💥 EXPLICACIÓN de POTENCIA ELÉCTRICA

Potencia generada por una fuente de alimentación

¿Qué es la potencia eléctrica?

💢 Podemos definir la potencia de un componente eléctrico/electrónico como la energía consumida por este en un segundo. Si, no obstante, estamos hablando de una fuente de alimentación, con la palabra potencia nos referiremos entonces a la energía eléctrica aportada por esta al circuito en un segundo. 

💣 En ambos casos (ya sea potencia consumida o generada), la potencia es un valor intrínseco propio del componente o generador, respectivamente. Su unidad de medida es el vatio (W), pero también podemos hablar de milivatios (1 mW = 0,001 W), o kilovatios (1 kW = 1000 W).

💥 A partir de la potencia conocida propia del componente/generador y del tiempo que este esté funcionando, se puede conocer la energía consumida/aportada total, mediante la expresión: E = Pt.

💪 Cuando una fuente de alimentación aporta una determinada energía eléctrica, esta puede ser consumida por los distintos componentes del circuito de diversas maneras: la mayoría de veces es gastada en forma de calor debido al efecto de las resistencias internas intrínsecas de cada componente (el llamado "efecto Joule"), pero también puede ser consumida en forma de luz (si ese componente es

una bombilla, por ejemplo) o en forma de movimiento (si ese componente es un motor, por ejemplo), o en forma de sonido (si ese componente es un altavoz, por ejemplo), o en una mezcla de varias.

👉 Podemos calcular la potencia consumida por un componente eléctrico si sabemos el voltaje al que está sometido y la intensidad de corriente que lo atraviesa, utilizando la fórmula P = V x I. Por ejemplo, una bombilla sometida a 220 V por la que circula 1 A consumirá 220 W. Por otro lado, a partir de la Ley de Ohm podemos deducir otras dos fórmulas equivalentes que nos pueden ser útiles si sabemos el valor de la resistencia R interna del componente: P = I2 x R también P = V2 / R.

Ley de Ohm

💥 Finalmente, hay que saber que los materiales conductores pueden soportar hasta una cantidad máxima de potencia consumida, más allá de la cual se corre el riesgo de sobrecalentarlos y dañarlos.

Escrito por Archie Tecnology

🧨 ¿ Qué es la INTENSIDAD de CORRIENTE CONTINUA y ALTERNA ? ✨️

La intensidad de corriente

¿Qué es la intensidad de corriente?

💥 La intensidad de corriente (comúnmente llamada "corriente" a secas) es una magnitud eléctrica que se define como la cantidad de carga eléctrica que pasa en un determinado tiempo a través de un punto concreto de un material conductor.

👉 Podemos imaginar que la intensidad de corriente es similar en cierto sentido al caudal de agua que circula por una tubería: que pase más o menos cantidad de agua por la tubería en un determinado tiempo sería análogo a que pase más o menos cantidad de electrones por un cable eléctrico en ese mismo tiempo.

💣 Su unidad de medida es el amperio (A), pero también podemos hablar de miliamperios (1 mA = 0,001 A), de microamperios (1 µA = 0,001 mA), o incluso de nanoamperios (1 nA = 0,001 µA).

👉 Tal como ya hemos comentado, se suele considerar que en un circuito la corriente fluye del polo positivo (punto de mayor tensión) al polo negativo (punto de menor tensión) a través de un material conductor. 

Intensidad de corriente AC y DC

¿Qué es la corriente continua (DC) y la corriente alterna (AC)?

👊 Hay que distinguir dos tipos fundamentales de circuitos cuando hablamos de magnitudes como el voltaje o la intensidad: los circuitos de corriente continua (o circuitos DC, del inglés "Direct Current") y los circuitos de corriente alterna (o circuitos AC, del inglés "Alternating Current").

💥 Llamamos corriente continua a aquella en la que los electrones circulan a través del conductor siempre en la misma dirección (es decir, en la que los extremos de mayor y menor potencial, o lo que es lo mismo, los polos positivo y negativo"-" son siempre los mismos). Aunque comúnmente se identifica la corriente continua con la corriente constante (por ejemplo, la suministrada por una batería), estrictamente solo es continua toda corriente que, tal como acabamos de decir, mantenga siempre

la misma polaridad.

💥 Llamamos corriente alterna a aquella en la que la magnitud y la polaridad del voltaje (y por tanto, las de la intensidad también) varían cíclicamente. Esto último implica que los polos positivo y negativo se intercambian alternativamente a lo largo del tiempo y, por tanto, que el voltaje va tomando valores positivos y negativos con una frecuencia determinada.

💢 La corriente alterna es el tipo de corriente que llega a los hogares y empresas proveniente de la red eléctrica general. Esto es así porque la corriente alterna es más fácil y eficiente de transportar a lo largo de grandes distancias (ya que sufre menos pérdidas de energía) que la corriente continua. Además, la corriente alterna puede ser convertida a distintos valores de tensión (ya sea aumentándolos o disminuyéndolos según nos interese a través de un dispositivo llamado transformador) de una forma más sencilla y eficaz.

No obstante, en todos los proyectos que vamos a presentar en las próximas publicaciones, utilizaremos tan solo corriente continua, ya que los circuitos donde podemos utilizar Arduino (y de hecho, la mayoría de circuitos electrónicos domésticos) solo funcionan correctamente con este tipo de corriente.

Escrito por Archie Tecnology

🔌 ¿Cómo se produce la ELECTRICIDAD y el VOLTAJE? 💥

La electricidad y el voltaje

¿Qué es la electricidad?

💥 Un electrón es una partícula subatómica que posee carga eléctrica negativa. Por lo tanto, debido a la ley física de atracción entre sí de cargas eléctricas de signo opuesto (y de repulsión entre sí de cargas eléctricas de mismo signo), cualquier electrón siempre es atraído por una carga positiva equivalente.

👊 Una consecuencia de este hecho es que si, por razones que no estudiaremos en esta ocasión, en un extremo (también llamado "polo") de un material conductor aparece un exceso de electrones y en el otro polo aparece una carencia de estos (equivalente a la existencia de "cargas positivas"), los electrones tenderán a desplazarse a través de ese conductor desde el polo negativo al positivo. A esta circulación de electrones por un material conductor se le llama "electricidad".

💢 La electricidad existirá mientras no se alcance una compensación de cargas entre los dos polos del conductor. Es decir, a medida que los electrones se desplacen de un extremo a otro, el polo negativo será cada vez menos negativo y el polo positivo será cada vez menos positivo, hasta legar el momento en el que ambos extremos tengan una carga global neutra (es decir, estén en equilibrio). Llegados a

esta situación, el movimiento de los electrones cesará. Para evitar esto, en la práctica se suele utilizar una fuente de alimentación externa (lo que se llama un "generador") para restablecer constantemente la diferencia inicial de cargas entre los extremos del conductor, como si fuera una "bomba". esta manera, mientras el generador funcione, el desplazamiento de los electrones podrá continuar sin interrupción.

¿Qué es el voltaje?

💥 En el estudio del fenómeno de la electricidad existe un concepto fundamental que es el de voltaje entre dos puntos de un circuito eléctrico (también llamado "tensión'", "diferencia de potencial" o "caída de potencial"). Expliquémoslo con un ejemplo.

👉 Si entre dos puntos de un conductor no existe diferencia de cargas eléctricas, el voltaje entre ambos puntos es cero. Si entre esos dos puntos aparece un desequilibrio de cargas (es decir, que en un punto hay un exceso de cargas negativas y en el otro una ausencia de ellas), aparecerá un voltaje entre ambos puntos, el cual será mayor a medida que la diferencia de cargas sea también mayor. Este voltaje es el

responsable de la generación del flujo de electrones entre los dos puntos del conductor. No obstante, si los dos puntos tienen un desequilibrio de cargas entre sí pero están unidos mediante un material no conductor (lo que se llama un material "aislante"), existirá un voltaje entre ellos pero no habrá paso de electrones (es decir, no habrá electricidad). 

💥 Generalmente, se suele decir que el punto del circuito con mayor exceso de cargas positivas (o dicho de otra forma: con mayor carencia de cargas negativas) es el que tiene el "potencial" más elevado, y el punto con mayor exceso de cargas negativas es el que tiene el "potencial" más reducido. Pero no olvidemos nunca que el voltaje siempre se mide entre dos puntos: no tiene sentido decir "el voltaje en este punto", sino "el voltaje en este punto respecto a este otro"; de ahí sus otros nombres de "diferencia de potencial" o "caída de potencial".

💢 Así pues, como lo que utilizaremos siempre serán las diferencias de potencial relativas entre dos puntos, el valor numérico absoluto de cada uno de ellos lo podremos asignar según nos convenga. Es decir, aunque 5, 15 y 25 son valores absolutos diferentes, la diferencia de potencial entre un punto que vale 25 y otro que vale 15, y la diferencia entre uno que vale 15 y otro que vale 5 da el mismo resultado. Por este motivo, y por comodidad y facilidad en el cálculo, al punto del circuito con

potencial más reducido (el de mayor carga negativa, recordemos) se le suele dar un valor de referencia igual a 0.

💢 También por convenio (aunque físicamente sea en realidad justo al contrario) se suele decir que la corriente eléctrica va desde el punto con potencial mayor hacia otro punto con potencial menor (es decir, que la carga acumulada en el extremo positivo es la que se desplaza hacia el extremo negativo).

💥 Para entender mejor el concepto de voltaje podemos utilizar la analogía de la altura de un edificio: si suponemos que el punto con el potencial más pequeño es el suelo y asumimos este como el punto de referencia con valor 0, a medida que un ascensor vaya subiendo por el edificio irá adquiriendo más y más potencial respecto a el suelo: cuanta más altura tenga el ascensor, más diferencia de potencial habrá entre este y el suelo. Cuando estemos hablando de una "caída de potencial", querremos decir entonces (en nuestro ejemplo) que el ascensor ha disminuido su altura respecto al suelo y por tanto tiene un voltaje menor.

👊 La unidad de medida del voltaje es el voltio (V), pero también podemos hablar de milivoltios (1 mV = 0,001 V), o de kilovoltios (1 kV = 1000 V). Los valores típicos en proyectos de electrónica educativa como los que puedes encontrar en nuestra web son de 1,5 V, 3,3 V,5 V... aunque cuando intervienen elementos mecánicos (como motores) u otros elementos complejos, se necesitará aportar algo más de energía al circuito, por lo que los valores suelen algo mayores: 9 V, 12 V o incluso 24 V. En todo

caso, es importante tener en cuenta que valores más allá de 40 V pueden poner en riesgo nuestra vida si no tomamos las precauciones adecuadas; en los proyectos que exponemos aquí, de todas formas, no se utilizarán nunca voltajes de esta magnitud.

Escrito por Archie Tecnology

😎 Los CILINDROS utilizados en AUTOMATIZACIÓN 🤖 y MECATRÓNICA ⚙️

💣  Cilindros

✌  El cilindro hidráulico o neumático es un ejemplo de actuador lineal. Los principios y configuración son los mismos para la versión hidráulica y la neumática, la diferencia es el tamaño como consecuencia de las presiones más altas usadas en las versiones hidráulicas. El cilindro pistón consiste en un tubo cilíndrico por el que se desplaza un pistón/émbolo. Existen dos tipos básicos, los cilindros de simple acción y los cilindros de doble acción.

Cilindro pistón de simple acción

👌  El término cilindro de simple acción se utiliza cuando la presión se aplica sólo en uno de los extremos del pistón; en general se utiliza un muelle resorte para oponerse al desplazamiento del pistón. El otro lado del pistón se abre a la atmósfera. La siguiente figura muestra un cilindro con un muelle resorte de compresión. 

Cilindro de acción simple

El fluido es aplicado a un lado del pistón a una presión manométrica ρ con el otro lado a la presión atmosférica y así se produce una fuerza en el pistón de ρA, donde A es el área del pistón. La fuerza real que actúa en la barra del pistón será menos que ésta debido a la fricción.

Para el cilindro de acción sencilla que se muestra en la figura siguiente, cuando las corrientes pasan por el solenoide, la válvula cambia la posición y la presión es aplicada para mover el pistón a lo largo del cilindro. 

Control de un cilindro de acción sencilla con a) no corriente a través del solenoide, b) una corriente a través del solenoide

👊  Cuando la corriente a través del solenoide cesa, la válvula vuelve a su posición inicial y el aire se

desfoga del cilindro. Como consecuencia, el muelle resorte regresa al pistón hacia atrás a lo largo del cilindro  😉.

Cilindro pistón de doble acción

👌  El término cilindro de doble acción se utiliza cuando se aplica presión de control a los dos lados de un pistón (como vemos en ésta otra imagen). 

Cilindro de doble acción

La diferencia de presión entre ambos lados produce el movimiento del pistón, el cual se puede mover en cualquier dirección por el cilindro como resultado de las señales de alta presión. En el cilindro de doble acción de la figura siguiente, la corriente que pasa por un solenoide causa que el pistón hidráulico se mueva en una dirección y la corriente por el otro solenoide invierte la dirección del movimiento.

Control de un cilindro de doble acción con solenoide, a) no activado, b) activado

👉  La selección del cilindro dependerá de la fuerza y velocidad que se requieran para desplazar la carga. 

Los cilindros hidráulicos vs neumáticos

💅  Los cilindros hidráulicos tienen mayor capacidad de fuerza que los neumáticos, sin embargo, estos son mas veloces.

La fuerza que produce un cilindro es igual al área de la sección transversal del cilindro multiplicada por la presión de trabajo, es decir, la diferencia entre las presiones en ambos lados del pistón en el cilindro. 

Si se utiliza un cilindro pistón con presión neumática de trabajo de 500 kPa y diámetro de 50 mm, se obtiene una fuerza de 982 N. Un cilindro hidráulico del mismo diámetro con presión de trabajo de 15000 kPa produce una fuerza de 29.5 kN.

Si el gasto de un liquido hidráulico que fluye por un cilindro tiene un volumen Q por segundo, el volumen que abarca el pistón en un tiempo de 1 s debe ser igual a Q. Pero para un pistón con un área de sección transversal A, se trata de un movimiento que recorre una distancia igual a v en un 1 s, por lo que

Q = Av. Por lo tanto, la velocidad v de un cilindro pistón hidráulico es igual al gasto del liquido Q que pasa por el cilindro dividido entre el área de la sección transversal A del cilindro. Si un cilindro hidráulico tiene un diámetro de 50 mm y un flujo hidráulico de 7.5 x 10-3 m3/s, la velocidad es 3.8 m/s. No es posible calcular de esta manera la velocidad de un cilindro neumático dado que esta velocidad depende de la velocidad de desfogue del aire que precede al pistón que se desplaza. Para regular la velocidad se puede utilizar una válvula neumática.

👏  Como ejemplo considere el problema de un cilindro hidráulico que va a transportar una pieza de trabajo en una operación de manufactura a lo largo de 250 mm en 15 s. Si se necesita una fuerza de 50 kN para mover la pieza, ¿ cuál será la presión de trabajo y el gasto del líquido hidráulico, si el cilindro tiene un diámetro de 150 mm ? El área de la sección transversal del pistón es 1/4π x 0.1502 = 0.0177 m2. La fuerza que produce el cilindro es igual al producto del área de la sección transversal del cilindro y la presión de trabajo. Por lo tanto, la presión de trabajo es 50 x 103/0.0177 = 2.8 MPa. La velocidad de

un cilindro hidráulico es igual al gasto del líquido a través del cilindro dividido entre el área de la sección transversal del cilindro. Por lo tanto, el gasto necesario es (0.250/15) x 0.0177 = 2.95 x 10-4 m3/s.

Escrito por Archie Tecnology

💽 La GRABACIÓN MAGNÉTICA

Funcionamiento de la grabación magnética

💽   La grabación magnética se utiliza para guardar datos en discos flexibles y duros de las computadoras. El principio básico de su funcionamiento es que una cabeza de grabación, la cual responde a una señal de entrada, reproduce los patrones magnéticos correspondientes en una delgada capa de material magnético, y una cabeza de lectura produce una salida al convertir los patrones magnéticos del material magnético en señales eléctricas. Además de estas cabezas, el sistema requiere un sistema de transporte para mover de manera controlada el material magnético debajo de las cabezas.

Cabezal de grabación magnética

La figura siguiente el apartado a) muestra los elementos básicos de grabación, la cual consiste de un núcleo de material ferromagnético que tiene un espacio no magnético.   😀

Principios básicos: a) de una cabeza de grabación magnética, b) de una cabeza de reproducción magnética

👊   Al alimentar señales eléctricas en el devanado enrollado en el núcleo, se produce un flujo magnético en el núcleo. La cercanía del plástico con cubierta magnética al espacio no magnético causa que el flujo magnético siga con facilidad una trayectoria a través del núcleo y esa parte del recubrimiento

magnético que esta en el espacio vacío. Cuando hay un flujo magnético que pasa por una región del recubrimiento magnético, éste se magnetiza de modo permanente. De esta manera se produce una grabación magnética a partir de la señal de entrada eléctrica. La inversión de la dirección de la corriente invierte la dirección del flujo.

Cabezal de reproducción magnética

La cabeza de reproducción (la podemos observar en la figura anterior en el apartado b)) tiene una construcción similar a la de la cabeza de grabación. Al llenar el espacio vacío no magnetizado con una pieza de recubrimiento magnetizado, se induce un flujo magnético en el núcleo. Los cambios del flujo en el núcleo producen fem en el devanado enrollado alrededor del núcleo. Así, la salida producida por el devanado es una señal eléctrica relacionada con la grabación magnética del recubrimiento.  💣

Escrito por Archie Tecnology

👹 TRANSFERENCIA de POTENCIA

💥 Existen muchas situaciones con respecto a los sistemas de control en que los componentes están interconectados. Por eso en componentes eléctricos debemos tener un sistema de sensores conectado a un amplificador; igualmente, con un sistema mecánico debemos tener un motor que esté rotando una carga. Lo importante es que debe haber la condición para una transferencia de potencia máxima entre los dos elementos.

💣 A manera de introducción, considere una fuente de corriente directa de una fuerza contraelectromotriz E y una resistencia R, como vemos en la siguiente figura. 

Fuente de corriente directa alimentando una carga

👉 La corriente aportada a la carga es I = E/(R+ r) y por tanto la potencia aportada a la carga es

👉 La potencia máxima aportada a la carga será cuando dP/dt = 0.

👻 Cuando sea cero, entonces (R + r)= 2R y por tanto la condición para transferencia de potencia máxima es R = r, es decir, cuando la fuente y las resistencias de carga concuerdan.

👼 Con una fuente de corriente alterna que tenga una impedancia interna suministrando una impedancia de carga, la condición para transferencia de potencia máxima puede igualmente ser derivada y es cuando concuerdan la fuente y las impedancias de carga. Si, por ejemplo, se debe conectar un sensor de alta impedancia a un sistema electrónico, hay que utilizar un amplificador de empate de impedancia entre la fuente y la carga a fin de alcanzar su transmisión de potencia máxima. Un amplificador de este tipo suele ser un amplificador de alta ganancia con una impedancia de entrada alta y una impedancia de salida baja.

Acondicionamiento de señales

El acondicionamiento de señal puede incluir protección para prevenir daños al siguiente elemento en un sistema, cuando se obtiene una señal dentro de la forma requerida, se tiene el nivel de una señal adecuada, se reduce el ruido y se manipula una señal para tal vez volverla lineal.

💢 Los elementos de acondicionamiento de señal que más se usan son los amplificadores operacionales, que son amplificadores de c.d. de ganancia alta con ganancias del orden de 100 000 o más.

La protección contra, quizás, un alto voltaje o corriente puede implicar el uso de resistores y fusibles; los diodos Zener pueden emplearse como protección contra polaridad equivocada y altos voltajes. Los optoaisladores se usan para aislar circuitos por completo, al retirar todas las conexiones eléctricas

entre ellos.

💥 Los filtros se pueden usar para quitar una banda particular de frecuencias desde la señal y permitir que se transmitan otras señales.

El puente de Wheatstone se puede emplear para convertir un cambio de resistencia eléctrica en un cambio de voltaje.

Cuando se conectan sensores a un equipo de acondicionamiento de señales y controladores, se pueden presentar problemas con las señales cuando un circuito tiene varios puntos de aterrizado y una interferencia electromagnética como resultado de variación eléctrica en el tiempo y campos magnéticos.

💨 Para una transferencia de potencia máxima entre componentes eléctricos las impedancias deben coincidir.

Escrito por Archie Tecnology

Las INTERFERENCIAS ELECTROMAGNÉTICAS 👹

Un efecto indeseable en circuitos es la interferencia electromagnética 👹 , la cual resulta de la variante del tiempo y de los campos magnéticos y eléctricos. 

👍 Las fuentes comunes de tal interferencia son las lámparas fluorescentes, los motores de corriente directa, bobinas de relés, electrodomésticos y la electricidad de los motores de automóvil.

La interferencia electrostática es el resultado de una capacitancia mutua entre controladores próximos entre sí. Un escudo eléctrico puede defender de la interferencia. Se trata de un escudo de material conductor eléctrico, por ejemplo de cobre o de aluminio, que se utiliza para contener un conductor o un circuito. De este modo, se puede utilizar un cable blindado para conectar un sensor con su sistema de medición. Si el sensor se aterriza, entonces la pantalla se debe conectar al mismo punto donde se aterriza el sensor, con lo que se minimiza el ciclo de tierra, como podemos observar en la siguiente 👇 figura.

Uso de un cable blindado para minimizar la interferencia electrostática

💥 La interferencia también ocurre cuando hay un campo magnético cambiante, lo cual induce voltajes en el sistema de medición. Una forma de protección es aplicar varios métodos como colocar los componentes lo más lejos posible de las fuentes de interferencia y minimizar el área de cualesquiera de los ciclos en el sistema, así como utilızar pares trenzados de cables para las interconexiones, como vemos en la siguiente 👇 figura.

Par de cables trenzados para minimizar la interferencia electromagnética

Con los cables trenzados el acoplamiento alterna las fases entre los trenzados adyacentes y así provoca la anulación del efecto.

Escrito por Archie Tecnology

😃 COMPENSACIÓN de un TERMOPAR

Sondas PT100 y termopares

👉 Un termopar produce una fem que depende de la temperatura de sus dos uniones. De manera ideal, una de las uniones se mantiene a 0° C y la temperatura correspondiente a la fem se obtiene directamente de las tablas. Sin embargo, esto no siempre es posible ya que la unión fría con frecuencia está a temperatura ambiente. Para compensar esto se añade al termopar una diferencia de potencial. Esta compensación debe ser igual a la fem que generaría un termopar con una unión a 0° C y la otra a temperatura ambiente. Esta diferencia de potencial se produce usando un sensor de temperatura de resistencia en un puente de Wheatstone. Este está balanceado a 0° C y su voltaje de salida proporciona la diferencia de potencial de corrección para otras temperaturas.

💥 La siguiente relación describe la resistencia de un sensor de temperatura con resistencia metálica:

Rt = R0(1 + αt)

donde Rt, es la resistencia a una temperatura de 1° C, R0 la resistencia a 0° C, y α el coeficiente de temperatura de la resistencia. Así, 

                                                      cambio en la resistencia = Rt - R0 = R0αt

El voltaje de salida del puente, suponiendo que R1 es el sensor de temperatura de la resistencia, está dado por

👌 Es muy probable que la fem, e, del termopar varíe con la temperatura t de manera razonablemente lineal en todo el pequeño intervalo de temperatura que se esta considerando: desde 0° C hasta la temperatura ambiente. Por lo tanto, e = kt, donde k es una constante, es decir, la fem producida por cada grado de cambio en la temperatura. Por consiguiente, para la compensación se debe tener

💢 Para un termopar de hierro-constantán que produce 51 µV/° C, la compensación se puede obtener mediante un elemento con una resistencia de 10 Ω a 0° C y un coeficiente de temperatura de 0.0067/K para un voltaje de alimentación del puente de 1.0 V y R2 igual a 1 304 Ω.

Escrito por Archie Tecnology