ELECTRONICA BASICA
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 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 forman 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.
1.1 IDENTIFICACION DE COMPONENTES
1.1.1 RESISTENCIAS O RESISTORES
Se denomina resistor al componente
electrónico diseñado para introducir una resistencia eléctrica determinada
entre dos puntos de un circuito eléctrico. En el propio argot eléctrico y
electrónico, son conocidos simplemente como resistencias. En otros casos, como
en las planchas, calentadores, etc., se emplean resistencias para producir
calor aprovechando el efecto Joule. Es un material formado por carbón y otros
elementos resistivos para disminuir la corriente que pasa. Se opone al paso de
la corriente. La corriente máxima y diferencia de potencial máxima en un
resistor viene condicionada por la máxima potencia que pueda disipar su cuerpo.
Esta potencia se puede identificar visualmente a partir del diámetro sin que
sea necesaria otra indicación. Los valores más comunes son 0,25 W, 0,5 W y 1 W.
Existen resistores de valor manualmente
ajustable, llamados potenciómetros, reostatos o simplemente resistencias
variables. También se producen dispositivos cuya resistencia varía en función
de parámetros externos, como los termistores, que son resistores que varían con
la temperatura; los varistores que dependen de la tensión a la cual son
sometidos, o las fotorresistencias que lo hacen de acuerdo a la luz recibida.
1.1.2 CONDENSADORES O CAPACITORES
Un condensador eléctrico (también
conocido frecuentemente con el anglicismo capacitor, proveniente del nombre
equivalente en inglés) es un dispositivo pasivo, utilizado en electricidad y
electrónica, capaz de almacenar energía sustentando un campo eléctrico.1 2 Está
formado por un par de superficies conductoras, generalmente en forma de láminas
o placas, en situación de influencia total (esto es, que todas las líneas de
campo eléctrico que parten de una van a parar a la otra) separadas por un
material dieléctrico o por el vacío.3 Las placas, sometidas a una diferencia de
potencial, adquieren una determinada carga eléctrica, positiva en una de ellas
y negativa en la otra, siendo nula la variación de carga total.
Aunque desde el punto de vista físico
un condensador no almacena carga ni corriente eléctrica, sino simplemente
energía mecánica latente; al ser introducido en un circuito se comporta en la
práctica como un elemento "capaz" de almacenar la energía eléctrica
que recibe durante el periodo de carga, la misma energía que cede después
durante el periodo de descarga.
1.1.3
DIODOS O RECTIFICADORES
En electrónica, un
rectificador es el elemento o circuito que permite convertir la corriente
alterna en corriente continua.1 Esto se realiza utilizando diodos
rectificadores, ya sean semiconductores de estado sólido, válvulas al vacío o
válvulas gaseosas como las de vapor de mercurio (actualmente en desuso).
Dependiendo de las características de
la alimentación en corriente alterna que emplean, se les clasifica en
monofásicos, cuando están alimentados por una fase de la red eléctrica, o
trifásicos cuando se alimentan por tres fases.
Atendiendo al tipo de rectificación,
pueden ser de media onda, cuando sólo se utiliza uno de los semiciclos de la
corriente, o de onda completa, donde ambos semiciclos son aprovechados.
El tipo más básico de rectificador es
el rectificador monofásico de media onda, constituido por un único diodo entre
la fuente de alimentación alterna y la carga.
1.1.4
TRANSISTORES
El es un dispositivo electrónico semiconductor
utilizado para entregar una señal de salida en respuesta a una señal de entrada.
Cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El
término «transistor» es la contracción en inglés de transfer resistor
(«resistor de transferencia»). Actualmente se encuentra prácticamente en todos
los aparatos electrónicos de uso diario tales como radios, televisores,
reproductores de audio y video, relojes de cuarzo, computadoras, lámparas
fluorescentes, tomógrafos, teléfonos celulares, aunque casi siempre dentro de
los llamados circuitos integrados.
1.1.5
CIRCUITOS INTEGRADOS
Un circuito integrado
(CI), también conocido como chip o microchip, es una estructura de pequeñas
dimensiones de material semiconductor, normalmente silicio, de algunos
milímetros cuadrados de superficie (área), sobre la que se fabrican circuitos electrónicos
generalmente mediante fotolitografía y que está protegida dentro de un
encapsulado de plástico o de cerámica. El encapsulado posee conductores
metálicos apropiados para hacer conexión entre el Circuito Integrado y un
circuito impreso.
Los CI se hicieron posibles gracias a
descubrimientos experimentales que mostraban que artefactos semiconductores
podían realizar las funciones de los tubos de vacío, así como a los avances
científicos de la fabricación de semiconductores a mediados del siglo XX. La
integración de grandes cantidades de pequeños transistores dentro de un pequeño
espacio fue un gran avance en la elaboración manual de circuitos utilizando
componentes electrónicos discretos. La capacidad de producción masiva de los
circuitos integrados, así como la fiabilidad y acercamiento a la construcción
de un diagrama a bloques en circuitos, aseguraba la rápida adopción de los
circuitos integrados estandarizados en lugar de diseños utilizando transistores
discretos.
Los CI tienen dos principales ventajas
sobre los circuitos discretos: costo y rendimiento. El bajo costo es debido a
los chips; ya que posee todos sus componentes impresos en una unidad de
fotolitografía en lugar de ser construidos un transistor a la vez. Más aún, los
CI empaquetados usan mucho menos material que los circuitos discretos. El
rendimiento es alto ya que los componentes de los CI cambian rápidamente y
consumen poco poder (comparado sus contrapartes discretas) como resultado de su
pequeño tamaño y proximidad de todos sus componentes. Desde 2012, el intervalo
de área de chips típicos es desde unos pocos milímetros cuadrados a alrededor
de 450 mm2, con hasta 9 millones de transistores por mm2.
Los circuitos integrados son usados en
prácticamente todos los equipos electrónicos hoy en día, y han revolucionado el
mundo de la electrónica. Computadoras, teléfonos móviles, y otros dispositivos
electrónicos que son parte indispensables de las sociedades modernas, son
posibles gracias a los bajos costos de los circuitos integrados.
1.1.6
SUICHES O INTERRUPTORES
Un interruptor o suiches eléctrico es un dispositivo utilizado para desviar o interrumpir el curso de una corriente eléctrica. En el mundo moderno las aplicaciones son innumerables, van desde un simple interruptor que apaga o enciente un bombillo, hasta un complicado selector de transferencia automático de múltiples capas controlado por computadora.
Los suiches podrìa considerarse màs como un elemento electrico y no electrònico, hay tipos especialespara su aplicaciòn en este campo y por eso los tomamos como un componente aplicado a la electrònica.
1.1.7 LAMPARAS
La lámpara fluorescente compacta o lámpara fluocompacta (LFC) es un tipo de lámpara que aprovecha la tecnología de los tradicionales tubos fluorescentes para hacer lámparas de menor tamaño que puedan sustituir a las lámparas incandescentes con pocos cambios en la armadura de instalación y con menor consumo. La luminosidad emitida por un fluorescente depende de la superficie emisora, por lo que este tipo de lámparas aumentan su superficie doblando o enrollando el tubo de diferentes maneras. Otras mejoras en la tecnología fluorescente han permitido asimismo aumentar el rendimiento luminoso máximo desde los 40-50 lm/W hasta los alcanzar 80 lm/W, aunque su eficacia media actual en el mercado es de en torno a los 58 lm/W, que ha sido superado ampliamente por muchas lámparas tipo LED. También la sustitución de los antiguos balastros electromagnéticos por balastros electrónicos ha permitido reducir el peso y el característico parpadeo de los fluorescentes tradicionales.
En comparación con las lámparas incandescentes, las LFC tienen una vida útil más larga y consumen menos energía eléctrica para producir la misma cantidad de luz. Como desventajas, muchas de ellas no alcanzan su máximo brillo de forma inmediata y es más problemático deshacerse de las viejas, pues hay que llevarlas a lugares específicos, ya que contienen residuos tóxicos estas pueden explotar por sí solas si se instalan en un ambiente con temperatura media-alta.
1.1.8 BATERIAS O PILAS
Una pila eléctrica o batería eléctrica es el formato industrializado y comercial de la celda galvánica o voltaica.
Es un dispositivo que convierte energía química en energía eléctrica por un proceso químico transitorio,1 tras lo cual cesa su actividad y han de renovarse sus elementos constituyentes, puesto que sus características resultan alteradas durante el mismo. Se trata de un generador primario. Esta energía resulta accesible mediante dos terminales que tiene la pila, llamados polos, electrodos o bornes. Uno de ellos es el polo positivo o cátodo y el otro es el polo negativo o ánodo.
La estructura fundamental de una pila consiste en dos electrodos, metálicos en muchos casos, introducidos en una disolución conductora de la electricidad o electrolito.
Las pilas, a diferencia de las baterías, no son recargables, aunque según países y contextos los términos pueden intercambiarse o confundirse. En este artículo se describen las pilas no recargables.
1.1.9 ACCESORIOS DE EMPALME (Conexiones o Conectores)
Un empalme o enlace de cableado eléctrico es la unión de 2 o más cables de una instalación eléctrica o dentro de un aparato o equipo electrónico. Aunque por rapidez y seguridad hoy en día es más normal unir cables mediante fichas de empalme y similares, los electricistas realizan empalmes.
La realización de empalmes es un tema importante en la formación de los electricistas (y electrónicos) ya que un empalme inadecuado o mal realizado puede hacer mal contacto y hacer fallar la instalación. Si la corriente es alta y el empalme está flojo se calentará. El chisporroteo o el calor producido por un mal empalme es una causa común a muchos incendios en edificios. Antes de trabajar en la instalación eléctrica de un edificio o de un equipo eléctrico/electrónico se debe tener la formación técnica necesaria.
Las normativas de muchos países prohíben por seguridad el uso de empalmes en algunas situaciones. Es común la prohibición de realizar empalmes donde se puedan acumular gases inflamables.
Debe consultarse la normativa de cada país en caso de duda.
En España, por ejemplo, el reglamento electrotécnico de baja tensión prohíbe el uso de empalmes, tanto en el recorrido de los cables como en las cajas de empalme donde deben usarse regletas de conexión (y similares) adecuadas a la normativa UNE. Los empalmes sólo deben usarse de manera provisional o en emergencias.
Cuando hay que unir cables coaxiales (datos, vídeo, antena, etc) es preferible emplear conectores en lugar de empalmes pues un empalme inapropiado puede modificar la impedancia del cable y alterar la señal.
Una vez realizados los empalmes eléctricos se pueden soldar para conseguir un mejor contacto. Si existe el riesgo de cortocircuito con otros empalmes o cables se deben aislar mediante algún tipo de cinta aislante. Asimismo, para protegerlo del agua, la lluvia o los ambientes húmedos puede usarse cinta vulcanizada.
1.2 RESISTENCIAS Y CONDENSADORES
1.2.1 UNIDAD DE MEDIDA (Resistencias o Resistores)
Una unidad de medida es una cantidad estandarizada de una determinada magnitud física, definida y adoptada por convención o por ley.1 Cualquier valor de una cantidad física puede expresarse como un múltiplo de la unidad de medida.
Una unidad de medida toma su valor a partir de un patrón o de una composición de otras unidades definidas previamente. Las primeras unidades se conocen como unidades básicas o de base (fundamentales), mientras que las segundas se llaman unidades derivadas.2
Un conjunto de unidades de medida en el que ninguna magnitud tenga más de una unidad asociada es denominado sistema de unidades.3
Todas las unidades denotan cantidades escalares. En el caso de las magnitudes vectoriales, se interpreta que cada uno de los componentes está expresado en la unidad indicada.
1.2.2 CODIGO DE COLORES
Imagínate que al quitar la tapa de una caja de empalmes, te encuentras con un enjambre de cables eléctricos. A primera vista, es preocupante ver todos esos cables de diferentes colores. Y te preguntas ¿Cuál es el neutro, el potencial, la tierra o el retorno?. Para evitar este mal encuentro, es importante que conozcas el código de colores de los cables eléctricos que se tienen por norma.
Conductor de tierra
El conductor de tierra se puede identificar de tres formas:
- Aislante de color verde
- Aislante de color verde con una línea
helicoidal o recta de color amarillo.
- Puede ser un alambre o cable desnudo
(sin aislante). Este cable por lo general es de cobre.
Conductor neutro
Hay diferentes formas de identificarse según el país pero los más comunes son los siguientes:
- Aislante blanco ( utilizado en
América) (utilizado en las instalaciones eléctricas de la vivienda)
- Aislante azul claro ( utilizado en
Europa) (utilizado en los cordones de las herramientas portátiles y
electrodomésticos)
Conductor fase
Este conductor puede ser de cualquier
color diferente al del neutro o tierra, pero los más utilizados por normas son:
- Aislante negro
- Aislante rojo
- Aislante azul oscuro
1.2.3 TIPOS DE CONDENSADORES
Estos se diferencian entre si por el tipo de dieléctrico que utilizan. Materiales comunes son: la mica, plástico y cerámica y para los capacitores electrolíticos, óxido de aluminio y de tantalio. Hay de diseño tubular, y de varias placas y dieléctrico intercalados. El diseño de múltiples placas es un diseño para aumentar el área efectiva de la placa.
Entre placa y placa se coloca el aislante y se hace una conexión de placa de de por medio, como si fueran capacitores en paralelo. (ver diagrama).
1 – Condensadores de cerámica
Son capacitores en donde las inductancias parásitas y las pérdidas son casi nulas. La constante dieléctrica de estos elementos es muy alta (de 1000 a 10,000 veces la del aire)
Algunos tipos de cerámica permiten una alta permitividad y se alcanza altos valores de capacitancia en tamaños pequeños, pero tienen el inconveniente que son muy sensibles a la temperatura y a las variaciones de voltaje.
Hay otros tipos de cerámica que tienen
un valor de permitividad menor, pero que su sensibilidad a la temperatura,
voltaje y el tiempo es despreciable. Estos capacitores tienen un tamaño mayores
que los otros de cerámica. Se fabrican en valores de fracciones de picoFaradios
hasta nanoFaradios.
2 – Condensadores de lámina de plástico
– Láminas de plástico y láminas metálicas intercaladas: Estos tipos de capacitores son generalmente más grandes que los de lámina metalizada, pero tienen una capacitancia más estable y mejor aislamiento.
– Lámina metalizada: Tiene la lámina
metálica depositada directamente en la lámina de plástico. Estos capacitores
tienen la cualidad de protegerse a si mismos contra sobre voltajes. Cuando esto
ocurre aparece un arco de corriente que evapora el metal eliminando el defecto.
3 – Condensadores de mica:
Capacitores que consisten de hojas de mica y aluminio colocados de manera alternada y protegidos por un plástico moldeado. Son de costo elevado. Tiene baja corriente de fuga (corriente que pierden los condensadores y que hacen que este pierda su carga con el tiempo) y alta estabilidad. Su rango de valores de va de los pF a 0.1 uF.
4 -Capacitores de poliester:
Sustituyen a los capacitores de papel, solo que el dieléctrico es el poliéster. Se crearon capacitores de poliéster metalizado con el fin de reducir las dimensiones físicas. Ventajas: muy poca pérdida y excelente factor de potencia
5 – Condensadores electrolíticos:
Estos capacitores pueden tener capacitancias muy altas a un precio razonablemente bajo. Tienen el inconveniente de que tienen alta corriente de fuga y un voltaje de ruptura bajo. Son polarizados y hay que tener cuidado a hora de conectarlos pues pueden estallar si se conectan con la polaridad invertida. Se utilizan principalmente en fuentes de alimentación.
Físicamente estos elementos constan de un tubo de aluminio cerrado, en donde está el capacitor. Tienen una válvula de seguridad que se abre en el caso de que el electrolito entre en ebullición, evitando así el riesgo de explosión.
1.3 COMPONENTES DE ESTADO SÓLIDO
1.3.2 LED O DIODO EMISOR DE LUZ
El LED (Light-Emitting Diode: Diodo Emisor de Luz), es un dispositivo semiconductor que emite luz incoherente de espectro reducido cuando se polariza de forma directa la unión PN en la cual circula por él una corriente eléctrica . Este fenómeno es una forma de electroluminiscencia, el LED es un tipo especial de diodo que trabaja como un diodo común, pero que al ser atravesado por la corriente eléctrica, emite luz . Este dispositivo semiconductor está comúnmente encapsulado en una cubierta de plástico de mayor resistencia que las de vidrio que usualmente se emplean en las lámparas incandescentes. Aunque el plástico puede estar coloreado, es sólo por razones estéticas, ya que ello no influye en el color de la luz emitida. Usualmente un LED es una fuente de luz compuesta con diferentes partes, razón por la cual el patrón de intensidad de la luz emitida puede ser bastante complejo.
Para obtener una buena intensidad luminosa debe escogerse bien la corriente que atraviesa el LED y evitar que este se pueda dañar; para ello, hay que tener en cuenta que el voltaje de operación va desde 1,8 hasta 3,8 voltios aproximadamente (lo que está relacionado con el material de fabricación y el color de la luz que emite) y la gama de intensidades que debe circular por él varía según su aplicación. Los Valores típicos de corriente directa de polarización de un LED están comprendidos entre los 10 y 20 miliamperios (mA) en los diodos de color rojo y de entre los 20 y 40 miliamperios (mA) para los otros LED. Los diodos LED tienen enormes ventajas sobre las lámparas indicadoras comunes, como su bajo consumo de energía, su mantenimiento casi nulo y con una vida aproximada de 100,000 horas. Para la protección del LED en caso haya picos inesperados que puedan dañarlo. Se coloca en paralelo y en sentido opuesto un diodo de silicio común
En general, los LED suelen tener mejor eficiencia cuanto menor es la corriente que circula por ellos, con lo cual, en su operación de forma optimizada, se suele buscar un compromiso entre la intensidad luminosa que producen (mayor cuanto más grande es la intensidad que circula por ellos) y la eficiencia (mayor cuanto menor es la intensidad que circula por ellos).
1.3.3 SCR
El rectificador controlado de silicio (en inglés SCR: Silicon Controlled Rectifier) es un tipo de tiristor formado por cuatro capas de material semiconductor con estructura PNPN o bien NPNP. El nombre proviene de la unión de Tiratrón (tyratron) y Transistor.
Tiristor.
Un SCR posee tres conexiones: ánodo,
cátodo y gate (puerta). La puerta es la encargada de controlar el paso de
corriente entre el ánodo y el cátodo. Funciona básicamente como un diodo
rectificador controlado, permitiendo circular la corriente en un solo sentido.
Mientras no se aplique ninguna tensión en la puerta del SCR no se inicia la conducción
y en el instante en que se aplique dicha tensión, el tiristor comienza a
conducir. Trabajando en corriente alterna el SCR se desexcita en cada
alternancia o semiciclo. Trabajando en corriente continua, se necesita un
circuito de bloqueo forzado, o bien interrumpir el circuito.El pulso de conmutación ha de ser de una duración considerable, o bien, repetitivo si se está trabajando en corriente alterna. En este último caso, según se atrase o adelante el pulso de disparo, se controla el punto (o la fase) en el que la corriente pasa a la carga. Una vez arrancado, podemos anular la tensión de puerta y el tiristor continuará conduciendo hasta que la corriente de carga disminuya por debajo de la corriente de mantenimiento (en la práctica, cuando la onda senoidal cruza por cero)
Cuando se produce una variación brusca de tensión entre ánodo y cátodo de un tiristor, éste puede dispararse y entrar en conducción aun sin corriente de puerta. Por ello se da como característica la tasa máxima de subida de tensión que permite mantener bloqueado el SCR. Este efecto se produce debido al condensador parásito existente entre la puerta y el ánodo.
Los SCR se utilizan en aplicaciones de electrónica de potencia, en el campo del control, especialmente control de motores, debido a que puede ser usado como interruptor de tipo electrónico.
1.3.4 EL TRANSISTOR
El transistor de unión bipolar (del inglés bipolar junction transistor, o sus siglas BJT) es un dispositivo electrónico de estado sólido consistente en dos uniones PN muy cercanas entre sí, que permite aumentar la corriente y disminuir el voltaje, además de controlar el paso de la corriente a través de sus terminales. La denominación de bipolar se debe a que la conducción tiene lugar gracias al desplazamiento de portadores de dos polaridades (huecos positivos y electrones negativos), y son de gran utilidad en gran número de aplicaciones; pero tienen ciertos inconvenientes, entre ellos su impedancia de entrada bastante baja.
Los transistores bipolares son los transistores más conocidos y se usan generalmente en electrónica analógica aunque también en algunas aplicaciones de electrónica digital, como la tecnología TTL o BICMOS.
Un transistor de unión bipolar está formado por dos Uniones PN en un solo cristal semiconductor, separados por una región muy estrecha. De esta manera quedan formadas tres regiones:
Emisor, que se diferencia de las otras dos por estar fuertemente dopada, comportándose como un metal. Su nombre se debe a que esta terminal funciona como emisor de portadores de carga.
Base, la intermedia, muy estrecha, que
separa el emisor del colector.
Colector, de extensión mucho mayor.
La técnica de fabricación más común es
la deposición epitaxial. En su funcionamiento normal, la unión base-emisor está
polarizada en directa, mientras que la base-colector en inversa. Los portadores
de carga emitidos por el emisor atraviesan la base, porque es muy angosta, hay
poca recombinación de portadores, y la mayoría pasa al colector. El transistor
posee tres estados de operación: estado de corte, estado de saturación y estado
de actividad.
1.3.4.1 TIPOS DE TRANSISTORES
El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor que cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El término "transistor" ("resistencia de transferencia"). Actualmente se les encuentra prácticamente en todos los enseres domésticos de uso diario: radios, televisores, grabadoras, reproductores de audio y vídeo, hornos de microondas, lavadoras, reproductores mp3, celulares, etc.
El transistor consta de un sustrato
(usualmente silicio) y tres partes dopadas artificialmente (contaminadas con
materiales específicos en cantidades específicos) que forman dos uniones
bipolares, el emisor que emite portadores, el colector que los recibe o recolecta
y la tercera, que está intercalada entre las dos primeras, modula el paso de
dichos portadores (base). El transistor es un dispositivo controlado por
corriente y del que se obtiene corriente amplificada.
Tipos de Transistor
Transistor de contacto puntual
Primer transistor, consta de una base
de germanio semiconductor, sobre la que se apoyan, muy juntas, dos puntas
metálicas que constituyen el emisor y el colector. La corriente de base es
capaz de modular la resistencia que se "ve" en el colector.
Es difícil de fabricar (las puntas se
ajustaban a mano), frágil (un golpe podía desplazar las puntas) y ruidoso, en
la actualidad ha desaparecido.
Transistor de unión bipolar
El transistor de unión, se fabrica
básicamente sobre un monocristal de Germanio o Silicio, que tienen cualidades
de semiconductores, estado intermedio entre conductores como los metales y los
aislantes como el diamante. Sobre el sustrato de cristal, se contaminan en
forma muy controlada tres zonas, dos de las cuales son del mismo tipo, NPN o
PNP, quedando formadas dos uniones NP.
La zona N con donantes de electrones
(cargas negativas) y la zona P de aceptadores (cargas positivas). Normalmente
se utilizan como elementos aceptadores P al Indio (In), Aluminio (Al) o Galio
(Ga) y donantes N al Arsénico (As) o Fósforo (P).
La configuración de uniones PN, dan
como resultado transistores PNP o NPN, donde la letra intermedia siempre
corresponde a la característica de la base, y las otras dos al emisor y al
colector que, si bien son del mismo tipo y de signo contrario a la base, tienen
diferente contaminación
Transistor de efecto de campo
El transistor de efecto campo es una
familia de transistores que se basan en el campo eléctrico para controlar la
conductividad de un "canal" en un material semiconductor. Los FET
pueden plantearse como resistencias controladas por diferencia de potencial.
La mayoría de los FET están hechos
usando las técnicas de procesado de semiconductores habituales, empleando la
oblea monocristalina semiconductora como la región activa o canal.
Los transistores de efecto de campo más
conocidos son los JFET, MOSFET y MISFET.
Fototransistor
Sensible a la luz, normalmente a los
infrarrojos. La luz incide sobre la región de base, generando portadores en
ella. Esta carga de base lleva el transistor al estado de conducción. El
fototransistor es más sensible que el fotodiodo por el efecto de ganancia
propio del transistor.
Un fototransistor es igual a un
transistor común, con la diferencia que el primero puede trabajar de 2 formas:
1.- Como transistor normal con la
corriente de base Ib (modo común).
2.- Como fototransistor, cuando la luz
que incide en este elemento hace las veces de corriente de base. Ip (modo de
iluminación).
Se han utilizado en lectores de cinta y
tarjetas perforadas, lápices ópticos, etc. Para comunicaciones con fibra óptica
se prefiere usar detectores con fotodiodos p-i-n. También se pueden utilizar en
la detección de objetos cercanos cuando forman parte de un sensor de
proximidad.
Se utilizan ampliamente encapsulados
conjuntamente con un LED, formando interruptores ópticos (opto-switch), que
detectan la interrupción del haz de luz por un objeto. Existen en dos
versiones: de transmisión y de reflexión.
Monografias.com
Disipadores de calor
Un disipador es un componente metálico
generalmente de aluminio que se utilizan para evitar que los transistores
bipolares se calienten y se dañen.
Por ello una manera de aumentar la
potencia de un transistor es deshacerse del calor interno del encapsulado.
Monografias.com
Transistor de potencia
Son similares a los transistores
comunes, con la diferencia que soportan altas tensiones e intensidades que
soportan, pero debido a ello también tienen que disipar altas potencias y su
recalentamiento es prolongado; para evitar el sobrerecalentamiento se usa los
disipadores.
Tipos de transistores de potencia:
- Bipolar.
- Unipolar o Transistor de Efecto de
Campo.
- IGBT (Transistor bipolar de puerta
aislada).
1.3.4.2 TRANSISTORES DE POTENCIA Y DE PROPÓSITO GENERAL
El 2N2222, también identificado como PN2222, es un transistor bipolar NPN de baja potencia de uso general.
Sirve tanto para aplicaciones de amplificación como de conmutación. Puede amplificar pequeñas corrientes a tensiones pequeñas o medias; por lo tanto, sólo puede tratar potencias bajas (no mayores de medio Watt). Puede trabajar a frecuencias medianamente altas.
Por todas esas razones, es un transistor de uso general, frecuentemente utilizados en aplicaciones de radio por los constructores aficionados de radios. Es uno de los transistores oficiales utilizados en el BITX. Su versatilidad ha permitido incluso al club de radioaficionados Norcal lanzar en 1999 un desafío de construir un transceptor de radio utilizando únicamente hasta 22 ejemplares de este transistor - y ningún circuito integrado.
Las hojas de especificaciones señalan como valores máximos garantizados 500 miliamperios, 50 voltios de tensión de colector, y hasta 500 milivatios de potencia. La frecuencia de transición es de 250 a 300 MHz, lo que permite utilizarlo en aplicaciones de radio de alta frecuencia (hasta 300 MHz). La beta (factor de amplificación, hFe) del transistor es de por lo menos 100; valores de 150 son típicos.
El 2N2222 es fabricado en diferentes formatos, los más comunes son los TO-92, TO-18, SOT-23, y SOT-223.
Su complemento PNP es el 2N2907. El 2N3904 es un transistor de características similares pero que sólo puede transportar un décimo de la corriente que el 2N2222 puede transportar; puede usarse como reemplazo del 2N2222 en caso de señales pequeñas.
Otro transistor de características similares, pero de mayor potencia es el 2N2219. Es un transistor en formato TO-39, con una frecuencia de transición de 300 MHz, por lo cual puede ser usado en transmisores y amplificadores para HF, VHF y una cierta parte de UHF (300 MHz) con una potencia de salida de 1 a 2 watts, sabiendo que la máxima potencia que puede llevar a cabo es de 3 watts. Su complementario PNP es el 2N2905 al igual que el 2N2907. También existe otro transistor que es de similares características, el cual es el 2N3053, pero su potencia es de 1w y es sólo para aplicaciones entre 50 y 100 MHz.
1.3.4.3 IDENTIFICACIÓN DE TERMINALES
Un terminal es el punto en que un conductor de un componente eléctrico, dispositivo o red llega a su fin y proporciona un punto de conexión de circuitos externos.1 El terminal puede ser simplemente el final de un cable o puede estar equipado con un conector o tornillo. En teoría de circuitos, terminal significa punto donde teóricamente se pueden hacer conexiones a una red. No se refiere necesariamente a ningún objeto físico real.
La conexión puede ser temporal, como para equipos portátiles, puede exigir una herramienta para montaje y desmontaje, o puede ser una unión permanente entre dos cables o dos aparatos.
1.3.4.4 CONFIGURACIONES TIPICAS
Las soluciones Sonelastic® están diseñadas para la caracterización simultánea de los módulos elásticos y de la amortiguación (fricción interna) de materiales.
Las soluciones Sonelastic® pueden ser configuradas para adecuarlas a la geometría y a las dimensiones del cuerpo de prueba (muestra) teniendo en cuenta la precisión y el sentido práctico.
La configuración es realizada a partir de la selección de los elementos adecuados, que pueden ser clasificados como:
- Unidad de procesamiento de la
respuesta acústica
- Soporte para muestra
- Pulsador (generador de impulsos)
- Captador acústico (micrófono)
La unidad de procesamiento constituye el elemento principal de todas las configuraciones, esta puede ser:
- PC Based
- Stand Alone
En el diagrama siguiente se muestra la relación entre los elementos que componen las configuraciones así como un resumen con sus respectivos elementos opcionales.
1.3.5 CIRCUITOS INTEGRADOS (CI’s)
Un circuito integrado (CI), también conocido como chip o microchip, es una estructura de pequeñas dimensiones de material semiconductor, normalmente silicio, de algunos milímetros cuadrados de superficie (área), sobre la que se fabrican circuitos electrónicos generalmente mediante fotolitografía y que está protegida dentro de un encapsulado de plástico o de cerámica. El encapsulado posee conductores metálicos apropiados para hacer conexión entre el Circuito Integrado y un circuito impreso.
Los CI se hicieron posibles gracias a descubrimientos experimentales que mostraban que artefactos semiconductores podían realizar las funciones de los tubos de vacío, así como a los avances científicos de la fabricación de semiconductores a mediados del siglo XX. La integración de grandes cantidades de pequeños transistores dentro de un pequeño espacio fue un gran avance en la elaboración manual de circuitos utilizando componentes electrónicos discretos. La capacidad de producción masiva de los circuitos integrados, así como la fiabilidad y acercamiento a la construcción de un diagrama a bloques en circuitos, aseguraba la rápida adopción de los circuitos integrados estandarizados en lugar de diseños utilizando transistores discretos.
Los CI tienen dos principales ventajas sobre los circuitos discretos: costo y rendimiento. El bajo costo es debido a los chips; ya que posee todos sus componentes impresos en una unidad de fotolitografía en lugar de ser construidos un transistor a la vez. Más aún, los CI empaquetados usan mucho menos material que los circuitos discretos. El rendimiento es alto ya que los componentes de los CI cambian rápidamente y consumen poco poder (comparado sus contrapartes discretas) como resultado de su pequeño tamaño y proximidad de todos sus componentes. Desde 2012, el intervalo de área de chips típicos es desde unos pocos milímetros cuadrados a alrededor de 450 mm2, con hasta 9 millones de transistores por mm2.
Los circuitos integrados son usados en prácticamente todos los equipos electrónicos hoy en día, y han revolucionado el mundo de la electrónica. Computadoras, teléfonos móviles, y otros dispositivos electrónicos que son parte indispensables de las sociedades modernas, son posibles gracias a los bajos costos de los circuitos integrados.
1.3.5.1 FAMILIAS DE CIRCUITOS INTEGRADOS
Una familia lógica es el conjunto de circuitos integrados (CI’s) los cuales pueden ser interconectados entre si sin ningún tipo de Interfase o aditamento, es decir, una salida de un CI puede conectarse directamente a la entrada de otro CI de una misma familia. Se dice entonces que son compatibles.
Las familias pueden clasificarse en bipolares y MOS. podemos mencionar algunos ejemplos. Familias bipolares: RTL, DTL, TTL, ECL, HTL, IIL. Familias MOS: PMOS, NMOS, CMOS. Las tecnologías TTL (lógica transistor- transistor) y CMOS (metal oxido-semiconductor complementario) son los mas utilizadas en la fabricación de CI’s SSI (baja escala de integración) y MSI (media escala de integración).
CARACTERÍSTICAS GENERALES
NIVELES LÓGICOS
Para que un CI TTL opere adecuadamente, el fabricante especifica que una entrada baja varíe de 0 a 0.8V y una alta varíe de 2 a 5V. La región que esta comprendida entre 0.8 y 2V se le denomina región prohibida o de incertidumbre y cualquier entrada en este rango daría resultados impredecibles.
Los rangos de salidas esperados varían normalmente entre 0 y 0.4V para una salida baja y de 2.4 a 5V para una salida alta.
La diferencia entre los niveles de entrada y salida (2-2.4V y 0.8-0.4V) es proporcionarle al dispositivo inmunidad al ruido que se define como la insensibilidad del circuito digital a señales eléctricas no deseadas.
Para los CI CMOS una entrada alta puede variar de 0 a 3V y una alta de 7 a 10V (dependiendo del tipo de CI CMOS). Para las salidas los CI toman valores muy cercanos a los de VCC Y GND (Alrededor de los 0.05V de diferencia).
Este amplio margen entre los niveles de entrada y salida ofrece una inmunidad al ruido mucho mayor que la de los CI TTL.
VELOCIDAD DE OPERACIÓN
Cuando se presenta un cambio de estado en la entrada de un dispositivo digital, debido a su circuitería interna, este se demora un cierto tiempo antes de dar una respuesta a la salida. A este tiempo se le denomina retardo de propagación. Este retardo puede ser distinto en la transición de alto a bajo (H-L) y de bajo a alto (L-H).
La familia TTL se caracteriza por su alta velocidad (bajo retardo de propagación) mientras que la familia CMOS es de baja velocidad, sin embargo la subfamilia de CI CMOS HC de alta velocidad reduce considerablemente los retardos de propagación.
FAN-OUT O ABANICO DE SALIDA
Al interconectar dos dispositivos TTL (un excitador que proporciona la señal de entrada a una carga) fluye una corriente convencional entre ellos.
Cuando hay una salida baja en el excitador, este absorbe la corriente de la carga y cuando hay una salida alta en el excitador, la suministra. En este caso la corriente de absorción es mucho mayor a la corriente de suministro.
Estas corrientes determinan el fan-out que se puede definir como la cantidad de entradas que se pueden conectar a una sola salida, que para los CI’s TTL es de aproximadamente de 10. Los CI’s CMOS poseen corrientes de absorción y de suministro muy similares y su fan-out es mucho mas amplio que la de los CI’s TTL. Aproximadamente 50.
1.3.5.2 EMPAQUES DE CIRCUITOS INTEGRADOS
La fabricación de circuitos integrados es el proceso mediante el cual se crean circuitos integrados, presentes hoy día en todos los dispositivos electrónicos. Es un proceso complejo y en el que intervienen numerosas etapas de fotolitografía y procesado químico, durante las cuales los circuitos se generan sobre una oblea hecha de materiales puramente semiconductores. Para ello se emplea mayoritariamente el silicio, aunque también se usan semiconductores compuestos para aplicaciones específicas, como el arseniuro de galio.
1.4 LEYES DE LOS CIRCUITOS ELECTRICOS
1.4.1 LEY DE OHMS
La Ley de Ohm, postulada por el físico y matemático
alemán Georg Simon Ohm, es una de las leyes fundamentales de la
electrodinámica, estrechamente vinculada a los valores de las unidades básicas
presentes en cualquier circuito eléctrico como son:
Tensión o voltaje "E", en
volt (V).
Intensidad de la corriente "
I ", en ampere (A).
Resistencia "R" en ohm () de
la carga o consumidor conectado al circuito.
Circuito eléctrico cerrado compuesto
por una pila de 1,5 volt, una resistencia o carga eléctrica "R" y la.
circulación de una intensidad o flujo de corriente eléctrica " I
" suministrado por la propia pila.
Debido a la existencia de materiales
que dificultan más que otros el paso de la corriente eléctrica a través de los
mismos, cuando el valor de su resistencia varía, el valor de la intensidad de
corriente en ampere también varía de forma inversamente proporcional. Es decir,
a medida que la resistencia aumenta la corriente disminuye y, viceversa, cuando
la resistencia al paso de la corriente disminuye la corriente aumenta, siempre
que para ambos casos el valor de la tensión o voltaje se mantenga constante.
Por otro lado y de acuerdo con la
propia Ley, el valor de la tensión o voltaje es directamente proporcional a la
intensidad de la corriente; por tanto, si el voltaje aumenta o disminuye, el
amperaje de la corriente que circula por el circuito aumentará o disminuirá en
la misma proporción, siempre y cuando el valor de la resistencia conectada al
circuito se mantenga constante.
1.4.2
POTENCIA ELECTRICA
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 momento determinado. La unidad en el Sistema Internacional de Unidades es el vatio (watt).
Cuando una corriente eléctrica fluye en cualquier circuito, puede transferir energía al hacer un trabajo mecánico o termodinámico. Los dispositivos convierten la energía eléctrica de muchas maneras útiles, como calor, luz (lámpara incandescente), movimiento (motor eléctrico), sonido (altavoz) o procesos químicos. La electricidad se puede producir mecánica o químicamente por la generación de energía eléctrica, o también por la transformación de la luz en las células fotoeléctricas. Por último, se puede almacenar químicamente en baterías.
La energía consumida por un dispositivo eléctrico se mide en vatios-hora (Wh), o en kilovatios-hora (kWh). Normalmente las empresas que suministran energía eléctrica a la industria y los hogares, en lugar de facturar el consumo en vatios-hora, lo hacen en kilovatios-hora (kWh). La potencia en vatios (W) o kilovatios (kW) de todos los aparatos eléctricos debe figurar junto con la tensión de alimentación en una placa metálica ubicada, generalmente, en la parte trasera de dichos equipos. En los motores, esa placa se halla colocada en uno de sus costados y en el caso de las bombillas de alumbrado el dato viene impreso en el cristal o en su base.
1.5 EL TRANSFORMADOR EN LA FUENTE DE PODER
1.5.1 REDUCTOR DE VOLTAJE
Un regulador de tensión o regulador de voltaje es un dispositivo electrónico diseñado para mantener un nivel de tensión constante.2 3
Los reguladores electrónicos de tensión se encuentran en dispositivos como las fuentes de alimentación de los computadores, donde estabilizan las tensiones de Corriente Continua usadas por el procesador y otros elementos. En los alternadores de los automóviles y en las plantas generadoras, los reguladores de tensión controlan la salida de la planta. En un sistema de distribución de energía eléctrica, los reguladores de tensión pueden instalarse en una subestación o junto con las líneas de distribución de forma que todos los consumidores reciban una tensión constante independientemente de qué tanta potencia exista en la línea.
1.5.2 REGULACIÓN DE VOLTAJE
.
Debido a que un transformador real
tiene impedancia seriedentro de él, su voltaje de salida varía con la carga,
aunque el voltajede entrada permanezca constante. Para comparar
adecuadamentetransformadores en este aspecto, se acostumbra definir una
cantidadllamada regulación de voltaje (VR). La regulación de voltaje a
plenacarga es una cantidad que compara el voltaje de salida deltransformador
sin carga con el voltaje de salida del transformador aplena carga. Está definida por la ecuación
VR=VS,nl-VS,flVS,fl*100%
Puesto que en vacío,
VS=VPa
, la regulación de voltajepuede ser
expresada como:
VR=VPa-VS,flVS,fl*100%
1.2
Si el circuito equivalente del trasformador
está en por unidad, laregulación de voltaje puede expresarse como:
VR=VP,pu-VS,puVS, fl, pu*100%
En general, una buena práctica es tener
una regulación devoltaje tan pequeña como sea posible. Para un transformador
idealVR=0%. No siempre es una buena idea tener una baja regulación devoltaje ya
que, a veces se utilizan adrede transformadores de altaimpedancia y alta
regulación de voltaje, para reducir las corrientes defalla en un circuito.
Para determinar la regulación de
voltaje de un transformador, esnecesario entender las caídas de voltaje dentro
de él. Como ejemploconsideraremos el circuito equivalente simplificado que se
muestraen la figura 1.1. los efectos de la rama de excitación en la
regulaciónde voltaje del transformador pueden ser ignorados, por lo cual
sólodeben considerarse las impedancias serie.Figura 1.1La regulación de voltaje
de un transformador depende tanto dela magnitud de esas impedancias serie como
del ángulo de fase de lacorriente que fluye en el transformador. La forma más fácil
dedeterminar el efecto de las impedancias y los ángulos de fase de lacorriente
en la regulación de voltaje del transformador esexaminando el
diagrama fasorial, un dibujo de los
fasores de losvoltajes
y las corrientes en el transformador.En los diagramas fasoriales siguientes, se supone que el ángulodel fasor del voltaje
VS
es 0°, y los demás voltajes y corrientes secomparan con esa referencia. Aplicando la ley de voltajes de Kirchhoff al circuito equivalente de la figura 1.3 el voltaje en el primario puedeser hallado a a partir de
VPa=VS+ReqIS+jXeqIS
Figura 1.2Un diagrama fasorial de un
transformador es una representaciónvisual de la ecuación anterior.La figura 1.3
muestra un diagrama fasorial de un transformadorque opera a un factor de
potencia en atraso.
Es fácil ver que
VPa>VS
para cargas en atraso, tal que la regulación de voltajede un transformador con cargas en atraso debe ser mayor que cero.Figura 1.3En la figura 1.4 se muestra un diagrama fasorial con factor depotencia igual a 1. Aquí de nuevo, el voltaje en el secundario es
1.6 CIRCUITOS INTEGRADOS
1.6.1 VOLTAJE INVERSO
Se invierte la polaridad de la fuente
de continua, el diodo se polariza en inversa, el terminal negativo de la
batería conectado al lado p y el positivo al n, esta conexión se denomina
"Polarización Inversa".
En la siguiente figura se muestra una
conexión en inversa:
El terminal negativo de la batería
atrae a los huecos y el terminal positivo atrae a los electrones libres, así
los huecos y los electrones libres se alejan de la unión y la z.c.e. se
ensancha.
A mayor anchura de la z.c.e. mayor
diferencia de potencial, la zona de deplexión deja de aumentar cuando su
diferencia de potencial es igual a la tensión inversa aplicada (V), entonces
los electrones y huecos dejan de alejarse de la unión.
A mayor la tensión inversa aplicada
mayor será la z.c.e.
Existe una pequeña corriente en
polarización inversa, porque la energía térmica crea continuamente pares
electrón-hueco, lo que hace que halla pequeñas concentraciones de portadores
minoritarios a ambos lados, la mayor parte se recombina con los mayoritarios
pero los que están en la z.c.e. pueden vivir lo suficiente para cruzar la unión
y tenemos así una pequeña corriente.
| Añadir leyenda |
Además hay otra corriente
"Corriente Superficial de Fugas" causada por las impurezas del
cristal y las imperfecciones en su estructura interna. Esta corriente depende
de la tensión de la pila (V ó VP).
Entonces la corriente en inversa (I ó
IR) será la suma de esas dos corrientes
1.6.2
ELECTRICIDAD ESTATICA
El término electricidad estática se refiere a la acumulación de un exceso de carga eléctrica en una zona con poca conductividad eléctrica, un aislante, de manera que la acumulación de carga persiste.1 Los efectos de la electricidad estática son familiares para la mayoría de las personas porque pueden ver, notar e incluso llegar a sentir las chispas de las descargas que se producen cuando el exceso de carga del objeto cargado se pone cerca de un buen conductor eléctrico (como un conductor conectado a una toma de tierra) u otro objeto con un exceso de carga pero con la polaridad opuesta.
1.7 CIRCUITOS DIGITALES
Un circuito digital o lógico es aquel que maneja la información en forma binaria, es decir, con valores de "1" y "0".
Estos dos niveles lógicos de voltaje fijos representan:
"1" nivel alto o "high".
"0" nivel bajo o "low".
LA ELECTROSTATICA Y SUS PRECAUCIONES EN EL MANEJO DE CIRCUITOS
La descarga electrostática (conocido por las siglas en inglés ESD, que significan electrostatic discharge) un fenómeno electrostático que hace que circule una corriente eléctrica repentina y momentáneamente entre dos objetos de distinto potencial eléctrico;1 como la que circula por un pararrayos tras ser alcanzado por un rayo.
El término se utiliza generalmente en
la industria electrónica y otras industrias para describir las corrientes indeseadas
momentáneas que pueden causar daño al equipo electrónico.
2 LA
ELECTROSTATICA Y SUS PRECAUCIONES EN EL MANEJO DE CIRCUITOS
2.1 POTENCIALES DE CARGA ESTATICA
Hasta fecha reciente era criterio generalizado que una velocidad de 4 a 7 m/s era la adecuada para impedir la acumulación de cargas
dentro de unos límites aceptables. Sin
embargo, el empleo de diámetros mayores de tubería, tendente a reducir tiempos
con el empleo
de tubería cada vez de mayor diámetro,
ha permitido limitar la generación de cargas, siempre que:
v . d < 0.5
siendo "v" la velocidad lineal de flujo en m/s y "d" el diámetro del brazo de carga en m. La tabla 1 relaciona los valores de "v" y "vd"
para distintos diámetros de tubería.
2.2 ELECTRICIDAD ELECTROSTATICÁ
2.2.1 EXISTEN 2 TIPOS DE ELECTRICIDAD ELECTROSTÁTICA
En la antigüedad nuestros antepasados atribuyeron al rayo un carácter divino: Zeus, entre los griegos, o Júpiter, para los romanos, eran los poseedores de este terrorífico poder que lanzaban sobre los hombres para mostrar su ira. Hoy sabemos que el rayo es una manifestación de la llamada electricidad estática.
A continuación consideraremos otros fenómenos de la misma naturaleza que el
rayo, pero mucho más manejables. Algunos objetos (un bolígrafo de plástico, un
peine, un trozo de vidrio, ...), tras ser frotados (con lana, seda, piel de
gato, ...), adquieren la propiedad de atraer a otros cuerpos pequeños. Decimos
que el bolígrafo, el peine o el trozo de vidrio se han electrizado por
frotamiento. En lenguaje más actualizado, también decimos que han adquirido
carga eléctrica o que se han cargado eléctricamente.
El estudio de los cuerpos electrizados puede hacerse fácilmente con un péndulo electrostático, sencillo aparato construido con una bolita de corcho suspendida de un soporte mediante un hilo de seda. Si electrizamos una barra de resina y la acercamos al péndulo, vemos que es atraido por ella. Si dejamos que ambos cuerpos estén en contacto, llega un momento en que la bolita del péndulo es repelida por la barra. Las fuerzas eléctricas no son siempre atractivas, sino que pueden ser también respulsivas.
Si acercamos ahora al péndulo que ha sido repelido por la barra de resina, sin que llegue a tocar al mismo, una varilla de vidrio electrizada, vemos que la bolita del péndulo es atraida. Es decir, el mismo péndulo es repelido por la resina y atraido por el vidrio. Para explicar estos fenómenos decimos que existen dos tipos de electricidad o de carga eléctrica: electricidad vítrea y electricidad resinosa. También se deduce que las sustancias con el mismo tipo de electricidad se repelen, mientras que las que poseen electricidad de tipos distintos se atraen.
Experimentos similares, realizados con
el electroscopio, permiten concluir que una determinada cantidad de electricidad
vítrea se neutraliza hasta desaparecer con una cantidad igual de electricidad
resinosa. Ello permite llamar positiva a una y negativa a la otra. De manera
arbitraria, se le atribuye el signo + a la electricidad 'vítrea' y el signo - a
la 'resinosa'.
2.2.2 NIVELES DE DESCARGA ELECTROSTÁTICA
La forma más llamativa o espectacular de una ESD es la “chispa”, que ocurre cuando un campo electrostático fuerte crea un canal conductivo ionizado a través del aire. Sus efectos pueden llevar desde un pequeño malestar sobre una persona, hasta fuego y explosiones si el aire contiene gases o partículas combustibles, pasando, evidentemente, por causar serios daños sobre los equipos electrónicos.
Muchas de las descargas electrostáticas ocurren sin una “chispa” visible o audible, por ejemplo, una persona porta una carga relativamente pequeña y puede que no sienta la descarga, pero ésta es lo suficientemente potente para dañar componentes electrónicos muy sensibles. Estos tipos de descargas invisibles, pueden causar fallos en los dispositivos, e incluso degradarlos de una forma más pasiva, afectándolos a largo plazo y dando fe del daño cuando ya ha avanzado bastante su tiempo de vida.
Chispa o rayo
La "chispa" se da cuando la fuerza del campo eléctrico supera la fuerza dieléctrica del aire (aproximadamente de 4 – 30 kV/cm). Esto puede causar un rápido incremento del número de electrones e iones libres en el aire, provocando que el aire se convierta de pronto en un conductor eléctrico mediante un proceso llamado “caída dieléctrica”.
El mejor ejemplo de una "chispa" natural, es la caída de un rayo. En este caso, la diferencia potencial entre una nube y el suelo, o entre dos nubes, es de cientos de millones de voltios. La corriente resultante que fluye a través del aire ionizado provoca una liberación de energía de forma explosiva.
Las "chispas" pueden causar graves explosiones debido a las altas temperaturas que se alcanzan durante su desarrollo. Un ejemplo de ello es el desastre del dirigible Hindenburg, que, tras numerosas teorías sobre cómo se produjo el accidente, éste fue atribuido a una descarga electrostática que prendió fuego a unos paneles manchados con termita, un compuesto que es altamente inflamable. La aeronave había pasado por una tormenta donde había adquirido una gran carga electrostática. La descarga ocurrió cuando fueron a amarrar las cuerdas para aterrizar en Nueva Jersey en 1937.
El Hindenburg momentos después de
comenzar a arder.
Efecto corona
El efecto corona se produce, por ejemplo, en los conductores de las líneas de alta tensión y se manifiesta en forma de halo luminoso a su alrededor. Dado que los conductores suelen ser de sección circular, el halo adopta la forma de corona, de ahí el nombre.
La causa se encuentra en la ionización del aire circundante al conductor debido a los altos niveles de tensión en la línea. En el momento que las moléculas de aire se ionizan, éstas son capaces de conducir la corriente eléctrica y parte de los electrones pasan de la línea al aire. Tal circulación provoca un incremento de temperatura en el gas, dándole un color rojizo para niveles bajos de temperatura o azulado para niveles altos. Esto provoca que se pueda cuantificar su intensidad según el color del halo.
El primer registro de esta forma de descarga electrostática es el “Fuego de San Telmo”. En clima tormentoso en la mar, a veces aparecían luces como flamas rojizas o azuladas en la parte superior de los mástiles de los barcos. Los marineros lo asociaban con una forma de protección y lo nombraron en honor a su patrono, Erasmo de Formia (San Telmo).
Descarga "cepillo"
Esta forma de descarga electrostática es un tipo particular de descarga corona, que tiene lugar entre dos electrodos incrustados en un medio no conductor y se caracteriza por débiles y claras bifurcaciones compuestas por partículas ionizadas.
Estas descargas pueden ocurrir entre
plásticos aislantes cargados como el polietileno y un conductor. La energía
máxima asociada a una descarga de este tipo no suele superar los 4mJ pudiendo
ser inflamables pero es menos probable que provoquen la ignición del aire que
otro tipo de descarga entre dos conductores.
2.2.3 PROTECCION A LAS DESCARGAS ELECTROSTÁTICAS
1. Evitar la formación de mezclas inflamables. Ventilar. En caso necesario inertizar. Utilizar tornillos
helicoidales, tolvas con válvulas
rotativas o cámaras separadoras en la adición de sólidos a
recipientes con posible ambiente
inflamable.
2. Trasvasar los líquidos inflamables a
velocidades lentas ( velocidad x diámetro conducción < 0,5
m2
/s ) y llenar los depósitos por el
fondo. Evitar pulverizaciones y salpicaduras.
3. Eliminar las cargas electrostáticas.
1. Puesta a tierra y conexión
equipotencial de todas las superficies conductoras antes y
durante las operaciones de trasvase de
líquidos inflamables.
2. Emplear recipientes metálicos y
accesorios conductores, como las mangueras con alma
metálica.
3. Aumentar la conductividad
superficial mediante la elevación de la humedad relativa
ambiental (60 %).
4. Aumentar la conductividad del aire
por ionización del mismo. Neutralizadores
antiestáticos en la proximidad de
rodillos, cintas transportadoras, láminas aislantes, etc.
5. Evitar sondas o tomas de muestras
puestas a tierra.
6. Usar ropa y calzado no generador de
cargas electrostáticas, como algodón, tejidos antiestáticos,
suela de cuero o con aditivos
conductores.
7. Instalar elementos conductores para
facilitar la descarga electrostática de las personas. Placas
metálicas para pies y manos antes de
realizar operaciones en ambientes inflamables.
8. Controlar los tiempos de relajación
desde que finaliza un trasvase hasta el inicio de otra
operación, mínimo 1 minuto para
líquidos conductores (Resistividad < 1010 Ωcm) y 3 minutos
para no conductores.
9. Limitar los efectos de la posible
explosión, paneles de venteo y supresores de explosión.
2.3 PROBLEMAS
DE LINEA
2.3.1 SEGURIDAD, TIERRA FISICA
La tierra física se define como un sistema de conexiones formado por electrodos y líneas de tierra de una instalación eléctrica.
Su principal función es forzar o drenar al terreno las intensas corrientes eléctricas que se puedan originar por un cortocircuito, por inducción o por una descarga atmosférica.
La tierra fisica debe instalarse en el
terreno inmediato donde se hizo la instalación del equipo con la finalidad de
que las descargas sean confinadas en forma de ondas.
Una instalación de tierra física
interconecta las redes eléctricas, la estructura metálica del edificio, las
tuberías metálicas y el pararrayos.
2.3.2 COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNETICA
Se dice que un equipo es electromagnéticamente compatible cuando funciona en un ambiente electromagnético de forma satisfactoria y sin producir interferencias o perturbaciones electromagnéticas que afecten la operación normal de cualquier aparato o dispositivo que se encuentra en ese ambiente.
EMC corresponde en inglés a
Electromagnetic Compatibility. En castellano se llama compatibilidad
electromagnética (CE). Es una rama de la Ingeniería eléctrica que estudia la
generación, propagación y recepción inintencionada de energía electromagnética,
así como los efectos no deseados de esa energía.
2.3.3 EN LA
TRAYECTORIA DEL CONDUCTOR A TIERRA NO DEBE CONECTARSE
Puesta a tierra
significa el aterramiento físico o la conexión de un equipo a través de un
conductor hacia tierra. La tierra está compuesta por muchos materiales, los
cuales pueden ser buenos o malos conductores de la electricidad, pero, la
tierra como un todo s considerada como un buen conductor. Por esta razón y como
punto de referencia, al potencial de tierra se le asume cero. La resistencia de
un electrodo de tierra, medido en ohmios, determina que tan rápido, y a que
potencial, la energía se equipara. De esta manera, la puesta a tierra es
necesaria para mantener el potencial de los objetos al mismo nivel de tierra.
La resistencia de tierra es la
resistencia eléctrica del suelo al flujo de la corriente AC y DC. La unidad de
medida usada más frecuentemente es el ohmio-metro, el cual se refiere a la
resistencia medida entre caras opuestas de un metro cúbico de suelo.
Teóricamente, la resistencia de un sistema aterrizado R puede ser calculada
usando la formula general de resistencia:
Donde:
r = Resistividad de la tierra (ohmios –
metros)
L = Longitud de tramo conductivo
(metros)
A = Sección transversal del área de la
trayectoria (metros cuadrados)
Tanto la temperatura como la humedad
del suelo pueden variar significativamente el valor de la resistencia del
suelo. La resistividad del suelo no varía significativamente hasta que las
temperaturas alcanzan las condiciones de congelamiento (unos 32° F). A esta
temperatura la humedad en el suelo se congelará aumentando la resistividad del
suelo.
La acumulación de sales en el suelo
también influye su resistencia. En general, entre mayor cantidad de sales o
electrolitos contenga el suelo, menor será su resistencia.
Definiciones:
Sistema Aislado: son los sistemas,
circuitos o aparatos, sin conexión intencional a tierra, excepto a los
medidores de potencial o de aparatos de medición o de equipos de impedancia
alta.
Sistema Aterrizado: es un sistema de
conductores en donde, por lo menos, un conductor o punto (generalmente el de en
medio o neutro de las bobinas de generadores o transformadores) se conecta
intencionalmente a tierra, ya sea sólidamente o a través de una impedancia.
Aterrizado Sólidamente: se conecta
directamente, por medio de alguna conexión adecuada a tierra, sin que tenga una
impedancia intencional.
Aterrizado Efectivamente: se conecta a
tierra a través de una impedancia baja, de tal forma que para todas las
condiciones del sistema, la relación de la reactancia de secuencia cero a la de
secuencia positiva () sea positiva y menor que tres y que la relación de
resistencias de secuencia cero a reactancia de secuencia positiva () sea
positiva y menor que 1.
Aterrizaje por Resistencia: se aterriza
por medio de una impedancia en la que el elemento principal es una resistencia.
Aterrizaje por Inductancia: se aterriza
por medio de una impedancia en la que el elemento principal es una inductancia
Factores Que Influyen En La Selección
De Un Sistema Aterrizado O Aislado
Continuidad en el servicio. Muchas
plantas han estado trabajando con sistemas aislados en uno o varios niveles de
voltaje, para ganar un poco más de continuidad en el servicio. El hecho de que
cualquier contacto de una fase del sistema y tierra no provoque suspensión del
servicio de ninguna carga, puede representar una ventaja para muchas plantas,
dependiendo de la importancia por el tipo de planta. En muchos casos, los
sistemas se aterrizan para que los equipos de protección de los equipos
remuevan los circuitos que tienen falla, sin importar que tipo de falla. Una
falla de fase a tierra produce el aislamiento inmediato del circuito que tiene
la falla, suspendiendo el servicio a las cargas de ese circuito.
Fallas múltiples a tierra. Aunque la
falla a tierra de una fase, en un sistema aislado, no produce suspensión del
servicio, si ocurre una segunda falla, en una fase diferente y antes de limpiar
la primera, sí se producirá suspensión del servicio. Mientras más tiempo se
permita la primera falla, mayor será la posibilidad de que ocurra la segunda
falla en otra fase y provoque la suspensión del servicio. La ventaja de los
sistemas aislados se pierde si se ignora la primera falla hasta que se produzca
la segunda. En los sistemas aislados se debe tener un programa de mantenimiento
organizado para localizar y remover fallas, tan pronto como sea posible,
después que se detectan.
Incendios por fallas con arqueo.
Últimamente y especialmente en sistemas de bajo voltaje, se han reportado
incendios por fallas por arqueo, provocando daños severos o destrucción total
del equipo eléctrico, por la energía de las fallas con arqueo. En los casos
típicos, la falla con arqueo se establece entre dos o más fases de un sistema
aislado o entre las fases y tierra de un sistema aterrizado. La falla con
arqueo libera cantidades enormes d energía en el punto de la falla, lo cual
libera violentamente, gases calientes y plasma de arco. El calor es tan intenso
que vaporiza el cobre o aluminio y el hierro de los alrededores y produce gases
tóxicos e inflamables. Típicamente, el elemento normal de protección de sobre
corriente no opera rápidamente para remover la falla inicial. Es posible que la
corriente de falla sea menor que el disparo o que el tiempo de acción u
operación sea muy largo, mientras tanto, se está produciendo el arqueo. Los
sistemas aterrizados sólidamente o con resistencia baja, permiten la protección
contra incendios por fallas con arqueo entre fase y tierra; desdichadamente,
todavía no hay forma de protección contra corrientes de falla con arqueo de línea
a línea.
Localización de fallas. En sistemas
aislados, la falla a tierra no abre el circuito. Se deben instalar equipos para
que detecten y avisen. Es importante que el equipo nos permita la detección de
la falla sin cortar la energía, para no esperar hasta que se pueda desconectar
el sistema. En los sistemas aterrizados, en cambio, las fallas accidentales a
tierra se localizan y detectan por la desconexión automática del circuito o
equipo con falla.
Seguridad. Muchos de los peligros del
personal y los equipos se producen porque la puesta a tierra de los equipos o
estructuras metálicas es pobre o no existe. Sin importar si el sistema es
aterrizado o no, las consideraciones de seguridad exigen que los equipos y
estructuras se aterricen. Pueden aparecer otros peligros de golpes eléctricos o
fuego en sistemas aterrizados o aislados, a causa de aterrizaje inadecuado de
los equipos. Las fallas accidentales a tierra son inevitables. Los pasos de
corriente a tierra por fallas en el aislamiento entre las bobinas y la carcaza
o estructura de los motores se pueden dar por la grasa u otros materiales que
se pueden encender con las chispas o con calentamientos localizados.
Peligros de voltajes anormales. Los
sobrevoltajes posibles en los sistemas aislados pueden causar más frecuencias
de fallas del equipo, que si el sistema se aterrizara. En muchos casos, se
producen fallas n más de un equipo al mismo tiempo. Estas fallas múltiples no
se producen, necesariamente, en el mismo alimentador o circuito derivado, sino
que pueden involucrar equipos en varios alimentadores diferentes.
Sobrevoltajes de los sistemas de
potencia. Algunas de las fuentes de sobrevoltaje más comunes en sistemas de
potencia son las siguientes:
Descargas eléctricas (lightning)
Pulsos de conexión y desconexión
(switching sources)
Cargas estáticas
Contacto con sistemas de alto voltaje
(HV® LV)
Fallas de línea a tierra
Condiciones resonantes
Fallas a tierra con reencendido
Descargas eléctricas. Muchos sistemas
industriales tienen protección de escudo contra las descargas eléctricas
directas. Muchos circuitos son subterráneos en ductos o en conductos metálicos
o canaletas. Hasta los circuitos aéreos se protegen con las estructuras
metálicas adyacentes o con los edificios. Los pararrayos en la entrada de servicio
limitan los pulsos de voltaje hacia la planta, que resultan de las descargas en
las líneas de servicio expuestas. Este pulso es capaz de dañar los equipos
conectados en secundario, a menos que tengan equipos de protección contra
impulsos.
Pulsos de conexión y desconexión
(switcheo). Estas operaciones, normales en el sistema, pueden causar
sobrevoltajes. Generalmente son menores que tres veces el voltaje normal y de
duración corta. El sobrevoltaje que se desarrolla resulta de la oscilación
transitoria entre la capacitancia y la inductancia del circuito, la energía en
el momento de al interrupción está almacenada en la capacitancia del circuito.
Estática. La creación de sobrevoltajes
en los conductores de los sistemas de potencia, debido a las cargas estáticas
no es problema para las plantas modernas que tienen los circuitos y equipos en
montajes metálicos. La carga estática de las bandas transportadoras puede crear
voltajes que se pueden transmitir al sistema de potencia, a menos que las
estructuras de los motores se aterricen adecuadamente. Las líneas aéreas están
expuestas a sobrevoltajes estáticos, en ciertas condiciones atmosféricas. La
creación de sobrevoltajes estáticos se pueden prevenir conectando a tierra al
sistema aún en el caso de resistencia alta.
Contacto con sistemas de alto voltaje.
Sucede cuando se rompe una línea de alta tensión y toma contacto con
conductores de bajo voltaje, o cuando falla el aislamiento entre las bobinas de
alta y baja tensión. Si el sistema se aterriza efectivamente, aunque se
producen cantidades grandes de corriente de falla, el neutro del sistema
permanecerá muy cerca del potencial de tierra y los sobrevoltajes a tierra, en
el lado de bajo voltaje, se reducen considerablemente.
Fallas de línea a tierra. La causa más
común de sobrevoltaje sostenidos en los sistemas aislados es que una fase del
sistema se aterrice. En este caso el aislamiento de las otras dos fases se
someten a un 73% más de lo normal. El sistema aterrizado sólidamente no permite
este sobrevoltaje. Aún que no es suficiente para que no se provoque la falla
del aislamiento, la repetición de estas condiciones acorta su vida útil.
Condiciones resonantes. Los sistemas
aislados están expuestos a los voltajes resonantes. Como la capacitancia de
fase a tierra de los sistemas grandes es alta, se puede dar la condición
aproximada de circuito resonante durante una falla de línea a tierra, con
alguna inductancia, como una bobina dañada de un arrancador de motor. El
voltaje a tierra de las líneas no falladas puede ser considerablemente mayor
que el voltaje de línea a línea. Los sobrevoltajes debidos a resonancia se
encuentran en circuitos pequeños y en los que se usan circuitos sintonizados
inductancia-capacitancia como es el caso de los equipos de soldadura.
Fallas a tierra con reencendido. Las
experiencias de campo y de los estudios teóricos demuestran que los arcos, los
reencendidos y las fallas vibrantes a tierra en los sistemas aislados y bajo
ciertas condiciones producen pulsos de voltaje de hasta seis veces el normal.
La condición necesaria para que se produzca estos sobrevoltajes es que la
resistencia dieléctrica de la trayectoria del arco crezca a mayor velocidad,
después de cada extinción del arco, que la que tubo en la extinción anterior.
Este fenómeno es más común en el aire entre los contactos estacionarios porque
esta trayectoria, para el arco no es capaz de desarrollar suficiente
recuperación de la capacidad dieléctrica. También ocurre en áreas cerradas
donde la presión del gas se incrementa después de cada período de conducción.
Costos. La diferencia de costos entre
sistemas con el neutro aterrizado o aislado varía dependiendo del método de
aterrizaje, del grado de protección que se desea y si el sistema que se va a
aterrizar es nuevo o ya existe. La decisión para convertir un sistema aislado
en aterrizado depende de la decisión de limitar los sobrevoltajes transitorios.
Los sistemas antiguos tienen degradados los aislamientos, por la edad, las
condiciones atmosféricas y los sobrevoltajes que han sufrido; por lo tanto
están más expuestos a fallas y en el costo para convertirlos en aterrizados
puede ser mucho menor que el costo de reparar cables, motores o transformadores
si no se hace el cambio.
Tendencias en la aplicación de sistemas
aterrizados. Las razones básicas para aterrizar los sistemas son:
Limitar la diferencia de potencial
eléctrico entre todos los objetos conductores aislados.
Separar los equipos y circuitos que
fallan, cuando se produce la misma
Limitar los sobrevoltajes que aparecen
en el sistema en diferentes condiciones.
Selección De Los Puntos De Toma De
Tierra Del Sistema
Tierra en cada nivel de voltaje. Los
transformadores delta-estrella o estrella-delta bloquean efectivamente, el
flujo de corriente de secuencia cero entre sistemas. Por lo tanto, debemos
aterrizar en cada nivel de voltaje, para aprovechar las ventajas del aterrizaje
del neutro en todas las partes de los sistemas. Cada nivel de voltaje se puede
aterrizar en: el neutro del generador, el neutro del banco de transformadores
de potencia o el neutro del transformador de tierra. Cualquier generador o
transformador que se use para aterrizar, debe permanecer conectado al sistema,
siempre. Se deben aterrizar varios generadores o transformadores, para
garantizar que siempre se tenga, por lo menos, una conexión a tierra del
sistema.
Otras desventajas de aterrizar en las
cargas son:
Las subestaciones unitarias estándar de
bajo voltaje tienen el primario en delta, entonces hay que agregar
transformadores para aterrizar
Como la corriente de falla depende del
número de alimentadores o puntos de aterrizaje en operación, tendremos muchas
variaciones que dependerán de las condiciones de operación del sistema. Esto
dificulta el relevo selectivo y puede demandar relés direccionales de tierra
adicionales para evitar disparos falsos de alimentadores sin problemas.
Los embobinados de muchos motores no se
diseñaron para soportar las fuerzas desbalanceadas asociadas con las fallas a
tierra.
Aterrizaje en la fuente de potencia y
no en la carga. No se recomienda que el sistema se aterrice en el neutro del
lado de la carga de los transformadores estrella-delta o de los motores
conectados en estrella. La principal desventaja es que para garantizar de que
el sistema permanece aterrizado, cuando una o más cargas salen de servicio, se
deben aterrizar varias de esas cargas, sino todas.
Aterrizar cada una de las barras
alimentadoras más grandes. Si hay dos o más barras alimentadoras, cada una
debería tener, por lo menos, un punto del neutro aterrizado. Esto es porque se puede
interrumpir el circuito de interconexión. Si hay dos o más fuentes de potencia
por barra, se debe prever el aterrizaje de dos fuentes en cada barra, por lo
menos.
Disposición del circuito neutro.
Después de seleccionar el método de aterrizaje y punto de conexión a tierra, el
siguiente paso es determinar: ¿Cuántos puntos de generador o transformador se
aterrizaran? Y además, ¿Se conectará cada neutro independientemente a tierra? o
¿Se establecerá una sola barra neutro con una sola conexión a tierra?
Fuente de potencia sencilla. Se puede
conectar el neutro de la fuente directamente a tierra o a través de impedancia
en el neutro. No se necesita interruptor o "circuit breaker" para
abrir el circuito del neutro. Tampoco interesa que el neutro se mantenga aislado
cuando se le da servicio al generador o el transformador. De todas maneras, el
equipo de interrupción del neutro incrementaría, excesivamente, el costo del
aterrizaje.
Varias fuentes de potencia. Cuando hay
dos o tres generadores o transformadores de potencia, se usan impedancias
individuales en el neutro. Cada neutro de cada fuente se conecta directamente a
su impedancia, sin que intervenga algún equipo de conexión o desconexión. Por
seguridad para el personal, es mejor usar "circuit breakers" en instalaciones
interiores. Si se usan interruptores de desconexión, como los que se ocupan en
instalaciones exteriores, se deben instalar en alto o encerrados en cajas
metálicas y con enganche para prevenir que no lo operen, excepto cuando los
primarios, los secundarios, los generadores y sus circuitos de campo se
encuentren desconectados.
2. Unidad II: equipo de puesta a tierra
Generalidades: El equipo de puesta a
tierra, en contraste con los sistemas de puesta a tierra, se refiere a la forma
en que los materiales conductivos, no eléctricos, que encierran a los
conductores adyacentes a ellos, se interconectan y se aterrizan.
Los objetivos básicos que se buscan son
los siguientes:
Asegurar que las personas en el lugar
estén libres de riesgos de choques eléctricos de voltaje peligrosos.
Suministrar capacidad de conducción de
corriente, tanto en magnitud como en duración adecuada para aceptar la
corriente de falla a tierra que permite el sistema de protección de sobre
corriente sin provocar fuego o explosiones.
Contribuir al excelente funcionamiento
y óptimo del sistema eléctrico
Las estadísticas de accidentes en la
industria eléctrica presentan evidencias claras de que muchos de los daños
personales los provocan los choques eléctricos, como resultado de contacto con
los elementos metálicos, que normalmente no están energizados y que se esperan
que permanezcan "no energizados". Estos daños se podrían eliminar
usando un equipo efectivo de puesta a tierra.
Cuando hay contacto "no
intencional" entre un conductor eléctrico sin energía y la armazón o
estructura metálica que lo encierra (o que está adyacente), la armazón o
estructura tiende a energizarse al mismo nivel del voltaje que existiera en el
conductor energizado.
Para oponerse a esta tendencia y para
evitar la exposición accidental a un choque peligroso de voltaje, el conductor
de puesta a tierra del equipo debe ofrecer una trayectoria de impedancia baja,
desde la armazón hasta la referencia de potencia cero en la unión en al entrada
de la fuente o de servicio.
La impedancia del conductor de puesta a
tierra debe ser suficientemente baja como para aceptar la magnitud total de la
corriente de falla a tierra, sin provocar una caída de voltaje IZ peligrosa.
Está cloro que el factor determinante para las características del conductor,
será el valor de la corriente de falla del sistema de suministro.
Además de buscar que el peligro de
exposición al choque eléctrico por voltaje sea bajo, el conductor de puesta a
tierra debe funcionar conduciendo la corriente total de la falla a tierra (en
magnitud y duración) sin elevar excesivamente la temperatura o sin causar la
expulsión de chispas o arcos que puedan iniciar un incendio o una explosión.
El resumen de los reclamos a las
compañías aseguradoras indica que uno de cada siete incendios en
establecimientos industriales, tiene su origen en el sistema eléctrico.
Aunque, también es cierto, que estos
informes contienen algunas responsabilidades injustificadas en la categoría de
alambrado defectuoso, la mayoría de incendios se produce por dificultades en la
operación del sistema eléctrico. Sin embargo, se pueden reducir los riesgos de
incendio, con el desarrollo y la adopción de métodos más efectivos en el equipo
de puesta a tierra de los sistemas.
Conexión a tierra.
En la literatura técnica se manejan dos
términos: "ground" (tierra o masa) y "earth" (tierra o
planeta) que se parecen mucho, pero que realmente no son lo mismo.
El sistema eléctrico de un avión en
vuelo tendrá una barra de tierra, conductor de puesta a tierra, etc., obviamente
aquí no funciona el planeta tierra. Para un electricista que trabaja en un
décimo piso de un edificio, su referencia de tierra es la estructura del
edificio. Si el trabajador se traslada al primer piso, donde el concreto
descansa sobre el suelo, o al suelo de una subestación abierta, su referencia
apropiada de tierra es el planeta para evitar peligrosos choques de voltaje.
En realidad el planeta tierra en un
conductor eléctrico pobre o malo, cuya resistividad es unas mil millones de
veces más grande que la del cobre. Una varilla de 8 pies (2.44 m) y ¾ de
pulgada (19.05 mm) de diámetro, enterrada en tierra puede representar una
conexión a tierra de 25 ohmios.
Esta resistencia se forma por la
combinación en serie de cilindros concéntricos de tierra y del mismo espesor.
El cilindro interior es el que tiene mayor resistencia, por lo tanto es más
importante. La mitad de los 25 ohmios estarán en un cilindro de 1 pie (0.3 m)
de diámetro. Por la misma razón, la mitad de la caída de voltaje que resulte de
la inyección de corriente en este electrodo de tierra podría aparecer entre los
primeros 0.5 pies (0.15 m) de la superficie de la tierra radialmente desde el
electrodo.
Si la corriente es de 1,000 amperios,
el electrodo subirá su voltaje, con respecto al potencial de tierra hasta:
(1,000)(25)=25,000 voltios
La mitad de este voltaje (12,500
voltios), aparecería como caída de voltaje entre el electrodo y la tierra
colocada a sólo 0.5 pies (0.15 m) desde el electrodo.
Si una persona se para 0.5 pies (0.15
m) y toca el electrodo, recibirá este potencial.
ES = potencial de la superficie de la
tierra
d = distancia radial desde la barra
Figura 1. Potencial de la superficie de
tierra alrededor de una barra de tierra cuando fluye corriente.
La seguridad se mejora colocando grava
con buen drenaje en el piso. En los interruptores de operación manual se
colocan rejillas metálicas conectadas a la estructura metálica del interruptor
para asegurar que las manos del operador y sus pies estén al mismo potencial.
Aparatos terminales:
La función de aterrizar los equipos, en
los aparatos terminales, es solo para conectar las partes metálicas, no
eléctricas, de las cajas en que se encuentran en los aparatos terminales o que
se encuentren adyacentes a cables con energía, con el conductor de aterrizaje.
Patrones típicos de conductores de la
fuente de circuitos de potencia para uso en aparatos con énfasis en la
distribución entre conductores de aterrizaje y aterrizados
Conexiones ideales para equipo
electrónico delicado
3. Unidad III: Aterrizaje de protección
contra cargas estáticas y rayos
Aterrizaje de cargas estáticas
La acumulación de cargas estáticas en
el equipo o materiales que se están procesando y sobre el personal de operación
produce un potencial serio en los lugares en los que se encuentran líquidos o
gases inflamables, fibras o desperdicios.
El principal objetivo del control de
las cargas estáticas es la protección de la vida humana. El peligro a la vida
no es sólo por los incendios o explosiones, sino también, por los choques eléctricos.
La electricidad estática se genera
cuando se generan los electrones, al poner en contacto dos materiales
diferentes y luego separarlos. Lo que ocurre es que los electrones de un
material atraviesan la barrera de separación y los protones, en igual número,
permanecen en el cuerpo. Cuando los cuerpos se separan, los electrones producen
cargas estáticas sobre los objetos separados, que se manifiestan como un
incremento en el potencial eléctrico entre las dos superficies.
La generación de electricidad estática
no se puede prevenir, pero se puede mitigar y controlar dando medios para
juntar las cargas que se separan, tan rápidamente como se producen y antes de
alcanzar los niveles de chispeo. Los métodos que se usan son:
Aterrizaje y conexión. Muchos problemas
de estática se pueden resolver uniendo las diferentes partes del equipo y
aterrizando el sistema completo. La unión entre dos o más objetos conductores
reduce la diferencia de potencial entre los objetos conductores para prevenir
la chispa entre los dos cuerpos.
Control de humedad. Muchos materiales
aislantes como: cuero, madera, papel o concreto, contienen cierta cantidad de
humedad en equilibrio con el aire que les rodea. Esta humedad o humedad
relativa controla la conductividad de la superficie de estos materiales
aislantes. A mayor humedad, mayos conductividad. Cuando la humedad relativa es
de 30% o menos, los mismos materiales se secan y se convierten en buenos
aisladores; se comienzan a notar las manifestaciones estáticas y se pueden
generar chispas estáticas. Sin embargo, se cree que cuando la humedad relativa
se mantiene entre el 60% – 70% a temperatura interior ordinaria, las
acumulaciones estáticas no alcanzan proporciones peligrosas.
Ionización. En el proceso de
ionización, las moléculas de aire están sobre-tensionadas, los electrones se
separan de sus moléculas. Los electrones son negativos y las moléculas quedan
con cargas positivas. Cuando un cuerpo cargado se pone en contacto con aire
ionizado, la carga estática se disipa. La carga se lleva a tierra, a través del
aire ionizado, o bien, el cuerpo cargado atrae suficientes iones cargados
positiva o negativamente, desde el aire, hasta que se neutraliza.
Pisos conductivos. Cuando se tienen
condiciones extremadamente peligrosas, como en la fabricación de explosivos o
con vapores inflamables enriquecidos con oxígeno o mezclas de gases
susceptibles de ignición estática, se deben colocar pisos conductivos o
cubiertas conductivas para prevenir la acumulación de carga estática,
aterrizando al personal y a los objetos conductivos, porque el cuerpo humano
puede acumular carga estática peligrosa en ambientes secos.
Calzado y rodos conductivos. Se usan en
combinación con el piso conductivo. El equipo móvil debe tomar contacto
directamente con el piso o a través de los rodos conductivos de hule. Se debe
verificar su resistencia siempre, antes de entrar a las áreas de trabajo.
Precauciones especiales. Además de los
pisos y calzado conductivos, se pueden considerar otros controles como: usar
ropa que produzcan estática baja, establecer procedimientos rígidos de
operación, uso de tapetes conductivos de hule en lugares donde no hay piso
conductivo.
Aterrizaje para protección contra
rayos.
El rayo es la descarga de celdas de
potencial alto (generalmente negativas), entre nubes y la tierra. Estas celdas
cargadas en las nubes atraen cargas opuestas sobre la superficie de la tierra,
directamente debajo de ellas.
Cuando la carga de la celda alcanza un
nivel crítico (cuando se rompe el aislamiento entre la nube y la tierra), se
establece una trayectoria ionizada escalonada, frecuentemente a tierra,
produciendo una corriente elevada de descarga (de golpe), que neutraliza
momentáneamente las cargas de las nubes y tierra.
La corriente aumenta desde cero hasta
un máximo, en un tiempo de 1 a 10 microsegundos, luego declina a la mitad del
valor pico en un tiempo de 20 a 1,000 microsegundos.
Esta descarga se puede repetir una o
varias veces, sobre la misma trayectoria, en sucesión rápida, como resultado de
la recarga de la celda original, debido a descargas internas que proceden de
celdas vecinas.
El promedio de la corriente pico de
golpe es cerca de 20,000 amperios, aunque en algunos casos se han detectado
corrientes de hasta 270,000 amperios.
El punto en que se producen las descargas,
generalmente es un punto elevado, como: un árbol, un edificio, una línea de
transmisión y sus torres o alguna estructura elevada similar.
El retorno a tierra de esas cargas se
conoce como descargas inducidas y puede alcanzar varios cientos de amperios,
puede dañar algunos materiales sensibles, como los inflamables o explosivos.
Es necesario atender un grupo de
factores para definir si se necesita protección contra descargas eléctricas,
estos son:
Peligros al personal
Posibles pérdidas de producción,
incluyendo pérdidas indirectas y secundarias
Posibles daños y costos de reparación
Efecto de los castigos de las compañías
aseguradoras
Valor y naturaleza de la estructura y
sus partes
Frecuencia de los truenos y los rayos
(mapa isoceráunico)
Número y severidad de los rayos por
tormenta, en promedio
Costo de la protección
El orden de estos factores está,
aproximadamente, en el orden de importancia, aunque en algunos casos este orden
puede cambiar.
¿Cómo y por qué se producen rayos?
Cuando llueve sobre la superficie
terrestre, se produce evaporación natural (causada por el fenómeno de la
convección), llevando hacia arriba gotas de agua, es decir, H2O. Mientras
tanto, a una altura de 2,5 a 3 kilómetros donde la temperatura es de 15 a 20
grados centígrados bajo cero, se producen partículas de hielo que caen por
gravedad y que chocan con las gotas de agua que suben por la evaporación. Estas
fricciones y colisiones producen separación de cargas eléctricas (disociación),
y se genera un campo eléctrico, es decir, fuerzas que se ejercen entre cargas,
hasta que llega el momento en que se dan transferencias de cargas, conocidas
como rayos.
Se puede definir el rayo como una
transferencia de carga entre la nube y la tierra y entre la tierra y la nube,
que también se puede dar dentro de una nube, o entre nubes, o de la nube hacia
la ionosfera, fenómeno este último descubierto hace menos de diez años por la
NASA. Esto quiere decir que al mismo tiempo que un rayo comienza a bajar, hay
otro rayo que comienza a subir desde la nube, el cual es conocido como
"chorro azul" por su color. Se calcula que estos rayos suben de 80 a
90 kilómetros, con un diámetro superior a 10 kilómetros, y cuando están arriba,
se dispersan como una fuente, tomando el color rojo, por lo que se conocen con
el nombre de "dispersión roja".
Lo que hoy se conoce científicamente
como rayo nube-tierra tierra-nube se debe a que cuando el rayo que baja de la
nube está muy cerca de llegar a la tierra (a unos cien metros), se produce un
rayo de la tierra hacia la nube, tal como sucede al frotar una peinilla y
acercarla a unos pedazos de papel que suben hacia la peinilla antes de que ésta
llegue a ellos. Los investigadores advierten que una persona puede producir
rayos hacia arriba si está muy cerca de un rayo que baja. En el encuentro entre
el rayo que baja hacia la tierra y el que sube desde la tierra se produce un
choque térmico, causado por un fenómeno de plasma, es decir, una alta
temperatura (que puede llegar a 30.000 grados centígrados) durante la cual se ioniza
complemente el aire.
Además de los rayos nube-tierra y
tierra-nube, cuando el rayo comienza a bajar de la nube hacia la tierra,
simultáneamente otro rayo sube de la nube hacia la ionosfera (chorro azul y
luego dispersión roja), lo que muestra qué pocos sabemos de los rayos, ya que
simplemente observamos un relámpago y escuchamos un trueno, y creemos que sólo
eso sucede.
Hoy el rayo, dada su complejidad, se
puede medir con 20 parámetros aproximadamente. Algunos de estos parámetros son:
número de días tormentosos año, densidad de rayos a tierra, magnitud de la
corriente, forma de onda, polaridad, multiplicidad, corriente de retorno,
impedancia del canal, y otros.
Reglas de seguridad en caso de
tormentas eléctricas.
Los rayos matan anualmente en Estados Unidos
a aproximadamente unas mil personas y lastiman a miles de personas más. El
hecho de conocer los procedimientos a seguir en caso de tormenta eléctrica
puede salvar vidas.
Los rayos tienden a seguir la ruta de
menor resistencia hacia tierra y con frecuencia esta trayectoria se encuentra
en objetos altos o metálicos. En determinados casos un objeto "alto"
podría ser un edificio, una torre, una casa o un niño sentado en una cancha de
fútbol. Así que se previene: "Los rayos pueden golpear, y de hecho lo harán,
a cualquier objeto que se encuentre en su trayectoria".
Se deben tomar algunas precauciones
durante las tormentas eléctricas ya sea que se encuentra a la intemperie o no.
El Instituto de Protección Contra Rayos
(The Lightning Protection Institute) sugiere seguir una serie de procedimientos
básicos para asegurar la máxima protección de las personas.
Bajo techo.
Manténgase alejado de las ventanas,
puertas y aparatos eléctricos
Desconecte siempre los aparatos
eléctricos antes de una tormenta eléctrica. Nunca lo haga durante
Evite el contacto con tuberías de agua
incluyendo drenajes, regaderas y grifos
No utilice el teléfono, excepto en
emergencias
A la intemperie.
Refúgiese dentro de un auto con capota
Nunca utilice un árbol como refugio
Evite áreas elevadas
Manténgase alejado de objetos metálicos
incluyendo bicicletas, maquinarias o cercas.
Evite permanecer cerca de objetos
altos.
Aléjese inmediatamente de piscinas,
lagos o cualquier otro cuerpo que contenga agua.
Sepárese de las aglomeraciones de
personas
Si llega a sentir alguna sensación de
electricidad o se le paran los cabellos, es bastante probable que un rayo esté
a punto de caer. Agáchese con los pies juntos inmediatamente y tápese los
oídos. Nunca se acueste o ponga las manos en el suelo}
Las personas que sufran una descarga
eléctrica deben recibir respiración cardio – bascular, y buscar atención
médica.
Punto Común De Aterrizaje
Al elaborar diferentes sistemas
independientes de toma de tierra, se forma una resistencia interna entre los
diferentes sistemas, durante una falla a tierra del sistema de potencia o, en
el peor de los casos, durante una descarga atmosférica se registran corrientes
de gran intensidad en las vecindades del polo de puesta a tierra. A estas
corrientes se les denomina corrientes extraviadas (Stray Currents).
Corrientes Extraviadas
Al encontrarse presentes las diferentes
resistencias de los sistemas de puesta a tierra se crean diferencias de voltaje
llegando a ser, muchas veces, superior al voltaje de alimentación,
repercutiendo así en la destrucción de los equipos sensibles electrónicos.
Para evitar esta situación, se sugiere,
unir todos los puntos de todos los sistemas aterrizados formando un solo punto
(o rama) de aterrizaje (single point to ground), teniendo en cuenta el evitar
curvaturas cerradas en el cable de aterrizaje del sistema del pararrayos.
Single Point to
Ground. Ra=Rb=Rc=Rd=0
Prácticas de protección directa.
Fundamentalmente, la protección directa
contra rayos (sistemas de protección contra rayos) consiste en terminales de
aire o elementos desviadores que se colocan en la parte superior de la
estructura que se quiere proteger y conectados a conductores de bajada
adecuados, hasta unos electrodos de aterrizaje (al planeta).
El principio fundamental es que los
conductores de bajada no deben tener partes con resistencia o reactancia
elevadas y deben ofrecer la impedancia más baja posible a tierra.
No debe tener curvas pronunciadas o
lazos para prevenir la reactancia del conductor. La estructura metálica se debe
aterrizar para evitar la posibilidad de perforación que puede producir el golpe
de la descarga.
Los terminales de aire que se agregan a
las estructuras son barras sólidas puntiagudas o tubos de, por lo menos, 10
pulgadas (0.25 m) de longitud hasta unos 20 pies (6.1 m).
Cuando las estructuras se interponen
entre tierra y las celdas, estas igualmente son cargadas. Estas estructuras
reducen una porción del espacio de aire, y pueden detonar un rayo porque la
estructura reduce una porción significante del espacio intermedio.
La neutralización de la carga (la
"descarga") es causada por el flujo de electrones de un cuerpo a otro
hasta que no haya diferencia de potencial entre los dos cuerpos. El efecto
sería similar al que obtenemos al unir las dos terminales de una batería.
Neutralización de la carga (descarga)
Sistemas De Prevención
Sistemas de Arreglo de Disipación
El relámpago es el proceso de
neutralización del potencial entre la nube base y la tierra.
Algún sistema de prevención de la
descarga, podría facilitar ese proceso en una forma lenta y permanente. El
sistema de arreglo de disipación ha sido diseñado para prevenir las descargas
de los rayos para proteger, tanto un área determinada como para protegerse él
mismo. El componente principal del arreglo es el ionizador y el electrodo
químico de aterrizaje
Sistema de Arreglo de Disipación
Para prevenir la descarga en un área
dada, el sistema debe ser capaz de reducir el potencial entre el sitio y la
nube celda, así este potencial no sería lo suficientemente alto como para
provocar una descarga dentro del área. Es decir, el sistema debe drenar las
cargas inducidas a niveles en los cuales la descarga no se realizará.
Supresores de fuentes de voltajes
transitorios
Las anomalías en el voltaje de las
líneas de alimentación son la causa más grande de destrucción de equipo
electrónico día a día. Estas anomalías pueden ser prevenidas o disminuidas en
la subestación eléctrica, en las líneas de distribución, a la entrada de las
instalaciones o en las líneas internas de alimentación. Un sistema de
protección debe prevenir tanto perdidas instantáneas como fallas catastróficas,
y proteger la confiabilidad del sistema.
4. Unidad IV: Medición de la
resistencia a tierra
Los ohmiómetros ordinarios no tienen
suficiente voltaje y no distinguen la resistencia del aterrizaje de la
resistencia de los electrodos que se ocupan para efectuar la medición.
La precisión en la medición es difícil
y generalmente no se exige. Se acepta una exactitud de ± 25%, a consecuencia de
la gran cantidad de variables que intervienen.
Es conveniente que cuando se hace la
medición de la resistencia de un sistema completo, se deje transcurrir cierto
tiempo para que la tierra alrededor de los electrodos se consolide. Esto no se
necesita para los electrodos de prueba auxiliares porque su resistencia se
descuenta durante la prueba.
Se deben efectuar pruebas periódicas
para verificar si la resistencia permanece constante o aumenta. Si esta aumenta
a valores muy altos, se debe pensar en instalar electrodos adicionales, incrementar
el contenido de humedad o darle tratamiento químico.
Medidor De Resistencia De Tierra
Digital
Existen dos tipos de medidas de
resistencia de tierra; el método de dos y cuatro puntos. El método de los dos
puntos consiste en medir una simple resistencia entre los dos puntos. Para la
mayoría de las aplicaciones, el método más exacto en es de los cuatro puntos,
como su nombre lo indica, requiere la inserción de cuatro electrodos de tierra
en línea y a igual distancia dentro del área de prueba. Una corriente conocida
generada, desde un transformador de corriente, es pasada entre los dos
electrodos de salida. La caída de potencial (que es función de la resistencia)
es entonces medida a través de los dos electrodos de entrada, la lectura se
obtiene directamente en ohmios.
Medidor de Tierra Digital
El Código Eléctrico Nacional (NEC)
establece que la resistencia a tierra no debe exceder los 25 ohmios. Este
límite superior es una directiva, pero para muchas instalaciones los valores de
resistencia requeridos pueden ser mucho menores.
Tenaza Medidora De Resistencia A Tierra
Este método de medida es innovador.
Ofrece la capacidad de medir la resistencia sin necesidad de desconectar el
sistema de tierra. Este tipo de mediciones ofrece también la ventaja de incluir
las conexiones de resistencia global de aterrizamiento.
Principio de operación. Usualmente, una
línea de distribución de un sistema aterrizado puede ser representada como el
diagrama de la figura 9 o un circuito equivalente mostrado en la figura 10. Si
el voltaje E es aplicado a algún electrodo de tierra Rx, a través de un
transformador especial, la corriente que fluye a través del circuito, por esa
razón se establece la siguiente ecuación.
donde, usualmente
Por consiguiente, se establece que E/I
= Rx. Si I se determina manteniendo E como una constante, se puede obtener la
resistencia medida de los electrodos enterrados. La corriente inducida es
alimentada a un transformador especial a través de un amplificador de potencia
desde un oscilador de voltaje constante a 1.7 KHz. Esta corriente es detectada
y amplificada por un filtro amplificador. Esto ocurre antes de la conversión
analógica / digital y después de la rectificación de la sincronía. Entonces la
lectura es mostrada en la pantalla de cristal líquido
5. Unidad V: Aterrizaje De Equipo
Electrónico Sensible
El aterrizaje del equipo electrónico
sensible, tales como computadoras, controladores lógicos programables, plantas
de proceso, sistemas de control distribuido y equipo electrónico similar es uno
de los aspectos más importantes para lograr una operación aceptable y útil.
Se ha aprendido mucho, no en como
prevenir estas fuentes de interferencias, sino que en prevenir que entren en
los sistemas de los equipos electrónicos sensibles. Con los medios disponibles
en la actualidad, se puede eliminar el funcionamiento anormal y peligro de los
voltajes transferidos a tierra.
Definiciones
Computadora. Se refiere, en sentido
genérico, a todos los equipos electrónicos sensibles
Electrodo. Al contrario de la noción
popular, la sección 250-81 del NEC establece la disposición de los elementos
siguientes, se deben usar en ese orden y luego se deben unir entre ellos.
Tubería metálica subterránea de agua
Estructura metálica del edificio, que
esté aterrizada efectivamente
Electrodo empotrado en concreto
Anillo de aterrizaje
La sección 250-83 establece que si la
lista anterior no es accesible, entonces, y sólo entonces, se puede usar
cualquiera de los siguientes:
Otros sistemas o estructuras
subterráneas metálicas locales
Electrodos de varillas o tubos
Electrodos de placa
Neutro. El punto donde el potencial es
igual, en amplitud, desde cualquier otro conductor. El término neutro también
se refiere al "conductor identificado" del NEC.
Tierra Ruidosa. Una tierra ruidosa es una
conexión eléctrica a un punto de tierra que produce o inyecta voltajes espurios
en el sistema del computador a través de la conexión a tierra.
Tierra Quieta. Este término se usa en
muchas instalaciones de computadoras y manuales de instrucción, artículos y
otros documentos. El IEEE Std 100-1998 (ANSI) define "tierra quieta"
en términos de instalaciones de cuidados de salud. Es un "sistema de
conductores de aterrizaje, aislados de las partes de aterrizaje convencional de
los sistemas de potencia, que interconectan los puntos de tierra de los
aparatos eléctricos con el propósito de dar inmunidad al ruido
electromagnético".
Referencia Cero. Generalmente se
entiende que es tierra (masa) o el planeta Tierra. Desgraciadamente, tierra
puede estar a potencial distinto de cero.
El NEC reconoce que los equipos
sensibles, tales como: cajas registradoras, computadores, impresoras, etc. se
pueden afectar adversamente con las corrientes que fluyen en los conductores
comunes de aterrizaje de los equipos, como conduit, conductor o barra verde,
aceros de edificios, etc.
Para reducir tales problemas, el NEC en
la sección 250-74, excepción No. 4, permite que se lleve un conductor de
aterrizaje aislado del receptáculo hasta el punto de aterrizaje del servicio de
potencia eléctrica o al terminal aterrizado del sistema derivado separado para
servicios de los receptáculos, este conductor se debe llevar en el ducto,
canaleta o conduit, con los conductores que sirven la carga del receptáculo.
Instalación ideal según NEC sección 250-74,
excepción 4
Instalación alternativa
Generalmente es un conductor verde con
una banda amarilla. Este conductor no se debe conectar en cualquier barra de
aterrizaje o punto común entre la carga del receptáculo y el lugar de
aterrizaje básico.
2.3.4 ALIMENTACION DE CORRIENTE ADECUADA
Componentes de una fuente de alimentación:
La función de una fuente de alimentación es convertir la tensión alterna en una tensión continua y lo mas estable posible, para ello se usan los siguientes componentes: 1.- Transformador de entrada; 2.- Rectificador a diodos; 3.- Filtro para el rizado; 4.- Regulador (o estabilizador) lineal. este último no es imprescindible.
Transformador de entrada:
El trasformador de entrada reduce la tensión de red (generalmente 220 o 120 V) a otra tensión mas adecuada para ser tratada. Solo es capaz de trabajar con corrientes alternas. esto quiere decir que la tensión de entrada será alterna y la de salida también.
Consta de dos arrollamientos sobre un mismo núcleo de hierro, ambos arrollamientos, primario y secundario, son completamente independientes y la energía eléctrica se transmite del primario al secundario en forma de energía magnética a través del núcleo. el esquema de un transformador simplificado es el siguiente:
La corriente que circula por el arrollamiento primario (el cual esta conectado a la red) genera una circulación de corriente magnética por el núcleo del transformador. Esta corriente magnética será mas fuerte cuantas mas espiras (vueltas) tenga el arroyamiento primario. Si acercas un imán a un transformador en funcionamiento notarás que el imán vibra, esto es debido a que la corriente magnética del núcleo es alterna, igual que la corriente por los arrollamientos del transformador.
En el arroyamiento secundario ocurre el proceso inverso, la corriente magnética que circula por el núcleo genera una tensión que será tanto mayor cuanto mayor sea el número de espiras del secundario y cuanto mayor sea la corriente magnética que circula por el núcleo (la cual depende del numero de espiras del primario).
Por lo tanto, la tensión de salida depende de la tensión de entrada y del número de espiras de primario y secundario. Como fórmula general se dice que:
V1 = V2 * (N1/N2)
Donde N1 y N2 son el número de espiras del primario y el del secundario respectivamente.
Así por ejemplo podemos tener un transformador con una relación de transformación de 220V a 12V, no podemos saber cuantas espiras tiene el primario y cuantas el secundario pero si podemos conocer su relación de espiras:
N1/N2 = V1/V2
N1/N2 = 220/12 = 18,33
Este dato es útil si queremos saber que tensión nos dará este mismo transformador si lo conectamos a 120V en lugar de 220V, la tensión V2 que dará a 120V será:
120 = V2 * 18,33
V2 = 120/18,33 = 6,5 V
Por el primario y el secundario pasan corrientes distintas, la relación de corrientes también depende de la relación de espiras pero al revés, de la siguiente forma:
I2 = I1 * (N1/N2)
Donde I1 e I2 son las corrientes de primario y secundario respectivamente. Esto nos sirve para saber que corriente tiene que soportar el fusible que pongamos a la entrada del transformador, por ejemplo, supongamos que el transformador anterior es de 0.4 Amperios. Esta corriente es la corriente máxima del secundario I2, pero nosotros queremos saber que corriente habrá en el primario (I1) para poner allí el fusible. Entonces aplicamos la fórmula:
I2 = I1 * (N1/N2)
0.4 = I1 * 18.33
I1 = 0.4 / 18.33 = 21,8 mA
Para asegurarnos de que el fusible no saltará cuando no debe se tomará un valor mayor que este, por lo menos un 30% mayor.
Como ejercicio puedes calcular la tensión que tendríamos si, con el transformador anterior, nos equivocamos y conectamos a la red el lado que no es, cualquiera mete la mano ahí... (por si acaso no pruebe a hacerlo en la realidad ya que el aislamiento del secundario de los transformadores no suelen estar preparados para tensiones tan altas)
2.3.5 PROBLEMAS DE LINEA QUE MAS AFECTAN
1. Falta total del suministro por períodos prolongados (cortes).
Causas: Tareas de reparación o mantenimiento de la compañía eléctrica, caída o rotura de cables, fusibles o disyuntores activados por sobrecargas o cortocircuitos, etc.
2. Falta total del suministro por períodos muy breves (microcortes).
Causas: Maniobras de transferencia en las centrales de distribución de energía (puede derivar en cambios importantes de la tensión luego del microcorte).
SOLUCION: Un sistema de energía ininterrumpida (UPS)
3. Baja o muy baja tensión de la
energía suministrada en forma permanente.
Causas: Por lo general debido a la caída en líneas de distribución sobrecargadas de forma continua. Baja capacidad de suministro de la compañía eléctrica.
4. Baja o muy baja tensión de la energía suministrada en forma intermitente.
Causas: Conexión de cargas de alto consumo transitorio (eje. motores), que producen una baja de tensión momentánea debido a líneas de distribución inadecuadas.
SOLUCION: Un Regulador de voltaje ó una UPS con Regulador integrado.
5. Alta o muy alta tensión de la energía suministrada en forma permanente.
Causas: Inadecuada elección de los pasos de un transformador de distribución, por lo general, para compensar la caída en una línea de gran longitud y consumo. Cargas desequilibradas que modifican la corriente en el conductor de neutro.
6. Alta o muy alta tensión de la energía suministrada en forma intermitente.
Causas: Desconexión de cargas importantes. Conductor de neutro dañado.
SOLUCION: Un Regulador de voltaje ó una UPS con Regulador integrado.
7. Sobre tensiones muy elevadas y de muy corta duración (picos transitorios).
Causas: Suelen ser consecuencia de descargas atmosféricas en la línea, así como por el encendido o apagado de cargas como motores, transformadores, etc.
SOLUCION: Un regulador de voltaje que posea limitadores de picos transitorios, una UPS con igual tipo de protección de entrada, ó un transformador de aislamiento con protectores y filtros.
8. Componentes de baja, media ó alta
frecuencia (ruidos eléctricos).
Causas: Transmisores, equipos de soldadura eléctrica, arcos eléctricos por conexiones ó contactos defectuosos, controles industriales de potencia, dimmers (reguladores de luz), etc.
SOLUCION: Un regulador de voltaje ó UPS con filtros de baja, media y alta frecuencia incorporados, ó un transformador de aislamiento con pantalla electrostática y filtros tipo RC.
9. Caídas muy abruptas y breves de la
tensión de suministro.
Causas: Inclusión de cargas muy grandes o cortocircuitos en la línea (pueden ser seguidas por oscilaciones en la tensión de la línea).
SOLUCION: Un Regulador de voltaje ó una UPS con Regulador integrado.
10. Deformación de la forma de onda de
la energía utilizada (distorsión).
Causas: Cargas muy alineales, ó la utilización de un grupo electro-generador de baja calidad o subdimensionado.
SOLUCION: un Regulador de tipo ferroresonante ó una UPS tipo ON LINE doble conversión.
2.3.6 PREVINIENDO PROBLEMAS DE LINEA
Entre las normas de desarrollo reglamentario de la ley de Prevención se
encuentran las destinadas a garantizar
la protección de los trabajadores frente al riesgo eléctrico. En virtud de lo
cual se ha publicado el R.D. 614/2001 de 8 de julio, que se aplica a las
instalaciones eléctricas de los lugares de trabajo y a las técnicas y
procedimientos para trabajar en ellos o en sus proximidades.Los accidentes eléctricos se producen por el contacto de una persona con partes activas en tensión y pueden ser de dos tipos:
- Contactos directos.
- Contactos indirectos.
2.3.7 TIPOS DE < UPS >
Hay mucha confusión en el mercado
acerca de los diferentes tipos de UPS y sus características. En este articulo
se revisa cada una, se discuten las aplicaciones prácticas, y se enumeran las
ventajas y desventajas. Con esta información, se puede tomar una buena decisión
sobre la UPS mas apropiada para cada necesidad.La variedad en tipos de UPS y sus atributos a menudo causan confusión en la industria de los centros de datos. Por ejemplo, se cree que sólo hay dos tipos de sistemas UPS, UPS standby y UPS on-line. Estos dos términos utilizados comúnmente no describen correctamente muchos de los sistemas de UPS disponibles. Muchos de los problemas acerca de los sistemas UPS se solucionan cuando los diferentes tipos de topologías de UPS están identificados debidamente.
Tipos de UPS
Las Topologias de UPS mas comunes son los siguientes:
Standby
Line
Interactive
Standby on-line
hybrid
Standby-Ferro
Double
Conversion On-Line
Delta
Conversion On-Line
La UPS Standby
La UPS Standby es el tipo más común usado para los ordenadores personales. En el diagrama de bloques se ilustra en la Figura 1, el interruptor de transferencia está configurado para elegir la entrada de CA filtrada como la fuente de energía primaria (ruta de línea continua), y cambia a la batería / inversor en caso de fallo de la fuente primaria. Cuando eso sucede, el interruptor de transferencia debe funcionar para conmutar la carga hacia el inversor fuente de batería / energía de reserva. Ese traspaso de corte eléctrico a la alimentación de la batería(llamado tiempo de conmutación) suele estar en el orden de los 5 milisegundos, lo cual resulta imperceptible para la mayoría de los equipos electrónicos hogareños. El inversor sólo se inicia cuando falla la alimentación, de ahí el nombre de “espera, Standby “.
Topologia ups standby
El UPS off-line o Standby es el más económica disponible hasta 0,5 kva, ya que está integrado por pocos componentes, y es el ideal para la protección de computadoras en el hogar.
Line Interactive
La UPS interactiva, que se ilustra en la Figura 2, es el diseño más común utilizado para la pequeña empresa, Web y servidores departamentales. En este diseño, el convertidor de energía de la batería a CA (inversor) está siempre conectado a la salida de la UPS. Siempre proporciona alimentación de CA normal para cargar la batería.
Cuando falla la potencia de entrada, el interruptor de transferencia se abre y la potencia fluye desde la batería a la salida de la UPS. Con el inversor siempre encendido y conectado a la salida, este diseño proporciona un filtrado adicional y reduce los problemas de los transitorios de conmutación cuando se compara con la topología UPS Standby.
Además, el diseño de línea interactiva suele incorporar un transformador de aislamiento. Esto añade la regulación de voltaje mediante el ajuste de la tensión por medio del transformador cuando el voltaje de entrada varía. La regulación de voltaje es una característica importante cuando existen condiciones de bajo voltaje, de lo contrario la UPS transferiría a la batería el problema y eventualmente llegara a la carga. Este uso frecuente de la batería puede causar la falla prematura de esta. Sin embargo, el inversor también puede ser diseñado de tal manera que su avería todavía permita el flujo de alimentación de la entrada de CA a la salida. Esta topología es inherentemente muy eficiente y conduce a una alta fiabilidad que al mismo tiempo, proporciona protección de energía superior.
La UPS de línea interactiva es un diseño mejorado que se utiliza comúnmente en unidades para el hogar y uso profesional, disponible en tamaños de hasta 3kVA o menos. Es superior a las UPS standby, pero todavía tiene un tiempo de transferencia, y por lo tanto no proporciona una protección tan buena como los UPS on-line, que veremos después.
Topologia UPS Line Interactive
Standby on-line hybrid
La UPS Standby on-line hybrid es la topología utilizada para muchas UPS de alrededor de 10kVA que se etiquetan “on line”. La conversión DC a DC de la batería se enciende cuando se detecta un fallo de alimentación de CA, al igual que en un SAI de Stanby. Debido a los condensadores en el combinador DC, el SAI Standby on-line hybrid no presenta ningún tiempo de transferencia durante una falla de energía AC. Este diseño es a veces equipado con un interruptor de transferencia adicional para la derivación durante una avería o la sobrecarga. La Figura 3 ilustra esta topología.
Topologia UPS Standby on-line hybrid
Standby-Ferro
La UPS tandby-Ferro una vez fue la forma dominante de UPS en el rango 3-15kVA. Este diseño depende de un transformador de saturación especial que tiene tres bobinados . El camino de alimentación primaria es de entrada de CA, a través de un interruptor de transferencia, luego través del transformador, y a la salida. En el caso de un corte de corriente, se abre el interruptor de transferencia, y el inversor recoge la carga de salida.
En el diseño Standby-Ferro, el inversor se encuentra en modo de espera y se activa cuando la potencia de entrada falla y se abre el interruptor de transferencia. El transformador tiene una “capacidad, que ofrece regulación de voltaje limitado y onda de salida” “Ferro-resonante”. El aislamiento de los transitorios de alimentación de CA proporcionadas por el transformador Ferro es tan bueno o mejor que cualquier filtro disponible. Pero el propio transformador Ferro crea mucha distorsión y transitorios de tensión de salida, que puede ser peor que una conexión de CA pobre. A pesar de que es un SAI de standby por diseño, el Standby-Ferro genera una gran cantidad de calor debido a que el transformador ferro-resonante es inherentemente ineficiente .Estos transformadores también son grandes en relación con transformadores de aislamiento regulares; de modo que las UPS Standby-Ferro son en general bastante grandes y pesadas. Las UPS Standby-Ferroson frecuentemente representados como unidades On-Line, a pesar de que tienen un interruptor de transferencia, el inversor opera en el modo de Standby. La figura 4 ilustra esta topología Standby-Ferro.
Topologia UPS Standby-Ferro
La razón principal por la cual ya no se utilizan comúnmente los sistemas Standby-Ferro es que pueden ser muy inestables cuando se opera una carga de alimentación de computación moderno. Todos los servidores y routers utilizan “Factor de Potencia corregida” fuentes de alimentación que presentan una resistencia de entrada negativoa durante algún intervalo de frecuencias; cuando se combina con la relativamente alta y resonante impedancia del transformador Ferro, esto puede dar lugar a oscilaciones espontáneas y perjudiciales.
The Double Conversion On-Line UPS
Este es el tipo más común de UPS por encima de 10 kVA. El diagrama de bloques de la doble conversión UPS en línea, que se ilustra en la Figura 5, es el mismo que el modo de espera (Standby), con la excepción de que el camino de alimentación primaria es el inversor en lugar de la fuente principal AC.
Topologia UPS The Double Conversion On-Line UPS
El desgaste de los componentes de potencia reduce la fiabilidad con respecto a otros diseños y la energía consumida por la ineficiencia de esta es una parte importante del coste del ciclo de vida del SAI. Además, la potencia de entrada del cargador de batería de gran tamaño a menudo es no lineal y puede interferir con la construcción de cableado de alimentación o causar problemas con los generadores (Plantas eléctricas). En la doble conversión de diseño en línea, el fallo de la entrada de CA no causa la activación del interruptor de transferencia, debido a que la entrada de CA no es la fuente primaria, sino que es más bien la fuente de respaldo. Por lo tanto, durante un fallo de alimentación de CA en la entrada, operara en línea la UPS lo cual tendrá como resultado poco tiempo de transferencia.
Delta Conversion On-Line
Este diseño UPS, ilustrado en la Figura 6, es una nueva tecnología introducida para eliminar los inconvenientes de la doble conversión de diseño en línea (The Double Conversion On-Line UPS) y está disponible en la gama de 5 kVA a 1 MW. Al igual que el diseño de doble conversión en línea, la conversión Delta UPS en línea siempre tiene el inversor de suministro de la tensión de carga. Sin embargo, el convertidor Delta adicional también contribuye a la potencia de salida del inversor. En condiciones de falla de CA o perturbaciones, este diseño exhibe un comportamiento idéntico al de doble conversión en línea.
Topologia UPS Delta Conversion On-Line
La doble conversión UPS en línea The
Double Conversion On-Line UPS convierte la energía a la batería y vuelve de
nuevo a convertirla mientras que el convertidor Delta Conversion On-Line mueve
componentes de la fuente de entrada a la salida sin pasar por la batería, lo
cual es mas eficiente.
TECNICAS BASICAS DE SOLDADURA APLICADA A LA ELECTRONICA
Como ya se comentó, una de las herramientas básicas de todo taller de electrónica es el soldador de componentes electrónicos. La función de la soldadura electrónica es fijar los componentes entre si o sobre placas de circuito impreso, y sobre todo, asegurar su perfecto contacto eléctrico.
3 TECNICAS BASICAS DE SOLDADURA APLICADA A LA ELECTRONICA
3.1 EL LUGAR DE TRABAJO
3.1.1 LA SOLDADURA
La Soldadura
Eléctrica, electrosoldadura o soldadura por resistencia es un proceso
termoeléctrico en el que se genera calor, mediante el paso de una corriente
eléctrica a través de las piezas, en la zona de unión de las partes que se
desea unir durante un tiempo controlado con precisión y bajo una presión
controlada. Los metales se unen sin necesidad de material de aporte, es decir,
por aplicación de presión y corriente eléctrica sobre las áreas a soldar sin
tener que añadir otro material.
En la electrosoldadura, las piezas de
metal que van a unirse son presionadas juntas por los electrodos de la máquina
soldadora de manera que hagan un buen contacto eléctrico. Entonces pasa la
corriente eléctrica a través de ellos y los calienta hasta que empiecen a
derretir en el punto donde están en contacto. El metal fundido de las dos
piezas fluye y las piezas se unen; entonces la corriente se apaga y el metal
fundido se solidifica, formando una conexión metálica sólida entre las dos piezas.
Este procedimiento se utiliza mucho en
la industria para la fabricación automática de rejillas electrosoldadas.
3.1.2 EL
SOLDADOR
Se trata de un aparato eléctrico que permite unir sólidamente dos piezas metálicas, fundiendo su material en el punto de unión, mediante alguna sustancia igual o parecida a ellas.
Cómo es
Consta de dos partes:
- El mango, es aislante y permite cogerlo sin quemarse.
- La cabeza o punta, es la zona que se calienta para permitir la soldadura.
Cuándo se utiliza
El soldador debe utilizarse siempre que sea preciso fijar componentes electrónicos de un modo estable. En electrónica se usa para realizar soldaduras con estaño, es decir blandas o que funden a menos de 200º.
Cúal elegir
- El soldador utilizado en electrónica debe ser de los denominados tipo lapicero, reciben este nombre porque para utilizarlo se coge del mismo modo que un lapicero.
- Su potencia no debe ser mayor de 40 vatios, ya que podría deteriorar los materiales a soldar, ni menor de 20 vatios, pues no se conseguirá una buena soldadura.
- El cable de conexión a red será resistente y, a ser posible, con cubierta ignífuga.
- Existen diversos tipos de puntas aptas para electrónica. La más conveniente es la punta fina o, en su defecto, la punta plana.
- Es aconsejable adquirirlo con un soporte, de modo que no pueda entrar accidentalmente en contacto con otros materiales.
Cómo funciona
El soldador actúa como una plancha, es una resistencia que se calienta con la corriente. Se requiere un cierto tiempo, normalmente unos minutos, para calentarlo y que alcance la temperatura óptima para un correcto funcionamiento (normalmente entre 200º y 300º). Los mejores modelos tienen una regulación termostática, que mantiene constante la temperatura de la punta en el valor indicado.
Tipos y formas
Los más sencillos son de forma plana (como un destornillador plano) y de cobre. Depende del trabajo a realizar se utilizan unas cabezas u otras. Las de punta fina se utilizan en soldaduras de precisión (para componentes electrónicos) y las planas para trabajos más generales.
Cómo se utiliza
Primero debe dejarse calentar, para que la cabeza alcance una temperatura adecuada. A continuación se colocan los componentes a unir lo más próximos posible. Se coge la bobina de estaño con una mano y el soldador con la mano libre (la derecha para diestros). Para comenzar la soldadura se acerca, primero el estaño y luego el soldador, a las piezas a unir. Cuando se derrita el estaño, debe apartarse el soldador y dejar que se enfríe.
Debes saber
- Se debe conectar a una instalación dotada de conexión a tierra, ya que de otro modo se corre el riesgo de provocar descargas y daños a los componentes que se sueldan.
- Sin llegar a ser una herramienta peligrosa, sí es preciso utilizarlo con precaución, puesto que alcanza altas temperaturas y puede producir quemaduras.
- Para eliminar el exceso de estaño que
tiende a formarse en la punta, hay que limpiarla con una esponja ligeramente
húmeda. Esto se debe realizar cuando el soldador está todavía caliente.
3.1.3 TECNICAS BASICAS
Definición:
En ingeniería, procedimiento por el cual dos o más piezas de metal se unen por aplicación de calor, presión, o una combinación de ambos, con o sin al aporte de otro metal, llamado metal de aportación, cuya temperatura de fusión es inferior a la de las piezas que han de soldarse.
Clasificación según proceso:
La mayor parte de procesos de soldadura se pueden separar en dos categorías: soldadura por presión, que se realiza sin la aportación de otro material mediante la aplicación de la presión suficiente y normalmente ayudada con calor, y soldadura por fusión, realizada mediante la aplicación de calor a las superficies, que se funden en la zona de contacto, con o sin aportación de otro metal.
Tipos de soldadura:
En cuanto a la utilización de metal de aportación se distingue entre soldadura ordinaria y soldadura autógena. Esta última se realiza sin añadir ningún material. La soldadura ordinaria o de aleación se lleva a cabo añadiendo un metal de aportación que se funde y adhiere a las piezas base, por lo que realmente éstas no participan por fusión en la soldadura. Se distingue también entre soldadura blanda y soldadura dura, según sea la temperatura de fusión del metal de aportación empleado; la soldadura blanda utiliza metales de aportación cuyo punto de fusión es inferior a los 450 ºC, y la dura metales con temperaturas superiores.
Historia y técnica:
Gracias al desarrollo de nuevas técnicas durante la primera mitad del siglo XX, la soldadura sustituyó al atornillado y al remachado en la construcción de muchas estructuras, como puentes, edificios y barcos. Es una técnica fundamental en la industria del motor, en la aeroespacial, en la fabricación de maquinaria y en la de cualquier producto hecho con metales.
El tipo de soldadura más adecuado para unir dos piezas de metal depende de las propiedades físicas de los metales, de la utilización a la que está destinada la pieza y de las instalaciones disponibles. Los procesos de soldadura se clasifican según las fuentes de presión y calor utilizadas.
El procedimiento de soldadura por presión original es el de soldadura de fragua, practicado durante siglos por herreros y artesanos. Los metales se calientan en un horno y se unen a golpes de martillo. Esta técnica se utiliza cada vez menos en la industria moderna.
Soldadura ordinaria o de aleación:
Método utilizado para unir metales con aleaciones metálicas que se funden a temperaturas relativamente bajas. Se suele diferenciar entre soldaduras duras y blandas, según el punto de fusión y resistencia de la aleación utilizada. Los metales de aportación de las soldaduras blandas son aleaciones de plomo y estaño y, en ocasiones, pequeñas cantidades de bismuto. En las soldaduras duras se emplean aleaciones de plata, cobre y cinc (soldadura de plata) o de cobre y cinc (latonsoldadura).
Para unir dos piezas de metal con aleación, primero hay que limpiar su superficie mecánicamente y recubrirla con una capa de fundente, por lo general resina o bórax. Esta limpieza química ayuda a que las piezas se unan con más fuerza, ya que elimina el óxido de los metales. A continuación se calientan las superficies con un soldador o soplete, y cuando alcanzan la temperatura de fusión del metal de aportación se aplica éste, que corre libremente y se endurece cuando se enfría. En el proceso llamado de resudación se aplica el metal de aportación a las piezas por separado, después se colocan juntas y se calientan. En los procesos industriales se suelen emplear hornos para calentar las piezas.
Este tipo de soldadura lo practicaban ya, hace más de 2.000 años, los fenicios y los chinos. En el siglo I d.C., Plinio habla de la soldadura con estaño como procedimiento habitual de los artesanos en la elaboración de ornamentos con metales preciosos; en el siglo XV se conoce la utilización del bórax como fundente.
Soldadura por fusión:
Agrupa muchos procedimientos de soldadura en los que tiene lugar una fusión entre los metales a unir, con o sin la aportación de un metal, por lo general sin aplicar presión y a temperaturas superiores a las que se trabaja en las soldaduras ordinarias. Hay muchos procedimientos, entre los que destacan la soldadura por gas, la soldadura por arco y la aluminotérmica. Otras más específicas son la soldadura por haz de partículas, que se realiza en el vacío mediante un haz de electrones o de iones, y la soldadura por haz luminoso, que suele emplear un rayo láser como fuente de energía.
Soldadura por gas:
La soldadura por gas o con soplete
utiliza el calor de la combustión de un gas o una mezcla gaseosa, que se aplica
a las superficies de las piezas y a la varilla de metal de aportación. Este
sistema tiene la ventaja de ser portátil ya que no necesita conectarse a la
corriente eléctrica. Según la mezcla gaseosa utilizada se distingue entre
soldadura oxiacetilénica (oxígeno/acetileno) y oxihídrica (oxígeno/hidrógeno),
entre otras.
Soldadura por arco:
Los procedimientos de soldadura por arco son los más utilizados, sobre todo para soldar acero, y requieren corriente eléctrica. Esta corriente se utiliza para crear un arco eléctrico entre uno o varios electrodos aplicados a la pieza, lo que genera el calor suficiente para fundir el metal y crear la unión.
La soldadura por arco tiene ciertas ventajas con respecto a otros métodos. Es más rápida debido a la alta concentración de calor que se genera y por lo tanto produce menos distorsión en la unión. En algunos casos se utilizan electrodos fusibles, que son los metales de aportación, en forma de varillas recubiertas de fundente o desnudas; en otros casos se utiliza un electrodo refractario de volframio y el metal de aportación se añade aparte. Los procedimientos más importantes de soldadura por arco son con electrodo recubierto, con protección gaseosa y con fundente en polvo.
Soldadura por arco con electrodo recubierto:
En este tipo de soldadura el electrodo metálico, que es conductor de electricidad, está recubierto de fundente y conectado a la fuente de corriente. El metal a soldar está conectado al otro borne de la fuente eléctrica. Al tocar con la punta del electrodo la pieza de metal se forma el arco eléctrico. El intenso calor del arco funde las dos partes a unir y la punta del electrodo, que constituye el metal de aportación. Este procedimiento, desarrollado a principios del siglo XX, se utiliza sobre todo para soldar acero.
Soldadura por arco con protección gaseosa:
Es la que utiliza un gas para proteger la fusión del aire de la atmósfera. Según la naturaleza del gas utilizado se distingue entre soldadura MIG, si utiliza gas inerte, y soldadura MAG si utiliza un gas activo. Los gases inertes utilizados como protección suelen ser argón y helio; los gases activos suelen ser mezclas con dióxido de carbono. En ambos casos el electrodo, una varilla desnuda o recubierta con fundente, se funde para rellenar la unión.
Otro tipo de soldadura con protección gaseosa es la soldadura TIG, que utiliza un gas inerte para proteger los metales del oxígeno, como la MIG, pero se diferencia en que el electrodo no es fusible; se utiliza una varilla refractaria de volframio. El metal de aportación puede suministrarse acercando una varilla desnuda al electrodo.
Soldadura por arco con fundente en
polvo:
Este procedimiento, en vez de utilizar un gas o el recubrimiento fundente del electrodo para proteger la unión del aire, usa un baño de material fundente en polvo donde se sumergen las piezas a soldar. Se pueden emplear varios electrodos de alambre desnudo y el polvo sobrante se utiliza de nuevo, por lo que es un procedimiento muy eficaz.
Arco eléctrico:
También llamado arco voltaico, tipo de descarga eléctrica continua que genera luz y calor intensos, formada entre dos electrodos dentro de una atmósfera de gas a baja presión o al aire libre. Fue descubierto y demostrado por primera vez por el químico británico Humphry Davy en 1800.
Para iniciar un arco se ponen en contacto los extremos de dos electrodos en forma de lápiz, por lo general de carbono, y se hace pasar una corriente intensa (unos 10 amperios) a través de ellos. Esta corriente provoca un gran calentamiento en el punto de contacto, y si a continuación se separan los electrodos, se forma entre ellos un arco similar a una llama. La descarga está producida por electrones que van desde el electrodo negativo al positivo, pero también, en parte, por iones positivos que se mueven en sentido opuesto. El impacto de los iones genera un intenso calor en los electrodos, pero el positivo se calienta más debido a que los electrones que golpean contra él tienen mayor energía total. En un arco abierto al aire a presión normal el electrodo positivo alcanza una temperatura de 3.500 grados centígrados.
El intenso calor generado por el arco eléctrico suele utilizarse en hornos especiales para fundir materiales refractarios. En este tipo de hornos pueden alcanzarse fácilmente temperaturas del orden de los 2.800 ºC. Los arcos también se utilizan como fuente de iluminación de alta intensidad. Las luces de arco tienen la ventaja de ser fuentes luminosas concentradas, porque el 85% de la intensidad de la luz se genera en una pequeña área de la punta del electrodo positivo de carbono.
Soldadura aluminotérmica:
El calor necesario para este tipo de soldadura se obtiene de la reacción química de una mezcla de óxido de hierro con partículas de aluminio muy finas. El metal líquido resultante constituye el metal de aportación. Se emplea para soldar roturas y cortes en piezas pesadas de hierro y acero, y es el método utilizado para soldar los raíles o rieles de los trenes.
Soldadura por presión:
Agrupa todos los procesos de soldadura en los que se aplica presión sin aportación de metales para realizar la unión. Algunos métodos coinciden con los de fusión, como la soldadura con gases por presión, donde se calientan las piezas con una llama, pero difieren en que la unión se hace por presión y sin añadir ningún metal. El procedimiento más utilizado es el de soldadura por resistencia; otros son la soldadura por fragua (descrita más arriba), la soldadura por fricción y otros métodos más recientes como la soldadura por ultrasonidos.
Soldadura por resistencia:
Se realiza por el calentamiento que experimentan los metales debido a su resistencia al flujo de una corriente eléctrica (efecto Joule). Los electrodos se aplican a los extremos de las piezas, se colocan juntas a presión y se hace pasar por ellas una fuerte corriente eléctrica durante un instante. La zona de unión de las dos piezas, como es la que mayor resistencia eléctrica ofrece, se calienta y funde los metales. Este procedimiento se utiliza mucho en la industria para la fabricación de láminas y alambres de metal, y se adapta muy bien a la automatización.
Escultura (en latín sculpere, 'esculpir'), arte de crear formas figurativas o abstractas, tanto exentas como en relieve.
Técnicas y materiales:
Pueden hacerse esculturas con casi todos los materiales orgánicos o inorgánicos. Los procesos específicos para su elaboración se remontan a la antigüedad y han experimentado pocas variaciones en su evolución hasta el siglo XX. Estos procesos pueden clasificarse según el material empleado sea piedra, metal, arcilla o madera; los métodos que se utilizan son la talla, el modelado y el vaciado. En el siglo XX el campo de la escultura se ha ampliado enormemente y se ha visto enriquecido por técnicas nuevas, como la soldadura y el assemblage, y por la utilización de nuevos materiales, como el tubo de neón.
Talla:
Utilizada desde épocas prehistóricas, la talla directa es un proceso que requiere mucho tiempo y esfuerzo. Está considerada como el paradigma de la técnica escultórica. El artista da forma a una escultura cortando o extrayendo el material superfluo hasta conseguir la forma deseada. El material es siempre duro y, con frecuencia, pesado; por lo general el diseño es compacto y viene determinado por la naturaleza del material. (Por ejemplo, la estrechez del bloque de mármol que Miguel Ángel utilizó para esculpir el David -1501-1504, Academia, Florencia- condicionó de forma notable la postura y limitó el movimiento espacial de la figura.)
Dependiendo del material sobre el que se va a esculpir y el estadio en que se halle la elaboración, se utilizan diferentes herramientas. En el caso de la piedra, los primeros cortes de desbaste para obtener las líneas generales de la forma deseada, puede llevarlos a cabo un artesano auxiliar con herramientas muy afiladas, y después el escultor continua la obra tallando y cincelando. En pasos más avanzados se utilizan herramientas menos penetrantes, como la gubia y la escofina; los toques finales se dan con un escofinado suave. Por último, se lija con piedra pómez o arena y en el caso de que se pretenda un mayor grado de suavidad se añade una patina transparente, hecha con una base de aceite o cera.
Modelado:
El modelado consiste en añadir o elaborar formas. Se utilizan para ello materiales blandos y flexibles a los que se puede dar forma sin dificultad, lo que permite una ejecución rápida. Así el escultor puede captar y registrar impresiones en un tiempo aproximado al que un pintor necesitaría para hacer un boceto. Los materiales utilizados desde la antigüedad para modelar una escultura han sido la cera, la escayola y la arcilla o sustancias de tipo parecido a ésta que, en ese caso, se cuecen para incrementar su resistencia.
Vaciado:
El único método para conseguir la
perdurabilidad de una obra modelada es vaciarla, es decir, fundirla en bronce o
en cualquier otra sustancia imperecedera. Existen dos métodos de vaciado: a la
cera perdida y a la arena. Ambos métodos se han venido utilizando desde la
antigüedad, aunque el proceso a la cera perdida es el más corriente. El vaciado
a la arena es un proceso más complicado en el que se utiliza una clase de arena
muy fina y de gran cohesión, mezclada con una pequeña parte de arcilla para
obtener un modelo positivo y un molde negativo algo más grande que el original
del artista, y entre ambos se vierte el metal y se deja que al enfriarse
endurezca.
3.2 TIPOS DE SOLDADURAS Y FUNDENTES
Soldadura por gas
Se trata de una técnica bastante simple, barata y popular, aunque su utilización en procesos industriales ha disminuido últimamente. La más conocida es aquella que utiliza la combustión de acetileno en oxígeno, llamada soldadura autógena, que permite alcanzar una llama que supera los 3.200 °C. Sus ventajas principales son su bajo costo y la capacidad de movilidad sus equipos. La desventaja, es el tiempo que tardan los materiales al enfriarse. Es una de las técnicas más utilizadas en trabajos de plomería.
Soldadora Autogena
Soldadura por arco
Esta es una de las técnicas más
desarrolladas, y existen muchos procesos que se basan en este principio. Para
lograr la soldadura se utiliza una fuente de energía eléctrica (ya sea
corriente continua o alterna) que permite derretir los metales.
Más información Soldadura por Arco
Soldadura por Arco
Soldadura por Arco
El proceso varía de acuerdo a la fuente
de energía utilizada, el tipo de electrodos, y la utilización o no de un gas u
otro material que altere la interacción de los componentes con atmósfera.
SMAW (Shielded Metal Arc Welding): En castellano se la conoce por las siglas MMA (Soldadura Manual de Arco Metálico), o soldadura de electrodo. En este proceso se utilizan electrodos de acero revestidos con un material fundente que, con el calor de la soldadura, produce CO2. Este gas actúa como un escudo contra el oxígeno de la atmósfera, previniendo la oxidación y otros tipos de contaminación del metal. El núcleo de acero del electrodo, al fundirse, une las piezas y rellena los espacios. Es una técnica sencilla de aprender y los equipos que requiere son baratos y fáciles de conseguir.
GMAW - Soldadura de Gas de Arco Metálico
GMAW – Soldadura de Gas de Arco
Metálico
GMAW (Gas Metal Arc Welding): En
castellano, soldadura de gas de arco metálico, o de gas de metal inerte (MIG),
es una técnica parecida a la anterior, pero que usa un electrodo que no se
consume y un gas inerte, que se suministra a parte, y que sirve como blindado.
Es una técnica también sencilla de aprender, pero que requiere un equipo algo
más sofisticado. Al requerir la aplicación de un gas, no es muy adecuada para
trabajos al aire libre.
Más información Soldadura MIG
FCAW (Flux Cored Arc Welding): En castellano, Soldadura de Arco de Núcleo Fundente. Es una técnica mucho más rápida que la anterior, aunque más susceptible a imperfecciones. En esta técnica, el electrodo de acero está relleno de un material en polvo que al quemarse produce un gas de blindaje y una capa de escoria que protege la soldadura. Es un proceso semiautomático, pero que se puede automatizar con las herramientas adecuadas. Por otro lado, esta técnica también se puede combinar con el suministro de un gas de blindaje aparte para lograr mejores resultados.
GTAW (Gas Tungsten Arc Welding): En castellano, Soldadura de Arco de Gas de Tungsteno, o de Gas Inerte de Tungsteno (TIG). En este proceso, el electrodo es de tungsteno y no se consume, y se utilizan gases inertes o semi-inertes como blindado. Es un proceso lento y preciso, que requiere de mucha técnica, pero que permite unir metales finos y realizar trabajos delicados. Este tipo de soldaduras se utiliza extensamente en la fabricación de bicicletas.
Más información Soldadura TIG
SAW (Sumerged Arc Welding): En castellano, Soldadura de Arco Sumergido. En esta técnica, se utiliza un material protector granulado que se aplica como un flujo constante sobre el arco, ocultando la luz y el humo que genera el proceso. El material protector aísla la soldadura de la contaminación atmosférica, genera una escoria que protege la soldadura y puede contribuir a la formación de aleaciones. Además, el mismo puede ser reutilizado. Este proceso se utiliza a escala industrial.
Soldadura por resistencia:
En esta técnica se aplica una corriente eléctrica directamente a las piezas que deben ser soldadas, lo que permite fundirlas y unirlas. Requiere de equipos costosos y sus aplicaciones son bastante limitadas. Las técnicas más utilizadas son las llamadas soldadura por puntos y soldadura de costura, que permiten unir varas piezas de metal fino, ya sea en pequeñas uniones o en soldaduras largas y continuas.
Soldadura por rayo de energía:
En esta técnica se puede utilizar un rayo láser concentrado o un haz de electrones disparado en el vacío para lograr soladuras de alta precisión. Es un proceso muy costoso, pero fácil de automatizar. La técnica es extremadamente rápida, lo que la hace ideal para procesos de fabricación en masa.
Soldadura de estado sólido:
Son técnicas que permiten unir las piezas sin fundirlas. Una de ellas, es la aplicación de ondas de ultrasonido en una atmósfera de presión alta, muchas veces utilizada para la unión de materiales plásticos. Otra técnica es la soldadura explosiva, que consiste en colisionar dos piezas a alta velocidad, lo que produce que los materiales se plastifiquen y se unan sin generar demasiado calor.
El proceso de soldadura es fundamental
para realizar todo tipo de trabajos, desde la construcción de muebles hasta la
fabricación de automóviles, aviones y barcos. Cada día, estos procesos son
perfeccionados y se descubren nuevas técnicas que permiten que el proceso de
unir metales sea más rápido, eficiente y seguro.
3.3 AGENTES LIMPIADORES
Los agentes limpiadores hacen referencia al conjunto de productos químicos utilizados en el proceso de la preparación de superficies cuyo objetivo es eliminar y limpiar los contaminantes que puedan existir en la superficie de un material.
3.4 ACCESORIOS Y HERRAMIENTAS BASICAS
3.4.1 INSTRUMENTACION
Instrumentación electrónica es la parte de la electrónica, principalmente analógica, que se encarga del diseño y manejo de los aparatos electrónicos y eléctricos, sobre todo para su uso en mediciones.
La instrumentación electrónica se
aplica en el sensado y procesamiento de la información proveniente de variables
físicas y químicas, a partir de las cuales realiza el monitoreo y control de
procesos, empleando dispositivos y tecnologías electrónicas.
3.5 TIPOS DE SOLDADORES
Soldador de electrodos: Es uno de los soldadores más comunes. Para lograr la soldadura, se utilizan varillas denominadas electrodos, por las cuales pasa la corriente y se genera el arco, fundiendo al electrodo. Es uno de los equipos más económicos. Una de las partes a soldar se la conecta a masa, mientras que el electrodo lleva la carga positiva. Si deseas saber más sobre electrodos, haz clic aquí.
Soldador de Arco Sumergido: Este tipo de soldadores utiliza alambre en vez de electrodos (MIG-semiautomáticas), y gas inerte (CO2, atal, arcal, etc.) para unir las partes. La pieza con la que se suelda, se encuentra sumergida en medio de una corriente continua de material granulado llamado flux, que cubre por completo al arco. Su función principal es la de proteger la soldadura de la oxidación.
Soldador de Arco con Electrodo Desnudo
en Atmósfera Controlada: Este último método utiliza un sistema de arco
conjuntamente con un gas que protege de la oxidación a la pieza. Se puede
efectuar con electrodos consumibles de Tungsteno, o TIG, que pueden ser con o
sin aporte. El gas que más se usa es el argón, ya que es muy específico para
ciertas soldadura.
3.6 TIPOS DE DESOLDADORES
1. Desoldadura con soldador: Aunque parezca un contrasentido, el soldador puede emplearse también para la desoldadura de componentes... siempre y cuando se empleen además otras herramientas auxiliares, tales como destornilladores de pala, alicates de punta recta y punta curva.
2. Desoldadura con elementos succionadores de estaño: La técnica consiste en fundir el estaño de la soldadura y proceder a la succión de éste mediante el desoldador que se este empleando. Es evidente que si dicho desoldador no incluye un elemento calefactor que funda el estaño, habrá que fundirlo empleando un soldador convencional. Como en el caso anterior, tras la retirada del componente habrá que retirar el estaño de los pad. En este caso se puede realizar esta operación con el mismo desoldador, aunque nada impide hacerlo también con trenza de desoldadura.
3. Desoldadura con soldador de aire caliente: Esta técnica se aplica a la desoldadura de
componentes SMD. Para su aplicación es
muy conveniente el disponer de una estación de
desoldadura o una estación de
retrabajo. Primeramente debe aislarse el componente a desoldar mediante
una cazoleta de protección adecuada (de protección para el resto de componentes
de la (PCB) a la par que se le coloca a dicho componente el extractor que la
cazoleta protectora suele
incluir.
3.7 MANTENIMIENTO
Mantenimiento rutinario: Este sistema nace en Japón y fue desarrollado por primera vez en 1969 en la empresa japonesa DENSO del grupo Toyota la cual se extendió por Japón durante los años 70, luego inicia su implementación fuera de Japón a partir de los años 80 es una actividad diaria y consiste en una serie de tareas, tales como: toma de datos, inspecciones visuales, limpieza, lubricación y reapriete de tornillos en equipos,máquinas e instalaciones en servicio; como así también el cuidado y limpieza de los espacios comunes y no comunes del área demantenimiento. El personal que lo práctica no requiere de mucha especialización técnica pero informa novedades de todo tipo.
Mantenimiento correctivo: Es un mantenimiento simple, que consiste en reparar la avería producida y es aplicable a equipos que permiten la interrupción operativa en cualquier momento, sin importar el tiempo de interrupción y sin afectar la seguridad del personal o bienes.
Mantenimiento programado: Este método se basa en tener un programa de acción por falla de fiabilidad ocasional para un equipo determinado y en la oportunidad de detención.
Mantenimiento preventivo:Se realiza retirando la máquina o equipo del servicio operativo para realizar inspecciones y sustituir (o no) componentes de acuerdo a una programación planificada y organizada con antelación. este tipo de mantenimiento es muy ventajoso.
Mantenimiento predictivo: Este tipo de
mantenimiento, permite un adecuado control por la mayor frecuencia de
inspecciones estando la máquina o equipo en funcionamiento, que es la forma
adecuada de obtener datos concretos para el fin determinado de solucionar
fallas.
3.8 LA SOLDADURA CORRECTA
Como hemos visto, la soldadura fuerte usa el principio de la acción capilar para distribuir el metal de aporte fundido entre las superficies de los metales base. Por lo tanto, durante la operación de soldadura fuerte, se debe tener cuidado de mantener un espaciado entre los metales base para permitir que la acción capilar funcione de la manera más eficaz posible. Esto significa, en la mayoría de los casos, un espaciado estrecho. El siguiente cuadro se basa en las uniones a tope de soldadura fuerte de acero inoxidable, utilizando metal de aporte Easy-Flo de Handy & Harman. Muestra cómo la resistencia de tensión de la unión hecha con soldadura fuerte varía con la cantidad de espaciado entre las partes que se están uniendo.
LOS INSTRUMENTOS DE MEDICION
Las mediciones eléctricas son los métodos, dispositivos y cálculos usados para medir cantidades eléctricas. La medición de cantidades eléctricas puede hacerse al medir parámetros eléctricos de un sistema. Usando transductores, propiedades físicas como la temperatura, presión, flujo, fuerza, y muchas otras pueden convertirse en señales eléctricas, que pueden ser convenientemente registradas y medidas.
4 LOS INSTRUMENTOS DE MEDICION
4.1 EL MULTÍMETRO
Un multímetro, también denominado polímetro, o tester, es un instrumento eléctrico portátil para medir directamente magnitudes eléctricas activas, como corrientes y potenciales (tensiones), o pasivas, como resistencias, capacidades y otras.
Las medidas pueden realizarse para
corriente continua o alterna y en varios márgenes de medida cada una. Los hay
analógicos y posteriormente se han introducido los digitales cuya función es la
misma, con alguna variante añadida.
4.2 EL OSCILOSCOPIO
Un osciloscopio es un instrumento de visualización electrónico para la representación gráfica de señales eléctricas que pueden variar en el tiempo. Es muy usado en electrónica de señal, frecuentemente junto a un analizador de espectro.
Presenta los valores de las señales eléctricas en forma de coordenadas en una pantalla, en la que normalmente el eje X (horizontal) representa tiempos y el eje Y (vertical) representa tensiones. La imagen así obtenida se denomina oscilograma. Suelen incluir otra entrada, llamada "eje THRASHER" o "Cilindro de Wehnelt" que controla la luminosidad del haz, permitiendo resaltar o apagar algunos segmentos de la traza.
Los osciloscopios, clasificados según
su funcionamiento interno, pueden ser tanto analógicos como digitales, siendo
el resultado mostrado idéntico en cualquiera de los dos casos, en teoría.
4.2.1 REQUISITOS PARA PROBAR UN OSCILOSCOPIO
Una punta de prueba (o simplemente una punta) es un dispositivo que permite realizar una conexión física entre una fuente de señal o punto de prueba (DUT) y un instrumento de medición electrónico, como por ejemplo un osciloscopio.
Existe una gran variedad de puntas de prueba,
desde dispositivos sencillos y resistentes hasta otros más sofisticados, caros
y frágiles
4.3 CONCEPTOS GENERALES
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 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 forman 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.
4.3.1 RESUMEN
Un instrumento electrónico es un dispositivo formado por una combinación de elementos electrónicos, tales como válvulas termoiónicas, transistores o circuitos integrados, entre otros muchos, y que, combinados adecuadamente, permiten la realización de funciones diversas, como la medición de parámetros físicos, generación de señales de distintas frecuencias, detección de estas mismas señales y, en fin, todas aquellas funciones susceptibles de ser procesadas mediante señales eléctricas
4.3.2 MOVER INTENSIDAD PARA VER SI HAY FANTASMA
Luces que se prenden y apagan: De la misma forma, estos eventos raramente son vistos mientras suceden, pero te darás cuenta que las luces fueron apagadas o encendidas cuando sabes que no estaban de la manera en que las encontraste. Esto también puede suceder con la televisión, la radio y otros objetos que funcionan con electricidad.
4.4 REQUISITOS PARA MEDIR VOLTAJES DE CD
Se selecciona, en el multímetro que estemos utilizando, la unidad (voltios) en DC (c.d.).
Se revisa que los cables rojo y negro estén conectados correctamente.
Se selecciona la escala adecuada, si tiene selector de escala, (si no tenemos idea de que magnitud de voltaje vamos a medir, escoger la escala mas grande).
Si no tiene selector de escala seguramente el multímetro escoge la escala para medir automáticamente.
Se conecta el multímetro a los extremos del componente (se pone en paralelo) y se obtiene la lectura en la pantalla.
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