantes y entusiastas de la electrónica podrán usar componentes realistas basados en fotos digitalizadas, un tablero base sin soldaduras, instrumentos virtuales, sonidos y animación para crear, testar y reparar con seguridad circuitos 3D cuasi reales y visualizar, simultáneamente, el correspondiente diagrama de circuito. Clic en la imagen para acceder al manual

26. Principios básicos de mecánica.  «Dadme un punto de apoyo y moveré el mundo» Arquímedes

27. Máquina simple Cuando la máquina es sencilla y realiza su trabajo en un solo paso nos encontramos ante una máquina simple. Muchas de estas máquinas son conocidas desde la prehistoria o la antigüedad y han ido evolucionando incansablemente (en cuanto a forma y materiales) hasta nuestros días. Algunas inventos que cumplen las condiciones anteriores son: cuchillo, pinzas, rampa, cuña, polea simple, rodillo, rueda, manivela, torno, hacha, pata de cabra, balancín, tijeras, alicates, llave fija. Las máquinas simples se pueden clasificar en tres grandes grupos que se corresponden con el principal operador del que derivan: palanca, plano inclinado y rueda. Palanca Plano Inclinado

28. Máquina compuesta Máquinas compuestas son aquellas que están formadas por dos o más máquinas simples. Las máquinas empleadas en la actualidad son compuestas, y ejemplos de ellas pueden ser: polipasto, motor de explosión interna (diesel o gasolina), impresora de ordenador, bicicleta, cerradura, lavadora. Máquina simple Máquina compuesta

29. Generadores de movimiento Unidad Lectora CD/DVD Son los que alimentándose por una fuente de energía (corriente eléctrica combustión, hídrica,..) dan lugar a un movimiento mecánico: Motores: Generan un movimiento giratorio. Solenoides: Generanun movimiento lineal, de longitud limitada. Floppy

30. Movimiento y Conceptos Básicos Cuando un cuerpo cambia su posición en relación al tiempo decimos que este cuerpo esta en movimiento mecánico. Existen varias clases de movimiento entre los cuales se destacan: Lineal o rectilíneo: Se describe una trayectoria recta Circular: trayectoria circular con eje y radio constante Armónico Simple: movimiento oscilatorio a partir de un centro o punto de equilibrio. Centro de la guía En la figura se observan los tres tipos de movimiento Circular el que realiza la rueda o volante, lineal el que realiza el embolo a través de la guía y Armónico Simple el que realiza el pistón de vaivén en relación al centro de la guía

31. Transmisión de movimiento Unidad Óptica CD/DVD La transmisión de movimiento es el mecanismo por el cual se cambia la velocidad y la fuerza de un sistema, a través de piñones, cremalleras, poleas, palancas, tornillos entre otros. En la transmisión no existe cambio de tipo de movimiento. Transformación del movimiento Mecanismo En estos mecanismos, el tipo de movimiento que tiene el elemento de entrada del mecanismo es diferente del tipo de movimiento que tenga el elemento de salida, es decir, el tipo de movimiento se transforma en otro distinto, de ahí el nombre de mecanismo de transformación.

32. Transmisión de movimiento TRANSMISIÓN DE MOVIMIENTO LINEAL: • Palanca • Poleas TRANSMISIÓN DE MOVIMIENTO CIRCULAR: • Ruedas de fricción • Poleas-correa, correa dentada y cadenas •         Cardan •         Engranajes

33. Transformación del movimiento Los mecanismos de transformación puede ser agrupados en dos grandes grupos: Piñón cremallera • Mecanismos de transformación circular-lineal: En este caso, el elemento de entrada tiene movimiento circular, mientras que el elemento de salida tiene movimiento lineal. • Ejemplo: El mecanismo piñón-cremallera. Biela-manivela Mecanismos de transformación circular-alternativo: En este caso, el elemento de entrada tiene movimiento circular, mientras que el elemento de salida tiene movimiento alternativo. Ejemplo: El mecanismo de biela-manivela. Clic en la imagen para ver mas ejemplos

34. Transformación del movimiento •         Piñón-cremallera: Transforma de circular a lineal •         Tornillo-tuerca: Transforma de circular a lineal •         Biela-manivela: Transforma de circular en alternativo •         Excéntrica o leva: Transforma de circular a lineal •         Junta de Cardán: Transformación circular en alternativo (Angular)

35. Simulación de mecanismos Relatran: facilita la práctica de ejercicios sobre mecanismos a los estudiantes de secundaria. Se incluyen, entre otros, cálculos de fuerzas, ventajas mecánicas, diámetros de poleas, número de dientes de ruedas, relaciones de transmisión, velocidades de giro y velocidades lineales RELATRAN

36. sensores y actuadores

37. Que es un Sensor ? Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas. Las variables de instrumentación pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, pH. Características de un sensor • Rango de medida. • Precisión: es el error de medida máximo esperado. • Sensibilidad Sensor de efecto Hall.

38. Sensores Mecánicos Son interruptores que se activan por la pieza de seguimiento. Existen varios tipos y tamaños, dependiendo de la aplicación. Estos sensores tienen dos posiciones diferentes, dentro y fuera, abierta o cerrada y que sirven para definir el estado del monitor de escenario. Finales de carrera

39. Sensores Mecánicos En la mecánica existen diferentes elementos como cuñas, topes, ruedas excéntricas, ranura las cuales se pueden utilizar como un tipo de sensor con el fin de avisar cuando ejecutar una acción predeterminada. • Topes o cuñas: Utilizados para frenar un mecanismo cuando este llega al final del recorrido o como fusibles cuando se sobre pasa una fuerza determinada. • Rodillo seguidor: Utilizado para registrar tamaños de elementos o trayectorias definidas. • Trinquete: Utilizado para permitir movimientos en una dirección. • Resortes-pistón: Se utilizar frecuentemente para recipientes de presión permitiendo aberturas cuando sobre pasa un valor.

40. Sensores Térmicos Los sensores de temperatura se usan para medir la temperatura del aire, la temperatura superficial de líquidos osólidos.

41. Sensores Ópticos • Los detectores Ópticos basan su funcionamiento en la emisión de un haz de luz que es interrumpido o reflejado por el objeto a detectar. Tiene muchas aplicaciones en el ámbito industrial y robótico.

42. Hidráulica y actuadores • Los movimientos también se pueden transmitir a través de fluidos hidráulicos,, se utiliza cuando existen distancia largas o poco accesibles para los mecanismos tradicionales, ya que se puede realizar a través de mangueras o tuberías. • También se utiliza para multiplicar la fuerza como es el caso de los gatos hidráulicos de los carros. Como la fuerza aplicada en un punto del fluido se transmite en todos los puntos del fluido, por este principio al aplicar la fuerza en un área pequeña, se puede transmitir a un área mayor disminuyendo su velocidad pero multiplicando la fuerza.

43. Motores Un motor eléctrico es un dispositivo rotativo que transforma energía eléctrica en energía mecánica. Motor paso a paso Es un dispositivo electromecánico que convierte una serie de impulsos eléctricos en desplazamientos angulares discretos, lo que significa es que es capaz de avanzar una serie de grados (paso) dependiendo de sus entradas de control. Motor paso a paso

44. Parlantes • Los parlantes, también conocidos como altavoces, bafles, altoparlantes o bocinas, son dispositivos que permiten la reproducción y amplificación de sonidos y música para un gran número de artículos. Entre las características fundamentales a tener en cuenta se encuentran: • Potencia. • Rendimiento. • Distorsión. • Impedancia. • Respuesta en frecuencia. • Sensibilidad. • Entre los tipos de parlantes se encuentran: parlante Bass réflex, parlante de carga con bocina, parlante activo, parlante electrostático, parlante piezoeléctrico, parlante de cinta, parlante dinámico y pantalla infinita. Potenciómetro

45. Taller de robótica

46. Robótica La robótica es la ciencia y la tecnología de los robots. Se ocupa del diseño, manufactura y aplicaciones de los robots. La robótica combina diversas disciplinas como son: la mecánica, la electrónica, la informática, la inteligencia artificial y la ingeniería de control.

47. Robótica Educativa Es el conjunto de actividades pedagógicas que apoyan y fortalecen áreas específicas del conocimiento y desarrollan competencias en el alumno, a través de la concepción, creación, ensamble y puesta en funcionamiento de robots.

48. AUTOMATIZACIÓN ROBÓTICA BEAM El término automatización se refiere a una amplia variedad de sistemas y procesos que operan con mínima o sin intervención del ser humano, o para eliminar riesgos para la manipulación humana. BEAM es un acrónimo de las palabras Biología (Biology), Electrónica (Electronics), Estética (Aesthetics) y Mecánica (Mechanics). Imitan el mundo animal, No solo en su apariencia, sino en su desplazamiento y morfología física.

49. Ejemplos de arte robótico

50. Tetrápodos