Guia de Tecnologia II ( Libro Edebe)

TECNOLOGÍA INDUSTRIAL II Orientaciones y propuestas de trabajo Segundo curso de BachilleratoPROYECTO Y EDICIÓN: grupo edebé DIRECCIÓN GENERAL: Antonio Garrido González DIRECCIÓN EDITORIAL: José Luis Gómez Cutillas DIRECCIÓN DE EDICIÓN DE EDUCACIÓN SECUNDARIA: José Francisco Vílchez Román DIRECCIÓN PEDAGÓGICA: Javier Brines Socies DIRECCIÓN DE PRODUCCIÓN: Juan López Navarro EQUIPO DE EDICIÓN DE EDEBÉ: Edición: Francisco Ortiz Ahulló Pedagogía: Juan Carlos Ledesma González Ilustración: Antonio Porqueras Llopis Corrección: Marcos F. Poquet Martínez Cubierta: Luis Vilardell Panicot COLABORADORES: Texto: Manuel Murgui Izquierdo, Juan José Vela Rozalén y Juan José Vinagre Prieto Asesoría: Vicente Mata Amela Preimpresión: BABER, scp Este libro corresponde al segundo curso de Bachillerato, materia de Tecnología Industrial, y forma parte de los materiales curriculares del proyecto editorial edebé, que ha sido debidamente supervisado y autorizado. Edición adaptada a la nueva ordenación curricular del Bachillerato. Queda prohibida, salvo excepción prevista en la Ley, cualquier forma de reproducción, distribución, comunicación pública y transformación de esta obra sin contar con autorización de los titulares de la propiedad intelectual. La infracción de los derechos mencionados puede ser constitutiva de delito contra la propiedad intelectual (arts. 270 y ss. del Código Penal). El Centro Español de Derechos Reprográficos (www.cedro.org) vela por el respeto de los citados derechos. ES PROPIEDAD DE GRUPO EDEBÉ © grupo edebé, 2003 Paseo San Juan Bosco, 62 08017 Barcelona www.edebe.com ISBN ÍNDICE GENERAL Orientaciones didácticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Solucionario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 9 Modelos de pruebas finales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 ORIENTACIONES DIDÁCTICAS Estructura del libro Los contenidos del libro Tecnología Industrial II se han distribuido en tres bloques: • El bloque I, denominado Materiales y principios de máquinas, contiene seis unidades didácticas. En las tres primeras se completa el análisis de los materiales iniciados el curso anterior. Unidad 1. Unidad 2. Unidad 3. Estructura y propiedades de los materiales Ensayos mecánicos sobre materiales Reciclaje de materiales: importancia económica En las tres siguientes se aborda el estudio de las máquinas térmicas y eléctricas. Unidad 4. Unidad 5. Unidad 6. Motores térmicos Máquinas frigoríficas. Bomba de calor Motores eléctricos • El bloque II, Automatismos, se desarrolla a lo largo de cinco unidades didácticas. En las tres primeras se describen los componentes fundamentales y la estructura general de cualquier sistema automático. Unidad 7. Unidad 8. Unidad 9. Transductores de posición y de proximidad Otros transductores. Actuadores Estructura de un sistema automático Unidad 10. Circuitos neumáticos Unidad 11. Oleohidráulica Las dos últimas unidades del bloque se destinan a completar el análisis de los circuitos neumáticos y oleohidráulicos desde una perspectiva global. • El bloque III, al que llamamos Control y programación de sistemas, se despliega en cuatro unidades didácticas en las que se presentan los principales dispositivos de control empleados en la industria, desde la adquisición y la transmisión de datos hasta los más modernos recursos de control programado, como las redes neuronales o los autómatas industriales. Unidad 12. Adquisición y transmisión de datos Unidad 13. Control mediante circuitos lógicos I Cada uno de los bloques se inicia con una doble página en la que se despliega el índice detallado de los contenidos que se van a desarrollar a lo largo de las unidades que lo componen. En algunos casos, el texto se acompaña de una imagen sugerente representativa del bloque. Unidad 14. Control mediante circuitos lógicos II Unidad 15. Control programado BLOQUE III CONTROL Y PROGRAMACIÓN DE SISTEMAS 12. Adquisición y transmisión de datos 1. Tipos de señales . . . . . . . . . . . . . . 290 1.1. Señales analógicas . . . . . . . . . . 290 1.2. Señales digitales . . . . . . . . . . . . 291 2. Controles analógico, digital y mixto . . . . 292 7. Transmisión electrónica 3. Adquisición y transmisión de datos . . . . 293 . . . . . . . . . . 300 7.1. Transmisores a dos hilos . . . . . . . 301 7.2. Transmisor electrónico de presión diferencial . . . . . . . . . . . . . . . . 303 7.3. Transmisión estándar de datos para ordenador . . . . . . . . . . . . 305 15. Control programado 1. Tecnologías de automatización . . . . . . 354 1.1. Análisis comparativo . . . . . . . . . . 356 2. Circuitos lógicos programables . . . . . . . 357 2.1. Descripción de una FPLA . . . . . . . 358 3. El microprocesador . . 3.1. Descripción lógica 3.2. Periféricos. . . . . 3.3. Programación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360 361 362 362 352 5. Autómata programable . . . . . . . . . . . 366 5.1. Funcionamiento . . . . . . . . . . . . 367 6. Controladores industriales . . . . . . . . . 368 6.1. Programación. . . . . . . . . . . . . . 369 7. Redes neuronales . . . . . . . . . . . . . . 370 8. Control fuzzy . . . . . . . . . . . . . . . . 371 288 5. Convertidor digital/analógico . . . . . . . . 296 6. Transmisores . . . . . . . . . . . . . . . . 298 6.1. Principios de funcionamiento de la transmisión . . . . . . . . . . . . 299 4. Convertidor analógico/digital . . . . . . . . 294 4.1. Selección de un convertidor analógico/digital . . . . . . . . . . . . 295 4. El microcontrolador . . . . . . . . . . . . . 363 4.1. Descripción lógica . . . . . . . . . . . 363 4.2. Programación. . . . . . . . . . . . . . 364 4.3. Evolución de los microcontroladores . . . . . . 364 9. Control basado en modelos . . . . . . . . 372 Análisis de sistemas técnicos Control inteligente de instalaciones . . . . 374 13. Control mediante circuitos lógicos I 1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . 310 2. Álgebra de Boole . . . . . . . . . . . . . . 312 2.1. Suma lógica . . . . . . . . . . . . . . 312 2.2. Producto lógico . . . . . . . . . . . . 313 2.3. Complementación o negación . . . . 313 2.4. Propiedades comunes . . . . . . . . 314 3. Funciones lógicas y tablas de verdad . . . 316 4. Funciones elementales . . . . . . . . . . . 317 4.1. 4.2. 4.3. 4.4. Función AND o Y . . . . Función OR u O . . . . Función NOT o NO . . Función NAND o NO Y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317 317 317 318 308 4.5. Función NOR o NO O . . . . . . . . . 318 4.6. Función ORex u O exclusiva . . . . . 318 5. Representación de funciones lógicas . . . 319 6. Simplificación de funciones . . . . . . . . . 319 6.1. Diagramas de Karnaugh. . . . . . . . 320 7. Circuitos lógicos combinacionales . . . . . 322 7.1. 7.2. 7.3 7.4. 7.5. Semisumador. . Sumador total. . Decodificadores Codificadores . . Multiplexores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322 323 324 326 327 Vocabulario técnico 378 14. Control mediante circuitos lógicos II 1. Circuitos secuenciales . . . . . . . . . . . . 332 2. Biestables . . . . 2.1. Biestable RS 2.2. Biestable JK 2.3. Biestable T . 2.4. Biestable D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334 334 336 336 336 330 6. Memorias semiconductoras . . . . . . . . 342 6.1. Memoria RAM . . . . . . . . . . . . . 342 6.2. Memorias de sólo lectura . . . . . . . 343 7. Memorias de masa o periféricas . . . . . . 346 7.1. Disco duro . . . . . . . . . . . . . . . 346 7.2. Disquete convencional de 3,5” . . . . 346 7.3. Disquete para unidades removibles . . . . . . . . . . . . . . . 347 7.4. Discos ópticos . . . . . . . . . . . . . 347 3. Registros de desplazamiento . . . . . . . . 337 4. Contadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337 4.1. Visualización del resultado . . . . . . 338 4.2. Consideraciones generales sobre los contadores. . . . . . . . . . 339 5. Memorias . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340 5.1. Características generales . . . . . . . 340 5.2. Clasificación . . . . . . . . . . . . . . 341 Análisis de sistemas técnicos Apertura de una puerta . . . . . . . . . . . 348 286 287 5 3. propias del motor de cuatro tiempos. salta la chispa procedente de la bujía y se produce la combustión de la mezcla. de bajo coste. el de dos tiempos presenta las ventajas siguientes: • Sencillez de construcción. Autoencendido. Transmisión estándar de datos para ordenador 6. Transmisores 6. • Un conjunto de informaciones destinadas a la preparación de la unidad. La lumbrera de escape (Le) comienza a descubrirse y los gases quemados pueden salir al exterior. por la misma razón expuesta en el punto anterior. • Explicar el funcionamiento de la transmisión basado en el sistema de equilibrio de pares de fuerzas. 4 1002) 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1102) . 2 102) . Biela 5. • Reconocer los motivos que justifican la transmisión de datos y enumerar sus ventajas. • Al final de algunos apartados. 35 cc Fig.1. 16 combinaciones. El par motor y la potencia evolucionan en función del régimen de giro del motor del mismo modo que en el de cuatro tiempos (fig.70 11 7 8 000 Pistón Lumbrera de transferencia Bujía Cigüeñal Pistón Lo primero que se aprecia es la desaparición de las válvulas de admisión y escape. motocicletas y auxiliares. 9. la chispa de la bujía salta cuando el pistón está a punto de llegar al PMS. • Conocer las características de los sistemas de control analógico y digital. Lumbrera de escape Lumbrera de admisión Biela Bujía 5. Este fenómeno da lugar a la aparición de vibraciones de las partes mecánicas de la cámara de combustión y a un ruido característico. relacionada con los contenidos que se van a desarrollar y que pretende despertar el interés de los alumnos.: 30. se ejerce una presión sobre el pistón. • En un circuito eléctrico.. Funcionamiento Cigüeñal Fig. 5.2. — Los sistemas en lazo cerrado son sistemas realimentados. emplea los símbolos 0 y 1. 10 y 11). descubre la lumbrera de admisión (La) para que una cierta cantidad de mezcla nueva pase al cárter. ya que el motor de dos tiempos efectúa trabajo útil en cada vuelta del cigüeñal. para la aplicación de los contenidos estudiados en contextos diferentes. • El esquema de la unidad en el que se indican los contenidos que se van a trabajar para lograr los objetivos propuestos. 101. sino de modo progresivo. las cronologías de la evolución histórica de la tecnología. las ampliaciones de especial interés. Señales digitales 2. arrastrado por el cigüeñal para iniciar un nuevo ciclo. En ocasiones. 0 1 2 3 Sistema decimal 4 5 6 7 8 9 Código binario natural 0 1 10 11 100 101 110 111 1000 1001 Código BCD 8421 Objetivos • Distinguir las características que diferencian las señales analógicas de las digitales.2. resultan 24 16 combinaciones.1.1.. Parámetros y magnitudes característicos Los parámetros característicos de un motor de dos tiempos son los mismos que hemos definido para el de cuatro tiempos: diámetro (D). La tabla 3 muestra las magnitudes características de dos motores de dos tiempos correspondientes a una motocicleta de competición (C) y a otra de paseo (P). 12 A DQUISICIÓN Y TRANSMISIÓN DE DATOS Esquema de la unidad 1. Cuando esto ocurre. 011. 100. Al llegar el pistón al PMS. obtendremos 23 8 combinaciones (000. es decir. que suele denominarse picado del motor.3. las resistencias pueden acoplarse en serie.33 cc. En la figura 8. Inmediatamente. • Describir el funcionamiento de un convertidor digital/analógico y explicar el tipo de señal que se obtiene a la salida. Tipos de señales 1. digital y mixto 3. Además. en consecuencia. Convertidor digital/analógico 7. Por consiguiente. • Mejor funcionamiento de los órganos de transmisión. Sin embargo. si empleamos tres bits. En su lugar. Calcula el volumen de la cámara de compresión de los motores que aparecen en la tabla 3 a partir de los datos de la relación de compresión y la cilindrada. Aplicaciones El motor de explosión de dos tiempos tiene dos campos de aplicación fundamentales: • Pequeños motores para lanchas fueraborda. Partes fundamentales de un motor de dos tiempos monocilíndrico. Selección de un convertidor analógico/digital 5. 001. si empleamos cuatro bits. hay otra abertura que comunica el cárter con el cilindro y que recibe el nombre de lumbrera de transferencia (Lt). • Mayor potencia. Esto puede efectuarse en lazo abierto o en lazo cerrado. El ciclo de funcionamiento de un motor de dos tiempos consta de las mismas cuatro fases que el de cuatro tiempos. Transmisión electrónica 7. Señales analógicas 1. 01. Convertidor analógico/digital 4. en paralelo o mixto. sólo que realizadas en dos carreras del pistón y. • En los márgenes se incluyen explicaciones complementarias que ayudan a comprender mejor los contenidos. El número de combinaciones posibles de bits (N) depende del número de bits empleados (n): • Un sistema de control se encarga de mandar o gobernar un proceso con el fin de obtener en él la salida deseada. de la correspondiente correa de distribución. que actúa como una bomba que aspira la mezcla a través de la lumbrera de admisión (La) y la transfiere al cilindro mediante la lumbrera de transferencia (Lt). Magnitudes características de algunos motores de dos tiempos. Admisión-compresión El pistón asciende en su primera carrera desde el PMI hasta el PMS. • Explicar el mecanismo de codificación de las señales binarias y reconocer su utilidad. 5. Adquisición y transmisión de datos 4. 288 289 Desarrollo de los contenidos La exposición de los contenidos se estructura en apartados y subapartados que reproducen la secuencia lógica de aprendizaje. • Mayor temperatura de funcionamiento. ya que la combustión de la mezcla se produce con una frecuencia superior. Todos los números naturales del sistema decimal tienen sus equivalentes en el sistema binario.Introducciones de unidad Las unidades didácticas que componen cada bloque se presentan siempre mediante una doble página que contiene: • Una imagen sugerente.2 0. también llamado binario natural. no de forma instantánea. — Los sistemas en lazo abierto son sistemas no realimentados. se incluyen modelos de resolución de problemas tecnológicos.. Controles analógico. Suelen ser motores sencillos. organizados de menor a mayor dificultad. • Mayor desgaste de sus órganos. En este movimiento comprime la mezcla que se encuentra en el cilindro. Por tanto. a Le La Lt b Le La Lt A la vez. pues carece de árbol de levas y. Ventajas e inconvenientes Comparado con un motor de cuatro tiempos. se descubre la lumbrera de transferencia (Lt) y la mezcla nueva procedente del cárter entra en el cilindro y desaloja el resto de los gases quemados. 010. utilizados por un grupo de personas. — Si dos resistencias se acoplan en serie. si utilizamos dos bits. se pueden observar las partes esenciales de un motor de dos tiempos monocilíndrico. 96 97 6 . El código BCD más usual es el denominado 8421 en el que la representación del 0 al 9 coincide con la del código binario natural (salvo los ceros no significativos). • Una relación de los objetivos que se pretenden alcanzar. Sol. tales como: • Menor rendimiento mecánico. 1 1012) . distinguiremos la etapa de admisión-compresión y la de expansión-escape (fig. que siempre están sujetas a gran desgaste. Así: 0 5 02) . 7). la dilatación de los gases quemados puede comprimir aún más la parte no inflamada y provocar su autoinflamación o autoencendido. El código binario. n potencia máxima (rpm) Tabla 3. que gira 180°. mientras que el de cuatro tiempos lo realiza cada dos vueltas. • Clasificar los transmisores según el tipo de energía que emplean. etc. 5.1. • Describir el funcionamiento de un transmisor electrónico de presión diferencial y justificar las ventajas de emplear un sistema realimentado.76 11. arrastrado por el cigüeñal. La lumbrera de escape (Le) permanece cerrada. Etapas de funcionamiento de un motor de explosión de dos tiempos. • Grandes motores para embarcaciones caracterizados por una gran potencia. refrigerados por aire y autolubricados mediante aditivos de la mezcla combustible. 6. que los alumnos han de conocer antes de iniciar el trabajo. (R1 R2) N 2n Así. régimen de giro (n) y relación volumétrica de compresión (r). y analizar comparativamente sus ventajas y sus inconvenientes.9 cc c d Expansión-escape Le La Lt Le La Lt Al producirse la combustión de la mezcla. Magnitud C P Número de cilindros Cilindrada total (cc) Carrera (mm) Diámetro (mm) Relación S/D Relación de compresión Potencia máxima (CV) 1 331 64 83. podremos obtener 22 4 combinaciones (00. se proponen cuestiones y problemas. 6 12) .4. decimos que se ha producido una detonación. Transmisores a dos hilos 7. 8 10002) . carrera (S). que gira otros 180°. La mezcla se inflama y la combustión se propaga. 3 112) ..7 50 8 000 1 49 31 44 0. su comportamiento dependerá del comparador y del regulador. picado y detonación En los motores de dos y cuatro tiempos. El motor de explosión de dos tiempos Se trata de un motor térmico de combustión interna con encendido provocado (MEP) y con un proceso en dos tiempos o carreras. 7 1112) . Le La Lt La mezcla de combustible y aire no entra directamente en el cilindro. Transmisor electrónico de presión diferencial Preparación de la unidad Recuerda • Un código es un conjunto de signos preestablecidos. que permiten la transmisión de una información. 4. que desciende bruscamente en su segunda carrera arrastrando el cigüeñal.93 cc. Estas lumbreras quedan abiertas o cerradas por el movimiento del pistón en el interior del cilindro. Calcula la nueva cilindrada y el nuevo volumen de la cámara de compresión de la motocicleta de competición de la tabla 3 si aumentamos la carrera hasta 66 mm y el diámetro del cilindro a 85 mm. aparecen los conductos de admisión y escape denominados lumbrera de admisión al cárter (La) y lumbrera de escape (Le). El pistón se encuentra en el PMI y puede comenzar a ascender. • Donde resulta necesario. 8. para representar los diez dígitos se necesita emplear cuatro bits. en una sola vuelta del cigüeñal.2. Sol.: 374. la resistencia total se R1 R2 obtiene del modo siguiente: RT —————. la resistencia total es la suma de ambas: RT R1 R2 — Si se acoplan en paralelo. también tiene algunos inconvenientes. • Supresión de las válvulas. de las cuales seis no se asignan a ningún dígito. 110 y 111). • Mayores niveles de contaminación generados por la combustión de los aditivos de la mezcla. sino en el cárter. El código BCD (decimal codificado en binario) permite expresar cada dígito decimal en código binario. Así pues.1. • Enumerar los elementos que constituyen un sistema de adquisición de datos desde la fuente hasta el actuador. Principios de funcionamiento de la transmisión 7. • Describir el funcionamiento de un convertidor analógico/digital y explicar el tipo de señal que se obtiene a la salida. 5. 9). • Conocer las características de algunos sistemas de transmisión estándar de datos para ordenador. Su comportamiento dependerá exclusivamente del regulador. por tanto. • El apartado Síntesis de la unidad está constituido por un cuadro sinóptico que resume la información más significativa estudiada. Elige uno de los tipos de bombas analizadas en la unidad y describe su funcionamiento. suponiendo que la carrera del vástago es de 180 mm y que efectúa 4 ciclos/min. La señal es enviada a un conmutador que desactiva el actuador y deja que la botella prosiga su camino en la línea de llenado. Pueden ser unidireccionales y bidireccionales. en L/min. Por lo tanto. Efectúan trabajo útil tanto en el movimiento de avance como en el de retroceso. el segundo y el tercero pueden tratarse conjuntamente. al no detectar tapón metálico. Procederemos. 50 mm. Síntesis de la unidad En los cuadros siguientes se resumen los conceptos fundamentales relacionados con los elementos de un circuito oleohidráulico y sus características más destacadas. Alternativas Existen dos posibles alternativas al diseño del sistema que hemos expuesto. Justifica razonadamente por qué la resistencia oleodinámica de un fluido es directamente proporcional a su densidad. Repite el proceso anterior con una válvula bidireccional. Idénticas a las neumáticas T Idénticas a las neumáticas B P A R Elementos auxiliares 19. rendimiento. Puedes ayudarte de un dibujo esquemático. 3/2. Los materiales más fácilmente detectables son aquellos que posean características de buenos conductores de los flujos magnético y eléctrico. Ésta es captada por el conmutador. Permitir la salida del aceite por un orificio único cuando procede de dos conductos distintos. Cuando resulta conveniente. los materiales. se incluyen fórmulas para la resolución de problemas y la simbología normalizada utilizada para la representación de elementos y circuitos. por roldana. funcional y técnico. Para ello. la ausencia de señal puede provocar la activación del actuador. será necesario diseñar un sistema de control capaz de indicar los errores previstos. los mecanismos y los procesos analizados hasta ese momento. — Con las dimensiones obtenidas en el apartado anterior. 225 bar. Para corregirlos. hidráulico o eléctrico. conseguir que no lleve a cabo su carrera máxima. Este funcionamiento tiene dos inconvenientes que deben ser subsanados. de modo que incorporen los elementos. Su retorno puede ser por resorte. será necesario arbitrar las soluciones idóneas para subsanarlo. B A Filtros Válvula antirretorno Válvula selectora de circuito Válvula reguladora de caudal Válvula limitadora de presión 18. 20. En este caso. Impedir la circulación del aceite en un determinado sentido. Presión nominal Caudal Régimen de giro Elevada capacidad de aspiración c) P T 16. Explica las analogías y las diferencias que existen en la representación simbólica de una válvula neumática y una oleohidráulica. — Desde el punto de vista del detector capacitivo. Indica cómo podemos limitar la carrera de un cilindro. v vos • Los detectores de proximidad inductivos son dispositivos que basan su actuación en fenómenos de tipo magnético. podemos utilizar un t tá detector inductivo. Características í ísticas Los detectores de proximidad analizados hasta ahora son fundamentalmente de dos tipos: inductivos y cav vos pacitivos. • La segunda consiste en modificar el funcionamiento de los detectores para que detecten sólo las botellas desprovistas de tapón o insuficientemente llenas. La botella está insuficientemente llena. Se fundamentan en la variación del campo magnéi iaci tico producido en una bobina detectora como consecuencia del acercamiento o del alejamiento de un objeto. los sistemas van siendo progresivamente más complejos. el detector se activa y emite una señal. Retener y retirar las impurezas que puede transportar el aceite. por pedal. podemos emplear un detector capacitivo. su viscosidad cinemática y la longitud del tubo. Sólo efectúan trabajo útil en el movimiento de avance. es conveniente detectarlos. Sol. Por lo tanto. al no producirse señal. 282 283 7 . ya que hay que suponer que la inmensa mayoría de las botellas cumplirán los requisitos establecidos. 5/2. De engranajes De paletas Transformar la energía de presión del aceite en movimiento giratorio continuo. 4/3. • Cuando una botella está totalmente llena. 5 725 N Fea De doble efecto D2 P —— 4 Fer (D 2 d 2 ) P ————— 4 b) B A Volumen de aceite consumido: T P A B VT Va Vr (D 2 d 2 ) ————— e 4 T P R La presión de trabajo es muy superior a la de los cilindros neumáticos. 21. — Desde el punto de vista del detector inductivo. es necesario calibrarlo con el fin de que se active cuando la variación de capacidad se origina por una botella correctamente llena. Calcula las fuerzas efectivas de avance y de retroceso del vástago de un cilindro de doble efecto a partir de los datos siguientes: diámetro del émbolo. con lo que se evita el problema de los huecos. Fe De simple efecto D2 P ——— 4 E Volumen de aceite consumido: V D2 —— e 4 14. presión de trabajo. por tanto. la presencia del tapón metálico activa el detector.: 37 533 N. ANÁ S S A ÁLISIS ANÁLISIS DE S S SISTEMAS TÉCN COS S ÉC CNIC S CNICOS T Todos los sistemas automáticos presentan algunos fallos de funcionamiento. — Compara estas representaciones con las que realizaste en la actividad 6 de la unidad anterior y señala sus semejanzas y sus diferencias. 174 175 A medida que se avanza en el desarrollo de los contenidos. — Nombra otras unidades técnicas que se emplean para medir estos parámetros y justifica su relación con las unidades del SI. 10. se situará en posición vertical de modo que las botellas pasen justo por debajo de él. para detectar la presencia o la ausencia de tapón metálico en la botella. Calcula el consumo de aceite del cilindro anterior. 13. T Similares a las neumáticas P R — Represéntala simbólicamente y describe el proceso de trabajo. El inconveniente de esta alternativa radica en que el actuador tiene que intervenir con mucha más v venir frecuencia. Este dispositivo es habitual en los procesos industriales de envasado de líquidos. • Cuando la botella carece de tapón o está rota. ya que en ambos la botella carece de tapón. ya que pueden ser interpretados como botellas insuficientemente llenas y activar el actuador. b) 4/2 con mando y retorno hidráulicos. ya que. c) 5/2 con mando por palanca y retorno por resorte. la variación de campo eléctrico provocada no es suficiente para activar el detector. El problema se reduce. d) 3/2 NC con mando eléctrico y retorno por resorte. por palanca. 6. • Cuando una botella está correctamente tapada. a) A 12. t ico tri i Detectan la variación de capacidades existente eni ió iaci i tre la placa sensora y tierra cuando se aproxima un objeto. definir su funcionamiento y proponer alternativas r rnativ v vas posibles. Sol. se plantea el problema del espacio que queda entre botella y botella. Explica qué debemos hacer para conseguir que la velocidad de salida del vástago de un cilindro sea prácticamente instantánea. e inversamente proporcional al diámetro de éste. vamos a analizar una línea de llenado de botellas y cierre con tapón metálico. 5.Análisis de sistemas técnicos Con el fin de facilitar a los alumnos una visión de conjunto de las aplicaciones tecnológicas que pueden encontrar en su entorno. 3. entre otros. Su mando puede ser manual. Define correctamente los conceptos de viscosidad y viscosidad cinemática. por pulsador. Confecciona un esquema con los elementos básicos de cualquier circuito oleohidráulico y los componentes de cada uno. Los fallos más comunes que suelen presentarse en este tipo de procesos son. 30 mm. basta configurar la línea de llenado de modo que se impida. Pueden utilizarse indistintamente para detectar materiales conductores o dieléctricos. cuyo rendimiento es del 85 %. La presión de trabajo es muy superior a la de los cilindros neumáticos. La botella carece de tapón.31 L/min Cilindros Transformar la energía de presión del aceite en movimiento rectilíneo alternativo. Sol. los siguientes: 1. 4/2. diámetro del vástago.: 2. e indica en qué unidades se mide cada una de ellas en el SI. Presión nominal Caudal Régimen de giro Se designan mediante un código numérico: 2/2. Una vez r rlo detectado el error. etc. la existencia de dichos huecos. Elemento Tipo Función Características Actividades de aplicación 4. para detectar si la botella está correcta o t tá incorrectamente llena. a señalar las característií ísti cas de los elementos que deben componer el sistema. Para resolverlo. Motores 11. El vástago tiene 28 mm de diámetro. Esto supone un mayor consumo de energía y el riesgo de fallos en el funcionamiento del actuador. al final de algunas unidades se incorpora una doble página en la que se presenta el análisis de un sistema técnico desde los puntos de vista anatómico. — Calcula el diámetro que ha de tener el cilindro para obtener una fuerza efectiva de avance de 8 435 N. — Dibuja también su símbolo y explica qué función desempeña el antirretorno de su interior. Por regla general. Disponemos de un cilindro de doble efecto. es decir. 8. La relación de sistemas propuestos a lo largo del libro es la siguiente: • Unidad 1: • Unidad 4: • Unidad 5: • Unidad 6: • Unidad 7: • Unidad 8: la cisterna del inodoro una motocicleta un frigorífico doméstico una taladradora portátil línea de llenado de botellas apertura y cierre de una puerta • Unidad 9: un horno doméstico • Unidad 10: apertura de la compuerta de una tolva • Unidad 11: una mesa regulable en altura • Unidad 14: apertura de una puerta • Unidad 15: control inteligente de instalaciones Páginas de cierre Las unidades se cierran con una doble página formada por dos apartados: Síntesis de la unidad y Actividades de aplicación. Representa simbólicamente las siguientes válvulas: Bombas De engranajes De paletas Aspirar el aceite del depósito e impulsarlo al circuito a una determinada presión y caudal. Esta secuencia de dibujos representa el funcionamiento de una válvula 5/2 de corredera. • Las Actividades de aplicación presentan un conjunto de cuestiones teóricas y ejercicios prácticos que pretenden determinar si los alumnos han alcanzado los objetivos propuestos. 2. Regular o limitar la presión de trabajo del aceite. 9. Controlar el caudal de aceite que pasa por una conducción. que se encarga de desactivar el actuav var dor para que la botella prosiga en la línea de llenado. a detectar dos posibles fallos: si la botella está correctamente llena y si dispone de tapón metálico. que trabaja a una presión de 50 bar. el detector no se activa y el conmutador invierte la señal y activa el actuador para que extraiga la botella del circuito de llenado.: 50 mm. 7. pues. 85 %. El problema se resuelve temporizando la frecuenr rizando cia de la señal para que coincida con la frecuencia de paso de las botellas. 17. lo que supone elegir el detector inverso a los anteriores. Explica las semejanzas y las diferencias entre un motor de engranajes y una bomba de engranajes. Línea de llenado de botellas í ínea Funcionamiento El circuito de control estará formado por un detector de proximidad inductivo y otro capacitivo. con lo que. Nombra las válvulas que aparecen representadas en la figura siguiente. el conmutador activa el actuador para que saque la botella de la línea de llenado. Confecciona un dibujo esquemático de una válvula reguladora de caudal unidireccional y explica cómo funciona. • Los detectores de proximidad capacitivos son dispositivos que basan su actuación en fenómenos de tipo eléctrico. La botella se ha roto durante el proceso de colocación del tapón. calcula la fuerza efectiva que se obtiene en el retroceso. Enumera las funciones básicas que ha de cumplir cualquier fluido oleohidráulico y justifica en qué casos está aconsejado no utilizar aceite mineral. • Cuando una botella está insuficientemente llena. Para llevar a cabo la detección. Justifica la utilidad de las válvulas antirretorno. Señala las analogías y las diferencias con la unidireccional. hidráulico o eléctrico. El detector capacitivo se encarga de detectar el nivel de llenado de las botellas. Para que funcione de manera idónea. Fuerza ejercida por el vástago: a) 3/2 NC con mando hidráulico y retorno por resorte. el problema está en los huecos que pueda dejar la líí ínea de llenado entre botella y botella. estos fallos se producen como consecuencia de problemas de fatiga del sistema por el tiempo que lleva en funcionamiento. Fuerza ejercida por el vástago: 15. El detector inductivo será el encargado de detectar la presencia de tapones metálicos. • La primera de ellas consiste en modificar la línea de llenado de modo que el actuador se active cuando se detecta una botella provista de tapón o correctamente llena. aunque están especialmente indicados para estos últimos. en la práctica. A efectos de detección de fallos. 24 021 N Válvulas De corredera Electroválvulas Gobernar los elementos de trabajo mediante el paso de aceite a presión a través de sus orificios o vías. 199. 25. 27). 161. VOCABULARIO TÉCNICO En las páginas siguientes. En la página 347. Analógica. 63. 198. Voltaje. 92. Aleación eutéctica (p. Su capacidad se mide en faradios (F) (pp. Dispositivo encargado de actuar sobre un proceso una vez recibida la orden procedente de otro elemento del sistema (pp. 199. hablamos de un Los términos diferencia de potencial y voltaje remiten a tensión. 192. 17. Generador de corriente alterna (p. 176. 46. 293. 274). y en las páginas 192. 27. 274). 27. 199. de fórmula NH3. Antimonio. 163. Cuando dicho término se analiza en las páginas 112 a 117 y 120 a 126. el calor o la corriente eléctrica (pp. 132-136. 28). En las páginas 200. 108). 96. 343. Margen de frecuencias con que puede trabajar un componente (p. 378 379 8 . 27. 123). En negrita. 23. 200.76 % (pp. 97). Por ejemplo: Disco duro (HD). 68. Fuerza que se ejerce en un esfuerzo de tracción o de compresión (pp. 293). 212. 17). Ion provisto de carga negativa (pp. se señala dónde se trabaja de una manera significativa. 224. 293). 218. 229. 199. Se mide en voltios (pp. 205. cada término se acompaña con las páginas en las que se hace referencia a él. 57. 56). que pueden tomar los valores 0 y 1. Ánodo. Árbol. 339. 113. 30). 102). 29. 304. nos estamos refiriendo a un componente eléctrico. el concepto de amplificador tiene un sentido general. Afino. Al2O3. Sigla con la que se identifica la unidad aritmético-lógica de un microprocesador (pp. En la página 301 se estudia específicamente el amplificador convertidor. 28. Anión. 370). 198. 363). Arcilla. Fase del ciclo de un motor térmico en la que la mezcla combustible se introduce en el interior del cilindro (pp. 40. 12. 68). 273). 202-205. operacional (pp. 14-16. 10. Roca sedimentaria procedente de la descomposición del granito. Denominación que recibe el proceso de eliminación de las impurezas que contiene un metal en bruto (p. Con frecuencia suele utilizarse para designar el etanol o alcohol etílico (p. Diferencia de potencial entre los extremos de un conductor. 295. 366. 208. 276. sulfúrico (pp. 202. m (p. 230). 292. 175. 298. 61. 202. Actuador. Óxido de aluminio. 141. 354. 291. nítrico (pp. Acumulador. • Si un término tiene varias acepciones. 11). Admisión. Antracosis. 16. 44-47. 53. Material que resulta de la disolución de un sólido en otro sólido cuando ambos están en estado de fusión y que conserva propiedades metálicas (pp. 27. Dispositivo que puede almacenar o acumular un fluido o una determinada cantidad de energía mecánica y devolverla en el momento necesario (pp. Se presentan por orden alfabético. Elemento de máquina. Por ejemplo: Condensador. Anillo limpiador. 207. 165-169. Transmite momentos de giro (pp. 19). la luz. 46. 146. 328). 2. 292. 207). 267. 182. Unidad de intensidad eléctrica en el SI. 292-297. 165. 84. 293. 11). 233). 12. Sustancia que liga o mantiene unidos diversos componentes heterogéneos (p. 27. • Si un concepto tiene varias acepciones. 15. 91. 83). Amperio (A). 192. 171. 357 y 358. 18. V. 112-117. 342. 57. 298. 1. De este modo. el paso del sonido. 182. Alúmina. Avidez de un átomo por capturar electrones (pp. 243). 373). 48. 347. 61). Miliamperio (mA) (pp. 130. ya que explica el significado de los términos que recoge. 357. Ánodo de sacrificio (pp. 372). Fibra textil de origen vegetal (p. ALU. conviene tener en cuenta las consideraciones siguientes: • Cada término incluye la definición y las páginas en las que aparece. 57. 166. 342. 310. Es la intensidad de corriente que produce la circulación de un culombio por segundo en un conductor (pp. 30. 84. 9. 173). Tensión. un componente eléctrico o un circuito. 155. 207. se hace referencia al concepto de disco duro en relación con otras unidades de memoria de masa. Sustancia química de acción corrosiva sobre ciertos materiales y de naturaleza contraria a la de los ácidos (p. Aluminio. 298. Metal ligero de tipo no férrico (pp. 191. Amplificador convertidor (p. 71. encontrarás un vocabulario compuesto por un gran número de términos que se estudian en las distintas unidades de este libro. 227. Amorfo. 56. Elemento químico de carácter metálico. 345. 271. 357. 219. 272. Polo positivo (pp. Amortiguación. 361. 25. 343. 23. 17. sirve como índice alfabético para localizar los términos en el libro. Enfermedad provocada por la inhalación de polvo de carbón (p. 343. 29-31). Aglomerante. 358). 17. 155. 55. 163. 368. 25. 301). 101. 50. 30. 238. Producto siderúrgico cuyo contenido en carbono oscila entre el 0. se indican éstas en cursiva. — Por otra. en la práctica. 33. Árbol de levas (p. Estado de agregación de un sólido que carece de estructura cristalina (pp. 15. 242. Las características del disco duro como memoria periférica se exponen en la página 346. 224. 202. En las páginas referenciadas en este bloque puede aparecer indistintamente el concepto como tensión. se recoge un glosario de los términos de uso técnico empleados en el desarrollo de las unidades didácticas. 290. 200. Con el fin de facilitar su manejo. Pieza que se coloca en el lado opuesto del émbolo de un cilindro oleohidráulico para mantener el vástago limpio de aceite (p. 39-43. 84). 245). 227. 30-33. y sobre los que se definen tres operaciones binarias: suma lógica. Amoníaco. 30. 230. Amplificador. 98. 228. 144. 10. Técnica de recubrimiento de un metal por inmersión en caliente en un baño de aluminio fundido (p. 14. 218. utilizado antiguamente como fluido frigorígeno (pp. Álgebra de Boole. 155. 29. 26. 2. 104). Desgaste de un material por fricción (pp. 205. de carácter no metálico. 159. 176. 224. Amplificador convertidor (p. 160. 82). 22-24. 93. 27. 208. Angström. 169. 213. Elemento de una máquina frigorífica en la que el fluido frigorígeno pasa de estado gaseoso a estado líquido (pp. 219.1 % y el 1. Unidad de longitud equivalente a 10 10 componente de una máquina frigorífica o una bomba de calor. 67. Componente de una aleación (pp. 199. Operador eléctrico de corriente alterna cuya misión es acumular carga eléctrica para cederla en el momento oportuno. Tipo de señal que varía de forma continua en función del tiempo (pp. 81. • Si de un concepto conviene especificar algunas características peculiares. 69). 218. 205. 28. 22. 219. Con el fin de facilitar su localización. 9. 13. se indica mediante páginas en negrita. 208. 17. Por ejemplo: Amplificador. 149). 346. 129. 155. 1. 179. 227. Aleante. 18-20). Nombre genérico de una familia de compuestos orgánicos derivados de los hidrocarburos. 298. se recogen todas aquellas que se emplean en el libro. Sustancia química de acción corrosiva sobre los metales y sobre otros materiales (pp. 225. 120126). Memoria de masa formada por una superficie magnética donde se graba la información por medio de un cabezal de lectura/escritura que interacciona con dicha superficie (pp. Anodizado. 129. 28. Algodón. 301). 301). 312-315. Elemento químico. Afinidad electrónica. 350). Alternador. 342. se recogen todas ellas y se remite a la de uso más frecuente. 225. 52. 207. 27. 275. Su símbolo es Al (pp. producto lógico y complementación o negación (pp. 87. Tensión. 191-194. Alcohol. 125. 166. 130). Si el concepto se desarrolla de manera sistemática en algún apartado o subapartado. fosfórico (p. Aluminización. De las dos acepciones que posee este término. 160. 224. 15. Alcalino/a. 200-201. 2. 216. Está constituida básicamente por silicato de aluminio (pp.Vocabulario técnico Al final del libro. 1. Reducción de la velocidad del émbolo de un cilindro oleohidráulico o neumático cuando efectúa la parte final de la carrera de avance o retroceso (pp. 27. 50). 63. 23. Acero. 14). Por ejemplo: Diferencia de potencial. 205. de color blanco y aspecto gelatinoso (pp. 303. 18-21. cilíndrico o no. 358). Producto que se obtiene de la destilación seca de la hulla y del petróleo (p. V. Estructura algebraica que corresponde a un conjunto de elementos. También se denomina diferencia de potencial o voltaje. 74. 70. el vocabulario tiene una doble utilidad: — Por una parte. 115. 14. operacional (pp. funciona como diccionario técnico. 207. sobre el que se montan diferentes piezas mecánicas y que gira solidariamente con ellas. Aleación. Alquitrán. Dispositivo electrónico que aumenta la intensidad de la señal de entrada (pp. 319. como voltaje o como diferencia de potencial. Cuando el término condensador se trata en las páginas 17. 17. 316. Tensión. Ácido crómico (pp. Compuesto químico. A Abrasión. 202. 75. 181184. 21. 46. 31). Ácido. 234. 239. 224. 292). 10. Procedimiento electrolítico por el cual se recubre el aluminio de una capa que le protege de la corrosión (pp. 292 y 293 se desarrolla el amplificador operacional. Dispositivo electrónico que aumenta la intensidad de la señal de entrada (pp. 75). 31. 146. 100. 27). 97). 243). Ancho de banda. es obvio que nos referimos a la primera de ellas. 225 y 230. 28). 348. 61). Material que impide. 70. Aislante. Su símbolo es Sb (pp. 187. 31). . . . .SOLUCIONARIO Este solucionario permite al profesor/a la corrección de las actividades propuestas en el libro del alumno. . . . . . . . . . . . . Otros transductores. . Unidad 14. . . . . . . . . . Unidad 13. . . . . . . . . . Puede ser interesante que los alumnos lo utilicen como método de autoevaluación de las actividades de aplicación que se plantean al final de cada unidad. . . . . Actuadores . . . . . . 11 17 20 28 35 42 Bloque II. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Materiales y principios de máquinas Unidad 1. Unidad 11. . . . Reciclaje de materiales. . . . . Control mediante circuitos lógicos l . . . . Bomba de calor . . . . . . . . . . . . Importancia económica . . . . . . Circuitos neumáticos . . . . . . . Control y programación de sistemas Unidad 12. . . . . . . . . . . . . . . . . . . Unidad 5. . Control programado . . . . . . . . . . . . . . . Máquinas frigoríficas. Unidad 3. . . . . . . . . Motores eléctricos . . . 45 50 53 58 68 Bloque III. . . Control mediante circuitos lógicos II. . . . . . . . . . . . 77 82 92 95 9 . . . . Ensayos mecánicos sobre materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . Adquisición y transmisión de datos . . . Unidad 15. . . . . . . ÍNDICE Bloque I. . Automatismos Unidad 7. . . Estructura de un sistema automático . . . . Motores térmicos . . . Oleohidráulica. . Unidad 6. . . . . . Estructura y propiedades de los materiales . Unidad 4. . . . . . . . . Transductores de posición y de proximidad . . . . . . . . . . . . . Unidad 8. . . . . . Con esta finalidad. . Unidad 9. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Unidad 2. . . . . . . . . . . . Unidad 10. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . el profesor/a puede fotocopiar las páginas correspondientes a dichas actividades y proporcionárselas a los alumnos. Cuando estos compuestos se disuelven en agua. yodo. 35) 1. en consecuencia. la corrosión y la capacidad de reacción frente a diversos agentes. oxígeno. En estado amorfo. Es el caso de los metales: litio. titanio. las partículas componentes del sólido se agrupan al azar sin que exista relación ni distancia definida entre ellos. calcio. los compuestos covalentes están formados por moléculas definidas entre las que en ocasiones existen algunas fuerzas intermoleculares de carácter electrostático. capturar ni compartir electrones. tiene tendencia a capturar los electrones que le faltan para convertirse en ion negativo (anión). es decir. impenetrabilidad y comportamiento del material bajo la acción del calor.. xenón y criptón.1. el elemento no presenta tendencia a ceder. — Si a la capa exterior le falta algún electrón para completarse. hierro. 2. — Si esta capa está completa. Los tratamientos térmicos pueden cambiar las características estructurales de un sólido y. la afinidad electrónica del elemento es muy baja. presentan las mismas propiedades en cualquier dirección del espacio que se considere. sus propiedades mecánicas (dureza.. tiende a ceder los electrones para convertirse en ion positivo (catión). Los compuestos iónicos están formados por un retículo cristalino constituido por iones positivos y negativos. 11 . Podemos distinguir entre propiedades físicas. las partículas se sitúan ocupando los nudos o los puntos singulares de una red espacial geométrica denominada cristal. La capacidad de reacción de un elemento viene determinada por la estructura de la capa de electrones más externa. 4. Los electrones que forman esta nube se encuentran en la denominada banda de conducción y pueden trasladarse de unos iones a otros. fósforo. esto es. cobre. Las sustancias metálicas presentan enlace metálico. la electricidad. Estructura y propiedades de los materiales Actividades de aplicación (pág. ya que el flujo de electrones no encuentra soporte material para desplazarse. Los sólidos que presentan estructura cristalina son anisótropos. lo que también facilita la conducción de la corriente eléctrica. cloro. níquel. nitrógeno. Es el caso de los no metales: flúor. el elemento presenta una elevada afinidad electrónica. — Las propiedades físicas más importantes son: extensión. En este estado. un enfriamiento lento favorece la aparición de estructuras cristalinas mientras que un enfriamiento rápido favorece la formación de sólidos amorfos. fragilidad. bromo. 3. malas conductoras de la electricidad. sodio. magnesio. en general. químicas y mecánicas. y adquirir así la configuración de gas noble. neón. el magnetismo o la luz. cromo. modificar también sus propiedades mecánicas. que se repite de forma elemental en las tres direcciones del espacio. potasio. de estructura electrónica estable. Es el caso de los gases nobles: helio. mercurio. cinc. lo que facilita la conducción de la corriente eléctrica... los iones pueden desplazarse por el seno de la disolución. El estado cristalino se caracteriza por la existencia de una ordenación regular de los átomos. plomo. Por eso resultan. — Las propiedades químicas más significativas son la oxidación. — Si la capa exterior posee muy pocos electrones.) dependen de la orientación en el espacio que se considere. Este enlace se caracteriza por la existencia de una nube electrónica en torno a los iones metálicos. aluminio. es decir. es decir.. resistencia a la tracción. azufre. Así. por el contrario. los iones o las moléculas componentes de una sustancia según unas formas geométricas determinadas.. Por el contrario. Los sólidos amorfos suelen ser isótropos. argón. estaño. maleabilidad. d) Una barra de plomo de pequeño diámetro puede doblarse fácilmente con las manos: plasticidad elevada. g) El hierro dulce admite bien los procesos de forja en caliente: tenacidad escasa. el cilindro y el pistón: bajo coeficiente de dilatación. — Para el cigüeñal y las bielas: acero al cromo-níquel de baja aleación (duro. — Para las barras de torsión: elasticidad y resistencia a la fatiga. 12 . Por eso. e) Pueden obtenerse hilos de volframio de muy pequeño calibre: ductilidad elevada. La estructura microcristalina de los materiales vitrocerámicos les confiere una elevada resistencia mecánica. — Para la correa de distribución: elasticidad. f) El arrabio que sale del horno alto puede ser extendido en láminas: maleabilidad elevada. resistencia a la corrosión y dureza. caliza y otros componentes. De acuerdo con las propiedades anteriores. elasticidad. inercia química frente a agentes atmosféricos y elasticidad. a) Un trozo de madera de pino se hiende con facilidad: cohesión escasa. una elevada temperatura de fusión y una dilatación térmica muy baja. es incorrecto denominarlo cristal. plasticidad.— Las propiedades mecánicas son: cohesión. tenacidad. resistencia térmica y resistencia a la fatiga. — Para las lunas: vidrio laminado (duro. 5. Por este motivo. — Para la correa de distribución: neopreno (resistente a la tracción y elástico). 7. resistencia a la corrosión. — Para la carrocería: chapa de acero o de aluminio (plásticas y resistentes a la corrosión si han sido previamente tratadas). b) No puede clavarse un clavo sobre una pieza de acero: dureza elevada. impermeabilidad. fatiga y resiliencia. acaba rompiéndose: fatiga. — Para las barras de torsión: acero para muelles de baja aleación (soporta bien los esfuerzos de torsión). los materiales más adecuados serían: — Para los neumáticos: caucho vulcanizado (químicamente inerte y muy elástico). dureza. dureza y transparencia. tenacidad y resistencia a la fatiga. — Para el bloque motor: fundición o aleaciones de aluminio (tenaces y resistentes a la fatiga). sino que es amorfo. dureza y resiliencia. el cilindro y el pistón: aceros inoxidables (duros. — Para las válvulas. — Para el cigüeñal y las bielas: bajo coeficiente de dilatación. — Para el bloque motor: bajo coeficiente de dilatación. ya que su escasa dilatación hace poco probable que puedan llegar a romperse. tenacidad y resistencia a la fatiga. éste recupera su forma inicial: elasticidad elevada. — Para las válvulas. El vidrio de ventana es una mezcla en diferentes proporciones de sílice. 6. 8. ductilidad. están especialmente indicados para fabricar componentes sometidos a choques térmicos bruscos. tenaces y con buena resistencia a los agentes corrosivos). transparente y químicamente inerte). c) Al dejar de presionar un muelle. — Para las lunas: inercia química frente a los agentes atmosféricos. No presenta una estructura cristalina definida. i) Si doblamos repetidamente un alambre por el mismo sitio. tenaz y fácilmente mecanizable). A la hora de fabricar los componentes de un automóvil habrá que tener en cuenta las propiedades siguientes: — Para los neumáticos: resistencia térmica. h) El vidrio de ventana se rompe si se le golpea con un objeto contundente: fragilidad elevada. — Para la carrocería: plasticidad. fragilidad. Aplicaciones: como material de aportación en las soldaduras eléctricas. La ventaja fundamental respecto a los imanes metálicos radica en su baja conductividad eléctrica. 10. Son habituales cuando el disolvente y el soluto son metales. a los que se añade níquel. Aplicaciones: fabricación de casquillos de ajuste de piezas mecánicas.7 6. No obstante. Una aleación intersticial se forma cuando los átomos de los aleantes son lo suficientemente pequeños como para que puedan alojarse en los intersticios de la red cristalina del metal base. °C 1535 1415 1340 1145 1. que impide la propagación de corrientes inducidas. • Aleación: soldadura blanda Composición: plomo.67 %C — Los valores que se leen en dicho eje corresponden a los puntos de fusión. Aplicaciones: materiales de construcción (marcos de puertas y ventanas). • Aleación: Nicrom Composición: níquel ( 80 %) y cromo. 12. capaces de mantener las propiedades magnéticas a lo largo del tiempo.5 del eje de abscisas hasta que corten la curva del diagrama.5 % Al .) • Aleación: latón fundido Composición: 65 % Cu . — Para fabricar imanes permanentes se emplean ferritas duras.4. Se producen cuando los aleantes son no metales de pequeño diámetro atómico como el hidrógeno. 11. • Aleación: duraluminio Composición: 95.76 0 0. Aplicaciones: fabricación de resistencias eléctricas. Una aleación de sustitución se forma cuando los átomos del metal base y de los aleantes son muy semejantes en tamaño. composición y forma de cristalización. dúctil y maleable. Propiedades: elevada resistividad.9. cobalto o magnesio. que resultan ser aproximadamente: 13 .8 3. y que se obtienen por sinterización).8 y 3. tenacidad.5 % Cu Propiedades: resistencia a los agentes atmosféricos. Para determinar la temperatura de fusión de cada aleación procederemos del modo siguiente: — Se traza una línea vertical sobre los valores 0. Los materiales cerámicos más empleado en la fabricación de núcleos de bobina de electroimanes y de imanes permanentes son las ferritas (óxidos de hierro. Es el caso del bronce o el latón. — Para fabricar electroimanes se utilizan las ferritas blandas porque mantienen las propiedades magnéticas mientras dura el paso de corriente y se desmagnetizan inmediatamente una vez cesa ésta. dureza en frío. el boro. — Desde los respectivos puntos de corte se trazan dos paralelas al eje de abscisas hasta que corten al eje de ordenadas. Propiedades: bajo punto de fusión.5 4. Es el caso de los aceros (aleación de hierro y carbono). por lo que los nudos de la red cristalina pueden ser ocupados indistintamente por átomos de uno u otro componente. el carbono y el nitrógeno. estaño y antimonio en distintas proporciones. (La respuesta dependerá de las aleaciones enumeradas por cada alumno o alumna.35 % Zn Propiedades: buena resistencia al agua y al vapor. se ofrece un modelo de respuesta. Sobre él se sitúa la 14 . se ofrece un modelo de respuesta. Según estas características. El material que se obtiene resulta tenaz. • Para la fundición: x (sólido) —————— y (líquido) x y 100 x y 72 28 1 340 1 200 ———————— 1 200 1 145 140 ——— 55 Resultado: A 1 200 °C. Para la fase de calentamiento puede utilizarse una llama o bien corrientes de inducción. y los límites de la solución sólida (1 145 °C) y la solución líquida (las temperaturas de fusión respectivas). Se aplica a piezas que en su trabajo están sometidas a un gran rozamiento superficial. De este modo se consigue una estructura de la superficie del metal anormalmente dura. Esta dureza se debe a la tensión a que quedan sometidos los cristales por la deformación de su estructura cristalina. golpes bruscos y vibraciones. magnesio y cobre. como la composición del acero o de la aleación. los bulones. el 20 %. el 28 %. como los engranajes. • Para el acero: x (sólido) —————— y (líquido) x y 100 x y 80 20 1 145 1 200 ———————— 1 200 1 145 215 ——— 55 Para llevar a cabo el temple de una pieza se han de tener en cuenta diversos factores. entre los que destacan el temple martensítico. • El temple martensítico debe su nombre a la martensita. De este modo se consigue un temple martensítico sólo en la capa externa sin que la parte interna de la pieza sufra ninguna transformación. El dispositivo utilizado en el proceso se denomina banco de estirar. la velocidad de enfriamiento y los medios empleados para enfriar la pieza. la fase sólida del acero representa el 80 % y la fase líquida. el temple de precipitación y el temple superficial. 14. El estirado se aplica a barras de diámetro superior a 10 mm procedentes de la fundición de metales como el cobre. entre los que destacan el recocido. las válvulas. el tiempo de calentamiento. resilente y resistente al desgaste. las coronas.) Temple Consiste en calentar el acero a una temperatura elevada para. (La descripción del tratamiento dependerá de la elección que realice el alumno/a. Los metales pueden someterse a diversos tratamientos térmicos. ya que el proceso de enfriamiento rápido les impide alcanzar un equilibrio estable. Se aplica a las aleaciones de aluminio. Se aplica a los aceros. aleación muy rica en carbono que se forma en la superficie del material durante el proceso de enfriamiento rápido y que se caracteriza por su extremada dureza y fragilidad. la temperatura a la que hay que calentar. No obstante. someterlo a un proceso de enfriamiento rápido. la fase sólida de la fundición representa el 72 % y la fase líquida. el temple y el revenido. el normalizado. a continuación.• Para el acero: 1 415 °C • Para la fundición: 1 340 °C — La proporción entre fase líquida y fase sólida será equivalente a la distancia que media entre el punto intermedio (1 200 °C). 13. distinguimos diferentes tipos de temple. Resultado: A 1 200 °C. de forma que sólo una capa muy delgada de la superficie consiga la temperatura adecuada. etc. seguida de un enfriamiento rápido. • El temple de precipitación se denomina así porque el enfriamiento provoca la precipitación de un compuesto químico que pone en tensión los cristales del metal y los endurece. • El temple superficial se consigue provocando un calentamiento muy rápido. el latón y el aluminio y sus aleaciones. aumenta su longitud y disminuye su sección. y el dióxido de azufre (SO2). el material pasa una sola vez a través del orificio de la hilera. cuyo movimiento de rotación provoca el arrastre del material y su arrollamiento posterior. llamado cuba electrolítica. hasta obtener la sección o el diámetro adecuado. Una vez trefilado el material. el hidrógeno (H2). Si se trata de estirar barras de acero. Los metales pueden ser oxidados cuando son atacados por el oxígeno del aire (O2). denominada electrólito. el bromo (Br2). cuando es atravesada por una corriente eléctrica continua. una hilera. con diámetros que oscilan entre 5 mm y 8 mm. Una vez estirada la barra. los iones electropositivos presentes en la disolución —todos los iones metálicos más el hidrógeno— serán atraídos por el electrodo negativo o cátodo. Dependiendo del tipo de corrosión. Como en el caso anterior. la barra es afilada en uno de sus extremos para poder introducirla en la hilera. De este modo. en el trefilado el material va a ir pasando en frío y de modo continuo por orificios cada vez menores de las hileras. A continuación. Al hacerlo. el redondo es afilado en uno de sus extremos y se le somete a un proceso de decapado. Al cerrar el circuito. Los agentes corrosivos más habituales son el cloruro de sodio (NaCl). 15. Se trata de un proceso químico. se procede al corte del extremo afilado y se le somete a un recocido o a otro tratamiento similar con objeto de reducir el endurecimiento que se produce durante el estirado. el azufre (S). Se trata de un proceso que se inicia en la superficie de los metales. para limpiarlo superficialmente. El trefilado se aplica a los redondos procedentes de la laminación de metales como los aceros dulces. la oxidación puede avanzar hacia el interior de la masa metálica o detenerse en su superficie. y se introducen en ella dos electrodos conectados a una fuente de alimentación de corriente continua. el yodo (I2). Los procesos electrolíticos consisten en la descomposición química de una sustancia conductora en estado líquido o fundido. Se trata de un proceso electroquímico. el cobre. La oxidación es una reacción en la cual el elemento que se oxida cede electrones al elemento oxidante. esmaltado o niquelado). Está provisto de una devanadera. colocada en un soporte y con un dispositivo de lubricación continua. Antes de iniciar el proceso. se procede al corte del extremo afilado y se le somete a un recocido como en el caso anterior. El dispositivo empleado se denomina banco de trefilar. La corrosión es la destrucción lenta y progresiva de un material producida por el oxígeno del aire combinado con la humedad. es decir.hilera y frente a ella hay un carro desplazable provisto de una mordaza para sujetar la barra. Dependiendo de la naturaleza de éstos y de la temperatura. El estirado se provoca mediante desplazamiento del carro a lo largo del banco. 16. A diferencia del proceso de estirado. Para ello se coloca el electrólito en el interior de un recipiente. En los procesos de estirado. es necesario someterlas a un proceso de decapado. limpiarlas y eliminar las escamas y los óxidos que pudiera tener su superficie. el cloro (Cl2). y una bobina de arrastre. se pule o se le da un tratamiento superficial (galvanizado. se ejerce la fuerza de tracción necesaria para que la barra pase a través de la hilera. El movimiento de rotación de la bobina de arrastre provoca la fuerza de tracción necesaria para que el redondo pase a través de la hilera. puede iniciarse en la superficie (corrosión superficial) o en el interior de la masa metálica (corrosión intergranular) sin que en la superficie se aprecie ninguna anomalía. mientras que los iones electronegativos 15 . el bronce y el aluminio y sus aleaciones. que contiene el rollo de material que se desea trefilar. presente en el agua del mar. los óxidos de azufre (SO2 y SO3) y los de carbono (CO y CO2). los aceros duros. se establece una pila galvánica en la que el que tiene el potencial inferior actúa como ánodo de sacrificio y se oxida. la forma y la reactividad del material base. las tensiones no suelen superar los 100 V. Los semáforos y las farolas de alumbrado urbano: galvanizado en caliente (cincado). 19. — Los revestidos de material cerámico resisten mejor el calor. excepto para aquellos que reaccionan con el oxígeno del agua. Cuando dos metales están en contacto. que tiene forma de tambor giratorio. plástico o material cerámico. en cuyo interior se encuentra un electrólito. En este caso. El tambor giratorio que constituye la cuba electrolítica va revestido de diferentes materiales. el cinc tiene un potencial de oxidación inferior al del hierro. Por el contrario. lo que determina un calentamiento de la cuba y la necesidad de su refrigeración por diferentes procedimientos. las de tamaño mayor se fijan a sus paredes. la electrodeposición. 16 . — Cuando las piezas son de pequeño tamaño. como caucho. como tornillos. la galvanostegia. Si se utilizan como elementos de protección. En este tipo de procesos. pero las intensidades pueden llegar a alcanzar los 15 A/dm 2 de superficie de recubrimiento. por lo que no se conseguiría la protección deseada. el hierro permanecerá intacto y será este elemento el que se oxide. se emplea una disolución no acuosa. 18. lo que lo hace especialmente indicado para actuar como ánodo de sacrificio en los procesos de corrosión. se dejan sueltas en el interior del tambor giratorio. magnesio o titanio. — Si las piezas son de material no conductor. En el proceso se emplea corriente continua a una tensión aproximada de 100 V. que suele ser una disolución de sales de aluminio. los iones metálicos de las sales son atraídos hacia el cátodo y se depositan sobre el objeto formando una fina película. 17. pero son más frágiles. sería el hierro el que se oxidaría antes. la galvanoplastia. La intensidad puede llegar a alcanzar los 10 000 A. el metal que se desea recubrir siempre actuará como cátodo. e indirectamente en la protección catódica. Los alambres y los flejes no se fijan en el tambor. tales como la oxidación anódica. La carrocería de un automóvil: electroforesis. Así. — Los revestidos de caucho o plástico protegen mejor las piezas. si bien las temperaturas no suelen pasar de los 100 °C para evitar la ebullición del electrólito. fosfatación y pintado. la electroforesis. Este procedimiento se emplea en diferentes técnicas de protección. La electrodeposición es un procedimiento electrolítico que consiste en conectar el objeto al cátodo de la cuba electrolítica. En cambio. mientras exista cinc en la aleación superficial que se forma durante los procesos de galvanizado en caliente. el electrólito es una solución acuosa. sino que se les hace pasar de forma continua por el interior del baño. El interior de una cisterna destinada a transportar líquidos corrosivos: oxidación anódica. se han de recubrir previamente con una capa de material conductor. clavos y arandelas. pero no soportan altas temperaturas. El plomo y el estaño tienen un potencial de oxidación superior al del hierro. Cualquiera que sea la modalidad del proceso. — Para la mayoría de los metales. El proceso presenta diferentes modalidades según el tipo.lo serán por el electrodo positivo o ánodo. En consecuencia. El interior de un envase alimentario metálico: oxidación anódica. Las verjas de una vivienda situada a la orilla de la playa: galvanizado en caliente (cincado). La ventaja de este método reside en que pueden aplicarse a todo tipo de materiales. ya que es capaz de medir tanto las deformaciones elásticas como las permanentes. Datos: P D d 3 000 kg 10 mm 5. 5.7 Aplicamos la ecuación de la dureza Martens y resulta: M 10 000 ———— ⇒ a2 M 10 000 ———— a2 73. podemos obtener dicha longitud: HV P 1.28 mm ————— 150 0. La escala de dureza Shore se divide en 130 divisiones y. — El duroscopio es una variante del esclerómetro en el que el golpe se efectúa de forma pendular. Datos: a 11.3825 mm. Basta pensar que.844 — ⇒ I I2 caer desde una altura determinada. La escala se divide en grados en vez de unidades de longitud. 3.2.3825 mm Las diagonales de la huella miden 0.5.28 mm S 0. Un material capaz de rayar al cuarzo.88 mm)2) 99. por los métodos de huella. 2. el grado 100 corresponde al acero templado. Este método se emplea cuando no se desea que quede impresa la huella.05 73 La dureza Martens del acero dulce es 73. en ella. tendrá una dureza de 7. 59) 1. La dureza del cuarzo en la escala de Mohs es 7 y la del topacio. el caucho daría una dureza infinita.88 mm Aplicamos la ecuación que da la dureza Brinell y resulta: HB 2P —————————    D (D √ D 2 d 2 ) 2 3 000 kg ——————————————————————  3. 8. 7.844 50 kg ——————— 630 kg/mm2 √  1.97 100 La dureza Brinell del bronce es 100. Datos: D P I0 l 20 mm 2 000 kg 5 m 5 000 mm 2 mm l √  1.21 mm Sustituimos los datos en la expresión que da la dureza por el método de impacto y obtenemos ésta: H SP —— HP ⇒ H S 0. Los aparatos mas empleados son el esclerómetro de Shore y el duroscopio.844 P ———— HV 0.21 mm 200 La dureza del material resulta ser 200. 4.14 10 mm (10 mm √ (10 mm)2 (5. Datos: HP 150 SP 0. Datos: H V 630 kg/mm2 P 50 kg A partir de la expresión que da la dureza Vickers en función de la carga y la longitud de las diagonales de la huella. 6. pero que es rayado por el topacio. El método de Shore consiste en medir la dureza de un material en función de la altura que alcanza en el rebote un martillo que se deja 17 . — El esclerómetro de Shore consta de un tubo de vidrio en cuyo interior puede deslizarse el martillo sin rozamiento. Ensayos mecánicos sobre materiales Actividades de aplicación (pág. produce en ella una deformación permanente superior al 0.73 kg/mm2. aplicado a una probeta durante 10 segundos. la longitud inicial de la probeta.369 kg/mm2 ——————— 0.369 kg/mm2 A partir de la expresión de la tensión unitaria de compresión. podemos calcular el módulo de elasticidad E: E — ⇒ E A 6.14 (2 mm)2 D2 —— ⇒ S 0 ——————— 4 4 3. Cuando el martillo impacta sobre la probeta. Resiliencia es la capacidad de un material de absorber energía en la zona elástica al someterlo a un esfuerzo de rotura. El péndulo de Charpy es un dispositivo mecánico mediante el cual se lanza un martillo desde una altura determinada sobre una probeta de material.14 (20 mm)2 D2 —— ⇒ S 0 ———————— 4 HV 2 314 mm 9. calculamos la tensión de rotura: P —— ⇒ S0 175 kg ————— 3. 10. 18 . 11. La diferencia entre la energía que poseía el martillo antes del choque (que es función de la altura desde la que se lanza) y la que posee después del choque (que depende de la altura que alcanza tras la rotura) es igual a la energía absorbida por la probeta en el impacto: P (H h) P l (cos cos ) donde l es el alargamiento total producido por la tensión y l 0.14 mm2 55. Datos: P D 175 kg 2 mm 15 923. Se representa por y viene dada por la expresión: P —— S0 donde P es el esfuerzo.4 106 N ——— 9. Tensión unitaria es el esfuerzo que soporta el material por unidad de sección. Estricción es la disminución de sección que se produce en el centro de una probeta sometida a esfuerzos de tracción cuando éstos superan el valor del límite elástico convencional.5 kg/mm2 El módulo de elasticidad de la barra resulta ser de 15 923.4 106 N Determinamos también el incremento unitario de longitud A: A l —— ⇒ A l0 2 mm ————— 5 000 mm 0. Se representa por A y viene dado por la expresión: A l —— l0 Calculamos primero la sección S 0 del clavo: S0 3.5 kg/mm2.2 % de la longitud inicial.Calculamos primero la sección S 0 de la barra: S0 3.04 m2 S0 2. resulta: 1 kg 2.04 m2 Con este dato. o tensión aplicada.73 kg/mm2 La tensión de rotura del clavo es 55. Límite elástico es el esfuerzo que. Datos: s S 60 MN/m2 20 20 cm 6 107 N/m2 400 cm2 0.8 N 244 898 kg Conocidos y . 8. calculamos la tensión unitaria : P —— ⇒ S0 2 000 kg ————— 314 mm2 6.0004 Recordando la relación entre N y kg. la rompe y continúa ascendiendo. y S 0 es la sección inicial de la probeta. despejamos y calculamos el valor de la tensión aplicada P: P —— ⇒ P S0 P N 6 107 —— m2 0.0004 La columna puede soportar una carga máxima de 244 898 kg. Alargamiento unitario es el cociente entre el alargamiento provocado por la tensión aplicada y la longitud inicial de la probeta.14 mm2 Con este dato. En todo caso. por último. ofrecemos un modelo de respuesta. Están sometidos a fuerzas de rozamiento variables en intensidad y tiempo. — El mandrilado mide la capacidad de perforación de un material. — El platinado permite determinar el grado de forjabilidad de un material. Columna de hormigón: ensayo ultrasónico. Está sometido a esfuerzos de empuje procedentes de las bielas. 16.donde P es el peso del martillo. Están sometidos a esfuerzos de compresión variables dependiendo de las irregularidades del terreno. resultan adecuados para espesores pequeños. Mientras no existan irregularidades. poros. 15. que provocan dilataciones y contracciones del metal. Los ensayos de forja más empleados son el platinado. — Los ensayos de soldadura permiten comprobar la resistencia de una soldadura. l es la longitud del péndulo. De este modo se establece un campo eléctrico uniforme. Para efectuar un ensayo eléctrico sobre un material conductor se procede del modo siguiente: — Se unen dos contactos o escobillas A y B a una batería de baja tensión y se cierra el circuito eléctrico a través del metal objeto de análisis. los ángulos que forma el péndulo con la vertical antes y después del choque. dependiendo de la fuerza y la frecuencia con se que oprima el pedal del freno. el microvoltímetro no detectará ninguna variación de tensión. Cigüeñal de un automóvil: ensayo macroscópico. Pero si surge alguna variación de continuidad (grietas. (La respuesta puede variar según los componentes enumerados por el alumno o la alumna. Broca de una taladradora. Vías del ferrocarril: ensayo eléctrico. Las radiografías presentan mayor contraste que las gammagrafías y. 13. C y D. Amortiguadores. se unen a un microvoltímetro y se van desplazando a lo largo del material. por la 14. el tiempo de exposición es menor. a distancia constante. — Entre la escobillas anteriores se intercalan otras dos. e inversamente proporcional a su sección. impurezas) se manifestará con una variación de su resistencia. cualquier variación de longitud o de sección debido a alguna perturbación de continuidad (grietas. oquedades o rechupes). 19 . Estos esfuerzos se producen en diferentes puntos y en distintos momentos del proceso. La resiliencia se obtiene dividiendo sección S de la probeta. el mandrilado y los ensayos de soldadura. Vigas y columnas de una estructura metálica: ensayo ultrasónico. respectivamente. Como es sabido. Los rayos X no necesitan utilizar isótopos radiactivos. el voltímetro detectará una variación de tensión al cambiar la resistencia del material entre ambos contactos. el recalcado. y y son. Está sometida a esfuerzos de compresión variables (dependiendo de la dureza del material que se taladra) y de flexión o pandeo (dependiendo del modo de uso). Discos de freno. Este tipo de ensayos se basa en la variación de resistencia que se produce en un material conductor cuando contiene alguna impureza.) Cigüeñal. 12. variables en intensidad y tiempo. la resistencia de un material es directamente proporcional a su coeficiente de resistividad y a su longitud. En consecuencia. Bloque motor. — El recalcado se realiza para determinar la calidad de los materiales empleados para la fabricación de remaches. Está sometido a incrementos y disminuciones de temperatura. No obstante.079 €/kWh Calculamos primero el poder calorífico teórico total de los RSU: PC total kcal 100 000 kg 1 200 —— kg 1. (La contestación puede variar de unos alumnos a otros. — Libretas usadas: residuo domiciliario procedente del consumo doméstico. cable eléctrico: residuos de construcción y demoliciones. 2. — Tuberías de plomo: residuos de construcción y demoliciones. — Embalajes de cartón: residuo comercial. — Puertas y ventanas de derribo: residuos de construcción y demoliciones. — Recortes de textil y cuero: residuo industrial. — Botellas de vidrio: residuo domiciliario procedente del consumo doméstico. — Pilas usadas: residuo domiciliario procedente del consumo doméstico.3. — Electrodoméstico inservible: residuo doméstico voluminoso. — Muebles viejos: residuo doméstico voluminoso. — Recortes de escayola: residuos de construcción y demoliciones. — Restos de alimentos cocinados: residuo domiciliario procedente del consumo doméstico. — Disolventes y pinturas: residuo industrial.) — Aceite de motor: residuo industrial. — Vendas. — Ropa usada: residuo domiciliario procedente del consumo doméstico. — Cascotes: residuos de construcción y demoliciones. — Envases de plástico de productos de limpieza: residuo domiciliario procedente del consumo doméstico. calculamos los kWh que pueden producirse: 1 kWh 1. — Latas de refrescos vacías: residuo domiciliario procedente del consumo doméstico. — Colchón de poliuretano: residuo doméstico voluminoso. — Ladrillos: residuos de construcción y demoliciones. Reciclaje de materiales. — Tuberías de PVC: residuos de construcción y demoliciones. se ofrece un modelo de respuesta.7 Coste: 0. algodón: residuo sanitario. — Arena. — Sanitarios usados: residuos de construcción y demoliciones.2 108 kcal ———— 0. — Tóner de impresoras y fotocopiadoras: residuo industrial. — Líquidos orgánicos humanos y heces fecales: residuos sanitarios. Datos: m PC 100 t 100 000 kg 1 200 kcal/kg 70 % 0. — Fragmentos de cajas de madera procedente de embalajes: residuo comercial.2 108 kcal Conocido el rendimiento de la instalación y la equivalencia kWh/kcal.7 864 kcal 97 222 kWh 20 . — Isótopos radiactivos procedentes de aparatos terapéuticos: residuo sanitario. — Piezas de desguace de automóviles: residuo industrial. — Restos de alimentos frescos: residuo comercial. 85) 1. — Alambre. — Recortes de chapa de madera: residuo domiciliario procedente del consumo doméstico. gasas. — Medicamentos caducados: residuo sanitario. Importancia económica Actividades de aplicación (pág. grava y áridos: residuos de construcción y demoliciones. sin necesidad de utilizar suelo natural para la implantación del sistema radicular de los vegetales. los residuos. El compost es un producto que se obtiene a partir de la descomposición microbiológica aerobia de residuos orgánicos de distinta procedencia. una baja concentración de oxígeno en la zona radicular y. En ellos. vidrio. — En la fase de compostaje. en consecuen- La incineración de los residuos puede aportar hasta 97 222 kWh. etc.54 euros espacio de instalación y evitan el impacto medioambiental de los malos olores. químicas.Sabiendo el precio del kWh. como consecuencia de una incorrecta aireación durante el proceso de compostaje. — La presencia de metales pesados (plomo. — Su uso como sustrato hortícola permite el cultivo de plantas ornamentales en maceta. — La inmadurez del compost. etc. en condiciones de temperatura.079 ——— kWh 7 680. que disminuye el poder fertilizante del compost y perjudica el uso de aperos de labranza. ya que tienen a su alcance gran cantidad de compuestos fácilmente biodegradables. que supondrían un ahorro energético de 7 680. humedad y aireación controladas. Este inconveniente puede eliminarse procediendo a un lavado sistemático del compost antes de su utilización. después de homogeneizarse. ya que aporta gran cantidad de materia orgánica y de elementos fertilizantes. se extienden al aire libre en montones de tamaño variable. requieren menos 21 . En algunas ocasiones. Entre ellos. consecuencia de la presencia de sales minerales en gran cantidad. biológicas y mecánicas del suelo al que se aplica. Predomina la mineralización de la fracción orgánica. la actividad de los microorganismos decrece ya que la reserva de material biodegradable está agotada. Sin embargo. — La presencia de contaminantes orgánicos de carácter tóxico. — La emisión de malos olores. El proceso de obtención tiene dos fases bien diferenciadas: la fase de compostaje y la fase de maduración o estabilización. cabe señalar: — La presencia de materiales inertes (metales. existe una serie de factores que pueden limitar el aprovechamiento agrícola del compost. lo que exige la realización de un test de fitotoxicidad antes de utilizar el compost. Predomina la polimerización y la condensación de compuestos. al aumentar la fertilidad de los suelos. permite mejorar las características físicas. se combinan ambos procedimientos de aireación. El compost de RSU se emplea fundamentalmente en la agricultura con dos finalidades básicas: como enmienda orgánica y como sustrato hortícola. por su incidencia sobre la cadena alimentaria y las dificultades de recuperación de suelos contaminados. pero resultan más costosos. podemos valorar el ahorro energético: euros 97 222 kWh 0.54 euros. — Los sistemas cerrados emplean reactores en cuyo interior se establecen las condiciones aerobias de modo continuo. La obtención industrial de compost puede llevarse a cabo en sistemas abiertos o cerrados. mercurio. Estos sistemas aceleran el proceso. se estimula el crecimiento de las plantas y se incrementa la productividad.) que puede llegar a impedir el uso agrícola del compost.). — Empleado como enmienda orgánica. — Los sistemas abiertos son los más frecuentes por razones económicas. La aireación necesaria (para garantizar que el proceso se desarrolle en condiciones aerobias) se lleva a cabo mediante volteo periódico o por medio de una red de tuberías perforadas distribuidas por todo el terreno a través de las cuales se inyecta aire o se aspiran los gases resultantes. dando lugar a un producto similar al humus. 3. que puede provocar una inmovilización del nitrógeno del suelo. — La salinidad elevada. la actividad de los microorganismos es muy intensa. De este modo. — En la fase de maduración o estabilización. es decir. el manganeso y el titanio. Los convertidores LD presentan dos ventajas fundamentales en relación con el horno de Siemens-Martin: — Los aceros obtenidos son de gran pureza. Después. los productos químicos empleados para regular la alcalinidad son biodegrada- 22 . y reduce los costes de talado. Los humos procedentes de una central térmica han de someterse a un riguroso filtrado para eliminar las partículas sólidas (hollín) que contienen y a un proceso de lavado para disolver los contaminantes gaseosos (óxidos de nitrógeno y de azufre) causantes de la lluvia ácida. con todos los beneficios que ello acarrea. cuando grandes masas de vegetales y de restos de animales quedan enterradas. El carbono es uno de los componentes básicos de los seres vivos. — En los procesos de respiración. etc. el vanadio. Todos los compuestos biológicos contienen carbono. lagos). — Reducción del 86 % en el consumo de agua. para producir materia orgánica. — Disminución de consumo energético primario. los seres vivos emiten dióxido de carbono (CO2) a la atmósfera.) o reutilizarse en la propia industria. Por otra parte. el elevado consumo energético obliga a reducir su utilización a los procesos de afino. — Reducción del 92 % en los niveles de contaminación del agua. su utilización en los combustibles fósiles depende del proceso de carbonización. Los hornos eléctricos también presentan dos ventajas: — Se alcanzan temperaturas muy elevadas. transporte y manipulación. en la fabricación de papel reciclado. lo que favorece el desarrollo de las masas forestales. que resulta mucho mayor que el ritmo actual de consumo de combustibles. que es lanzado a la atmósfera. el cromo. 7. lavado de instalaciones. una inhibición o reducción del crecimiento vegetal. Las aguas residuales procedentes de una industria papelera han de ser tratadas por medio de plantas depuradoras con el fin de eliminar los productos químicos empleados en el proceso de fabricación del papel. Este proceso puede durar miles y hasta millones de años. 4. el molibdeno. — El proceso transcurre con bajo consumo energético. pueden ser emitidos a la atmósfera. de la atmósfera y del suelo ya que. cuyo ahorro puede llegar al 62. 6. — La combustión de estos combustibles desprende dióxido de carbono (CO2). Por eso se consideran no renovables. Por este motivo. Los residuos radiactivos procedentes de la unidad de cobaltoterapia de un hospital han de ser introducidos en contenedores herméticos especiales y. Las ventajas de la fabricación y la utilización del papel reciclado son las siguientes: — Disminución del consumo de madera. enterrados en cementerios de residuos radiactivos hasta que resulten inertes. — Permiten obtener aceros especiales. de donde las plantas lo toman para fijarlo de nuevo en su estructura. utilizarse para fines no potables (riego. el níquel. — El carbono presente en los compuestos orgánicos fertiliza la tierra y pasa de nuevo a formar parte de la estructura de los seres vivos cuando estos compuestos son absorbidos por las raíces de las plantas.5 %. pueden experimentar un proceso de carbonización que da origen a las diferentes variedades de carbones y al petróleo.cia. Una vez descontaminadas. ya que las masas vegetales actuales sólo se podrán convertir en carbón o en petróleo dentro de un período de tiempo extraordinariamente largo. en la fotosíntesis. Sin embargo. tanto animales como vegetales. pueden devolverse al entorno (ríos. que permiten fundir materiales como el volframio. con lo que se cierra el ciclo. posteriormente. Este compuesto es posteriormente utilizado por los vegetales superiores. 5. los denominados combustibles fósiles. aunque la cantidad de carbono permanece invariable. como el sulfito de sodio (Na2SO3). Se caracterizan porque se reblandecen cuando son calentados y se endurecen cuando se enfrían. cascos de embarcaciones. piezas transparentes sustitutivas del vidrio. depósitos. tejidos. esta reducción alcanza hasta el 30 %. las siliconas. Este proceso puede repetirse de forma indefinida porque el calor no provoca en ellos ninguna transformación química. 23 . — Reducción de masa de RSU en los vertederos. Esto podría evitarse sometiendo el papel reciclado a procesos de depuración. engranajes. Este tratamiento presenta altos rendimientos. Si se les somete a calor. regletas eléctricas. revestimiento de muebles de cocina. limado.. barnices. la melamina. mangos de utensilios de cocina. — La utilización de algunos agentes contaminantes para el blanqueo. En los países de nivel económico alto. mangueras. — Su escasa densidad hace que el viento los esparza por toda la zona. 8. el polietileno. portalámparas. las resinas fenólicas. — El coste final del producto. el polipropileno. pueden someterse a operaciones de mecanizado como taladrado. Con ellos se fabrican tuberías. Son termoestables la baquelita. requiere un espacio mínimo y poca mano de obra y los materiales para construcción de los hidrociclones son de tecnología común. se produce en ellos una modificación fisicoquímica que les endure- ce definitivamente. por lo que permanecen en el mismo estado aunque haya pasado mucho tiempo. se separan primero los envases de polietileno y el resto se tritura. No obstante.bles. el poliestireno. correas de transmisión. sino sólo un cambio físico. Puede disminuirse investigando y mejorando los procesos tecnológicos para abaratar costes. Los plásticos termoestables se obtienen por policondensación y están constituidos por macromoléculas orientadas en todas direcciones. 9. con el consiguiente impacto visual negativo. Los plásticos termoplásticos se obtienen por polimerización directa y están constituidos por moléculas de cadenas paralelas con algunos enlaces entre ellas. etc. mangos de herramientas. en una o dos pasadas. aserrado. esmaltes y pegamentos. Los principales inconvenientes son los siguientes: — La menor calidad del papel reciclado frente al nuevo. — Su impermeabilidad puede llegar a impedir la fermentación aerobia de los residuos orgánicos. todavía superior al del papel nuevo. clasifica los plásticos y la celulosa con una pureza del 97 %. cordajes. se ofrecen todos. por lo que disminuyen la contaminación química. lo que exige someter las aguas residuales a procesos de depuración antes de devolverlas al entorno. etc. platos. etc. gomaespuma. o subvencionando la fabricación de papel reciclado desde los poderes públicos.) En el tratamiento hidrociclónico. válvulas. vasos. clavijas. lo que incidiría en una disminución de su precio. cubiertas de edificios. cubiertos. carcasas de teléfonos. Las partículas trituradas se someten a un sistema de remolinos ascendentes y descendentes que. Una vez endurecidos no pueden volver a fundirse porque sus características fisicoquímicas sufren importantes modificaciones y se degradan. botas. Con ellos se fabrican interruptores. Algunos de ellos se emplean como componentes de colas. 10. Los principales inconvenientes del depósito de plásticos no reciclados en los vertederos son: — Se trata de materiales inertes no biodegradables. (La respuesta deberá incluir uno sólo de los tratamientos. aumentando el consumo de papel reciclado. cojinetes. blanqueado y satinado. — Su inflamabilidad y su elevado poder calorífico los hace potencialmente peligrosos en caso de incendio o de combustión espontánea de los residuos depositados en el vertedero. prendas impermeables. De este modo. Son ejemplos de termoplásticos el PVC (cloruro de polivinilo). juguetes. el polimetacrilato de metilo o plexiglás y las poliamidas como el nailon.. ya que en ningún caso se reutilizan como envases originales. se cargan eléctricamente mediante sofisticados procedimientos de fricción y se someten a la acción de un campo eléctrico de alto voltaje que produce la separación de las partículas. Unos vehículos provistos de grúas especiales retiran los envases de los contenedores y los transportan hasta las plantas de tratamiento. bórax. que son equivalentes a 33 333 333 kJ. El vidrio es un material que se obtiene mediante fusión de diferentes componentes. — Permiten reducir el coste energético de la producción de vidrio. actualmente en fase experimental. Actúa como fundente y permite rebajar la temperatura de fusión hasta 852 °C. con el agravante de que se trata de materiales inertes que dificultan el compostaje. a partir de ellas. E m PC kcal 1 000 kg 8 000 —— kg 8 000 000 kcal Recordando la relación entre kcal y kJ: 1 kJ 8 000 000 kcal ————— 0. Este proceso. de potasio y de plomo—. — La caliza es carbonato de calcio. ya que son los usuarios quienes han de separar el vidrio del resto de RSU. La separación electrostática aprovecha la diferente conductividad eléctrica de cada tipo de plástico. — La sosa es carbonato de sodio. colorantes y también vidrio triturado para recuperar. — Los otros componentes se añaden en función del tipo de vidrio que se desea ob- 24 . 13. El proceso de reciclaje del vidrio pasa por cuatro fases: recogida selectiva. — La fase de transporte se produce cuando los contenedores se encuentran llenos. 12. y se encarga de dar resistencia mecánica al vidrio. se trituran y se retiran los cuerpos extraños que puedan acompañarlos (fundamentalmente ta- Para resolver este problema. — En la fase de recogida selectiva los envases son recogidos en contenedores distribuidos al efecto por las ciudades.24 kcal 33 333 333 kJ Se obtendrán 8 000 000 kcal. 14. no hay que olvidar los inconvenientes. los clasifica. que actúa como componente estabilizador. se ofrece un modelo.) Los envases no retornables presentan algunas ventajas frente a los retornables: — Evitan a las empresas tener que disponer de una planta de higienización. Sin embargo. 11. que también los hay: — El coste de un envase no retornable es superior al coste de higienización de uno retornable. CaCO3. transporte. No obstante. Multiplicamos la masa por el poder calorífico unitario y obtenemos la energía desprendida en kcal. Na2CO3. la sosa y otros componentes. Su principal inconveniente es su elevado punto de fusión: 1 723 °C. SiO2.La tecnología láser aplicada a los plásticos permite observar las características espectroscópicas de su composición y. pretende conseguir la selección automática. ya que pueden ser utilizados como calcín. Los envases se limpian. Podemos citar diversos óxidos —de sodio. — El tratamiento previo se lleva a cabo en la planta. tratamiento previo y obtención del vidrio. como la arena. la caliza. La eficiencia de este sistema de recogida depende del nivel de concienciación ciudadana. — La arena o sílice es dióxido de silicio. — Los envases no retornables que no se reciclan contribuyen a incrementar el volumen de RSU. Datos: m PC 1 t 1 000 kg 8 000 kcal/kg tener. (La respuesta dependerá del punto de vista de los alumnos. supondremos que el rendimiento del proceso es del cien por cien. Para ello. aceites. — Poseen una elevada elasticidad que impide su compactación. 16. Para ello han de molerse previamente los neumáticos y separar los alambres de acero. Por otra parte. pueden obtenerse de 2 a 3 kWh por kg de neumático. gases combustibles.762 t vidrio ————— 1 t vidrio El tratamiento del vidrio usado permitió un ahorro de 22518 914 kg de materias primas y de 2 439. los neumáticos no pueden someterse a los mismos procesos de compactación que el resto de RSU por dos motivos fundamentales: — Su proceso de descomposición biológica es tan lento que. Su principal inconveniente es que el volumen de neumáticos que puede recauchutarse es limitado y.762 t vidrio PC 1. El rendimiento es muy elevado en ambos casos. obtenemos el ahorro en materia prima y en combustible. No obstante.762 t tamaño. con lo que se puede prolongar la duración del resto del neumático durante un tiempo similar al de un neumático nuevo. como los de camiones y tractores. La pirólisis consiste en convertir el caucho en hidrocarburos ligeros mediante un proceso térmico. como los de cemento. Los inconvenientes son los mismos que en el apartado anterior. los neumáticos usados pueden ser reutilizados en puertos y embarcaciones como elementos de protección por su elasticidad.55 TEP 0. el resto del neumático ha de estar en buenas condiciones. caliza y sosa) con el vidrio triturado y limpio. Los inconvenientes medioambientales del depósito de neumáticos en vertederos son el riesgo de incendio y los problemas de salubridad. Posteriormente se introduce la mezcla en el crisol para fundirla y obtener el vidrio nuevo. se ofrecen todas.2 toneladas de materias primas y 0. De este modo se obtienen productos similares a los de la destilación del petróleo: alquitranes. También pueden emplearse para la producción de energía eléctrica. 15. 17. multiplicando la masa de vidrio recogida por los parámetros anteriores. en la práctica.13 TEP 18 765. — La obtención del vidrio también se lleva a cabo en la planta. ya que la potencia calorífica oscila entre las 6 500 y las 7 000 kcal/kg.2 t materias primas ————————— 1 t vidrio 22 518. La obtención de productos de caucho moldeado consiste en añadir ciertas proporciones de caucho al caucho virgen. 18 765. Datos: m vidrio 18 765 762 kg 18 765.) El recauchutado es una forma de reciclaje muy empleada en los neumáticos de gran 25 .914 t 22 518 914 kg 2 439. pueden considerarse residuos no biodegradables. Se mezclan las materias primas (sílice. además.55 TEP (toneladas equivalentes de petróleo). El producto obte- Para resolver este problema hemos de tener en cuenta que por cada tonelada de vidrio usado que se recicla. se ahorran 1. Los neumáticos de desecho pueden ser empleados como combustibles para la obtención de energía térmica en ciertos hornos. Consiste en sustituir la banda de rodadura gastada por otra nueva. Sin embargo. Para llevar a cabo estos procesos se emplean hornos de inducción y hornos microondas. Así. evitando golpes en las maniobras de atraque. El inconveniente es la escasa cantidad de neumáticos que pueden dedicarse a este fin. que recibe el nombre de calcín. Su inconveniente radica en el coste de producción. Éstos últimos se recuperan por medio de electroimanes. etc. hay que tener en cuenta el tratamiento de los humos por su elevada contaminación. Aunque en pequeñas cantidades. aprovechando la componente metálica que llevan inmersa los neumáticos. Considerando el rendimiento normal de las centrales térmicas (30-35 %). que encarece los productos obtenidos.13 TEP.pones metálicos). En Gran Bretaña existe una de estas instalaciones que recupera 15 000 toneladas anuales de neumáticos usados en una central de 20 MW de potencia. (La respuesta deberá incluir una sola de las alternativas. 8 kg 864 000 kcal ————————— kcal 7 000 —— 0. facilita la evaporación del sudor y es fácilmente combatible. pinchazos. constituida por las partes húmedas del organismo. Las vías de entrada de estos contaminantes pueden ser diversas: respiratoria. las discontinuidades de la piel (heridas. estómago e intestinos. Sin embargo. industrias cerámicas. el calor húmedo es aquel que se manifiesta con elevado nivel de húmeda relativa (superior al 50 %). Para ello. El calor seco es aquel que se manifiesta con un bajo nivel de humedad relativa (inferior al 50 %). E m m PC ⇒ m E ———— PC 246. etc. la tráquea.5 kg La central puede reciclar 246.). los de nitrógeno (NO y NO2) y los de azufre (SO2 y SO3). aunque el alambre es de una gran proporción de hierro con baja proporción de residuos. El contacto de la piel con los contaminantes produce urticarias. — La vía dérmica comprende toda la superficie epidérmica que envuelve el cuerpo humano. cintas transportadoras. y el arsénico.nido se emplea en la fabricación de losetas para suelos. esófago. Es la vía natural de entrada de los contaminantes atmosféricos. — La vía respiratoria incluye la boca. a continuación. alteración que se Conociendo la relación entre kWh y kcal. Los humos son partículas sólidas formadas por condensación. En cambio. se recupera el acero por medio de electroimanes. Pueden permanecer en la atmósfera largos períodos de tiempo y pueden desplazarse 26 . como el azufre para el vulcanizado. Datos: E PC 1 000 kWh 50 % 0. — Las líquidas son finísimas gotas en suspensión procedentes de la condensación de gases y vapores o de la reacción de éstos con el vapor de agua atmosférico. los neumáticos se muelen previamente y. el carbono. químicas y de abonos. Los contaminantes gaseosos son gases y vapores que disminuyen el contenido de oxígeno. sólo una parte de los neumáticos puede ser destinada a esta finalidad. canteras. aunque molesto. 20. arandelas. etc. y CO2).5 7 000 kcal/kg a grandes distancias. En este grupo están los óxidos de carbono (CO. la nariz. dérmica y digestiva. Las partículas en suspensión pueden ser sólidas o líquidas. despejamos m. inflamaciones y otras alteraciones. Cuando más alta es la humedad. que se añade para proteger el neumático de los rayos solares. Este calor. es decir. faringe. que facilita la ligazón entre el acero y el caucho. Como en otros casos. — La vía digestiva está formada por el sistema digestivo: boca. Los agentes contaminantes que pueden estar presentes en el aire que respiramos se clasifican en dos categorías: contaminantes gaseosos y partículas en suspensión. la faringe. expresamos la energía producida en kcal: 864 kcal 1 000 kWh ———— 1 kWh 864 000 kcal A partir de la expresión de la energía producida. y la vía parenteral. Éstos pueden verse afectados como consecuencia de la ingestión de productos contaminados. 19. hay que tener en cuenta que. como ya se ha indicado. fábricas de cemento. suele llevar ciertos contaminantes debido al caucho al que estaba adherido y que deben ser eliminados. Los fragmentos obtenidos se emplean como chatarra y su recuperación se lleva a cabo en hornos eléctricos. 18. si la temperatura es muy elevada puede llegar a aparecer el golpe de calor. En ocasiones. Los neumáticos también pueden emplearse en metalurgia para recuperar el acero de su estructura. los bronquios y los pulmones. la laringe. se especifica la vía mucosa. — Las sólidas se manifiestan en forma de polvo y de humos. El polvo procede de las disgregaciones mecánicas en minas. mayor es la dificultad para la evaporación del sudor. como la conjuntiva del ojo.8 kg diarios de neumáticos. En estas condiciones. que puede llegar a superar el máximo permitido por la normativa internacional (5 sievert/año).Producida por el vo de sílice. los ciclomotores a escape libre y los fuegos artificiales. con el fin de que el organismo pueda recuperarse.. pero desconocemos sus consecuencias a largo plazo. Es la menos perjudicial. las obras públicas subterráneas (túneles). reduzcan el contenido en humedad.. Neumoconiosis de origen mineral Antracosis Siderosis Calicosis Producida por el pol. Las principales aplicaciones pacíficas de la radiactividad son las siguientes: — En la investigación química se utilizan 23. 21. Puede provocar hemorragias pulmonares. 22. las siderurgias.). Producida por el polvo de mineral de hierro. el metro. llevando a cabo el trabajo en dispositivos cerrados o humedeciendo los materiales cuando sea posible para evitar la formación del polvo. rios graves. en los que existen máquinas herramientas. — El desecho y la acumulación de residuos radiactivos procedentes de diversas actividades. Entre las actividades cotidianas que también superan los 80 dB. — En la industria alimentaria son útiles para esterilizar alimentos y envases. el empleo de radiografías permite estudiar el reparto de los componentes de las aleaciones y la calidad de los metales. Los principales inconvenientes son dos: — La dosis de irradiación a que están sometidas las personas que trabajan en estos campos. la industria aeroespacial. cuyo control puede garantizarse durante un cierto período de tiempo. al menos. los lugares pueden disponer de sistemas de acondicionamiento del aire que disminuyan la temperatura ambiente o. destacan el tráfico ruidoso. la normativa de seguridad española e internacional obliga a la protección de los oídos mediante cascos o tapones. 27 . las cadenas de montaje de automóviles. — En agricultura tienen multitud de aplicaciones: permiten el seguimiento del metabolismo de las plantas y pueden aprovecharse para provocar mutaciones y obtener variedades de nuevos vegetales más resistentes a las plagas. En estos casos. Para reducir su impacto. — En arqueología se aprovecha la desintegración del carbono 14 para datar restos de materiales de antiguas culturas. Silicosis Asbestosis para la obtención de polímeros desconocidos para la química clásica. La forma más adecuada de protección es evitar los lugares en los que se produzca ruido excesivo (discotecas) y reducir el que emitimos nosotros mismos (motocicletas. Si esto no es posible. Entre las actividades industriales que superan los 80 dB pueden citarse los talleres metalmecánicos. las discotecas. Produce polvo de asbesto trastornos respirato.y de amianto. conviene alternar la estancia en estos lugares con períodos de descanso en lugares más frescos o con menor humedad. las industrias cerámicas. — En metalurgia. las plantas de motores. etc. Producida por el polvo de piedra caliza. Profilaxis: evitar la inhalación del polvo mediante mascarillas protectoras. Producida por el polvo de carbón. — En la industria energética se aprovecha el calor generado por las reacciones en cadena para la obtención de energía eléctrica en las centrales nucleares. — En medicina se usan para la destrucción selectiva de células cancerígenas o malignas (cobaltoterapia) y para la visualización del interior de los seres vivos (rayos X).produce porque el organismo es incapaz de evacuar el exceso de calor como consecuencia de la humedad elevada. en la zona de prensas. música estridente. Produce insuficiencia respiratoria. 88 cc (del ejercicio anterior) Para calcular la relación carrera-diámetro. llevando a cabo el trabajo en dispositivos cerrados o humedeciendo los materiales cuando sea posible para evitar la formación del polvo. y baños frecuentes.Neumoconiosis de origen vegetal Bisinosis Cannabosis Lisinosis Tabacosis Producida por el polvo de algodón. 406.975 y la cilindrada. Enfermedades infectoparasitarias Producidas por los gérmenes infecciosos presentes en los RSU. Producida por el plomo y sus compuestos.975 Para determinar la cilindrada. Neumoconiosis de origen animal Alergias respiratorias Producida por el polvo procedente de la lana. llevando a cabo el trabajo en dispositivos cerrados o humedeciendo los materiales cuando sea posible para evitar la formación del polvo. los cueros. Profilaxis: higiene de manos y boca. Intoxicaciones Hidrargirismo Arsenicismo Fosforismo Saturnismo Producida por el mercurio. Producida por el fósforo y sus compuestos. Profilaxis: higiene bucal y prevención de la aparición de caries. etc. Producida por el arsénico y sus compuestos. Producida por los hilados. Producida por el polvo de cáñamo. calculamos el volumen del cilindro entre el PMI y el PMS: V D2 S ————— 4 000 La relación volumétrica de compresión r es el cociente entre el volumen total del cilindro (VC VD) y el volumen de la cámara de compresión (VC). la seda. Profilaxis: evitar la inhalación del polvo mediante mascarillas protectoras. 2. r VC VD ———— ⇒ VC 28 . Datos: D S 81 mm 79 mm V 3. 95) 1. Profilaxis: protección con indumentaria adecuada e higiene rigurosa.88 cc La relación carrera-diámetro es 0. Motores térmicos El motor de explosión de cuatro tiempos (pág. sus amalgamas y sus compuestos. 4.88 cc.14 (81 mm)2 79 mm ——————————— 4 000 406. Datos: VC VD 42 cc 406. guantes y ropas especiales. Profilaxis: protección con máscaras. los pelos y las plumas. Profilaxis: evitar la inhalación del polvo mediante mascarillas protectoras. Profilaxis: protección con máscaras. dividimos la carrera S entre el diámetro D: S — D 79 mm ———— 81 mm 0. las plumas. guantes y ropas especiales. Producida por el polvo de tabaco. 6 16V: VT 1 598 cc r 10.2 Z 4 (cilindros) VD VC VT —— ⇒ VD Z VD ——— ⇒ VC r 1 1 595 cc ———— 4 398.5 1 491 cc VD VD VC D2 S ———— 4 000 374.75 cc ————— 10.14 (85 mm2) 66 mm ——————————— 42 cc VD ——— ⇒ VC r 1 Los volúmenes de las cámaras de combustión son. y. determinamos la cilindrada unitaria (VD).7 1 La nueva cilindrada resulta ser 374. y resulta ser 225 N m.7 VC VD ——— ⇒ VC r 1 331 cc ————— 11.6 16 V. VD . 374.05 cc para el Opel Astra 1.5 1 399. — La ordenada del punto de corte con la curva de par se lee en el eje de la derecha. y 51.33 cc 35 cc 51. Para calcular el volumen de la cámara de compresión aplicaremos la misma expresión que hemos deducido en el ejercicio 3: VC VD ——— r 1 ⇒ r VC VD ⇒ VC (r VD ——— r 1 ⇒ VC Opel Astra 1.6. — La ordenada del punto de corte con la curva de potencia se lee en el eje de la izquierda y resulta ser 75 CV.9 cc.34 cc Peugeot 605 V6: VT 2 946 cc r 10. VC. respectivamente. A partir de este dato y de la relación de compresión r. La relación volumétrica de compresión es 10.33 cc y el volumen de la cámara de compresión.68 4. 4.2 1 398.5 cc ————— 10.5 cc Motor de competición: VD 331 cc r 11.68 cc para el Peugeot 605 V6. determinaremos el volumen de la cámara de compresión: 43.68 cc 3.5 Z 4 (cilindros) VD VC VT —— ⇒ VD Z VD ——— ⇒ VC r 1 1 598 cc ———— 4 399.68. 6.5 Z 6 (cilindros) VD VC VT —— ⇒ VD Z VD ——— ⇒ VC r 1 2 946 cc ———— 6 491 cc ————— 10. 97) 5. 29 . Datos: S 66 mm D 85 mm r 11. obtendremos los puntos de corte con las curvas de par y de potencia. Si trazamos una línea vertical que pase por la abscisa 3 500 rpm. según la expresión: r VC VD ———— ⇒ r VC VC VC VC 1) VD ⇒ VD ⇒ El motor de explosión de dos tiempos (pág. 3. a partir de ella. 35 cc.9 cc El volumen de la cámara de compresión del motor de competición es 30.7 1 30.34 cc para el Volkswagen Golf 1.05 cc VW Golf 1.33 cc ————— 11. Conocidos la cilindrada total y el número de cilindros.⇒ r 42 cc 406.93 cc 42.6: VT 1 595 cc r 10.88 cc ————————— 42 cc 10.75 cc Motor de paseo: VD 49 cc r 11 49 cc VD VC ——— ⇒ VC ———— r 1 11 1 4. averiguamos el volumen de la cámara de combustión. 42.7 mm Calcularemos primero la nueva cilindrada.93 cc y el del motor de paseo. 43. — Entre los que utilizan la energía de un fluido destacan los motores eólicos. La potencia aportada (PA ) es la potencia total que se suministra al motor. El combustible menos detonante es la gasolina súper porque tiene el NO más elevado (98). dispone de inyectores de combustible.5 cc 27. Atendiendo al elemento que proporciona la energía. 10. los hidráulicos. 27. • La autoinflamación del combustible se produce por compresión. en su lugar. • El combustible finamente pulverizado se inyecta al final de la fase de compresión. el peligro de autoinflamación es menor.5 TDI es de 22. 99) 7. Audi A6 2. • En la fase de admisión. mientras que la potencia útil (PU ) es la potencia que suministra el motor. el cilindro se llena sólo de aire. 109) 11. 8. los de aire comprimido y los térmicos.5 cc ————— 18. Diferencias de funcionamiento: • El combustible del motor Diesel ha de ser precalentado antes de ser inyectado en los cilindros.48 cc y el del Renault Laguna RXE 1. eléctrica. Motor es toda máquina que transforma cualquier tipo de energía (química. — Los motores que utilizan la energía de un sólido aprovechan la energía potencial de éste para producir trabajo. La tendencia a la detonación viene dada por el número de octano (NO). Combustibles (pág. procederemos del mismo modo que en el ejercicio 3. • La cámara de combustión suele estar labrada en la parte superior del pistón.3 1 467. menor tendencia a la detonación.. A mayor octanaje. • Algunos motores Diesel poseen bujías de incandescencia para el calentamiento inicial del combustible. los motores se clasifican en tres grandes grupos: los que utilizan la energía de un fluido (líquido o gas). • Existe una precámara de combustión en la que se quema parte del combustible.) en energía mecánica.48 cc — Dentro del grupo de motores que utilizan una forma especial de energía destacan los motores eléctricos. Renault Laguna: VT 1 870 cc r 18. Para averiguar el volumen de la cámara de combustión.02 cc El volumen de la cámara de combustión del Audi A6 2. hidráulica. El resto pasa a la cámara de combustión principal. Ejemplos característicos son los motores de pesas o de resorte y el volante de inercia.5 1 416 cc 22. los que utilizan la energía de un sólido y los que utilizan formas especiales de energía. sabiendo que: VC VD ——— r 1 VD VC VT —— ⇒ VD Z VD ——— ⇒ VC r 1 1 870 cc ———— 4 467.5 Z 6 (cilindros) VD VC VT —— ⇒ VD Z VD ——— ⇒ VC r 1 2 496 cc ———— 6 416 cc ————— 19..El motor Diesel (pág. sin que medie ningún elemento externo.9. A temperatura ambiente no se inflama. 12.02 cc. por lo que en caso de derrame.5 TDI: VT 2 496 cc r 19. 103) 9. El gasóleo es más estable que la gasolina frente al calor.3 Z 4 (cilindros) 30 . • La relación de compresión de un motor Diesel es notablemente superior a la de un motor MEP. Diferencias estructurales: • El motor Diesel carece de bujías y. Actividades de aplicación (pág. 16. posteriormente. Cilindro: espacio en el que se lleva a cabo la admisión. El trabajo obtenido puede calcularse a partir de la expresión: T 427 (QA QC) Primer principio Cualquiera que sea el procedimiento empleado para convertir el calor en trabajo o viceversa. PU —— PA 13. que puedan pasar fácilmente a fase vapor. Q C. la compresión. Pistón: pieza que encaja en las paredes del cilindro y que se mueve solidariamente con la biela. — Como el calor aportado. donde QA y Q C se miden en kcal y T se mide en kgm. la expansión y el escape de la mezcla combustible. es decir. Por este motivo. — Par de arranque es el par motor necesario para que el motor inicie su giro partiendo del reposo. pueden utilizar cualquier tipo de combustible. par de aceleración y par nominal. siempre que el estado final del sistema sea igual al inicial. 14. En cambio. El funcionamiento de un motor térmico se lleva a cabo en un proceso o ciclo cerrado en el que tiene lugar lo siguiente: — En un momento determinado de su funcionamiento. en los de combustión interna. 15. — Par de aceleración es el par que actúa sobre el motor desde el instante del arranque hasta que alcanza la velocidad normal. Segundo principio Una máquina térmica sólo puede efectuar trabajo si absorbe calor de un manantial a temperatura superior (más caliente) y lo cede a otro a temperatura inferior (más frío). Sus movimientos alternativos determinan las distintas fases del funcionamiento del motor. por lo que sólo pueden utilizar combustibles volátiles. En los motores de combustión externa. cede o se le sustrae otra cantidad de calor Q C (calor cedido). QA. El par motor es el momento de rotación que actúa sobre el eje del motor y que determina su giro. Bujía: dispositivo eléctrico que produce una chispa en el instante de máxima compresión de la mezcla combustible. se produce la desaparición de una cierta cantidad de energía térmica que se transforma en trabajo mecánico T. 17. ésta se lleva a cabo en un espacio exterior al motor propiamente dicho. el motor recibe una determinada cantidad de calor QA (calor aportado) y. existe una relación constante entre el trabajo desarrollado y el calor consumido. menor que QA.La magnitud que las relaciona se denomina rendimiento ( ) y se define como el cociente entre la potencia útil (PU ) y la potencia aportada (PA ). Esta relación recibe el nombre de equivalente mecánico del calor y es igual a 427 kgm/kcal. Un motor térmico es aquel que permite obtener energía mecánica a partir de la energía térmica almacenada en un fluido. Este proceso se basa en el primer y el segundo principios de la termodinámica. es mayor que el cedido o sustraído. que pueden enunciarse del modo siguiente: 31 . — Par nominal es el par que actúa sobre el motor una vez que éste ha alcanzado su velocidad normal. ésta se produce en el interior del motor. Válvula de admisión Bujía Válvula de escape Cámara de combustión Bloque Segmentos Pistón Biela Cigüeñal Càrter 18. Podemos distinguir teóricamente entre par de arranque. Válvula de admisión: válvula situada en la parte superior del cilindro por donde le entra la mezcla combustible.7 cc 3. — En la fase de admisión.14 (83 mm2) 90 mm ——————————— 4 000 Para calcular la cilindrada total. El trabajo útil se lleva a cabo en la fase de expansión. la válvula de admisión se cierra. Biela: pieza rígida solidaria con el pistón y ajustada al cigüeñal. Las dos válvulas permanecen cerradas y la mezcla se comprime en el interior del cilindro.08. la cilindrada total. permite la salida de los gases quemados. multiplicamos la cilindrada unitaria por el número de cilindros. Datos: Z D S 4 (cilindros) 83 mm 90 mm Para determinar la cilindrada. 1 946. Las dos válvulas siguen cerradas y el pistón es obligado a desplazarse violentamente hacia el PMI por efecto de la presión ejercida por los productos de la combustión. cuya función es abrir o cerrar las válvulas de admisión y escape en el momento oportuno.8 cc Para calcular la relación carrera-diámetro dividimos la carrera S entre el diámetro D: S — D 90 mm ———— 83 mm 1. Cuando el pistón llega al PMS. En todas las demás fases. En este momento. 19. la válvula de escape se abre. — En la fase de escape. salta la chispa procedente de la bujía y la mezcla se infla- ma. Al llegar el pistón al PMS. arrastrado por el movimiento del cigüeñal.8 cc y la relación carrera-diámetro. el pistón desciende desde el punto muerto superior (PMS) arrastrado por el movimiento del cigüeñal. — En la fase de expansión. Árbol de levas: árbol provisto de piezas excéntricas denominadas levas. La mezcla de combustible y aire está comprimida al máximo. 1. Las etapas de funcionamiento de un motor de cuatro tiempos son: admisión. Cuando el pistón llega al punto muerto inferior (PMI) concluye la primera carrera y el cigüeñal ha girado un ángulo de 180°.7 cc. con lo que se está en disposición de iniciar un nuevo ciclo. concluye la segunda carrera y el cigüeñal habrá girado otros 180°. calculamos el volumen del cilindro entre el PMI y el PMS: VD VD D2 S ———— 4 000 486. se produce una depresión en el interior del cilindro que permite que éste se llene con la mezcla de combustible y aire a través de la válvula de admisión.7 cc 1 946. que permanece abierta. el pistón asciende desde el PMI hasta el PMS. Como consecuencia. 32 . La válvula de escape. expansión y escape.Cigüeñal: árbol acodado que recibe el impulso de la biela y. compresión. VT Z VD ⇒ VT 4 486. posteriormente. 20. concluye la tercera carrera y el cigüeñal ha girado de nuevo 180°.08 La cilindrada unitaria es 486. el pistón se desplaza desde el PMI hasta el PMS. le transmite la energía acumulada en el volante de inercia. Correa de distribución: correa dentada de transmisión que permite sincronizar el movimiento de giro del cigüeñal con el del árbol de levas para que las válvulas se abran y se cierren cuando corresponde. asociada a un nuevo giro del cigüeñal de 180°. que permanece abierta. concluye la cuarta carrera. — En la fase de compresión. Transforma el movimiento rectilíneo alternativo del pistón en movimiento circular del cigüeñal y viceversa. Cuando el pistón llega al PMI. que es el momento en que el pistón arrastra el cigüeñal y le transmite la energía procedente de la combustión de la mezcla. La válvula de escape se cierra y la válvula de admisión se abre. arrastrado también por el movimiento del cigüeñal. no hay trabajo útil. Los gases se expanden y el movimiento del pistón arrastra el cigüeñal. Válvula de escape: válvula situada en la parte superior del cilindro por donde salen los gases procedentes de la combustión. En este momento. Datos: r 10.33 cc.7 cc (del ejercicio anterior) Para calcular el volumen de la cámara de compresión aplicaremos la misma expresión que hemos deducido en ejercicios anteriores: VC VD ——— ⇒ VC r 1 486.21. mientras que el motor Diesel carece de ellas. respectivamente. El par máximo es la ordenada (leída en el eje de la derecha) del máximo de la curva A. • En los motores Diesel existe una precámara de combustión en la que se quema parte del combustible. que resulta ser 35 kgm. 22.5 cc Determinamos primero la cilindrada unitaria. 9.3 VD 486.08 1 52.68 cc Determinamos primero la cilindrada unitaria. 25. 24.75 cc. • La relación de compresión de un motor Diesel es notablemente superior a la de un motor de explosión de cuatro tiempos. 33 . La diferencia de regímenes a los que se alcanza el par máximo (4 800 rpm) y la potencia máxima (7 000 rpm) se explica si tenemos en cuenta que el aumento del número de revoluciones puede compensar la disminución del par y permitir que la potencia aumente un poco más. • En la fase de admisión. Con este dato y con el volumen de la cámara de combustión. mientras que en el motor Diesel suele estar labrada en la parte superior del pistón. basta aplicar el factor de conversión adecuado. VD .8 N m 35 kgm ———— 1 kgm 343 N m La potencia máxima es la ordenada (leída en el eje de la izquierda) del máximo de la curva B. VD. VC : VD VC VT —— ⇒ VD Z VD ——— ⇒ VC r 1 1 948 cc ———— 4 487 cc ————— 21. VC. mientras que en los motores de explosión no es necesario. Datos: Z 6 (cilindros) VT 2 946 cc VC 51. mientras que los motores de explosión carecen de ellas.5 491 cc 51. Diferencias de funcionamiento: • El combustible del motor Diesel ha de ser precalentado antes de ser inyectado en los cilindros. que resulta ser 285 CV. averiguamos el volumen de la cámara de combustión. mientras que los motores de explosión carecen de ella.68 cc ———————— 51. Diferencias estructurales: • El motor de explosión de cuatro tiempos dispone de bujías para la inflamación de la mezcla combustible. El volumen de la cámara de combustión del motor del ejercicio anterior es 52.7 cc ————— 1. • Algunos motores Diesel poseen bujías de incandescencia para el calentamiento inicial del combustible.68 cc La relación volumétrica de compresión del motor es de 10.75 cc • La cámara de combustión de un motor de explosión es el espacio que queda entre el pistón y la parte superior del cilindro. el cilindro de un motor de explosión se llena de mezcla combus- El volumen de la cámara de combustión resulta ser de 23.33 cc Para expresarlo en N m. A partir de este dato y de la relación de compresión r. Los regímenes de giro del par y la potencia máximos son las abscisas de los máximos de cada una de las curvas: 4 800 rpm y 7 000 rpm. calcularemos r: VD VT —— ⇒ VD Z r ⇒ r 2 946 cc ———— 6 491 cc VD VC ———— ⇒ VC 10. Datos: Z 4 (cilindros) VT 1 948 cc r 21.5.5 1 487 cc 23. 23. por lo que no merece la pena distinguirlas. Rotor Piñón Bujía Estátor 29. mientras que en los motores de explosión es necesaria la intervención de la bujía. — Gasóleo: HC HC La diferencia de poder calorífico por unidad de masa y por unidad de volumen radica en la densidad de los combustibles (menor que la 34 . es sustituido por el estátor del motor Wankel. Analogías: • El principio de funcionamiento es el mismo: el ciclo se divide en cuatro fases (admisión. Motor de explosión de dos tiempos Pequeños motores para lanchas fueraborda. expansión y escape). aparatos de jardinería. Generación de energía eléctrica. ya que el combustible finamente pulverizado se inyecta al final de la fase de compresión. embarcaciones ligeras (motores fueraborda). • Ambos motores necesitan el concurso de una bujía para provocar la ignición de la mezcla combustible. 3 dm m3 Por ejemplo: — Gasolina: HC HC kJ 43 900 —— kg kJ 32 050 —— dm3 kJ 43 500 —— kg kJ 36 000 —— dm3 27.tible. camiones. sin que medie ningún elemento externo. Diferencias: • El pistón del motor de explosión de cuatro tiempos efectúa un movimiento rectilíneo alternativo. El poder calorífico se mide en energía por unikJ dad de masa —— o en energía por unidad kg kJ kJ de volumen ——. • Un motor Wankel provisto de un solo pistón equivale a un motor de explosión de tres cilindros. Motor de explosión de cuatro tiempos Transporte por carretera (automóviles y motocicletas de cilindrada superior a 125 cc). aunque. maquinaria agrícola y de obras públicas. 26. Motor Diesel Transporte por carretera (automóviles. Motor Wankel Camara de combustión Vehículos ligeros de turismo. en los combustibles más usuales. • La autoinflamación del combustible en un motor Diesel se produce por compresión. • El bloque motor de los motores de explosión de cuatro tiempos. motocicletas de pequeña cilindrada y auxiliares. Grandes motores marinos de elevada potencia. mientras que el del motor Wankel lleva a cabo un movimiento circular. mientras que el motor Wankel las sustituye por lumbreras. Su valor varía según que la combustión se lleve a cabo a presión constante o a volumen constante. mientras que en el motor Diesel se llena sólo de aire. Lumbrera de escape Corona dentada Lumbrera de admisión 28. Accionamiento de equipos. Propulsión de ferrocarriles. cuando la combustión es completa. de interior casi elíptico. de interior cilíndrico. compresión. autocares). El poder calorífico de un combustible es la cantidad de calor desprendido por unidad de combustible. —— . las diferencias son mínimas. • Los motores de explosión de cuatro tiempos disponen de válvulas de admisión y de escape. — Los óxidos de nitrógeno (NO y NO2) se generan en la cámara de combustión cuando se alcanzan grandes presiones y temperaturas. 119) 1. menor es la tendencia a la detonación. el efecto frigorífico podrá ser mayor o menor que la unidad. 31. El número de cetano (NC) mide la tendencia a la autoinflamación: cuanto mayor es este número. En contacto con el vapor de agua de la atmósfera. que deben tener una baja tendencia a la autoinflamación con el fin de evitar detonaciones. El rendimiento ( ) de una bomba de calor se define como el cociente entre el calor suministrado por la máquina (Q1) y la energía que le hemos aportado al compresor (W ): Q1 —— W Del principio de conservación de la energía se deduce que Q1 siempre es mayor que W. generan pequeñas cantidades de ácidos y son responsables. los cuales. Bomba de calor Bomba de calor (pág. de la denominada lluvia ácida. Por tanto. los gasóleos. Se aplica a los combustibles utilizados en los motores Diesel (MEC). para que no se acumulen en el cilindro grandes cantidades de mezcla de aire y combustible. es decir. los óxidos de nitrógeno y los hidrocarburos no quemados. 2. en las máquinas frigoríficas y en las bombas de calor se cumple siempre que: Q1 Q2 W donde Q1 es el calor cedido al foco caliente. capaz de destruir la hemoglobina de la sangre cuando se inhala. Se trata de un gas muy tóxico. Se aplica a los combustibles utilizados en los motores de encendido provocado (MEP). — Los hidrocarburos no quemados se desprenden en las combustiones incompletas y son agentes cancerígenos. que es de 1 000 —— . Así. la gasom3 kg lina tiene una densidad de 730 ——.24 kcal 3 600 s 656. las gasolinas. mientras m3 kg que la del gasóleo es 872 ——. el rendimiento de una bomba de calor siempre será mayor que la unidad. deben tener una elevada tendencia a la autoinflamación. mayor es la tendencia del combustible a autoinflamarse. Por lo tanto. Datos: PU PS 567 000 kcal/h 153 kW Expresamos la potencia útil en kW: PU kcal 1 kJ 1h 567 000 —— ———— ———— h 0. Los principales gases nocivos que emite un motor de combustión interna son el monóxido de carbono. El número de octano (NO) mide la mayor o la menor tendencia de un combustible a detonar: cuanto mayor es este número. es decir. y W es la energía aportada a la máquina. Máquinas frigoríficas. m3 30.kJ del agua. Según el principio de conservación de la energía.25 kW 35 . dependiendo de cómo sea. Q 2 es el calor sustraído del foco frío. — El monóxido de carbono (CO) se produce en las combustiones incompletas por escasez de oxígeno en la mezcla. 5. El efecto frigorífico (ef ) de una máquina frigorífica se define como el cociente entre el calor sustraído al foco frío (Q 2) y la energía que hemos aportado al compresor (W ): ef Q2 —— W Del principio de conservación de la energía no puede deducirse qué relación existe entre estas dos magnitudes. junto con otros compuestos. al contrario que en el caso anterior. El rendimiento es el cociente entre la potencia útil (PU ) y la potencia suministrada (PS ).038 0.83 26.31 37. 127) 6. QC.9 kWh Actividades de aplicación (pág.983 0. al finalizar un ciclo de trabajo. es decir.24 20. el motor vuelve a las condiciones iniciales o de partida. es mayor que el cedido o sustraído.7 kWh.25 kW ————— 153 kW 4.29. A partir de ella. QA. PU —— ⇒ PS 656.027 0.962 0. 3.83 Sustituimos Q 1 por su valor en la expresión del principio de conservación de la energía en una bomba de calor y despejamos el valor de Q 2: Q1 Q2 AW Q2 Q2 1 AW AW AW AW T1 Q 2 —— T2 T1 Q 2 —— T2 Q2 Q2 Q2 T1 —— T2 Representamos gráficamente la variación del rendimiento con respecto a la temperatura del foco frío: Rendimiento 60 50 40 30 20 10 Temperatura del foco caliente (°C) 0 3 6 9 12 15 18 Temperatura del foco frío (°C) T1 T2 ———— T2 AW T2 ———— T1 T2 4. el motor recibe una determinada cantidad de calor QA (medido en cal o kcal) y posteriormente cede o se le sustrae otra cantidad de calor Q C . es de 4.069 0. El proceso que se lleva a cabo es el siguiente: en un momento determinado de su funcionamiento.7 kW La energía consumida por el compresor ha sido de 34. Datos: t 1 t2 20 °C 293 K 0 °C 273 K 138. funcionando como bomba de calor.931 0. Formulamos la relación entre las cantidades de calor transferidas y las temperaturas de los focos. calculamos la energía suministrada al compresor: EU —— ⇒ ES ES EU —— 34. Datos: EU 4 120 000 kcal 0 Expresamos la energía útil en kWh utilizando el factor de conversión adecuado: EU 1 kWh 120 000 kcal ———— 864 kcal 138.29 Confeccionamos una tabla para calcular el rendimiento de la bomba de calor en intervalos de 3 en 3 K: t2 (°C) T2 (K) T1 (K) T2 — T1 T2 — T1 1 ——— T2 1 — T1 El rendimiento de la instalación.952 0.973 0. El funcionamiento de un motor térmico se basa en un proceso o ciclo cerrado. despejamos Q 1: Q1 —— Q2 T1 —— ⇒ Q 1 T2 Q2 T1 —— T2 1 0 3 6 9 12 15 273 276 279 282 285 288 293 293 293 293 293 293 0.058 0.49 17.048 0. se produce la desapa- A partir del dato del rendimiento.942 0.017 14. Como el calor aportado.9 kW ————— 4 36 . 5. menor que QA .03 58. ha de tomar una cantidad de calor Q 2. Con ello se garantiza la seguridad de la instalación ya que algunos de sus elementos (como el compresor) funcionan con ener- Q2 Foco frío (evaporador) 7. — Una vez licuado. — Una vez evaporado. — No pueden ser fácilmente inflamables o susceptibles de producir explosiones. si se producen fugas en la instalación. aunque el efecto que se consigue es el contrario: — El fluido frigorígeno toma una cierta cantidad de calor Q 2 del foco frío o evaporador y se evapora. el fluido disminuye su presión hasta alcanzar la del evaporador. pero que es inverso al de los motores térmicos: la máquina frigorífica toma una cantidad de calor Q 2 de un foco frío. — Al llegar al evaporador. neamente. donde es comprimido gracias a la energía W aportada. los usuarios no correrán riesgos innecesarios. pasa al compresor. donde se licua y cede una cierta cantidad de calor Q 1. Este cambio de estado supone una cesión de calor de Q 1 calorías.rición de una cierta cantidad de energía térmica que se transforma en trabajo mecánico T. donde comenzará de nuevo el ciclo. que es aprovechada para calefacción. Foco caliente QA T Motor térmico QC — Después es sometido a un proceso de expansión en el sistema de expansión. Las condiciones básicas que han de cumplir los fluidos frigorígenos son las siguientes: — Deben ser no tóxicos. De acuerdo con el principio anterior. Para efectuar este nuevo cambio de estado. es necesario aportar una cierta cantidad de energía. denominado evaporador. W. — Tras la evaporación. por lo que pasa de nuevo al compresor para iniciar un nuevo ciclo. llamado condensador. para que este proceso tenga lugar. es necesario suministrarle una cierta cantidad de energía W. y cede una cantidad de calor Q 1 a un foco caliente. Foco frío El funcionamiento de una máquina frigorífica también se basa en un ciclo cerrado. 8. En las máquinas frigoríficas. el fluido frigorígeno circula en circuito cerrado por el sistema y sufre una serie de transformaciones: — Primero es comprimido en el compresor. para que transcurra. De este modo. el fluido recupera las condiciones iniciales. — A continuación. por lo que. con lo que se produce el enfriamiento del elemento. pasa a través de la válvula de expansión hasta alcanzar de nuevo la presión del evaporador. es licuado por enfriamiento en el condensador. el sistema funciona de modo similar. De este modo. el fluido se evapora. Foco caliente (condensador) Q1 W Máquina frigorifica — El gas comprimido pasa al condensador. Este proceso no se lleva a cabo espontá- 37 . En las bombas de calor. El fluido frigorígeno es una sustancia que cambia de estado por condensación o por evaporación a una presión y temperatura determinadas. se asegura el buen funcionamiento de la instalación. — Algunos freones. En el acumulador o depósito se almacena el fluido frigorígeno procedente del condensador y. se está procediendo a la sustitución de todos los fluidos frigorígenos por los HCFC o hidroclorofluorocarbonados. — El amoníaco. algunos hidrocarburos de cadena corta. muchos de estos fluidos no cumplen las especificaciones necesarias para su utilización industrial. En esta fase cede una cantidad de calor Q 1 y disminuye su volumen. 9. con lo que reduce su volumen y aumenta su presión y su temperatura. — El agua no es tóxica ni inflamable. desde aquí. — Los clorofluorocarbonados (CFC) inciden de forma negativa sobre la capa de ozono que protege la atmósfera terrestre. condensador. Los fluidos frigorígenos más utilizados a lo largo de la historia tecnológica han sido: el agua. más conocidos como freones. como el R113. Así. comprime el fluido frigorígeno en estado de vapor. — No han de ser corrosivos para los metales. — El propano y el butano son gases económicos y de empleo sencillo. Una máquina frigorífica tipo está provista de compresor. además. aunque no es tóxico en pequeñas cantidades. el amoníaco (NH3). como el propano y el butano (C3H8 y C4H10). pero resultan peligrosos por su alta inflamabilidad. pero sus características físicas la hacen poco rentable. por lo que está en proceso su sustitución por otras sustancias menos agresivas. — Por otra. Hay que tener en cuenta que las conducciones por las que circula el fluido son metálicas. El gas frigorígeno entra en el condensador donde se produce su licuefacción. 38 . los cloruros de metilo y etilo (CH3Cl y CH3—CH2Cl). El compresor está movido por un motor de arrastre que consume la energía W que se aporta al sistema. facilita la circulación del fluido a lo largo del ciclo. Sin embargo. ya sea por circulación de aire o de agua. se alimenta el evaporador a través de la válvula de expansión. acumulador con válvula de expansión y evaporador. son tóxicos. — El dióxido de azufre es tóxico. los dióxidos de azufre y de carbono (SO2 y CO2). tiene un olor desagradable y. y más recientemente los hidrocarburos fluorados y clorados. A la salida del evaporador tenemos el fluido frigorígeno en las condiciones iniciales para comenzar un nuevo ciclo. que resultan menos agresivos con la capa de ozono. es poco viscoso. Para ello. Acumulador Q1 Condensador W Compresor Válvula de expansión W Motor de arrastre Evaporador Q2 El cometido del compresor es doble: — Por una parte. El líquido se expansiona disminuyendo su presión de P2 (alta presión) a P1 (baja presión) y aumentando su volumen.gía eléctrica y una chispa podría provocar un accidente. toma una cantidad de calor Q 2 de su entorno y produce el enfriamiento. En el evaporador se produce la transformación del líquido frigorígeno en vapor. En la actualidad. — Han de tener una viscosidad tal que impida que se produzcan fugas fáciles. La válvula de expansión puede consistir en un orificio calibrado o en un tubo capilar donde se produce la expansión. a presión constante. es necesario que el fluido tome calor del entorno. Q2 W 15. sino Q 2. sistema de expansión y evaporador. 14. a presión constante. semejante al de los motores térmicos. 11. Sin embargo. sino Q 1. El sentido del circulación del fluido frigorígeno es correcto. — Lógicamente entonces. — De D a A se produce la evaporación. P El fluido. para provocar el aumento de la temperatura de un lugar o un ambiente. El elemento encargado de refrigerar un lugar o un ambiente determinado es el evaporador porque en él se produce la evaporación del fluido frigorígeno y. El circuito clásico de una bomba de calor contiene esencialmente los mismos elementos que una máquina frigorífica: compresor. La diferencia radica en el aprovechamiento: — En la máquina frigorífica se aprovecha el evaporador para sustraer calor de un lugar o un ambiente y provocar un descenso de la temperatura. Q1 Condensador Sistema de expansió Evaporador Compresor Q1 C P2 B P1 D Q2 V3 V4 V2 V1 A V — De A a B se produce la compresión del fluido: su volumen disminuye de V1 a V2 y su presión aumenta de P1 a P2. puede volver a comenzar el ciclo. En esta fase. Datos: Q 1 W 10 500 kcal 8 kWh Aplicamos el principio de conservación de la energía en una bomba de calor y despejamos Q 2: Q1 Q2 AW ⇒ Q 2 Q1 AW 39 . y el volumen disminuye de nuevo de V 2 a V 3. la máquina recibe la energía W necesaria para que actúe el compresor. condensador. ya que en un caso se recorre en sentido contrario al otro. provocando de este modo su enfriamiento. La diferencia fundamental entre ambos ciclos es el sentido de recorrido del ciclo. La máquina frigorífica y la bomba de calor funcionan siguiendo el mismo ciclo.10. La diferencia radica en el aprovechamiento del condensador. la máquina cede una cantidad de calor Q 1 al foco caliente. el calor sustraído por el evaporador del foco frío no es Q 1. En esta fase. La máquina absorbe una cantidad de calor Q 2 del foco frío y produce el enfriamiento. — De B a C se produce la licuefacción o condensación del fluido a presión prácticamente constante. con un aumento del volumen de V4 a V1. en lugar del evaporador. — En la bomba de calor se aprovecha el condensador para aportar calor al entorno y provocar un aumento de la temperatura. para que ésta se dé. — De C a D se origina la expansión del fluido con un ligero aumento del volumen de V 3 a V 4 y una disminución de la presión de P2 a P1. 13. las cantidades de calor que aparecen están mal simbolizadas: — El calor cedido al entorno por el condensador al foco caliente no es Q 2. Las máquinas frigoríficas funcionan según un ciclo presión-volumen denominado ciclo de Carnot. una vez recuperadas sus condiciones iniciales (P1 y V1). 12. y el rendimiento. la bomba de calor no puede funcionar. hay que distinguir entre el instante inicial y el resto del tiempo de funcionamiento de la máquina. es imposible. 16. evidentemente. el suministrado al foco caliente.52 y cuando lo hace como acondicionador de aire.Q2 10 500 kcal kcal 864 —— 8 kWh kWh Q1 —— ⇒ AW 3 588 kcal El calor sustraído al foco frío es 3 588 kcal. aplicamos la expresión: 40 . Datos: t 1 t2 W 30 °C ⇒ T1 10 °C ⇒ T 2 2 kWh 303 K 283 K Para averiguar la cantidad de calor sustraída del foco frío.2 kcal Para averiguar la cantidad de calor suministrada al foco caliente. aplicamos la expresión: Q2 Q2 AW T2 ———— T1 T2 3 588 K ——————— (30º3 283) K kcal 864 —— 2 kWh kWh 24 451.52 Cuando la máquina funciona como bomba de calor. hecho que. el rendimiento puede calcularse mediante la expresión: T1 ———— T1 T2 donde T1 es la temperatura del foco caliente y T2. el rendimiento iría decreciendo hasta que se alcanzara la temperatura de referencia.2 kcal Para determinar el rendimiento. Cuanto menor sea la diferencia entre T2 y T1. el efecto frigorífico es 0.52. menor será el denominador y mayor resultará el valor de .2 kcal. En efecto. lo que significa que no puede absorberse calor del foco frío puesto que esto significaría hacer disminuir su temperatura por debajo del cero absoluto. el 0 K se considera el cero absoluto de temperatura.52 Calculamos el efecto frigorífico cuando la máquina actúa en modo acondicionador de aire: ef Q2 —— ⇒ ef AW 3 588 kcal ————————— kcal 864 —— 8 kWh kWh 0. el rendimiento de una bomba de calor será mayor cuanto menor sea la diferencia entre las temperaturas del foco caliente y del foco frío. la del foco frío. 20.5 El calor sustraído al foco frío es 24 451. En efecto. 26 179. En estas condiciones.2 kcal ————————— kcal 864 —— 2 kWh kWh 15. Por lo tanto. — A partir de este momento. Calculamos el rendimiento cuando la máquina actúa en modo bomba de calor: Q1 —— ⇒ AW 10 500 kcal ————————— kcal 864 —— 8 kWh kWh 1. 18. El rendimiento de una bomba de calor aumenta a medida que la diferencia de temperaturas entre los focos caliente y frío disminuye. su rendimiento es 1. aplicamos la expresión: Q1 Q1 AW T1 ———— T1 T2 303 K ——————— (303 283) K kcal 864 —— 2 kWh kWh 26 179. 19. 17.15. En estas condiciones. el rendimiento de la máquina sería teóricamente infinito. ya que la diferencia T1 T2 es cero. Esto produciría un inmediato incremento de la temperatura del foco caliente. — En el instante inicial. 15. Datos: Q 1 Q2 W 10 500 kcal 3 588 kcal 8 kWh 26 179.2 kcal. menor será el denominador y mayor resultará el valor de ef. Partimos de la ecuación del principio de conservación de la energía y despejamos AW: Q1 Q2 AW ⇒ AW Q1 Q2 25. 23. mientras que el denominador permanece invariable. la del foco frío. Datos: t 2 5 °C ⇒ T2 16. el rendimiento o efecto frigorífico de una máquina frigorífica será mayor cuanto menor sea la diferencia entre las temperaturas del foco caliente y del foco frío. Por lo tanto. aplicamos la expresión: Q1 AW T1 ———— T1 T2 295 K ——————— (295 279) K Q2 kcal 864 —— 5 kWh kWh ———— T2 1 296 K 23 °C 79 650 kcal Se han sustraído 75 330 kcal del foco frío y se han aportado 79 650 kcal al foco caliente. partiremos de la expresión del rendimiento en función de las temperaturas y despejaremos T1: T1 ———— T1 T2 (T1 T1 T1 T1 ( T1 T1 T1 1) T2) T2 T1 T1 T2 T2 Q2 kcal 864 —— 5 kWh kWh 75 330 kcal Para averiguar la cantidad de calor suministrada al foco caliente. Q2 —— AW Q2 ———— Q1 Q 2 Como la temperatura es una medida del calor. 22. el rendimiento o efecto frigorífico puede calcularse mediante la ecuación: T1 ef ———— T1 T2 donde T1 es la temperatura del foco caliente y T2. 22 °C ⇒ T1 6 °C ⇒ T2 16.21.5 278 K Sustituimos AW por su valor en la expresión del rendimiento.5 ———— 278 K 16. aplicamos la expresión: Q2 AW T2 ———— T1 T2 279 K ——————— (295 279) K Para determinar la temperatura del foco caliente. Datos: t 1 t2 295 K 279 K Confeccionamos una tabla para calcular el rendimiento de la bomba de calor en intervalos de 2 en 2 K: 41 . respectivamente. En caso de que el sistema funcione como máquina frigorífica.5 1 La temperatura máxima que puede alcanzarse en el foco caliente es 23 °C. Datos: t 1 t2 W 22 °C ⇒ T1 6 °C ⇒ T2 5 kWh 295 K 279 K Para averiguar la cantidad de calor sustraída del foco frío. La diferencia entre esta expresión y la de la actividad anterior radica en el numerador. el razonamiento será idéntico: cuanto menor sea la diferencia entre T2 y T1. Por consiguiente. sustituimos Q 1 y Q 2 por las temperaturas absolutas de los focos caliente y frío. y transformamos la expresión: Q2 ———— Q1 Q 2 Q2 ———— T1 T2 1 ———— T1 — 1 T2 24. El módulo de la fuerza será: F 4 A 0.8 m 2 T 0.973 0. 90° y sen 1. Datos: L 80 cm I 4A B 2T 0. el sentido de la fuerza permanecerá invariable.01 0.04 50. M 100 3 A 3.54 N Cuando la espira se sitúa perpendicularmente a las líneas de fuerza del campo.047 0. En este caso: F 4 A 0. denominados estátor y rotor. y en aplicación de la regla de la mano izquierda. El módulo del momento del par que actúa sobre cada espira es: M I S B sen .5 T 0.8 m 2 T 1 6.93 30 29. Como la bobina dispone de n espiras.025 m)2 2. responsable del establecimiento del campo magnético. 4.4 N 3. El motor de corriente continua consta de dos elementos fundamentales. el campo ejerce una fuerza de módulo 6.28 40 24.14 (0. entonces 60° y sen 0.020 18.034 0.47 N m. Si invertimos simultáneamente el sentido de circulación de la corriente en un conductor y la polaridad del campo magnético. el módulo será: M n I S B sen . 2.05 m b) Si el conductor forma un ángulo de 60° con las líneas de fuerza del campo magnético. 151) 1.41 20 37.866 5.980 0. El estátor es la parte fija del motor.866. Datos: L 5 cm I 3A n 100 B 2. como puede apreciarse en la figura siguiente: 42 Temperatura del foco caliente (°C) 1 ——— T2 1 — T1 Rendimiento .47 N m El módulo del par que actúa es de 1.054 0.5 T 1 1.946 0.959 0.54 N. En el primer caso. 90° y sen 1.4 N y en el segundo. de 5. Motores eléctricos Actividades de aplicación (pág.t2 (°C) T2 (K) T1 (K) T2 — T1 1 T2 — T1 60 50 6 8 10 12 14 16 279 281 283 285 287 289 295 295 295 295 295 295 0.00 10 0 Representamos gráficamente la variación del rendimiento con respecto a la temperatura del foco frío: 0 3 6 8 10 12 14 16 18 Temperatura del foco frío (°C) 6.8 m B α L B L α F F a) Si el conductor se sitúa perpendicularmente a las líneas de fuerza del campo magnético.52 21.027 0. En consecuencia.953 0. cambiará también el sentido de los vectores L y B.966 0. El módulo de la fuerza viene dado por la expresión F I L B sen . que forman el colector. Esta corriente continua también circula por las bobinas inducidas a través de las escobillas y del colector. Los extremos de las bobinas se sueldan a una serie de láminas de cobre. la intensidad I. 5. etc. trolebuses. es decir. éste corre el peligro de aumentar excesivamente de velocidad (embalamiento). situadas alrededor de los polos del electroimán. Si disminuye la intensidad absorbida por disminución de la carga en el motor. Además. En consecuencia. pero no por las inducidas. Si el conductor tiene forma de espira y ésta puede girar sobre un eje. En consecuencia. llamadas delgas. que reciben el nombre de bobinas inductoras. por el contrario. Consta de otro conjunto de bobinas (bobinas inducidas) que van arrolladas sobre las ranuras de un núcleo de hierro denominado inducido. es la misma en todo el motor. la corriente eléctrica circula por las bobinas inductoras generando un electroimán y creando el campo magnético que necesitamos. por el que circula una corriente eléctrica. una parte (Ii ) circula por las inducidas y la otra parte (Iex ). las obligarán a girar y. — En el motor serie. Los motores serie se utilizan en vehículos de tracción eléctrica. montadas sobre los portaescobillas. las bobinas inductoras e inducidas están conectadas en serie. El conjunto se monta sobre un eje. El motor tampoco funcionaría. — Si la corriente sólo circulara por las bobinas inductoras. de toda la corriente I absorbida por el motor. Pero. I 0 y entonces no existiría ninguna fuerza que actuara sobre estas bobinas. + – F I A B I E El motor serie puede desarrollar un elevado par motor en el instante de arrancar. B 0. De este modo. Éstos van sujetos a la carcasa. los pares de fuerzas que actúan sobre las bobinas inducidas. Una vez establecido el campo magnético. shunt y compound son motores de corriente continua que difieren en la forma de conexión de las bobinas inductoras e inducidas. + – I Ii C Iex D A B I 43 . y. la energía eléctrica suministrada al motor se transforma en energía mecánica de rotación. con ellas. — En el motor shunt. por las inductoras. el motor dispone de escobillas. El motor no funcionaría. Al conectar el motor a la fuente de alimentación. al no circular corriente por las bobinas inducidas. absorbida por el motor al conectarlo a la red de corriente continua. pero no por las inductoras. lo hará todo el rotor. la corriente sólo circulara por las bobinas inducidas. no se generaría ningún campo magnético. 6. en consecuencia no existiría ninguna fuerza que actuara sobre las bobinas inducidas. las bobinas inductoras van conectadas en paralelo o derivación con las bobinas inducidas. Los motores serie. locomotoras. El principio de funcionamiento de un motor de corriente continua se basa en las fuerzas electromagnéticas que un campo magnético ejerce sobre un conductor situado en su seno.Para ello dispone de una serie de bobinas. como tranvías. se generaría un campo magnético por efecto del electroimán. Estos dispositivos están en contacto permanente con el colector y suministran la corriente eléctrica a las bobinas inducidas. — Si. El rotor es la parte móvil del motor. el par de fuerzas que actúa sobre ambas partes de la espira provocará en ella un movimiento de rotación. Iex . no es necesario suministrar energía eléctrica procedente de la fuente de alimentación a los conductores del inducido.) 9.En el arranque. D n1 n 2 ⇒ ⇒ D 1 000 rpm 950 rpm 50 rpm d ⇒ d n1 n 2 ———— 100 ⇒ n1 50 rpm ————— 100 1 000 rpm 5% El deslizamiento absoluto es de 50 rpm y el relativo. Pero si la intensidad se reduce. Por esta razón. Su uso está especialmente indicado en máquinas herramientas y en vehículos de tracción eléctrica. 11. Los motores asíncronos monofásicos no se ponen en funcionamiento por sí solos. el régimen de giro apenas varía y no hay peligro de que se embale al trabajar en vacío. respuesta escrita. + – I A Ii Iex C D B E F I • Par motor: 40 kgm • Potencia absorbida: 31 kW 8. Ii . No tiene. Siguiendo este procedimiento. el régimen de giro apenas varía (no se produce embalamiento). 10. circula por las bobinas inducidas y la mitad de las inductoras y la otra. podemos calcular el deslizamiento absoluto D y el relativo d. procederemos del modo siguiente: — Trazamos una línea vertical sobre el valor 60 A. el par motor es menor que el del motor serie. sino 44 . el campo magnético que se genera en las bobinas inductoras provoca la aparición de una corriente eléctrica inducida en los conductores del inducido (por eso se llama así). Al disminuir la intensidad absorbida. en paralelo. Datos: f p 50 Hz 4 (8 polos 4 pares) Aplicamos directamente la expresión que da la velocidad de giro del campo magnético: n1 60 f —— ⇒ n1 p 6 050 ——— 4 750 rpm Este motor se comporta con un par motor algo mayor que el shunt. Las bobinas inductoras quedan divididas en dos partes iguales. se obtienen los resultados siguientes: • Rendimiento: 85 % • Régimen de giro: 600 rpm El rotor gira a 750 rpm. Estos motores se utilizan preferentemente en las máquinas herramientas. trazamos líneas horizontales que nos permitan leer los valores correspondientes en los ejes verticales. y conocido n 2. se producirán las fuerzas electromagnéticas capaces de hacer girar el motor. En consecuencia. — El motor compound es una combinación de motor serie y motor shunt. En los motores de corriente alterna. Así. Para averiguar los parámetros del motor en el régimen de funcionamiento dado. Datos: f 50 Hz n 2 950 rpm p 3 (6 polos 3 pares) Calcularemos primero la velocidad de giro del campo magnético. — A partir de los puntos de corte con las respectivas curvas. (Se trata de una experiencia de taller. por el resto de bobinas inductoras. del 5 %. 7. n 1: n1 60 f —— ⇒ n 1 p 6 050 ——— 3 1 000 rpm A partir de este dato. Una parte de ellas se conecta en serie con las inducidas y la otra parte. de modo que corte las curvas del motor serie. pero menor que el serie. 12. como ya disponemos de un campo magnético y de un conductor por el que circula una corriente eléctrica. una parte de la intensidad I absorbida por el motor se divide en dos: una parte. por tanto. transmisores. la calidad y la seguridad de una instalación. — En el grupo III se integran las magnitudes de menor importancia: la humedad. permite su adquisición y su incorporación a multitud de procesos. gracias a la utilización de componentes electrónicos. Transmisores Sensores Visualizadores Actuadores Comparadores Reguladores — Los sensores son los elementos del sistema de control encargados de medir el valor de una magnitud. 3. 13. el nivel o el caudal. 45 . comparadores. cabe destacar: • Su menor tamaño permite ubicarlos en espacios reducidos. (Se trata de una experiencia de taller. Transductores de posición y de proximidad Actividades de aplicación (pág. el peso o el pH. — En el grupo II aparecen otras magnitudes básicas. respuesta escrita. • La posibilidad de ser utilizados en combinación con los ordenadores permite su aplicación en sistemas informáticos de control. el bobinado auxiliar se desconecta y el motor funciona normalmente. similar al que emplean los motores de corriente continua. conectado a la red y otra bobina auxiliar que va a permitir que el motor se ponga en funcionamiento al conectarlo. aunque menos frecuentes: la densidad. — Los motores que incorporan una bobina auxiliar disponen en el estátor de una bobina inductora principal o de trabajo. 177) 1. la velocidad y otras. Este elemento auxiliar puede ser una bobina auxiliar o una espira en cortocircuito. No tiene. actuadores y visualizadores. — Los transmisores son los elementos que se encargan de transformar una señal en otra.) 15. Las magnitudes se clasifican por grupos en función de su importancia y de su abundancia. la presión.que necesitan un elemento auxiliar para que comiencen a girar. 2. más una espira en cortocircuito. La respuesta dependerá del aparato electrodoméstico seleccionado.) 14. La instrumentación es la técnica que se ocupa de medir. transmitir y regular las magnitudes físicas y químicas de las que depende el rendimiento. (Se trata de una experiencia de taller. — En el grupo I se encuadran las más importantes y abundantes: la temperatura. • Su coste reducido. Un sistema de control está formado por diferentes elementos componentes: sensores. La respuesta dependerá del juguete seleccionado y del tipo de motor de éste. Los instrumentos miniatura presentan ventajas frente a los convencionales. Entre otras. Una vez que el motor ha arrancado y el rotor alcanza su velocidad nominal. reguladores. Cada uno de los polos lleva la bobina inductora correspondiente. Las corrientes inducidas que se generan en ella permiten la puesta en marcha del motor. • Su mayor velocidad de respuesta reduce los tiempos de control y permite obtener datos en tiempo real. — Los motores que incorporan espiras en cortocircuito disponen de un rotor en jau- la de ardilla y un estátor con polos salientes. por tanto. • Su mayor flexibilidad posibilita su intercambio en procesos diferentes. (Se trata de una experiencia de taller.) 7. Los microrruptores son interruptores que obedecen a una señal mecánica externa. — Los visualizadores son los dispositivos encargados de dar la expresión final de la medida con la función deseada. — Los comparadores son los elementos encargados de proporcionar una señal en función de la diferencia existente entre el valor de salida y el valor esperado. El LED necesita resistencia de protección porque la tensión de la señal que transmite el pulsador suele ser muy superior que la que es capaz de soportar el LED. 6. — Los reguladores son los dispositivos encargados de mejorar las respuestas del sistema. En él podemos encontrar pulsadores.Con frecuencia. Al dejar de oprimir. Cuando se oprime el pulsador. la única diferencia entre ellos es su situación en el sistema. encontramos un panel con pulsadores. Cuando accionamos manualmente uno de los pulsadores. cada uno de los cuales permite que el ascensor vaya a un nivel o piso diferente. Los finales de carrera son mecanismos que emiten las señales mecánicas que capta el microrruptor. 24 V 46 . el cual activa el motor y el ascensor se pone en marcha. 7. éste emite una señal eléctrica que es transmitida hasta el circuito de control.) en otra de salida que sea más fácilmente procesable. Un captador es un transductor encargado de adaptar la señal de salida del sistema para volver a utilizarla de nuevo. También puede definirse como un elemento que transforma una determinada magnitud de entrada (física. finales de carrera y microrruptores. No obstante. Señal de mando Los pulsadores son dispositivos de accionamiento manual capaces de emitir una señal eléctrica. se cierra también el circuito que alimenta el diodo LED y éste se ilumina. ofrecemos un modelo de respuesta. En consecuencia. (Los ejemplos del entorno pueden variar de unos alumnos a otros. — Los actuadores son los dispositivos encargados de actuar sobre el proceso una vez recibida la orden del regulador. se suelen integrar estos dos elementos (sensores y transmisores) en el grupo de los transductores o captadores. Un transductor es un elemento que transmite la señal de un sistema situado a su entrada a otro ubicado a su salida. La resistencia de protección y el LED están conectados según el siguiente esquema: I = 20 mA Transductor Señal de referencia Comparador Captador Proceso Señal de salida 2V 5. química. hay que instalar la resistencia en serie con el LED de forma que absorba la mayor parte de la tensión que pasa por la línea. 4. En consecuencia. se abre el circuito y el LED se apaga.) Uno de los sistemas de control que con más frecuencia utilizamos es el ascensor. La señal mecánica es captada por un microrruptor que desconecta el motor y el ascensor se detiene. una pieza mecánica que se encuentra en el exterior de la caja actúa sobre el final de carrera que se encuentra en dicho nivel. Cuando nos introducimos en un ascensor convencional. etc. Cuando el ascensor llega hasta el nivel o piso seleccionado. la señal de salida del oscilador va disminuyendo en amplitud pero no lo sufi- 47 . Permeabilidad magnética es la facilidad que poseen ciertos cuerpos para dejarse atravesar por los campos magnéticos. aplicamos la ley de Ohm y resulta: V V I R ⇒ R — I 22 V ————— 1100 2 10 2 A La resistencia tiene un valor de 1 100 . el conmutador invierte otra vez la señal y desactiva el disparador. En estas condiciones. 9. Distancia de detección 8. Un sistema de control provisto de detector de proximidad capacitivo está constituido por varios elementos básicos: la fuente de alimentación. La señal de salida del disparador se mantiene mientras el objeto se encuentra dentro de la zona de detección. en consecuencia. llega un momento en que la señal del oscilador es lo suficientemente pequeña como para provocar una disminución de la señal del rectificador. el oscilador. la placa sensora. Éstos son precisamente los ferromagnéticos. el oscilador da una señal alterna de salida muy alta y. — A medida que el objeto se va acercando al detector. el rectificador y el conmutador-disparador. Por otra parte. Bobina Señal de entrada Fuente de alimentación Tensión de alimentación — Si el objeto se encuentra muy alejado de la placa detectora. con ella. El único elemento diferente es la placa sensora. En estas condiciones.Si el LED sólo puede soportar 2 V. por lo que el disparador sigue inactivo. que es metálica. el oscilador. que se produce aproximadamente de forma lineal. Como los detectores de proximidad inductivos usan el principio de la inducción electromagnética. ciente como para provocar una disminución de la señal de salida del rectificador. un conmutador invierte la señal de modo que el disparador no se activa. la estructura del detector capacitivo es idéntica a la del inductivo. la salida continua del rectificador es la máxima posible. la intensidad que circula por ambos componentes ha de ser la misma: 20 mA. Placa Señal de salida Oscilador Rectificador Salida Conmutador disparador Nivel de operación Nivel de reposición Cuando la señal del rectificador disminuye hasta el 50 % de la tensión de salida. se alcanza el nivel de operación: el conmutador varía la señal y el disparador se activa. Si el objeto se sigue acercando. se produce el efecto contrario: la señal de salida del oscilador comienza a aumentar y. 10. se incrementa también linealmente la señal del rectificador. la bobina detectora. — A medida que el objeto se aleja de la placa. los materiales más fácilmente detectables serán aquellos que resulten permeables al flujo magnético. Un sistema de control provisto de detector de proximidad inductivo está formado por varios elementos básicos: la fuente de alimentación. Como puede apreciarse. el rectificador y el disparador. — En el momento que esta señal alcanza de nuevo el 50 % de su valor nominal. Esto se produce cuando el objeto sale de la zona de detección. la diferencia de potencial entre los extremos de la resistencia será de 24 2 22 V. Cuando un objeto se aproxima. El disparador no actúa. Al aproximarse un objeto a la placa. la disminución de la capacidad parásita aumenta la resistencia de la placa y hace que la señal del oscilador desaparezca y. — Cuando se alcanza el nivel de reposición. Cuando un objeto se aproxima. el dieléctrico estará formado por el aire y el objeto. Cuando el objeto entra en la zona de detección. La disminución de la señal del oscilador provoca una disminución aproximadamente lineal de la señal del rectificador. aumenta la capacidad parásita lo que hace disminuir la resistencia de la placa y aumenta la señal del oscilador. ni el oscilador ni el rectificador emiten señal alguna. El disparador está desactivado. — Cuando el objeto se aproxima. el disparador se activa. se activa el disparador. La señal del rectificador vuelve a disminuir de forma lineal a medida que lo hace la señal del oscilador. La señal del rectificador vuelve a aumentar de forma lineal a medida que lo hace la señal del oscilador. la reactancia disminuye y el oscilador empieza a producir señal alterna. Cuando el objeto sale de la zona de detección. Cuando el objeto se encuentra fuera de la zona de detección. la reactancia es alta y el oscilador no produce señal. Detector inductivo Detector capacitivo Fuente de alimentación Tensión de alimentación Una vez construido el transductor. con ella. Cuando el objeto se encuentra fuera de la zona de detección. en consecuencia. a la que denominaremos C0. Cuando el objeto sale de la zona de detección. se activa el disparador. La señal del rectificador aumenta hasta su valor máximo. disminuye la señal del oscilador. El disparador no actúa. también es máxima la señal del rectificador. la capacidad parásita C0 es muy baja. La señal del rectificador comienza a aumentar de forma lineal. Cuando el objeto entra en la zona de detección. Si comparamos los ciclos de funcionamiento de un detector de proximidad inductivo y de otro capacitivo. En estas condiciones. se desactiva el disparador. el conmutador invierte de nuevo la señal y el disparador se desactiva. entre la placa sensora y tierra existe una capacidad parásita muy pequeña.Objeto Placa Oscilador Rectificador Salida Disparador C1 C0 11. el dieléctrico del condensador formado por la placa y tierra es el aire. 48 . La señal del rectificador disminuye hasta anularse. En ausencia de objeto detectable. con ella. la capacidad parásita total aumenta. la del rectificador. aumenta la resistencia equivalente de la bobina y. con lo que la reactancia disminuye y la intensidad de la señal suministrada por el oscilador se incrementa progresivamente hasta que activa la respuesta del disparador. — Cuando no hay objeto detectable o está lejano. la señal del rectificador. La capacidad aumenta progresivamente. el oscilador emite la señal máxima y el rectificador también. se desactiva el disparador. El aumento de la señal del oscilador provoca un aumento aproximadamente lineal de la señal del rectificador. podemos confeccionar un cuadro que recoja las analogías y las diferencias. Distancia de detección Nivel de operación Nivel de reposición — En el momento que la señal del rectificador alcance el nivel de operación. con ella. — A medida que el objeto se aleja se produce el fenómeno contrario: la señal del oscilador disminuye de intensidad y. En ausencia de objeto detectable. la disminución de la resistencia equivalente de la bobina hace que la señal del oscilador vuelva a ser máxima y. El valor de la impedancia Z depende de la resistencia óhmica equivalente de todos los componentes del circuito. En cambio. Distancia de detección nominal es la distancia de detección previsible de un detector determinado. que puede provocar pérdidas en la señal. dieléctricos y no modificarían el flujo magnético de la bobina de un detector inductivo. L. será necesario utilizar un detector capacitivo. del coeficiente de autoinducción de las bobinas. La impedancia interna de un circuito es la resistencia equivalente global que presenta al paso de una corriente eléctrica. aunque no se recomienda sobrepasar los 200 m de longitud máxima. podría utilizarse un detector inductivo. en la cual el detector actúa en condiciones nominales de temperatura y de tensión. 16. oscilar entre el 90 % y el 110 % de dicha medida: 90 % (150 mm) 110 % (150 mm) 135 mm 165 mm El umbral de detección deberá situarse entre 135 mm y 165 mm. Esta medida debe mantenerse entre el 90 % y el 110 % de la distancia nominal.12. y de la capacidad equivalente de los condensadores que pueda contener. Nivel de llenado de una botella: detector capacitivo. R. La impedancia se mide en ohmios. Tapón de corcho de una botella: si se tratara de un tapón metálico. Goma de borrar: detector capacitivo. independientemente de las variaciones en la temperatura o las fluctuaciones en la tensión de alimentación. — Si el detector dispone de amplificador interno. Ir Carga + 13. 49 . Debe mantenerse entre el 90 % y el 110 % de la distancia real. medida con el objeto patrón (pieza de hierro de forma cuadrada de 1 mm de espesor y de lado igual al diámetro mínimo de la placa detectora). Tijeras: detector inductivo ya que se trata de un objeto de hierro o acero (material ferromagnético) fácilmente detectable con este tipo de transductores. como es de corcho (material dieléctrico). Distancia de detección diferencial es la distancia entre la posición del objeto cuando se aproxima perpendicularmente al actuador y éste comienza a detectarlo. la distancia ha de ser aún menor. la distancia real debe Circuito de detección Interruptor electrónico – 15. Distancia de detección real es la distancia de detección. Si la distancia de detección nominal de un dispositivo es de 150 mm. Aunque el disparador del sistema de control esté desactivado. 14. y la posición del objeto cuando se aleja perpendicularmente al detector y éste deja de detectarlo. como consecuencia de su propia estructura (resistencias. Distancia de detección útil es la distancia desde la superficie sensora del detector de proximidad hasta el objeto patrón que permite la detección en cualquier circunstancia. Esta corriente puede llegar a ser de varios mA y se detecta fácilmente mediante un electropolímetro. El problema fundamental radica en la excesiva longitud del cable de transmisión. porque los líquidos son. — Si el detector no dispone de amplificador y éste va separado. C. bobinas y condensadores). la pequeña señal de corriente que suministra el circuito de detección fluye a través de la carga. teniendo en cuenta las tolerancias en el proceso de fabricación y para unas condiciones dadas de temperatura ambiente y tensión de alimentación. ya que se trata de un material dieléctrico. en general. puede ajustarse éste para compensar las pérdidas. Otros transductores. el SCR (rectificador controlado de silicio) es el encargado de actuar como conmutador. Medidor láser. la carga deberá conectarse en serie con la alimentación ya que. d) Las dimensiones de un campo de fútbol. podemos inutilizarlo de forma irreversible. hay que situar los dos láser en paralelo: uno emite un haz de luz que incide sobre la superficie exterior de la tapa y el otro lo emite sobre el fondo del agujero.17. mientras que el PNP lo abre en las mismas circunstancias. Carga Puente de diodos Circuito principal SCR Carga S1 Circuito principal Transistor NPN Diodo Zener S2 O Fuente de alimentación (c. Transformador diferencial. c) El espesor de un libro. Para medir la profundidad del agujero pueden utilizarse dos medidores láser como detectores de diferencia de nivel. o cuando se actúe el sistema (configuración normalmente abierta). 2. a. p. — La carga absorbe parte de la tensión y evita que el sistema se cortocircuite cuando se conecta con la fuente de alimentación (configuración normalmente cerrada). 205) 1. a) La medida de una distancia en m. Transductor ultrasónico o potenciómetro. Para ello. 18. Interiormente el detector funciona con corriente continua. Las salidas de ambos medidores se conectan a un circuito de control y se ajusta la tensión interna de éste (VOFFSET) de modo que sea igual a cero. — De otra parte. Radar o medidor láser. la tensión de la señal de salida. En los detectores de dos hilos alimentados con corriente alterna. A K G 8. en sustitución de los transistores que aparecían en los circuitos anteriores. V0. El SCR o rectificador controlado de silicio es un diodo en el que puede elegirse el momento de la conducción mediante el terminal de puerta G. Las diferencias fundamentales son dos: — De una parte.) — El transistor actúa como un interruptor electrónico que cierra el circuito cuando la señal del detector es suficientemente alta como para polarizarlo. el funcionamiento: el transistor NPN cierra el circuito cuando la señal de detección es capaz de polarizarlo. — El diodo Zener impide el paso de corriente en sentido inverso. b) El desplazamiento del plato de una balanza electrónica. es proporcional a la profundidad del agujero. por lo que es necesario rectificar la alimentación de corriente alterna mediante el puente de diodos conectados a la entrada del detector. en caso contrario. De este modo. Actuadores Actividades de aplicación (pág. que es diferente en uno y en otro. V0 k p 50 . En este caso. la disposición de la carga y de los diodos de protección. Diodo semiconductor V 19. si el detector no dispone de protección contra cortocircuitos. La salida 0 de un encoder es un dispositivo que emite una señal de paso por origen cada vez que el eje en el que está situado el encoder da una vuelta completa. • Los encoders incrementales no pueden determinar la posición del eje cuando está parado. 4. sino sólo el giro efectuado. 6. hay que efectuar una medida previa con un agujero patrón de profundidad conocida. es conveniente resetear el contador del encoder. resulta: K V0 —— p ⇒ p p p V0 —— V0 3. Los encoders absolutos determinan la posición del eje por la combinación de bits que corresponde al sector en el que se refleja la luz. respectivamente. Los dos canales de salida de un encoder incremental sólo se utilizan cuando se trata de encoders bidireccionales.Para determinar el valor de la constante de proporcionalidad. K. En el caso de encoders unidireccionales. el encoder gira en sentido contrario. poner el contador a 0 cada vez que queramos medir el número de impulsos emitidos. • En los encoders incrementales. sino dividido en sectores pintados de blanco o negro. el encoder gira en un sentido. Un termopar está constituido por dos metales o aleaciones de diferente naturaleza. En los encoders absolutos. es decir. Para facilitar el cómputo. • Los encoders incrementales disponen de dos emisores y dos receptores. Los encoders absolutos tienen cuatro emisores y cuatro receptores. Diferencias anatómicas • El disco de los encoders incrementales dispone de dos series de ranuras denominadas canales. los haces de luz se reflejan en el disco. El disco de los encoders absolutos no está ranurado. 5. p . sólo se utiliza uno de los canales. Contando el número de impulsos emitidos por esta salida 0 puede conocerse el número de vueltas que da el eje. los haces de luz atraviesan el disco por los canales practicados en él. los emisores y los receptores se sitúan en el mismo lado del disco. uni- 51 . los emisores y los receptores se sitúan a ambos lados del disco. el A. ya que sólo necesitamos contar el número de impulsos. De este modo: K V0 —— p • Los encoders incrementales determinan la posición del eje por el número de impulsos recibidos durante el movimiento de giro. En los encoders absolutos. — Si la señal del canal B llega antes que la del A. Diferencias funcionales • En los encoders incrementales. La diferencia de fase existente entre ellos permite determinar el sentido de giro: — Si la señal del canal A llega antes que la del B. Sustituyendo el valor de K en la expresión anterior y despejando el valor de p. Los encoders absolutos pueden determinar la posición del eje cuando está parado. Ubicación de dos medidores láser en oposición Interposición de un objeto patrón de espesor conocido Activación del dispositivo Cálculo de la constante de proporcionalidad K Interposición del paquete de hojas de espesor calculable Activación del dispositivo Cálculo del espesor del paquete de hojas 7. que se encarga de intervenir en el proceso. que la amplifica y la ajusta a las necesidades del sistema. el comparador envía una señal de alarma al regulador.p. el control de la temperatura de la cuba de galvanizado en caliente de una planta de cincado. basta restar la resistencia medida entre D y D de la resistencia total. Los más normal es que el termopar se conecte al controlador por medio de cables. La señal amplificada por el regulador es enviada al actuador. RT. se utilizan cables compensados. no es frecuente que el controlador se encuentre tan cerca del objeto cuya temperatura se desea medir. ya que. la resistencia total es igual a la suma del valor óhmico de la termorresistencia. Si la señal recibida está dentro de los límites de tolerancia.) del orden de unos pocos mV que varía con la temperatura. el valor óhmico de la resistencia de los cables puede inducir un error de medida. Si la termorresistencia está conectada al circuito de control por medio de un cable de dos hilos. por lo cual: R total RT Sin embargo. Este tipo de cables se utiliza siempre que el controlador de temperatura de un proceso se encuentra situado en un panel de control centralizado. En este caso puede ser desde la simple detención de la cadena de montaje has- C D R total RT R AB R CD 52 . más el de los cables de conexión. que suele ser la temperatura ambiente. cables fabricados con un material de las mismas características que el termopar.dos mediante soldadura en uno de sus extremos. por lo que en la soldadura se genera una diferencia de potencial (d. alejado del lugar donde se desarrolla el proceso. Cada metal posee diferente potencial de oxidación. el comparador no interviene. 8. que se encarga de compararla con un valor de referencia estándar previamente determinado (el color del coche que se desea obtener). por ejemplo. Sin embargo. Así. Si la señal recibida no corresponde con el color predeterminado. Si se emplean cables de cobre ordinarios. Esta variación pueden ser detectada y permite controlar los cambios térmicos que se producen en el objeto. es decir. siempre se induce un error de medida producido por la temperatura a la que se encuentra el propio controlador. A t° B Cuando la distancia entre la termorresistencia y el circuito de control es inferior a 5 m. ya que hay que descontar la temperatura que toman los cables de cobre al estar en contacto con el termopar. RCD RT (RCD RCD ) Vehículo Sensor Visualizador Comparador Actuador Regulador El sensor puede ser una fotocélula que emite un haz de luz que se refleja sobre la superficie del coche. A t° B D’ C D En este caso: R total RT RAB R total 10. el único error inducido es el de la temperatura ambiente y el controlador puede situarse a cierta distancia del objeto que se mide. cuando la distancia es superior a 5 m. Para corregirlo. el error de medida inducido es todavía mayor. en este caso. Cuando se conecta directamente un termopar a un dispositivo controlador de temperatura. 9. Por esta razón. las resistencias de los cables pueden considerarse despreciables frente a R T. ya que RAB RCD .d. es conveniente incorporar un tercer terminal D . La señal recibida es enviada al comparador. RAB y RCD. 231) 1. VR. en este caso. 9. a su vez. según la función de transferencia G: y G G (u H y) Gu G Hy A partir de la expresión anterior. variables de estado y variables de salida.ta la activación de un dispositivo complejo que separe el coche incorrecto de la línea y lo reenvíe a la sección de pintura. • Las variables de salida son la tensión aplicada a la bobina. : u u1 u Hy En consecuencia. y. depende de la de entrada. El regulador es el elemento que nos permite modificar o ajustar los parámetros del sistema de control. la tensión aplicada a la resistencia. Las variables internas pueden ser. u 1. para dar la señal . ya que se trata de variables que pueden ser medidas. la señal de salida del sistema dependerá ahora de la nueva señal. podemos oby tener el cociente — en función de G y H. Las variables de entrada pueden ser. u. La señal inicial de salida no realimentada. es la tensión V aplicada. Mediante este dispositivo puede obtenerse la función de transferencia adecuada a cada necesidad. 53 . variables de control y perturbaciones. se obtendrá una nueva señal. . ya que la señal realimentada. tal y u como habíamos previsto en un principio: y y (1 y — u G Hy G H) Gu Gu G ———— 1 GH 3. VL. Estructura de un sistema automático Actividades de aplicación (pág. Si interesa visualizar el resultado. En este sistema. u1. se suma a la señal de entrada. Como puede apreciarse. tanto en el régimen transitorio (período que abarca desde el momento en que se da la orden de referencia hasta que el sistema responde y alcanza la respuesta deseada) como en el permanente (período en el que el sistema debe mantener la respuesta alcanzada y solucionar los problemas de perturbaciones o de otro tipo que puedan presentarse). según la función de transferencia G: y Gu Si muestreamos la salida del sistema. la señal de salida del bloque muestra. 11. que no depende de las variables internas del sistema y que puede ser modificada a voluntad. según la función de transferencia H: u1 Hy Al sumar la señal realimentada. ya que se trata de valores anteriores al inicio del funcionamiento del sistema. u1. G es la función de transferencia sin realimentación y H es la función de transferencia de lazo de realimentación positivo. El encoder cuenta el número de impulsos necesarios para girar la puerta y envía estos impulsos al motor paso a paso para que la abra. a la señal inicial. u. y la intensidad I de la corriente que circula por el circuito. Los reguladores permiten mejorar las respuestas del sistema. El actuador más adecuado para abrir una puerta un ángulo de 75° es un motor paso a paso conectado con un encoder provisto de contador. • Las variables de estado son la carga Q de la bobina y el valor óhmico R de la resistencia. dependerá de y. que pueden provocar cambios de comportamiento del sistema. se trata de un sistema de control con realimentación positiva. • Las perturbaciones serán cualquier variación imprevista de la tensión o modificaciones en la temperatura. puede incorporarse un visualizador que traduzca la señal del sensor y la interprete en términos de color o en cualquier otro código predeterminado. u. 2. una vez conocidos el proceso y los demás elementos. • La variable de control. a su vez. Distinguiremos entre variables internas del sistema y variables de entrada a éste. Puesto que la velocidad se define como la derivada del valor en función del tiempo. En ese momento. el regulador responderá y tratará de estabilizar de nuevo el sistema. la señal oscilará mucho en torno al valor de referencia y el sistema puede llegar a no estabilizarse nunca. aunque no demasiado. Los reguladores derivativos PD ajustan la señal de salida de forma proporcional a la velocidad de los cambios de la magnitud que se controla. el aporte de potencia comenzará a disminuir mucho antes de que la variable se aproxime al valor de referencia. — Si la banda es demasiado estrecha. — Si la banda es muy ancha. Magnitud Punto de referencia Banda proporcional sea menor y. La banda proporcional de un regulador P debe ser relativamente estrecha. La banda proporcional es el rango de valores que puede adoptar la variable. 5. En este sentido decimos que empeora el régimen transitorio. El regulador proporcional permite una acción de control de modo que la variable de salida es proporcional a la desviación del sistema con respecto al punto de referencia. en consecuencia. En un regulador proporcional P. se disminuye progresivamente la oscilación de la variable en torno al valor de referencia y se consigue minimizar el OFFSET. 7. la reducción progresiva de potencia aportada a medida que el valor de la variable se aproxima al de referencia supone un importante ahorro energético. la disminución de la ganancia supone que el sistema reacciona más lentamente y la variable tarda más tiempo en alcanzar el valor de referencia. en el régimen transitorio. dentro de la banda proporcional. el regulador PD interviene y mejora la respuesta del sistema. en el régimen permanente. — Por otra. En cambio.4. Se denomina OFFSET a la diferencia entre el valor de referencia marcado por el sistema de control y el valor real que alcanza la variable una vez estabilizado el sistema. una vez el sistema se ha estabilizado. t Salida % 100 50 0 t Tan pronto como el valor de la magnitud se encuentra dentro de la banda proporcional. la salida se reduce al 50 % y sigue disminuyendo hasta que se alcance el límite superior de la banda proporcional. 8. por otra parte. Por este motivo. Las ventajas de esta reducción de la señal de salida son dos: — Por una parte. y cuyos límites se encuentran por encima y por debajo del valor de referencia. la salida disminuye de forma progresiva y proporcional a la desviación: cuando se alcanza el punto de referencia. la potencia debe ser 0. En este sentido decimos que se mejora el régimen permanente. se corre el riesgo de que no llegue a alcanzarlo nunca y el OFFSET sea mayor del previsto. Pero si se produce una perturbación y el valor de la magnitud cambia bruscamente (velocidad de cambio no nula). la propia lentitud de respuesta del sistema determina que su inercia 54 . En efecto. actúa en el régimen transitorio y sólo lo hace en el régimen permanente cuando se produce una oscilación brusca de la señal. Sus límites determinan el aporte de potencia. En consecuencia. que viene determinada por dos valores. la velocidad de cambio es prácticamente nula y el regulador PD no actúa. la señal oscila menos en torno al valor de referencia y se estabiliza antes. 6. por encima y por debajo del punto de referencia. Pero. el valor de la magnitud controlada varía de forma constante y progresiva. entre los cuales puede moverse la variable que estamos controlando. en caso de OFFSET no corregido. PD o PI. Como consecuencia de lo indicado en la actividad anterior. lo que supone un mayor consumo energético. respectivamente. 11. la única forma de conseguir que la magnitud se sitúe de nuevo en el valor de referencia. — Los reguladores PI mejoran el régimen permanente. son capaces de garantizar la regulación del sistema de control tanto en el régimen transitorio como en el permanente y corregir automáticamente las desviaciones provocadas por perturbaciones. que se produce como consecuencia del funcionamiento normal. Por lo tanto. De este modo. puede efectuar un control óptimo de cualquier proceso. Al activarla. 12. — Los reguladores PD mejoran aún más el régimen transitorio y corrigen algunas perturbaciones puntuales en el régimen permanente. la señal disminuye. independientemente de su situación concreta. 55 . no consiguen eliminarlo si se trata de una perturbación permanente. el regulador interpreta que ha de comenzar de nuevo el proceso de aproximación del valor de la magnitud al de referencia. pero. — La acción derivativa (D) actúa rápidamente para corregir los cambios que se producen en la magnitud controlada durante el régimen permanente como consecuencia de una perturbación externa. De este modo. se corrige manualmente tanto el OFFSET. tanto puntuales como permanentes. — Sólo los reguladores PID. Si utilizamos un control todo/nada. Magnitud t Potencia t 14. no actúan sobre el transitorio. El regulador PID combina simultáneamente la acción proporcional. para garantizar que el material se mantenga en un valor determinado. y cuando se desactiva. pero no pueden ajustar el valor de la variable al de referencia. al incorporar todas las funciones de los anteriores. un cambio puntual se interpreta como una variación de velocidad y permite actuar al regulador. pero a costa de empeorar el régimen permanente. 13. — La acción proporcional (P) permite realizar el control reduciendo las oscilaciones del régimen transitorio. 10. como el provocado por una perturbación. Por este motivo. Sin embargo. — Los reguladores P son capaces de mejorar el régimen transitorio. la derivativa y la integral. pero un cambio permanente puede llegar a interpretarse en términos de valor estabilizado y el regulador no actúa. — La acción integral (I) corrige automáticamente el OFFSET y ajusta el valor de la variable al punto de referencia. la señal oscilará de forma permanente: cuando se activa el sistema.9. es la función manual de reinicio (reset) que poseen algunos reguladores PD. se corrige automáticamente el OFFSET y se ajusta el valor de la variable al punto de referencia. el punto de referencia deberá situarse por encima de este valor. el punto de referencia. En consecuencia. Los reguladores PD pueden eliminar el OFFSET cuando la perturbación que se produce en el sistema es puntual. la señal aumenta de valor. La utilización de reguladores PID supone algunas ventajas sobre los P. La razón es simple: como el regulador derivativo sólo actúa en caso de cambios en el valor de la magnitud. El control todo/nada activa y desactiva rápidamente el sistema controlado cuando éste se aleja o alcanza. la variable oscilará en torno al punto de referencia. Los reguladores PI incorporan una acción integral que permite mejorar exclusivamente el régimen permanente. Control todo/nada Control proporcional t Potencia Por ello. es recomendable la utilización de un circuito de protección de relé interno que permita suprimir el ruido eléctrico y evitar la deposición de carbonilla en sus contactos. la utilización de un regulador proporcional reduce progresivamente el aporte de potencia una vez que la señal ha alcanzado el nivel inferior de la banda proporcional. La acción del relé puede ser directa o a través de algún elemento interpuesto. tales como motores. la carga inductiva de la bobina almacena una cierta cantidad de energía eléctrica. con lo que se evita que afecte al contacto del relé. Este circuito es efectivo si se conecta a través de la carga cuando la alimentación es de 24 a 48 V. la energía almacenada en la bobina se descarga por el condensador C. es conveniente conectar el circuito a través de los contactos. durante la fase de arranque. Cuando la alimentación es de 100 a 240 V. 16. En cambio. El funcionamiento de un circuito que dispone de un relé protegido por resistencia/condensador se muestra en la figura siguiente: 100 % Control todo/nada 50 % Control proporcional 0 C Alimentación Carga t R Si utilizamos un control todo/nada. los contactos de relé internos están sometidos a picos de corriente relativamente de larga duración que provocan deposición de metal en los contactos. — La resistencia R limita la corriente aplicada cuando se cierra nuevamente el contacto. Temperatura 15. y hasta que el material alcance el valor de referencia.Por el contrario. Cuando se controlan cargas inductivas. >200°C 200°C Control proporcional C Alimentación t R Carga 56 . — Cuando el contacto se abre. Los circuitos de protección más comunes son por resistencia/condensador. Muchos de los controladores comerciales incorporan un relé a su salida para que éste actúe directamente sobre el proceso. lo más habitual es que el relé abra o cierre un circuito eléctrico. el aporte de potencia será del cien por cien. el uso de un regulador PID permitirá situar el punto de referencia en el valor que se desea alcanzar. Temperatura Control todo/nada — Cuando el contacto del relé interno está cerrado. por diodo y por varistor. ya que este dispositivo es capaz de ajustar automáticamente el OFFSET y situar la señal prácticamente sobre el valor de referencia. En este caso. — Cuando. — Cuando el nivel alcanza la cota del detector superior. El nivel del depósito vuelve a ascender de nuevo. el sistema funcionará del modo siguiente: — La válvula de entrada X 4 aporta agua con un caudal fijo. El nivel del depósito comienza a ascender. Para que funcione correctamente es necesario incorporar una resistencia óhmica R conectada en serie con el condensador. la señal de salida puede ser constante aunque varíe la tensión. la señal que emite éste es captada por el sistema de control. De este modo. es conveniente conectar la VDR a través de los contactos. — Cuando el contacto se abre. es decir. en su descenso. Los varistores son resistencias dependientes de la tensión (VDR). 57 . que absorba parte de la tensión y proteja el condensador de sobrecargas. de modo que el nivel de agua nunca llegará a estabilizarse y oscilará constantemente entre las cotas del detector superior y del detector inferior. h 0: q4 q1 x4 q2 h0 x3 q2 Alimentación D Carga Su funcionamiento es el siguiente: — Cuando el contacto del relé interno está cerrado. Se trata de un circuito de protección de un relé por resistencia/condensador. utilizando la característica de tensión constante de un varistor. Este proceso se repetirá indefinidamente. Este sistema de protección aumenta también el tiempo de reposición y es efectivo si se conecta a través de la carga cuando la alimentación es de 24 a 48 V. y abre de nuevo la de entrada. X 3. elementos cuyo valor óhmico aumenta conforme se incrementa la tensión que se les aplica. éste envía una señal al sistema de control. la carga inductiva de la bobina almacena una cierta cantidad de energía eléctrica. y es disipada por efecto Joule en la resistencia de la carga inductiva. El nivel del depósito comienza a descender. el sistema no modificará su comportamiento y la variable seguirá oscilando indefinidamente. De acuerdo con lo descrito en el ejemplo 4. Este circuito previene la aplicación de picos de tensión a los contactos. Si utilizamos un control todo/nada. el cual invierte el proceso: cierra la válvula de salida. X 4. la energía almacenada en la bobina se descarga por el diodo conectado en derivación. Alimentación VDR Carga Alimentación VDR Carga Si se produce una perturbación. tal y como se indica en la figura siguiente: 17. Cuando la alimentación es de 100 a 240 V. el nivel alcanza la cota del detector inferior. el condensador puede perforarse y dejar de funcionar. 18. el sistema de control consiste en disponer dos detectores de nivel por encima y por debajo del nivel de referencia. que provoca el vaciado del depósito con un caudal también constante. el cual cierra la válvula de entrada X 4 y abre la de salida.El circuito de protección por diodo consiste en conectar un diodo en paralelo con la bobina. Sin resistencia de protección. X 3. mientras se produce el llenado inicial del depósito). En este caso. el regulador reaccionará abriendo o cerrando las válvulas de modo que se corrija automáticamente la causa que produce el desequilibrio y se restablezca el régimen permanente. El circuito neumático está formado por un cilindro de doble efecto y una válvula 4/2 con mando por pulsador y retorno por resorte. 2. — Al dejar de oprimir el pulsador. el regulador cierra totalmente la válvula X 4 y abre más la válvula X 3. 4 4 2 2 5 3 1 1 3 — En posición de reposo. hará falta incorporar un tercer detector de nivel. El circuito neumático está formado por un cilindro de doble efecto y una válvula 5/2 con mando por pulsador y retorno por resorte. la entrada de aire a la cámara anterior del cilindro mantiene el émbolo en la posición máxima de retroceso. el sistema funcionará del modo siguiente: — Durante el régimen transitorio (es decir. — Si se llega a alcanzar la cota del detector superior. que se situará justo en la altura de referencia h 0. el regulador reduce aún más el aporte de la válvula X 4 y abre un poco la válvula X 3. X 4. 10. para que se provoque el descenso del nivel del depósito. — En posición de reposo. 253) 1. el nivel oscilará hasta que se equilibre el aporte de la válvula X 4 y la extracción de la válvula X 3. 58 . el muelle de retorno hace que la válvula 4/2 vuelva a cambiar su posición de trabajo: el aire penetra en la cámara anterior del cilindro y se produce la carrera de retroceso. la entrada de aire a la cámara anterior del cilindro mantiene el émbolo en la posición máxima de retroceso. — Cuando se alcanza el nivel de referencia.Si incorporamos un regulador PID al circuito de control. — Cuando se oprime el pulsador. el regulador reducirá progresivamente el aporte de agua de la válvula de entrada. el regulador activará al máximo el funcionamiento de la válvula de entrada. el muelle de retorno hace que la válvula 5/2 vuelva a cambiar su posición de trabajo: el aire penetra en la cámara anterior del cilindro y se produce la carrera de retroceso. la válvula 4/2 cambia su posición de trabajo: el aire penetra en la cámara posterior del cilindro y se produce la carrera de avance. Si se produce una perturbación. — Cuando se oprime el pulsador. momento en el que se alcanzará el régimen permanente. X 4. En estas condiciones. de modo que la salida contrarreste el aporte de agua. — Cuando el nivel alcance la cota del detector inferior (margen inferior de la banda proporcional). la válvula 5/2 cambia su posición de trabajo: el aire penetra en la cámara posterior del cilindro y se produce la carrera de avance. Circuitos neumáticos Mando básico de cilindros (pág. — Al dejar de oprimir el pulsador. 3. El circuito neumático está formado por un cilindro de doble efecto y una electroválvula con retorno por resorte y mando conectado a red. bajo y permite el paso de aire hasta el órgano de mando de la válvula 5/2. El aire que llega a ésta, la obliga a cambiar su posición de trabajo: el aire penetra en la cámara posterior del cilindro y se produce la carrera de avance. — Cuando dejamos de oprimir el pulsador de la microválvula 3/2, su muelle de retorno hace que vuelva a cambiar su posición de trabajo: el aire ya no llega al órgano de mando de la válvula 5/2. Como consecuencia, el muelle de retorno de la válvula 5/2 hace que ésta vuelva a variar su posición de trabajo: el aire penetra en la cámara anterior del cilindro y se produce la carrera de retroceso. 5. El circuito neumático está formado por un cilindro de doble efecto, una válvula 5/2 con mando y retorno neumáticos, y dos microválvulas 3/2 con mando por pulsador y retorno por resorte. 4 2 5 1 3 — En posición de reposo, la entrada de aire a la cámara anterior del cilindro mantiene el émbolo en la posición máxima de retroceso. — Cuando se oprime el pulsador eléctrico, la electroválvula cambia su posición de trabajo: el aire penetra en la cámara posterior del cilindro y se produce la carrera de avance. — Al dejar de oprimir el pulsador eléctrico, el muelle de retorno hace que la electroválvula vuelva a cambiar su posición de trabajo: el aire penetra en la cámara anterior del cilindro y se produce la carrera de retroceso. 4. El circuito neumático está formado por un cilindro de doble efecto, una válvula 5/2 con mando neumático y retorno por resorte, y una microválvula 3/2 con mando por pulsador y retorno por resorte. 4 2 2 5 3 1 3 1 — En posición de reposo, la entrada de aire a la cámara anterior del cilindro mantiene el émbolo en la posición máxima de retroceso. 4 2 5 3 1 3 1 2 — Cuando se oprime el pulsador de la microválvula 3/2 de mando, ésta cambia su posición de trabajo y permite el paso de aire hasta el órgano de mando de la válvula 5/2. El aire que llega a ésta, la obliga a cambiar su posición de trabajo: el aire penetra en la cámara posterior del cilindro y se produce la carrera de avance. Cuando dejamos de oprimir el pulsador de la microválvula 3/2 de mando, su muelle de retorno hace que vuelva a cambiar su posición de trabajo, de modo que el aire ya no llega al órgano de mando de la válvula 5/2. Sin embargo, no hay cambio en la posición de trabajo de la válvula 5/2. — En posición de reposo, la microválvula 3/2 impide el paso de aire al órgano de mando neumático de la válvula 5/2. La posición de trabajo de ésta permite la entrada de aire a la cámara anterior del cilindro y el émbolo se encuentra en la posición máxima de retroceso. — Cuando se oprime el pulsador de la microválvula 3/2, ésta cambia su posición de tra- 59 — Cuando se oprime el pulsador de la microválvula 3/2 de retorno, ésta cambia su posición de trabajo y permite el paso de aire hasta el órgano de retorno de la válvula 5/2. El aire que llega a ésta, la obliga a cambiar de nuevo su posición de trabajo: el aire penetra ahora en la cámara anterior del cilindro y se produce la carrera de retroceso. Cuando dejamos de oprimir el pulsador de la microválvula 3/2 de retorno, el muelle de retorno de ésta hace que vuelva a cambiar su posición de trabajo. El aire no llega al órgano de retorno, pero no se produce la carrera de avance sino que se vuelve a la situación inicial. Cuando dejamos de oprimir este pulsador, no se aprecia cambio en la posición de trabajo de la válvula y regresa a la situación inicial. 7. El circuito neumático está formado por un cilindro de simple efecto, cuatro válvulas 3/2 NC con mando mecánico y retorno por resorte, y tres válvulas selectoras de circuito. 1 2 3 4 Mando desde diferentes puntos (pág. 254) 6. El circuito neumático está formado por un cilindro de doble efecto y una electroválvula 4/2 con mando y retorno eléctricos. — En posición de reposo, la entrada de aire al cilindro está bloqueada por las cuatro válvulas, por lo que el muelle de retorno del cilindro mantiene el émbolo en la posición máxima de retroceso. — Cuando se oprime el pulsador de la válvula 1, ésta cambia su posición de trabajo y permite el paso del aire. Al llegar éste a la primera válvula selectora, desplaza el pistón para que bloquee el circuito de la válvula 2 y prosigue su camino. En la siguiente válvula selectora, desplaza el pistón de ésta para bloquear los circuitos de las válvulas 3 y 4 y llega al cilindro. El aire penetra en la cámara posterior y se produce la carrera de avance. Al dejar de oprimir el pulsador de la válvula 1, su muelle de retorno hace que ésta vuelva a cambiar su posición de trabajo y permita la salida del aire. El muelle de retorno del cilindro obliga al aire a salir por el mismo camino por el que entró (las válvulas selectoras permanecen en la misma posición en que se quedaron cuando entró el aire) y se produce la carrera de retroceso. — Si oprimimos el pulsador de la válvula 2, se repite el proceso anterior, sólo que esta vez, el pistón de la primera válvula selectora cambiará su posición para bloquear el circuito de la válvula 1. Se produce la carrera de avance. Al dejar de oprimir el pulsador de la válvula 2, se repite también el proceso anterior, 1 2 — En posición de reposo, la entrada de aire a la cámara anterior del cilindro mantiene el émbolo en la posición máxima de retroceso. — Cuando se oprime el pulsador eléctrico 1, que activa el mando de la electroválvula, ésta cambia su posición de trabajo: el aire penetra en la cámara posterior del cilindro y se produce la carrera de avance. Al dejar de oprimir este pulsador, no se aprecia cambio en la posición de trabajo de la válvula. — Cuando se oprime el pulsador eléctrico 2, que activa el retorno de la electroválvula, ésta cambia de nuevo su posición de trabajo: el aire penetra en la cámara anterior del cilindro y se produce la carrera de retroceso. 60 sólo que esta vez el aire saldrá por la válvula 2. Se produce la carrera de retroceso. — Si accionamos el pedal de la válvula 3, se produce un proceso similar: el aire que entra desplaza primero el pistón de la primera válvula selectora para que bloquee el circuito de la válvula 4, y después, el de la siguiente, de modo que bloquee los circuitos de las válvulas 1 y 2. De nuevo se produce la carrera de avance. En el momento en que dejamos de actuar sobre el pedal, se produce la carrera de retroceso siguiendo un proceso similar a los descritos. — Si actuamos sobre la roldana de la válvula 4, el avance y el retroceso seguirán el mismo procedimiento descrito. El aire desplazará los pistones de las válvulas selectoras para bloquear los restantes circuitos. La velocidad de esta carrera se limita por medio de una válvula reguladora de caudal, ya que el antirretorno obliga al aire de entrada a circular por la vía en la que se encuentra el tornillo de regulación. El aire contenido en la cámara anterior sale libremente a través del antirretorno de la otra válvula selectora. — Cuando dejamos de oprimir el pulsador, el muelle de retorno cambia de nuevo la posición de trabajo de la válvula y el aire penetra otra vez en la cámara anterior provocando la carrera de retroceso. La velocidad de esta carrera también se limita por medio de otra válvula reguladora de caudal, que funciona de modo idéntico a la anterior. El aire contenido en la cámara anterior sale ahora libremente a través del antirretorno de la primera válvula selectora. 9. El circuito neumático está formado por un cilindro de doble efecto, una electroválvula 5/2 con mando conectado a red y retorno por resorte, y una válvula reguladora de caudal. Regulación de la velocidad (pág. 255) 8. El circuito neumático está formado por un cilindro de doble efecto, una válvula 4/2 con mando por pulsador y retorno por resorte, y dos válvulas reguladoras de caudal. 4 2 5 1 3 4 2 3 1 — En posición de reposo, la válvula 4/2 permite la entrada de aire a la cámara anterior del cilindro y el émbolo se mantiene en la posición máxima de retroceso. — Al oprimir el pulsador eléctrico, la electroválvula cambia su posición de trabajo: el aire penetra en la cámara posterior del cilindro y se produce la carrera de avance. Aunque la entrada de aire se lleva a cabo libremente, la velocidad de la carrera de avance viene limitada por la válvula reguladora de caudal, ya que el antirretorno obliga al aire que sale a circular por la vía en la que se encuentra el tornillo de regulación. — En posición de reposo, la válvula 4/2 permite la entrada de aire a la cámara anterior del cilindro y el émbolo se mantiene en la posición máxima de retroceso. — Al oprimir el pulsador, la válvula 4/2 cambia su posición de trabajo y permite el paso del aire, que circula libremente hacia la cámara posterior provocando la carrera de avance. 61 una válvula 4/2 con mando y retorno neumáticos. La velocidad de esta carrera no está limitada. 4 2 3 1 4 2 5 1 3 — En posición de reposo. obligán- — En posición de reposo. — Cuando se oprime el pulsador de la microválvula 3/2 de mando. El circuito neumático está formado por un cilindro de doble efecto. la obliga a cambiar su posición de trabajo: el aire penetra en la cámara posterior del cilindro y se produce la carrera de avance. su muelle de retorno hace que vuelva a cambiar su posición de trabajo. la válvula 4/2 permite la entrada de aire a la cámara anterior del cilindro y el émbolo se mantiene en la posición máxima de retroceso. 256) 11. y una válvula de escape rápido. el muelle de retorno de la electroválvula cambia de nuevo la posición de trabajo de ésta y el aire penetra en la cámara anterior provocando la carrera de retroceso. — Cuando el émbolo llega al extremo de su carrera. la válvula reguladora de presión envía una señal neumática al órgano de mando de la otra microválvula 3/2. — Cuando dejamos de oprimir el pulsador. El aire procedente de la cámara anterior desplaza la membrana de la válvula de escape rápido y sale directamente a la atmósfera sin pasar por la válvula 5/2. Sin embargo. una válvula 5/2 con mando por pulsador y retorno por resorte. 10. la válvula 5/2 cambia su posición de trabajo: el aire penetra en la cámara posterior del cilindro y se origina la carrera de avance.— Cuando dejamos de oprimir el pulsador eléctrico. ésta cambia su posición de trabajo y permite el paso de aire hasta el órgano de mando de la válvula 4/2. Sin embargo. El aire procedente de la cámara posterior escapa hacia el circuito a través de la válvula 5/2. De este modo se consigue aumentar la velocidad de desplazamiento del vástago en la carrera de avance. El circuito neumático está formado por un cilindro de doble efecto. y una válvula reguladora de presión. la válvula 5/2 permite la entrada de aire a la cámara anterior del cilindro y el émbolo se mantiene en la posición máxima de retroceso. — Al oprimir el pulsador. no hay cambio en la posición de trabajo de esta válvula. El aire que llega a ésta. provocando la carrera de retroceso. una microválvula 3/2 con mando por pulsador y retorno por resorte. 62 . Al dejar de oprimir el pulsador de la microválvula 3/2 de mando. la presión que ejercerá el aire sobre el émbolo dependerá de la presión a la que se haya calibrado la válvula reguladora: cuanto mayor sea la presión umbral. pues el aire de entrada puede fluir libremente a través del antirretorno de la válvula reguladora de caudal y el de salida no encuentra ningún obstáculo. de modo que el aire ya no llega al órgano de mando de la válvula 4/2. otra microválvula 3/2 con mando neumático y retorno por resorte. el muelle de retorno de la válvula 5/2 cambia de nuevo la posición de trabajo de ésta y el aire penetra en la cámara anterior a través de la válvula de escape rápido. Control de la fuerza del vástago (pág. menor será la fuerza ejercida por el vástago. el muelle de retorno obliga a esta segunda microválvula a cambiar de nuevo su posición de trabajo y el sistema retorna a la posición inicial. Al mismo tiempo. momento en el cual la señal eléctrica invierte de nuevo el proceso y se vuelve a producir la carrera de avance. el muelle de retorno de la electroválvula 2/2 cambia la posición de trabajo de ésta. la presión del aire (en Pa). la electroválvula 4/2 también cambia su posición de trabajo y envía el aire hasta la cámara posterior del cilindro. la electroválvula 4/2 permite la entrada de aire a la cámara anterior del cilindro y el émbolo se mantiene en la posición máxima de retroceso. D. Ésta vuelve a cambiar su posición de trabajo y permite que el aire penetre en la cámara anterior del cilindro. — El avance continúa hasta que se activa el microrruptor de final de carrera de avance. P. provocando la carrera de retroceso. viene dada por la expresión: Fe D2 P ——— 4 E — En posición de reposo. — Los sucesivos avances y retrocesos del vástago continúan ininterrumpidamente mientras se mantenga cerrado el circuito. el diámetro del émbolo (en m). el diámetro del émbolo (en m). Actividades de aplicación (pág. el cilindro detiene su movimiento. El circuito neumático está formado por un cilindro de doble efecto. que cambia su posición de trabajo y envía el aire hasta la cámara posterior del cilindro. una electroválvula 4/2. 261) 13. — Cuando se cierra el circuito. La fuerza ejercida por el vástago depende de que el cilindro sea de simple efecto o de doble efecto. la resistencia que opone el resorte al desplazamiento del émbolo (en N). viene dada por la expresión: D2 Fea P ——— 4 donde es el rendimiento del cilindro. y E. dos microrruptores eléctricos que actúan de finales de carrera y una electroválvula 2/2 con retorno por resorte. la presión del aire (en Pa). — Cuando se abre. la microválvula 2/2 de mando cambia su posición de trabajo y permite el paso de aire. y D. P. Fe . Control de la carrera (pág. provocando la carrera de avance. la velocidad de accionamiento y la amortiguación. La fuerza efectiva. Fea. Fer . — En los cilindros de doble efecto se lleva a cabo trabajo útil tanto en la carrera de avance como en la de retroceso. provocando la carrera de retroceso. — En los cilindros de simple efecto sólo se efectúa trabajo útil durante la carrera de avance. La señal eléctrica activa el retorno de la electroválvula 4/2. Los parámetros que caracterizan un cilindro neumático son: la fuerza ejercida por el vástago. la carrera o recorrido. hay que deducir la superficie que 63 .dola a cambiar su posición de trabajo y permitiendo el paso de aire hasta el órgano de retorno de la válvula 4/2. el consumo de aire. Una vez cesa la señal neumática. donde es el rendimiento del cilindro. En ese momento. 257) 12. de modo que se impida la fluencia del aire hasta el circuito. La fuerza efectiva de avance. Para calcular la fuerza efectiva de retroceso. — El retroceso continúa hasta que se activa el microrruptor de final de carrera de retroceso. el volumen total será la suma de los volúmenes empleados en cada uno de los movimientos. Generalmente coincide con el desplazamiento del vástago. — La amortiguación neumática consiste en aprovechar el aire residual que permanece en la cámara opuesta al desplazamiento para que actúe de cojín amortiguador. En el avance: Va Va D2 ——— e 4 (D 2 d 2) —————— e 4 La velocidad de accionamiento es la velocidad de desplazamiento del émbolo en el interior del cilindro. se disminuye la sección del orificio que permite el escape del aire. El consumo de aire es el volumen de aire comprimido que absorbe el cilindro en su movimiento.05 m 20 mm 0. el diámetro del émbolo (en m).ocupa el vástago de la superficie total del émbolo. Esta reducción de velocidad se lleva a cabo normalmente de dos formas: mediante amortiguación elástica o mecánica y por medio de amortiguación neumática. Por tanto. La carrera o recorrido del émbolo es la distancia que se desplaza éste por el interior del cilindro por la acción del aire comprimido. el aire de la cámara opuesta escapa por el orificio de salida. el diámetro D del émbolo. Aplicamos directamente las fórmulas que permiten calcular la fuerza efectiva en el avance y en el retroceso: D2 Fea P ——— 4 64 .02 m 8 bar 8 10 5 Pa 90 % 0. la presión del aire (en Pa). La amortiguación consiste en reducir la velocidad del émbolo cuando efectúa la parte final de las carreras de avance o de retroceso. 14. y d. el caudal de aire C y las fuerzas de rozamiento. D. Esta forma de amortiguación se utiliza en pequeños cilindros que soportan golpeteos o choques relativamente ligeros. P. hemos de considerar la carrera de avance y la de retroceso. Esta velocidad depende de muchos factores. — En el caso de un cilindro de doble efecto. este consumo depende de que el cilindro sea de simple efecto o de doble efecto. la sección de los orificios o aberturas de entrada y salida del aire. El volumen V de aire viene dado por la expresión: D2 V S e ——— e 4 donde D es el diámetro del émbolo (en m) y e. Por tanto: Fer (D 2 d 2) P —————— 4 donde es el rendimiento del cilindro. el del vástago (en m) y e. el recorrido (también en m). Como en el caso de la fuerza ejercida por el vástago. Este tipo de amortiguación es la más utilizada para cilindros que ponen en juego energías cinéticas elevadas. el del vástago (también en m). — En el caso de un cilindro de simple efecto. d. Momentos antes de alcanzar el final de la carrera. — La amortiguación elástica o mecánica consiste en colocar anillos de material elástico en el interior de los fondos del cilindro y que actúan como topes. De este modo.9 En el retroceso: El volumen total de aire empleado será: VT Va Vr VT D2 ——— e 4 (D 2 d 2) —————— e 4 (2 D 2 d 2) —————— e 4 donde D es el diámetro del émbolo (en m). entre los que podemos citar la presión P del aire. se evita el choque brusco y se absorbe la pequeña energía cinética del conjunto móvil. su recorrido (también en m). Datos: D d P 50 mm 0. Mientras el cilindro se desplaza en las carreras de avance o de retroceso. con lo cual queda una pequeña cantidad confinada que frena el avance del émbolo. el movimiento se limita a la carrera de avance. a) b ) 3.8 N 0.78 —— min El cilindro consume 5. la corriente eléctrica genera la aparición de un campo magnético que atrae la corredera modificando su posición y cambiando la posición de trabajo de la válvula.08 4 2.05 m 0. el caudal de aire utilizado será: C 2.8 —————————— 3. 15. Datos: Fe E P 48 N 7. Cuando el circuito del electroimán se cierra.08 m El volumen de aire que consume el cilindro en cada ciclo se obtiene aplicando la expresión: VT VT (D 2 d 2) —————— e 4 3.05 m)2 (0. 20.14 (6 10 5 Pa) 12 mm 0.Fea 3. 18.05 m)2 0.89 10 4 ciclos L m3 ——— 20 ——— 10 3 —— ciclo min m3 L 5. c) Válvula 4/2 con mando por palanca y retorno neumático.05 m)2 (0. Estas válvulas disponen de electroimanes capaces de modificar la posición de la corredera y abrir o cerrar alternativamente los orificios o vías por las que circula el aire. 65 . 17.02 m)2 ——————————————— 0.8 A partir de la expresión de la fuerza efectiva de un cilindro de simple efecto. b) Válvula 3/2 NA con mando manual y retorno por resorte. Datos: D d e 50 mm 20 mm 80 mm 0. despejamos D: D2 Fe P ——— E ⇒ 4 sentido permitido ⇒ D √  F3 4 —— E ——————— P Una válvula antirretorno es un elemento neumático que permite la circulación del aire en un determinado sentido. 16.14 (0.78 L/min de aire.9 (8 10 5 Pa) ———————— 4 1 413 N Fer Fer (D 2 d 2) P —————— 4 0. tanto en el mando como en el retorno. de 1187 N. d) Válvula 5/2 con mando por pedal y retorno por resorte.89 10 4 c) d ) m3 ——— ciclo 19.9 (8 10 5 Pa) 1187 N D √  48 N 4 —— 7.8 N 6 bar 80 % 6 10 5 Pa 0. Si el cilindro efectúa 20 ciclos por minuto. pero bloquea su circulación en el contrario. La electroválvula es una válvula neumática que puede ser pilotada eléctricamente.02 m)2 ——————————————— 4 La fuerza efectiva de avance es de 1 413 N y la de retroceso.012 m El diámetro del émbolo ha de ser de 12 mm. a) Electroválvula 3/2 NC con retorno por resorte.14 (0.14 (0.02 m 0. El antirretorno que existe en su interior obliga al aire a circular por la vía que permite su regulación. Como el aire pasa obligatoriamente por la vía en la que se encuentra el tornillo T. su caudal puede ser regulado mediante el citado tornillo. 21. Los detectores neumáticos que detectan la presencia de un objeto se denominan captadores de posición. con lo que su caudal no podrá ser regulado por medio del tornillo T. T. — Entre los que funcionan por contacto. en este caso. En este grupo podemos distinguir dos tipos: los que funcionan por contacto y los que lo hacen por proximidad. Aplicaciones Como finales de carrera. en este caso. Cuando el aire penetra por el orificio. permiten gobernar las electroválvulas distribuidoras. T Detector Símbolo B Microrruptor eléctrico A Principio de funcionamiento Una válvula reguladora de caudal bidireccional se encarga de controlar el caudal de aire que pasa por una conducción en los dos sentidos de circulación. tanto si cir- Captador de posición por contacto. de modo que el aire siempre circula por el mismo conducto. Cuando el aire penetra por el orificio de entrada. B. la circulación del aire es perfectamente posible en un solo sentido. A. Microválvula neumática Principio de funcionamiento Captador de posición por contacto. porque para emitir la señal eléctrica necesita del contacto físico del objeto que. cula de A hacia B como si lo hace de B hacia A. 66 . permiten gobernar las válvulas distribuidoras. Sin embargo. 22. porque para su accionamiento necesita del contacto físico del objeto que. la circulación es imposible porque el asiento cónico bloquea la vía de salida. puede salir perfectamente por A a través del antirretorno. Detector Símbolo T Antirretorno A B Una válvula reguladora de caudal unidireccional se encarga de controlar el caudal de aire que pasa por una conducción en un solo sentido de circulación. — Entre los que funcionan por proximidad se encuentran los detectores de paso y los detectores de proximidad. en sentido contrario. Aplicaciones Como finales de carrera. 23.Cuando la válvula se inserta en el circuito en una determinada posición. es el vástago del cilindro. que permite aumentar o disminuir la sección del orificio de salida. su caudal puede ser regulado mediante el tornillo. siempre que la presión venza la acción del muelle y obligue a desplazarse al asiento cónico que posee en su interior. es el vástago del cilindro. los más conocidos son las microválvulas neumáticas y los microrruptores eléctricos. La única diferencia entre ésta y la anterior radica en que no posee antirretorno. Detector de proximidad Principio de funcionamiento Captador de posición sin contacto físico. 27. Cuando un objeto se interpone. que cambia su posición de trabajo y se provoca la carrera de avance. Detector de paso Principio de funcionamiento Captador de posición sin contacto físico. a su vez. Cuando el vástago llega al extremo. El esquema representa el pilotaje de un cilindro de doble efecto por medio de una válvula distribuidora 4/2 con mando y retorno neumáticos. Las microválvulas y las válvulas distribuidoras funcionan esencialmente del mismo modo. y un receptor. que emite aire a baja presión. Aplicaciones Se utilizan para detectar la presencia o la ausencia de una determinada pieza u objeto en la zona de influencia del detector. que emite una señal neumática. La velocidad de avance se regula por medio de una válvula reguladora de caudal unidireccional. 67 . — La electroválvula recibe una señal eléctrica en su bobina y la transforma en una señal neumática. Al oprimir el pulsador de la microválvula. El movimiento de avance y retroceso del vástago está regulado por medio de dos microválvulas que actúan como finales de carrera. Detector Símbolo 26. Los presostatos y las electroválvulas funcionan de modo inverso: — El presostato recibe una señal neumática y la transforma en una señal eléctrica. La maniobra se inicia desde una microválvula 3/2 con mando por pulsador y retorno por resorte. El emisor y el receptor se integran en un mismo cuerpo. cuando éstas tienen el mando o el retorno neumáticos. Aplicaciones Se utilizan para detectar la presencia o la ausencia de una determinada pieza u objeto en la zona de influencia del detector. ésta cambia su posición de trabajo y permite el paso del aire hasta la válvula que actúa de final de carrera de retroceso. cuya velocidad viene regulada por la válvula reguladora de caudal.Detector Símbolo 25. la reflexión del aire que proyecta el emisor sobre él es captada por el receptor. el receptor deja de recibir aire y emite una señal neumática. La diferencia radica en que las primeras se utilizan como órgano de gobierno de las segundas. Cuando un objeto se interpone. actúa sobre la válvula distribuidora. 24. cuya velocidad no está regulada. la cual invierte la posición de trabajo de la válvula distribuidora y se produce la carrera de retroceso. se activa la válvula de final de carrera. Ésta. Consta de un emisor. — Cuando el extremo de éste activa la roldana del final de carrera.11. 2. pero la velocidad de salida del que permanecía en la cámara anterior puede ser regulada por medio de la otra válvula reguladora. dos válvulas 4/2 NC con mando por pulsador y retorno por resorte. que regresa al depósito a través de la misma válvula por la que entró en el cilindro (el circuito de la otra está bloqueado por la válvula selectora). El circuito oleohidráulico está formado por un cilindro de simple efecto. El circuito oleohidráulico está formado por un cilindro de doble efecto y una electroválvula 5/2 con retorno por resorte. se repite el mismo proceso anterior. desplaza el pistón interior de ésta de modo que bloquea el circuito de la otra válvula y llega hasta la cámara del cilindro. Oleohidráulica Maniobras propuestas (pág. de un circuito que permite el pilotaje de un cilindro desde dos lugares diferentes. El inicio de la maniobra se gobierna por medio de una microválvula 3/2 con mando por pulsador y retorno por resorte. — Si accionamos el pulsador de una de las válvulas. la electroválvula recupera su posición de reposo gracias al muelle. — Al accionar el pulsador. y una válvula selectora de circuito. ninguna de las válvulas permite el paso de aceite al cilindro. como puede comprobarse. evacua el aceite de la cámara. — Al dejar de accionar el pulsador. y el circuito dispone de dos válvulas reguladoras de caudal. De este modo se regula la velocidad de desplazamiento del vástago. ésta cambiará su posición de trabajo y permitirá el paso del aceite hacia el cilindro. 68 . la válvula correspondiente invierte su posición de trabajo y permite el paso del aceite hasta el retorno de la válvula 5/2. — Cuando dejamos de pulsar. ésta invierte su posición de trabajo y permite el paso del aceite hasta el mando de la válvula 5/2. El orificio R queda bloqueado. Los orificios A y R también están comunicados y el T permanece bloqueado. provocando la carrera de avance. — Si accionamos el pulsador de la otra válvula. — En posición de reposo. — En la posición de reposo están comunicados los orificios P y B. la válvula 5/2 permite el paso de aceite hasta la cámara posterior del cilindro. el aceite ocupa la cámara anterior del cilindro por lo que el vástago se encuentra en el punto máximo de retroceso. sólo que esta vez el aceite fluye por el otro circuito y la válvula selectora invierte su posición para bloquear el otro circuito. provocando la carrera de avance de éste. De nuevo quedan comunicados P con B y se producirá una nueva entrada de aceite a la cámara anterior que provocará el movimiento de retroceso. empujado por el muelle. — Cuando accionamos el pulsador de la microválvula 3/2. por lo que habrá entrado aceite a la cámara anterior del cilindro. se comunican B y T. la electroválvula cambia su posición de trabajo: quedan comunicados P y A. A la vez. El circuito oleohidráulico está formado por un cilindro de doble efecto cuyo recorrido está limitado por dos microválvulas 3/2 con mando por roldana y retorno por resorte. El pistón del cilindro. Éste se mantiene en posición de retroceso debido al muelle de retorno. 279) 1. con lo que se produce la entrada de aceite a la cámara posterior del cilindro y éste efectúa el movimiento de avance. Inmediatamente. El flujo de aceite hacia el cilindro se produce libremente a través del antirretorno de la válvula reguladora de caudal. El aceite residual escapará al depósito a través de A y R. Cuando el fluido llega a la válvula selectora. de modo que el aceite residual fluirá hacia el depósito. El mando del cilindro se efectúa por medio de una válvula 5/2 con mando y retorno neumáticos. 3. Se trata. — En posición de reposo. que actúan como finales de carrera. el muelle de retorno obliga a la válvula a cambiar de nuevo su posición de trabajo. en cm. La fuerza de rozamiento Fr entre dos capas de líquido depende de tres factores: — Del área (S) de las superficies en contacto. Por otra parte. S. ésta invierte de nuevo su posición de trabajo y permite el paso del aceite hasta la cámara anterior del cilindro provocando la carrera de retroceso. v. La equivalencia entre 1 stoke y la unidad del SI es la siguiente: 1 cm2 m2 1 St ——— 10 4 —— 1s s 5. con lo que se reproduce el movimiento de avance. la viscosidad cinemática viene dada en stokes. A partir de la expresión de la fuerza de rozamiento Fr . la válvula correspondiente permite el paso de aceite de nuevo hasta el mando de la válvula 5/2. En ese caso. la viscosidad suele expresarse también en poises. El cilindro llevará a cabo movimientos alternativos de avance y retroceso de forma continuada mientras se esté oprimiendo el pulsador de la válvula de inicio. ya que: s N s kg N s —— ———— 2 m m2 m2 —— ———— ————— —— C d kg kg s —— —— 3 3 m m Otras unidades: Actividades de aplicación (pág. que se define como la fuerza de rozamiento. en cm2. . — Del cociente entre la variación de velocidad ( v) de una capa a otra y la distancia ( d ) que las separa. Las válvulas reguladoras de caudal invierten su trabajo de modo que también se regula la velocidad de retroceso del vástago. necesaria para provocar un aumento de velocidad. la viscosidad cinemática se exprem2 sa en ——. Conceptos de viscosidad y de viscosidad cinemática: La viscosidad es la resistencia que presentan los líquidos a fluir. — Cuando el extremo activa el otro final de carrera. en g/cm3. 283) 4. (1 dina 10 5 N).En consecuencia. en cm/s y la distancia. por unidad de superficie. C . la válvula impedirá el paso de aceite desde el final de carrera hasta la válvula de gobierno 5/2 y el cilindro se detendrá en la misma posición de reposo de la que partió. la viscosidad se expresa en ——. podemos deducir el valor del coeficiente de viscosidad. En cuanto deje de pulsarse. la velocidad. en capas de líquido separadas una distancia d: Fr v S —— ⇒ d Fr ———— v S —— d En los cálculos técnicos. el coeficiente de viscosidad cinemática. que m2 se deducen de la fórmula de la viscosidad: Fr ————— v S —— d N —————— m/s m2 —— m N s ——— m2 En el SI. la fuerza de rozamiento se expresa en dinas. Su equivalencia con la unidad del SI es la siguiente: Fr ————— ⇒ 1 poise v S —— d 10 5 N ————————— 10 2 m/s 10 4 m 2 ———— 10 2 m 1 dina —————— 1 cm/s 1 cm2 ——— 1 cm N s 0. la superficie.1 ——— m2 Cuando la viscosidad se expresa en poises y la densidad. La resistencia oleodinámica R es una magnitud que mide la oposición que presentan los tubos o los conductos de una instalación al paso a través de ellos del aceite o el fluido 69 . Fr . se define como el cociente entre el coeficiente de viscosidad y la densidad d del líquido: C — d Unidades en el SI: N s En el SI. Se justifica por el rozamiento que se produce entre las sucesivas capas de un líquido. — Del coeficiente de viscosidad . mayor dificultad tendrá para fluir por el interior de los conductos. — Arrastrar impurezas en las canalizaciones. — Los ésteres fosfatados pueden alcanzar temperaturas de hasta 1 500 °C sin peligro de inflamación. — Lubricar los diversos elementos y partes del circuito.062 ———— d — Cuando mayor sea la densidad d del fluido. Una de ellas recibe el movimiento de giro del motor eléctrico (rueda conductora) y la otra es arrastrada (rueda conducida). con una excentricidad e. a la viscosidad cinemática C del fluido y a la longitud l del tubo. — Cuanto menor sea el diámetro d del tubo. mayor será la resistencia que opondrá éste al paso del fluido. Es directamente proporcional a la densidad d. 6. El aceite mineral está desaconsejado como fluido oleohidráulico en las instalaciones con peligro de incendio. — Las emulsiones de agua en aceite mineral (60 % en volumen de aceite y 40 % de agua) pueden utilizarse sin peligro con temperaturas de hasta 800 °C. en consecuencia. En estos casos se emplean fluidos resistentes al fuego. como los ésteres fosfatados y las emulsiones de agua en aceite. se origina un vacío que ocasiona la aspiración del aceite por el conducto A y su expulsión por el conducto B. Bomba de paletas Dispone de un rotor ranurado y movido por un motor eléctrico. 7. Circuito oleohidráulico Elementos básicos Componentes Depósito Unidad hidráulica o unidad de presión Filtros Bomba Motor eléctrico Válvula limitadora de presión Manómetro Válvula 2/2 Válvula 3/2 Válvulas distribuidoras Válvula 4/2 Válvula 5/2 Válvula 4/3 Electroválvula Cilindros de simple efecto Elementos de trabajo Cilindros de doble efecto Motores de engranajes Motores de paletas Válvula antirretorno Válvula reguladora de caudal Elementos auxiliares Válvula reguladora de presión Válvula selectora de circuito Filtros 8. — Evacuar el calor que pueda generarse por rozamiento. Dicha impurezas serán sometidas a un posterior filtrado. — Cuanto mayor sea la viscosidad cinemática C . mayor será el rozamiento entre la capas del fluido y. — Cuanto mayor sea la longitud l del tubo. En su interior van montadas dos ruedas dentadas que engranan perfectamente. en el inte- 70 . mayor dificultad tendrá el fluido para atravesarlo. según la expresión: d C l R 0. La respuesta dependerá del tipo de bomba elegido por los alumnos. denominados A y B. Se ofrecen aquí las dos posibilidades. Las funciones básicas de cualquier fluido oleohidráulico son las siguientes: — Actuar como agente de transporte. e inversamente proporcional al diámetro d de éste. mayor será también la resistencia oleodinámica. Este rotor puede girar excéntricamente. — Actuar como anticorrosivo. Al girar ambas ruedas. Bomba de engranajes Consta de una carcasa de fundición que dispone de dos aberturas o conductos.oleohidráulico. — Al accionar la válvula. se crea un vacío en la entrada A de la bomba. — Los mandos manuales y eléctricos y los retornos por resorte se simbolizan de forma idéntica. la posición de reposo corresponde al cuadro de la derecha. Para representarlas simbólicamente se emplean tantos cuadros como posiciones de trabajo posee la válvula. Éste queda encerrado en la cámara de bombeo y posteriormente expulsado por la salida B. Existe un modo de mando y retorno hidráulicos. P. la entrada de aceite P está comunicada con B. Existe un modo de mando y retorno neumáticos. Esta válvula dispone de cinco orificios. a) Válvula 3/2 NC con mando por pedal y retorno por resorte. T P P T c) A B d) T A R P T P Semejanzas: — Para representarlas simbólicamente se emplean tantos cuadros como posiciones de trabajo posee cada válvula. y dos posiciones de trabajo. b) Válvula 5/2 con mando y retorno hidráulicos. a la derecha. Durante el giro. c) Válvula 4/2 con mando manual y retorno por resorte. El órgano de mando se sitúa a la derecha y el de retorno. 9. por pedal. Por lo tanto. Válvulas neumáticas Válvulas oleohidráulicas 11. El sentido de circulación del fluido (aire o fluido oleohidráulico) se indica mediante flechas. por roldana o eléctrico) es idéntica en ambos tipos de válvulas. — El sentido de circulación del fluido (aire o fluido oleohidráulico) se indica mediante flechas. 12. 71 . 10. Diferencias: — La simbología de las conexiones de los orificios es distinta. T. por palanca. También están comunicados el orificio A con el R. En las válvulas de dos posiciones. la corredera se desplaza hacia la izquierda y quedan comunicados el orificio P con el A (utilización) y el B con el T (escape). al número de posiciones de trabajo. a la izquierda. el aceite fluye a través de estos orificios hacia su utilización en el circuito. que están en contacto permanente con la superficie interna del anillo. El órgano de mando se sitúa a la izquierda y el de retorno. Las conexiones de los orificios se simbolizan teniendo en cuenta que se trata de aire a presión. La simbología de los modos de mando y de retorno (manual. la posición de reposo corresponde al cuadro de la izquierda. que origina la aspiración del aceite. el resorte vuelve a la corredera a su posición inicial y el flujo del aceite se produce como al principio.rior de un anillo ovalado. Su representación simbólica es la siguiente: A B R P T Analogías Se simbolizan mediante dos cifras: la primera corresponde al número de orificios o vías y la segunda. Dentro de las ranuras del rotor están colocadas las paletas. — Al cesar la acción. Diferencias — En la posición de reposo. A y R. por pulsador. con lo que el aceite proveniente del circuito se escapa hacia el depósito. Las conexiones de los orificios se simbolizan teniendo en cuenta que se trata de fluido oleohidráulico. a) A b) A B En las válvulas de dos posiciones. B. 25 107 Pa) ——————— 37 533 N 4 4 Fer (D 2 d 2) P —————— 4 Fer 3.85 Aplicamos directamente las fórmulas que permiten calcular la fuerza efectiva en el avance y en el retroceso: 3.05 m)2 (0.85 5 107 Pa 5 725 N 3.14 (0.14 2 (0. mientras que en las neumáticas corresponde al de la derecha. 16.79 10 4 ciclos L m3 ——— 4 ——— 103 —— ciclo min m3 L 2.31 —— min El cilindro consume 2. a la izquierda. Datos: P d Fea 85 % 0.85 (2. √  4 8 435 N ——————————— 3.85 50 mm √  4 Fea ———— P Motor de engranajes Bomba de engranajes Analogías 0. aplicamos la fórmula que da la fuerza efectiva de retroceso: Fer (D 2 d 2) P —————— 4 72 .— En las válvulas oleohidráulicas. el caudal de aceite utilizado será: C 5.050 m Constan de una carcasa de fundición que dispone de dos aberturas o conductos.31 L/min de aceite.05 m 2. 14. Sólo una de las ruedas va ensamblada al eje de giro del motor. mientras que en las neumáticas es exactamente al revés.18 m 4 m —— ciclo Si el cilindro efectúa 4 ciclos por minuto. 15.85 50 bar 5 106 Pa 28 mm 0. el órgano de mando se sitúa a la derecha y el de retorno.03 m)2 0. despejamos D: Fea D D2 P ——— ⇒ D 4 El diámetro del cilindro es 50 mm y la fuerza efectiva de retroceso.05 m)2 D2 Fea P ——— Fea 0. denominados A y B.25 107 Pa —————————————— 4 24 021 N La fuerza efectiva de avance es de 37 533 N y la de retroceso. 5 725 N. En su interior van montadas dos ruedas dentadas que engranan perfectamente. la posición de reposo corresponde al cuadro de la izquierda.05 m)2 (0.14 (5 106 Pa) 0.18 m El volumen de aceite que consume el cilindro en cada ciclo se obtiene aplicando la expresión: VT VT (2 D 2 d 2) ——————— e 4 5.85 2. de 24 021 N.028 m 8 435 N Fer 0.14 (0.79 10 4 3.05 m)2 (0. 13. Datos: D P 50 mm 225 bar 0.03 m)2 —————————————— 0. Con el dato anterior.14 (0.05 m d 30 mm 0. Sólo la rueda conductora recibe el movimiento de giro del motor.028 m)2 ——————————————— 4 A partir de la expresión de la fuerza efectiva de avance de un cilindro de doble efecto. Datos: D 50 mm 0. 30 mm 0.03 m 85 % 0.25 10 7 Pa d — En las válvulas oleohidráulicas.03 m e 180 mm 0. — En cambio. 19. La sección de una válvula reguladora de caudal unidireccional y su símbolo aparecen representados en la figura siguiente: T 2 M A B 3 1 M 3 1 — Si el aceite penetra por A y sale por B. Para ello. La figura siguiente nos muestra el símbolo y la forma de actuación de una válvula de este tipo. El motor puede funcionar en ambos sentidos. ya que carecen de antirretorno. ya que tiene un solo camino de circulación (el indicado en la figura) porque el antirretorno C impide su paso por esa vía. la estructura de estas válvulas es más simple que la de las unidireccionales. La velocidad de giro suele ser de 2 400 rpm. 18. Las válvulas antirretorno posibilitan la circulación del aceite en un determinado sentido e impiden su paso en el contrario. su caudal puede ser regulado mediante el citado tornillo. — Cuando el aceite procedente de una válvula distribuidora penetra por el orificio 1. el aceite penetra por el orificio 2. puede salir perfectamente por A a través de antirretorno. Para conseguir que la velocidad de salida del vástago de un cilindro sea prácticamente instantánea puede utilizarse una válvula de escape rápido o de purga rápida. 2 1 3 2 17. si penetra por B. tanto si circula de A hacia B como si lo hace de B hacia A. La bomba sólo funciona en uno de los sentidos: desde el orificio A al B. La sección de una válvula reguladora de caudal bidireccional y su símbolo aparecen representados en la figura siguiente: T B A La presión de funcionamiento oscila entre 160 y 260 bar. el aceite pasa por el orificio 2 hacia el cilindro correspondiente. con lo que tiene una salida directa al exterior a través del orificio 3. 20. La presión de funcionamiento suele ser de 140 bar. Por lo tanto. Con ello se obliga al aceite a circular por determinadas conducciones en un sólo sentido. desplaza la membrana hacia la izquierda y tapona el 1. el caudal de aire sólo podrá ser regulado cuando su sentido de circulación sea de A a B. La velocidad de giro suele ser de 1 500 rpm. su caudal puede ser regulado mediante el tornillo T. De esta forma. desplaza la membrana elástica M y queda bloqueada la salida 3. con lo que su caudal no podrá ser regulado por medio del tornillo T. — Cuando. 21. Para limitar la carrera de un cilindro pueden utilizarse válvulas oleohidráulicas con mando 73 . Como puede apreciarse. Como el aceite pasa obligatoriamente por la vía en la que se encuentra el tornillo T. El movimiento de giro de los engranajes provoca el flujo del aceite. en el retorno del cilindro.Diferencias El flujo del aceite provoca el movimiento de giro de los engranajes. basta invertir el sentido de flujo del aceite. Variando la posición de éste. a su vez invierte su posición de trabajo e inicia la carrera de retroceso del cilindro. 24. las velocidades de avance y de retroceso no están reguladas. 284) 22. El antirretorno de la válvula reguladora de caudal obliga al aceite que sale del cilindro a circular por el conducto en el que se encuentra el tornillo T. por lo que el vástago de éste se encuentra en la posición máxima de retroceso. por lo que el vástago de éste se encuentra en la posición máxima de retroceso. El aceite circula ahora hasta la cámara anterior del cilindro provocando la carrera de retroceso. Como ahora circula a través del antirretorno de la válvula reguladora. podemos aumentar o disminuir la velocidad de avance del vástago. la válvula permite el paso del aceite hasta la cámara anterior del cilindro. una válvula 4/2 con mando por pulsador y retorno por resorte. — En posición de reposo. por lo que el vástago de éste se encuentra en la posición máxima de retroceso. la válvula cambia su posición de trabajo y envía una señal neumática al retorno de la válvula distribuidora. Maniobras (pág. Cuando se activa el otro final de carrera. Como no existe válvula reguladora. y una válvula reguladora de caudal. — En posición de reposo. El antirretorno de la válvula reguladora de caudal obliga al aceite que sale del cilindro a circular por el conducto en el que se encuentra el tornillo T.por roldana y retorno por resorte que actúen como finales de carrera. y una válvula reguladora de caudal. 74 . podemos aumentar o disminuir la velocidad de avance del vástago. cuando el extremo del vástago del cilindro acciona la roldana. en este caso. Ésta. ésta cambia su posición de trabajo y permite el paso de aceite a la cámara posterior del cilindro. El aceite circula ahora hasta la cámara anterior del cilindro provocando la carrera de retroceso. El circuito oleohidráulico está formado por un cilindro de doble efecto. El circuito oleohidráulico está formado por un cilindro de doble efecto. 23. se activa el mando de la electroválvula. la velocidad de retroceso no puede ser controlada. con lo que se provoca la carrera de avance. se activa el retorno de la electroválvula y ésta cambia de nuevo su posición de trabajo. — Cuando dejamos de pulsar. Ésta cambia su posición de trabajo y permite el paso de aceite a la cámara posterior del cilindro. la electroválvula permite el paso del aceite hasta la cámara anterior del cilindro. el muelle de retorno obliga a la electroválvula a cambiar de nuevo su posición de trabajo. se reproduce el proceso a la inversa y se inicia la carrera de avance. la electroválvula permite el paso del aceite hasta la cámara anterior del cilindro. deberán ser neumáticos. una electroválvula 5/2 con mando eléctrico y retorno por resorte. Estas válvulas se conectan a los órganos de mando y de retorno de la válvula distribuidora. se activa el mando de la electroválvula. — Cuando dejamos de pulsar. Ésta cambia su posición de trabajo y permite el paso de aceite a la cámara posterior del cilindro. El aceite circula ahora hasta la cámara anterior del cilindro provocando la carrera de retroceso. con lo que se provoca la carrera de avance. Como ahora circula a través del antirretorno de la válvula reguladora. — Si accionamos el pulsador de la válvula. — En posición de reposo. el muelle de retorno obliga a la válvula a cambiar de nuevo su posición de trabajo. la velocidad de retroceso no puede ser controlada. — Cuando accionamos el pulsador eléctrico R. El circuito oleohidráulico está formado por un cilindro de doble efecto y una electroválvula 4/2 con mando y retorno eléctricos. De este modo. con lo que se provoca la carrera de avance. que. — Si accionamos el pulsador eléctrico. — Si accionamos el pulsador eléctrico A. Si variamos la posición de éste. con lo que se provoca la carrera de avance. mientras que mediante el tornillo de la válvula reguladora de la derecha podemos regular la velocidad de retroceso. El antirretorno de la válvula reguladora de caudal obliga al aceite que sale del cilindro a circular por el conducto en el que se encuentra el tornillo T. El circuito oleohidráulico está formado por un cilindro de doble efecto. el muelle de retorno obliga a la válvula a cambiar de nuevo su posición de trabajo. con lo que se provoca la carrera de avance. las dos válvulas permanecen cerradas y el aceite no puede circular hasta el cilindro. Cuando el extremo de éste acciona la roldana de la microválvula. y dos válvulas reguladoras de caudal. — En posición de reposo. Ésta cambia su posición de trabajo y permite el paso de aceite a la cámara posterior del cilindro. el antirretorno de la situada a la izquierda obliga al aceite que sale del cilindro a circular por el conducto en el que se encuentra el tornillo T. y una válvula 3/2 NC con mando por pulsador y retorno por resorte que se emplea para iniciar la maniobra. — En posición de reposo. de modo que se permite la salida del aceite contenido en el cilindro. una válvula reguladora de caudal y una microválvula 2/2 NC con mando por roldana que actúa como final de carrera. con lo que ésta invierte de nuevo su posición de trabajo y queda cerrada hasta el siguiente ciclo de trabajo. Por otra parte. podemos aumentar o disminuir la velocidad de avance del vástago. la velocidad de retroceso no puede ser controlada. — Si accionamos el pedal de la válvula. con lo que se provoca la carrera de retroceso. 27. Como ahora circula a través del antirretorno de la válvula reguladora. con lo que se provoca la carrera de avance.25. — En posición de reposo. Si variamos la posición de éste. durante el retroceso. ésta cambia su posición de trabajo y permite el paso de aceite a la cámara posterior del cilindro. situada a la derecha del esquema. En consecuencia. El aceite circula ahora hasta la cámara anterior del cilindro provocando la carrera de retroceso. En este caso se produce el fenómeno inverso: el antirretorno de la válvula reguladora situada a la izquierda permite el flujo del aceite. Variando la posición de éste. El muelle de retorno de éste obliga al aceite a fluir hacia el depósito. la válvula permite el paso del aceite hasta la cámara anterior del cilindro. Sin embargo. a partir de ese instante. ésta invierte su posición de trabajo y permite el paso del aceite hasta el depósito a través de la válvula 4/2. el retorno de la válvula de inicio obliga a ésta a cambiar de nuevo su posición con lo que el aceite deja de fluir hacia el mando de la válvula distribuidora. El aceite fluye hacia el cilindro sin dificultad a través del antirretorno de la válvula reguladora. — Cuando dejamos de pulsar. 26. — Cuando dejamos de pulsar. por lo que el vástago de éste se encuentra en la posición máxima de retroceso. la válvula permite el paso del aceite hasta la cámara anterior del cilindro. una válvula 4/2 con mando por pedal y retorno por resorte. — Si accionamos el pulsador de la válvula. El aceite circula ahora hasta la cámara anterior del cilindro provocando la carrera de retroceso. ésta cambia su posición de trabajo y permite el paso de aceite a la cámara posterior del cilindro. una válvula 3/2 NC con mando hidráulico y retorno por resorte. — Si accionamos el pulsador de la válvula de inicio. una válvula 4/2 con mando manual y retorno por resorte. 75 . por lo que el vástago de éste se encuentra en la posición máxima de retroceso. podemos aumentar o disminuir la velocidad de avance del vástago. El circuito oleohidráulico está formado por un cilindro de doble efecto. se activa el mando de la válvula de distribución. la velocidad de desplazamiento del vástago ya no queda regulada. el extremo del vástago vuelve a accionar la roldana de la microválvula. El circuito oleohidráulico está formado por un cilindro de simple efecto. El retorno de ésta también provoca la inversión de su posición de trabajo. el muelle de retorno obliga a la válvula a cambiar de nuevo su posición de trabajo. — Cuando dejamos de pulsar. 28. El circuito oleohidráulico está formado por un cilindro de simple efecto, una válvula 3/2 NC con mando por pulsador y retorno por resorte, y dos válvulas reguladoras de caudal. — En posición de reposo, la válvula no permite el paso del aceite hasta el cilindro, por lo que el vástago de éste se encuentra en la posición máxima de retroceso. — Si accionamos el pulsador de la válvula, ésta cambia su posición de trabajo y permite el paso de aceite a la cámara posterior del cilindro, con lo que se provoca la carrera de avance. El aceite fluye hacia el cilindro sin dificultad a través del antirretorno de la válvula reguladora situada en la parte inferior del esquema. Sin embargo, el antirretorno de la válvula reguladora ubicada en la parte superior obliga al aceite que entra en el ci-lindro a circular por el conducto en el que se encuentra el tornillo T. Si variamos la posición de éste, podemos aumentar o disminuir la velocidad de avance del vástago. — Cuando dejamos de pulsar, el retorno obliga a la válvula a cambiar de nuevo su posición de trabajo y el muelle de retorno del cilindro provoca la carrera de retroceso y, con ella, la salida del aceite. Éste tiene que circular de nuevo a través de las válvulas reguladoras, pero ahora actúan de modo inverso: el antirretorno de la válvula reguladora situada en la parte superior permite el flujo del aceite, mientras que mediante el tornillo de la válvula reguladora de la parte inferior podemos regular la velocidad de retroceso. 29. El circuito oleohidráulico está formado por un cilindro de doble efecto, una válvula 4/2 con mando hidráulico y retorno por resorte, y dos válvulas 3/2 NC con mando por pulsador y retorno por resorte que se emplean para iniciar la maniobra. — En posición de reposo, las dos válvulas de inicio permanecen cerradas, el aceite no puede circular hasta la válvula distribuidora y, en consecuencia, tampoco llega hasta el cilindro. Para iniciar la maniobra es necesario accionar simultáneamente los pulsadores de las dos válvulas de inicio ya que, si sólo se acciona uno de ellos, la otra válvula, que permanece cerrada, seguirá impidiendo el paso del aceite. — Si accionamos ambos pulsadores, las válvulas se abren y permiten el paso del aceite hasta el mando de la válvula de distribución. Ésta cambia su posición de trabajo y permite el paso de aceite a la cámara posterior del cilindro, con lo que se provoca la carrera de avance. — Cuando dejamos de accionar uno de los pulsadores, el retorno de la válvula de inicio obliga a ésta a cambiar de nuevo su posición con lo que el aceite deja de fluir hacia el mando de la válvula distribuidora. El retorno de ésta también provoca la inversión de su posición de trabajo, de modo que se permite la salida del aceite contenido en el cilindro. El muelle de retorno de éste obliga al aceite a fluir hacia el depósito, con lo que se provoca la carrera de retroceso. El mismo efecto se consigue si se dejan de accionar ambos pulsadores a la vez. 30. El circuito oleohidráulico está formado por un cilindro de doble efecto, una válvula 4/2 con mando manual y retorno por resorte, una válvula reguladora de caudal, una válvula limitadora de presión y un antirretorno. — En posición de reposo, la válvula permite el paso del aceite hasta la cámara anterior del cilindro, por lo que el vástago de éste se encuentra en la posición máxima de retroceso. — Si accionamos manualmente el mando de la válvula distribuidora, ésta invierte su posición de trabajo y permite el paso del aceite hasta la cámara posterior del cilindro. El aceite que entra al cilindro lo hace sin dificultad a través del antirretorno de la válvula reguladora. Sin embargo, el que sale no puede hacerlo directamente hasta la válvula distribuidora (porque se lo impide el antirretorno situado a la salida de la cámara anterior del cilindro) y es obligado a pasar a través de la válvula reguladora de presión, con lo que puede 76 regularse la fuerza ejercida por el vástago durante la carrera de avance. — Cuando dejamos de accionar el mando de la válvula distribuidora, el retorno obliga a ésta a cambiar de nuevo su posición con lo que el aceite fluye ahora hasta la cámara anterior provocando la carrera de retroceso. El aceite que entra también lo hace sin dificultad a través del antirretorno pero el que sale ha de hacerlo obligatoriamente por el conducto en el que se encuentra el tornillo T de la válvula reguladora de caudal. De este modo puede regularse la velocidad de retroceso del vástago. 12. Adquisición y transmisión de datos Actividades de aplicación (pág. 307) 1. La respuesta dependerá de la señal analógica seleccionada por el alumno/a. No obstante, se ofrece un modelo. T Magnitud Tensión t Señal analogica Señal ON digital OFF t t Una señal analógica es aquella que varía de forma continua con el tiempo. La señal de la tensión de la corriente alterna monofásica varía de forma continua y oscila en forma sinusoidal entre un valor máximo (V máx) y un valor mínimo (V mín). Algunos ejemplos de procesos reales en los que las magnitudes implicadas varían de forma continua son: — La velocidad de giro de un motor. — La temperatura corporal. — El grado de humedad ambiental. — La presión de funcionamiento de un circuito oleohidráulico. — El pH de una disolución en una valoración ácido-base. 2. La respuesta dependerá de la señal digital seleccionada por el alumno/a. No obstante, se ofrece un modelo. Una señal digital es aquella que corresponde a una variable que toma sólo valores discretos, generalmente codificados, según un sistema de notación predeterminado. La señal del termostato de un calentador sólo puede tomar dos valores previamente determinados: paso de corriente (ON) o interrupción de la corriente (OFF). Algunos ejemplos de procesos reales en los que las magnitudes implicadas varían de forma continua son: — Los bits mediante los cuales se definen los caracteres informáticos: el bit 1 corresponde a ON y el bit 0 corresponde a OFF. — El funcionamiento de un interruptor eléctrico de cualquier instalación: ON significa paso de corriente y OFF, interrupción de la corriente. — El funcionamiento de una válvula neumática u oleohidráulica: ON significa válvula abierta y OFF, válvula cerrada. — Los impulsos de voz en telefonía digital: la señal analógica se descompone en una serie de impulsos codificados, se transmite y posteriormente se decodifica y se transforma de nuevo en señal analógica. 77 3. Ventajas Control analógico Inconvenientes Intervalo Valor atribuido Código BCD Código Gray Gran anchura de banda Alta resolución Fácil diseño Componentes anticuados Deriva de la temperatura Diseños complejos [0-0,125 V] [0,125-0,25 V] [0,25 -0,375 V] [0,375-0,5 V] [0,5-0,625 V] [0,625-0,75 V] [0,75-0,875] [0,875 - 1 V] [1-1,125 V] [1,125-1,25 V] [1,25-1,375 V] [1,375-1,5 V] [1,5-1,625 V] [1,625-1,75 V] [1,75-1,875] [1,875-2 V] 0V 0,125 V 0,25 V 0,375 V 0,5 V 0,625 V 0,75 V 0,875 V 1V 1,125 V 1,25 V 1,375 V 1,5 V 1,625 V 1,75 V 1,875 V 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 0000 0001 0011 0010 0110 0111 0101 0100 1100 1101 1111 1110 1010 1011 1011 1000 Comportamiento preciso Ventajas sSoluciones programables Control digital Inconvenientes Capacidad de realizar funciones adicionalesDificultad de diseño Soluciones Dificultad de diseño programables Problemas numéricos Comportamiento preciso Capacidad de realizar funciones adicionales Problemas numéricos 4. Las señales que proceden de un sensor pueden tener características que resulten inadecuadas al sistema de control utilizado (rango de frecuencia, intensidad, existencia de señales parásitas, etc.). Por este motivo, resulta imprescindible el acondicionamiento de la señal antes de procesarla. Este acondicionamiento supone la amplificación, el filtrado y el desplazamiento a una banda de frecuencias adecuada. 5. Datos: N.° de salidas: 4 Rango de tensiones: 0-2 V El número de intervalos en que puede dividirse la señal es igual al número de combinaciones de bits que pueden llevarse a cabo con el convertidor, que a su vez depende del número de salidas de éste, según la expresión: N.° de combinaciones En este caso: N.° de combinaciones 24 16 2N.° de salidas 6. El poder de resolución de un convertidor indica el número de pasos que tiene y viene dado por la expresión: R 2n 1 donde n es el número de salidas del convertidor. En el caso del convertidor del ejercicio anterior: R 2n 1 24 1 15 El poder de resolución del convertidor es 15. 7. Datos: f mín f máx 20 Hz 20 kHz Según el teorema de Nyquist, la frecuencia de muestreo ha de ser el doble de la frecuencia máxima de la señal de entrada. En este caso: f muestreo 2 f máx 2 20 kHz 40 kHz La frecuencia de muestreo deberá ser 40 kHz. 8. El elemento nuclear del proceso de adquisición y transmisión de datos es el procesador digital. Este dispositivo recoge la señal digital que viene del convertidor analógico/digital y la procesa con el fin de dar la respuesta conveniente. La señal de salida será posteriormente transformada en analógica mediante el convertidor digital/analógico. Por tanto, la señal analógica puede ser dividida en 16 intervalos. A cada uno de ellos le atribuiremos el valor del extremo inferior del intervalo y le asignaremos un código binario (en código BCD y en código Gray), según se muestra en la tabla siguiente: 78 ° de entradas ⇒ log2 16 4 ⇒ N. 12.25 -3. filtrado y desplazamiento a la banda de frecuencias con la que trabaje el actuador. La distribución de la señal de salida en intervalos.5 -1. Un ejemplo de transmisión mecánica es la medida de la presión mediante un manóme- Intervalo 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 [1-1. el número de entradas del convertidor digital/analógico será: 16 2 N.25 V] [4.25 -4.5 V] [4.75 V 2V 2. • La existencia de procesos relacionados entre sí aconseja disponer de los datos en un solo panel para poder comprobarlos. 11.5 -4.° de combinaciones 1 000 ⇒ N.75 -5 V] 1V 1.75 V] [2.25 V] [2.9.75 -2 V] [2-2.5 V 2. los aparatos de medida se encuentran en lugares inaccesibles y es necesario trasladar los datos a otro lugar.25 -1.75 V 10.° de combinaciones 2 N.25 V 1. etc.966 2 N. Como en el caso de la señal de entrada.75 -3 V] [3-3.5 V 3. el valor asignado a cada uno de ellos y su correspondencia con las combinaciones de bits vienen dados en la tabla siguiente: Combinación de bits Valor decimal Valor asignado Como el número de entradas ha de ser entero y mayor o igual al resultado anterior. Datos: aproximación Vmáx 10 V 0.75 V 3V 3.5 V 1. deberá someterse a un proceso de amplificación.5 V] [1.5 V] [2. • En ocasiones. el convertidor ha de disponer de 10 entradas.25 V 4. podemos clasificar la transmisión.° intervalos V máx ——————— ⇒ N. tales como engranajes.25 V] [3.° de entradas Como el número de intervalos es igual al número de combinaciones de bits que es capaz de procesar el convertidor. según la expresión: N.01 V 1 000 Como el convertidor del ejercicio 5 podía realizar hasta 16 combinaciones de salida. con carácter aproximado.75 V] [3.75 -4 V] [4-4. determinamos el número de intervalos necesarios: 79 .75 V] [1.25 V] [1.° intervalos V máx ———— Amplitud 10 V ——— 0.5 V 4.75 V 4V 4. El número de entradas de un convertidor digital/analógico depende del número de combinaciones de bits que sea capaz de procesar. 13. en cuatro grandes tipos: mecánica. A partir de este dato.° de entradas ⇒ log2 1 000 El convertidor dispondrá de 4 entradas. • La transmisión mecánica es un sistema de transmisión directa en el que ésta se lleva a cabo por medio de dispositivos mecánicos.25 -2. La transmisión de datos se hace necesaria por los siguientes motivos o razones: • Los datos se originan en diferentes puntos del sistema y deben ser transportados hasta el panel de control. eléctrica y electrónica.° de entradas 2 N.° de entradas 9. Según el tipo de energía que emplean los transmisores.5 V] [3.01 V La aproximación corresponde a la amplitud de cada intervalo de señal.5 -2.75 V] [4.5 -3.25 V 3.° de entradas Amplitud ⇒ N. neumática. podemos determinar el número de entradas de que dispone: N. varillas. La señal de salida de un convertidor DAC ha de ser de nuevo acondicionada para adecuarla a las necesidades concretas del actuador a la que haya de ser transmitida.25 V 2. El amplificador convertidor transforma la pequeña señal de corriente alterna que procede del oscilador en otra pequeña señal de corriente continua y. al que se le añade un amplificador de señal a la salida. entre sus componentes.. también denominados resortes de cero. La energía utilizada es. intensidades. resistencias. La energía necesaria es proporcionada por compresores. 80 . • La fuerza originada por la magnitud que se mide actúa sobre la barra rígida y provoca un desplazamiento de ésta hasta que se consigue de nuevo el equilibrio. esta realimentación es siempre negativa. • La fuerza de realimentación está originada por la parte de la señal de salida que es devuelta a la entrada. La señal de salida que se obtiene es proporcional a la magnitud medida. osciladores. Los sistemas que emplean este tipo de transmisión son de mayor alcance que los que emplean transmisión mecánica. de este modo. • La transmisión electrónica se basa en las variaciones de las mismas magnitudes empleadas en los sistemas eléctricos. • La transmisión eléctrica está basada en las variaciones de magnitudes eléctricas. ya que pueden alcanzar los 300 m. Un ejemplo de transmisión eléctrica es la medida de la temperatura mediante un puente de Wheatstone. Como ejemplo de transmisión neumática puede citarse la medida de una presión por medio de un transmisor de presión diferencial. 17. etc. aumentar la linealidad del elemento detector y aumentar la ganancia. • La transmisión neumática utiliza aire modulado como elemento de transmisión. Los esfuerzos originados por la realimentación son proporcionales a la señal de salida del aparato. etc. 15. El transmisor o detector a dos hilos se denomina así porque solamente se necesitan dos hilos provenientes del aparato para efectuar la transmisión desde éste hasta el lugar donde se lleva a cabo el control. Su alcance depende de la variable utilizada en la transmisión y del diseño de los aparatos. circuitos integrados. puede regular una corriente continua mayor. En el caso de los transmisores. como amplificadores.. La energía necesaria la proporcionan las variaciones de la magnitud que se mide. tales como tensiones.. pero incluye elementos electrónicos. energía eléctrica. El detector se encarga de variar la amplitud de la señal del oscilador en función de la señal proveniente del proceso.tro. Transmisor de dos hilos Líneas de transmisión Rx Receptor 16. El oscilador es un circuito capaz de generar una señal eléctrica periódica de frecuencia variable. 14. naturalmente. La realimentación tiene por objeto aumentar las fuerzas que intervienen en el equilibrio. tienen por objeto equilibrar el sistema y desplazar el equilibrio hasta un valor prefijado. Los esfuerzos originados por estos resortes pueden considerarse aproximadamente lineales. Un circuito resonante LC es un dispositivo electromagnético provisto de una bobina in- • Los resortes de ajuste fino y grueso. Fuerza originada por la magnitud que se mide Resortes de ajuste Fuerza originada por la realimentación Salida La conversión se lleva a cabo por medio de componentes electrónicos: transistores. Un ejemplo de transmisión electrónica es el mismo puente de Wheatstone anterior. Cuando el módulo de la reactancia inductiva. se obtiene la frecuencia de resonancia del circuito. y un condensador. la atenuación de la señal también lo será. de coeficiente de autoinducción L. En estas condiciones. c. Ajuste fino Brazo de rango Punto de apoyo fijo Ajuste grueso Brazo de fuerza Brazo de fuerza Sistema de realimentación Detector Amplificador convertidor c. — La fuerza ejercida por el diafragma de medida es aplicada en la parte inferior del brazo de fuerza. la intensidad en una fuerza de realimentación que se aplica al brazo de rango. — Ambos pares provocan también variaciones en la separación entre la bobina detec- El funcionamiento de un transmisor electrónico de presión diferencial es el siguiente: 81 . en consecuencia. Éste detecta la diferencia de las dos presiones y la convierte en una fuerza. Punto de apoyo fijo El transmisor realimentado funciona del modo siguiente: Receptor Detector Amplificador convertidor c. con lo que se crea un par de fuerzas de entrada en aquél. Rx Receptor Baja presión Alta presión Oscilador Carga c.c. ubicado en la salida del oscilador. c. y son transmitidas al diafragma de medida. la tensión también. Por lo tanto. Rx Oscilador Alimentación c. Para resolver este problema se utiliza un sistema de realimentación negativa que consta de una bobina provista de núcleo por la que circula la intensidad de salida. Carga c. es igual al módulo de la capacitiva. la intensidad que pasa a través de ella disminuirá y. Su valor puede deducirse a partir de los valores de L y C: XL XC XL XC ⇒ L f L 1 —— C 1 —— ⇒ C 1 —————  2 √ LC 1 ———  √ LC Cuando se alcanza la frecuencia de resonancia.a. la atenuación.a. Regulador de tensión Alimentación c.c./c. L — Las presiones aplicadas actúan sobre los diafragmas de alta y baja presión. Cuando ambos pares tienen igual valor. Si variamos la frecuencia. — La señal alterna de salida del detector es transformada en una señal continua en el amplificador convertidor y posteriormente transmitida hasta el receptor. 18. — El brazo de fuerza transmite el par al brazo de rango y el movimiento de éste desplaza la ferrita situada junto a la bobina del circuito resonante LC. el sistema está en equilibrio. — El sistema de realimentación produce un par sobre el brazo de fuerza que se opone al par generado por la presión diferencial. disminuirá la impedancia del circuito y. XC . como de la frecuencia del circuito. con ella. la impedancia del circuito es máxima y. El paso de la intensidad por la bobina desplaza el núcleo convirtiendo. en consecuencia.ductiva. Ajuste fino Brazo de rango Ajuste grueso Baja presión Alta presión C La impedancia total del circuito.c. XL . de capacidad C.a.c.a. Z./c. si se produce un aumento de la resistencia de carga R X. este tipo de circuitos puede utilizarse para variar la amplitud de la señal del oscilador.a. de esta forma.a. depende tanto de los valores L y C. como se trata de transmisión entre ordenadores.tora y la ferrita y. la intensidad de salida es directamente proporcional a la presión diferencial aplicada.232 Distancia de transmisión Velocidad de transmisión RS . ya que ambos permiten transmitir a la distancia y a la velocidad dadas. El factor de proporcionalidad viene fijado por la posición del brazo de rango. • Propiedad asociativa: a (b c) (a b) c 0 0 0 Las columnas a (b c) y (a b) c coinciden. que es el estándar definido por la ANSI para el intercambio de datos entre un ordenador central y otros ordenadores periféricos. 19. por lo tanto. La posición del brazo de rango determina la presión diferencial necesaria para producir la intensidad máxima de salida. 13. se cumple la propiedad idempotente de la suma lógica. con lo que se restablece nuevamente el equilibrio del sistema. Por tanto. dependiendo de la distancia de transmisión y de la velocidad a la que queramos transmitir. Datos: distancia: 20 m velocidad: 20 Mbps Para transmitir datos informáticos podemos utilizar diferentes sistemas.2 km 10 Mbps Hasta 25 m 10 Mbps Dadas las características de la transmisión que queremos efectuar. 82 . que es la que pasa a través del sistema de realimentación. también variará la intensidad de la señal de salida. se cumple la propiedad asociativa de la suma lógica. Bajo estas condiciones. La distancia desde el punto de apoyo del brazo de fuerza al punto donde la fuerza de realimentación es aplicada puede ser ajustada moviendo el brazo de rango a lo largo del brazo de fuerza.485 SCSI Hasta 15 m 20 kbps Hasta 1. Estos sistemas son: EIA . podrían utilizarse el RS-485 o el SCSI. Sin embargo. Por tanto. Suma lógica • Propiedad idempotente: a a a a b c b c a b a (b c) (a b) c 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 a a a a 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 La columna a a coincide con la columna a. Control mediante circuitos lógicos I Actividades de aplicación (pág. hay que utilizar el SCSI (Small Computer System Interface). 329) 1. Producto lógico 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 Las columnas a b y b a coinciden. puede efectuarse el montaje siguiente: a 0 La columna a ✱ a coincide con la columna a. — Comprobación de la propiedad conmutativa: si consideramos dos interruptores cualesquiera. • Propiedad elemento neutro: a a 0 0 a a 0 • Propiedad idempotente: a✱a a a a a✱a 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 La columna a 0 coincide con la columna a. — Comprobación de la propiedad elemento neutro: el comportamiento del circuito cuando se abre o se cierra cualquier interruptor es independiente de que la solución de continuidad permanezca abierta o se cierre mediante un conector. el circuito se comportará del mismo modo que si accionamos sólo el interruptor que hemos sustituido. Para reproducir las propiedades de la suma lógica por medio de un circuito eléctrico. 0 0 Las columnas a ✱ (b ✱ c) y (a ✱ b) ✱ c coinciden. • Propiedad asociativa: a ✱ (b ✱ c) a b c b✱c a✱b (a ✱ b) ✱ c a ✱ (b ✱ c) (a ✱ b) ✱ c b 1 1 c 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 — Comprobación de la propiedad idempotente: si sustituimos cualquiera de los interruptores por otros dos montados en paralelo y los accionamos simultáneamente. se cumple la propiedad conmutativa de la suma lógica. el comportamiento del circuito es el mismo independientemente del orden de accionamiento de los interruptores. Por tanto. se cumple la propiedad idempotente del producto lógico. se cumple la propiedad elemento neutro de la suma lógica. Por tanto.• Propiedad conmutativa: a a b b a b b a b a — Comprobación de la propiedad asociativa: el comportamiento del circuito es el mismo independientemente de la secuencia de accionamiento de los interruptores. se cumple la propiedad asociativa del producto lógico. 83 . Por tanto. Por tanto. el comportamiento del circuito es el mismo independientemente del orden de accionamiento de los interruptores. el circuito se comportará del mismo modo que si accionamos sólo el interruptor que hemos sustituido. Para confeccionar la tabla de verdad. correspondientes a cada uno de los sumandos componentes: A A B C ABC 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 84 .• Propiedad conmutativa: a✱b a b b✱a b✱a a✱b — Comprobación de la propiedad elemento neutro: el comportamiento del circuito cuando se abre o se cierra cualquier interruptor no varía mientras la solución de continuidad permanezca cerrada. 2. se cumple la propiedad conmutativa del producto lógico. la descompondremos en tres subtablas. Función: F ABC A BC AB C La columna a ✱ 1 coincide con la columna a. 4. puede efectuarse el montaje siguiente: a b c A B C F — Comprobación de la propiedad idempotente: si sustituimos cualquiera de los interruptores por otros dos montados en serie y los accionamos simultáneamente. se cumple la propiedad elemento neutro del producto lógico. 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 OR F F F F F AB A A AB B A B B A B F Funció AND Ecuación lógica F A✱B AB Puerta lógica A B F Las columnas a ✱ b y b ✱ a coinciden. • Propiedad elemento neutro: a✱1 a 1 NOT NAND NOR ORex A A B A B A B F A✱B A AB F a a✱1 F F 1 0 1 1 1 0 3. — Comprobación de la propiedad conmutativa: si consideramos dos interruptores cualesquiera. Por tanto. Para reproducir las propiedades del producto lógico por medio de un circuito eléctrico. Por tanto. — Comprobación de la propiedad asociativa: el comportamiento del circuito es el mismo independientemente de la secuencia de accionamiento de los interruptores. resulta: AB 00 01 11 10 0 0 C 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 A B C C AB C 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 Como puede apreciarse. — B y C están montados en paralelo. a) Si utilizamos un diagrama de Karnaugh. luego representa el producto lógico A (BC). y entre el tercero y el cuarto. por lo que no es posible simplificar la función. luego la función representada es: F A (B C) D 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 85 . — El conjunto B-C está montado en serie con A. C y D. El circuito muestra un interruptor cerrado (que representa la variable A) y otros tres abiertos (que representan las variables B. podemos sacar factor común A. 6. por tanto representan la suma lógica B C. A. b) Si utilizamos las propiedades de la suma y el producto lógicos. respectivamente). — El grupo A-B-C está montado en paralelo con D. tenemos: F A BC ABC ABC ABC Entre el primero y el segundo sumandos. tanto superior como inferior. con lo que resulta: F A (BC B C) A (B C BC) Combinamos los resultados de las tablas anteriores y obtenemos la tabla de verdad de la función: A B C ABC A BC AB C F Pero no es posible efectuar ninguna simplificación en los paréntesis ni volver a sacar factor común. por lo que no es posible simplificar la función. no existen células adyacentes ni en el interior de la tabla ni entre los extremos. Escribimos inicialmente la función como suma de los términos canónicos para los cuales la función adopta valor 1: F A BC AB C ABC ABC Para simplificar la función podemos recurrir a los diagramas de Karnaugh o emplear las propiedades de la suma y el producto lógicos.A B B C A BC 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 5. respectivamente. respectivamente. escribiremos 00. que representan los términos A B. — En la cabecera horizontal superior se representan todos los posibles valores del producto AB. C y D. AB. y entre el tercero y el cuarto. B. sólo varía el valor de una variable al pasar de una a otra. y tanto en el interior de la tabla como en sus extremos. CD y C D. AB y A B. — En la cabecera vertical izquierda se representan todos los posibles valores del producto CD. deberá disponer de 24 16 celdas. Así pues. Se observa que pueden formarse dos agrupamientos de dos celdas: uno en la primera columna y otro en la tercera. de modo que los cuadros sean adyacentes. tanto en horizontal como en vertical. 11 y 10. De este modo. A B C. podemos sacar factor común ABD. todas las celdas son adyacentes. Así: F ABD (C C) A B C (D D) daría el resultado siguiente: AB CD 00 01 11 10 00 01 11 10 Teniendo en cuenta que la suma lógica de un elemento con su complementario es igual al elemento neutro. de modo que los cuadros también sean adyacentes.La tabla de verdad es la siguiente: A B C D A B C A (B C) F Las celdas se distribuyen en una cuadrícula de 4 4. A. Así pues. CD. F ABCD AB CD A BCD A B CD Como puede apreciarse. El diagrama anterior. escribiremos 00. 01. que representan los términos C D. aplicado a la función F ABCD AB CD A B CD A B CD Entre el primero y el segundo sumandos. la expresión queda así: F ABD A BC 8. 11 y 10. es decir. 01. 86 . Un diagrama de Karnaugh para una función de cuatro variables. 9. obtenemos un diagrama en el que quedan representados todos los términos canónicos de una función de cuatro variables: AB CD 00 A BC D A BCD AB C D AB CD 01 A BC D A BC D A B CD A BCD 11 A B CD A B CD ABCD A BCD 10 A BCD A B CD AB C D ABCD 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 00 1 01 1 1 1 0 11 10 7. resulta: F ABD ✱ 1 A BC ✱ 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 Y considerando la propiedad elemento neutro del producto lógico. por la tercera. • El sumador total dispone de tres entradas: por las dos primeras se introducen los bits que se suman y. pues. donde N es el número de entradas y n. el acarreo procedente de la etapa anterior. el acarreo de la etapa anterior (0). igual a la obtenida en el ejercicio 7: F ABC ABD • El sumador total permite la suma de varias etapas. Se observa que la variable que cambia es la D. Por la salida S 4 aparecerá la cifra 0 (dígito de la suma) y por la C 4. ya que permite acumular el acarreo de una etapa en la siguiente. En el caso de una función de cuatro variables. la variable que cambia es la C. La función simplificada resulta. de modo que se cumple la ecuación 2n N.— El grupo de la primera columna representa los términos A B C D y A B C D. el diagrama de Karnaugh permite efectuar la simplificación de una manera mecánica. el proceso de simplificación es más corto utilizando las propiedades de las operaciones lógicas. ya que: n. — Por las entradas A 4 y B 4 del cuarto se introducen los bits de cuarto orden (1 y 1) y por la entrada C 3. por lo que también pueden suprimirse y queda ABD. Para sumar las informaciones binarias 1001 y 1100 necesitaremos cuatro sumadores totales. — El grupo de la tercera columna representa los términos AB CD y ABCD.° combinaciones → 24 16 → n. La suma será: 1001 1100 10101 11. Sin embargo. 13. y queda A B C. la cifra 0 (acarreo de la etapa). Diferencia estructural: • El semisumador dispone sólo de dos entradas por las que se introducen los bits que se han de sumar. — Por las entradas A 2 y B 2 del segundo se introducen los bits de segundo orden (0 y 0) y por la entrada C 1. de varios órdenes de unidades. la cifra 0 (acarreo de la etapa). Por la salida S 2 aparecerá la cifra 0 (dígito de la suma) y por la C 2. Un codificador decimal es un circuito combinacional capaz de convertir señales procedentes de un sistema decimal en su combinación binaria correspondiente. Por la salida S 3 aparecerá la cifra 1 (dígito de la suma) y por la C 3. uno para cada etapa. la cifra 0 (acarreo de la etapa). Diferencia de funcionamiento: • El semisumador sólo permite la suma de una etapa. — Por las entradas A 3 y B 3 del tercero se introducen los bits de tercer orden (0 y 1) y por la entrada C 2. 10. el acarreo de la etapa anterior (0). por lo que puede suprimirse. tercera. es decir. A B C F D A A V B B C D O M El resultado final de la suma estará formado por el acarreo de la última etapa seguido de los dígitos correspondientes a las etapas cuarta. Los codificadores decimales disponen de 10 entradas (una para cada dígito decimal) y de 4 salidas. — Por las entradas A 1 y B 1 del primero se introducen los bits de primer orden (1 y 0). 12. segunda y primera. Por la salida S 1 aparecerá la cifra 1 (dígito de la suma) y por la C 1. es decir. En este caso. el acarreo de la etapa anterior (0). sin tener que recordar las propiedades. el de salidas. la cifra 1 (acarreo de la etapa).° entradas 10 → 87 . de un orden de unidades. según la tabla de verdad siguiente: Entradas Denominación Dígito A Salidas A B C D Salidas excitadas Dígito 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 a-b-c-d-e-f b-c a-b-d-e-g a-b-c-d-g b-c-f-g a-c-d-f-g a-c-d-e-f-g a-b-c a-b-c-d-e-f-g a-b-c-d-f-g 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 B C D 0 E0 E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 E8 E9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 Como puede observarse. hemos de expresarlos previamente en código binario. A B C3 A B C2 A B C1 A B C4 S4 C3 S3 A B C D A B C D a b c d e f g a b c d e f g Decod. es decir.° combinaciones → 24 → n. y viceversa. Sumador 1 C1 S1 88 Unidades Sumador 2 C2 Decenas Sumador 4 . Los decodificadores BCD/7 segmentos disponen de 4 entradas y de 7 salidas. Para poder sumar números enteros entre el 0 y el 9. de modo que las entradas de uno corresponden siempre a las salidas del otro. uno de los órdenes de unidades. el decodificador excita las salidas de los segmentos que configuran el dígito que representa el valor decimal correspondiente. 14. necesitaremos cuatro sumadores totales. disponen de un visualizador que permite representar cada valor decimal en una pantalla formada por siete segmentos por dígito. 16 7 → En consecuencia. cada uno de los cuales se encargará de sumar una de las etapas. según se indica en la tabla siguiente. ambos circuitos combinacionales operan de forma inversa. tal y como se indica a continuación: 0 3 6 0000(2 0011(2 0110(2 1 4 7 9 0001(2 0100(2 0111(2 1001(2 2 5 8 0010(2 0101(2 1000(2 Por el contrario.Cada cifra decimal que se activa en la entrada tendrá su combinación binaria correspondiente a la salida del codificador. Además. sólo que ahora n es el número de entradas y N. el de salidas: n.° salidas El funcionamiento de este dispositivo es el siguiente: cuando se presenta una determinada combinación binaria a la entrada. Sumador 3 S2 Decod. un decodificador BCD/7 segmentos es un circuito combinacional cuya misión es convertir todas las combinaciones binarias pertenecientes a un código determinado en su correspondiente equivalencia en el sistema decimal. de modo que en ellos también se cumple la ecuación 2 n N. — Cuando la combinación (n 1. C y D. 15.n 2) es (1. por la salida. el número de entradas de información. S 3 y S 4 del modo siguiente: S1 → D S2 → C S3 → B S4 → A De este modo. el cuarto sumador se encarga de sumar las cifras de cuarto orden más el acarreo de la tercera etapa. correspondiente al acarreo de la última etapa. Como el resto de entradas no están conectadas. se obtenga una única información. Según la tabla del ejercicio anterior. Según la tabla del ejercicio anterior. el display nos permitirá visualizar la cifra de las unidades de la suma. todas ellas reflejarán bit 0. todas ellas reflejarán bit 0. se excitarán las salidas a-b-c-d-e-f y en el display se podrá visualizar la cifra 0. el conjunto formado por los dos displays reflejará fielmente el resultado de la suma. Por la salida S 4 aparecerá el dígito de la suma y por la C 4. además. Los multiplexores son circuitos combinacionales que se utilizan cuando es necesario seleccionar la información procedente de diferentes terminales de modo que. De este modo. que irá conectado a las cuatro salidas de los sumadores. — El tercer sumador se encarga de sumar las cifras de tercer orden más el acarreo de la segunda etapa. lo que significa que puede llegar a tener hasta cinco dígitos. Para poder visualizar. necesitamos otro decodificador BCD/7 segmentos cuya entrada D irá conectada a la salida C 4. Como el resto de entradas siguen sin estar conectadas. tercera. se excitarán las salidas b-c y en el display se podrá visualizar la cifra 1. Las entradas de control. 0 ó 1. a los que denominaremos A.— El primer sumador se encarga de sumar las cifras de primer orden.n 2) es (1. Por la salida S 2 aparecerá el dígito de la suma y por la C 2. proporcionan una señal en código binario. de acuerdo con el criterio siguiente: — Cuando la combinación (n 1. S 1. se selecciona el terminal B.n 2) es (0. Por la salida S 3 aparecerá el dígito de la suma y por la C 3. para que se cumpla la ecuación 2 n N. B. Los terminales de entrada. El resultado final de la suma estará formado por el acarreo de la última etapa seguido de los dígitos correspondientes a las etapas cuarta.0).1). El dispositivo en cuestión consta de 4 terminales de entrada. que reciben el nombre de n 1 y n 2. el acarreo de la etapa. — Cuando en la salida C 4 aparezca bit 0. — Cuando la combinación (n 1. 89 . se selecciona el terminal C. La salida. el acarreo de la etapa. se selecciona el terminal A. S 2. el acarreo de la etapa. Para confeccionar la tabla de verdad de este multiplexor hay que tener en cuenta las 16 combinaciones que se producen en los terminales de entrada y las cuatro de los órganos de mando: Para visualizar el resultado necesitamos un decodificador BCD/7 segmentos. por lo que será necesario que disponga de dos entradas de mando y una única salida de información. — Cuando la combinación (n 1. donde n es el número de entradas de mando y N. ya que: 9 9 18 10010(2 — Cuando en la salida C 4 aparezca bit 1. — Finalmente. de acuerdo con la tabla que aparece en el ejercicio anterior. segunda y primera. transmite la señal seleccionada.0).1). a la que denominaremos S. se selecciona el terminal D. éste se transmitirá a la entrada D. — El segundo sumador se encarga de sumar las cifras de segundo orden más el acarreo de la primera etapa. el acarreo de la etapa. es decir.n 2) es (0. éste se transmitirá a la entrada D. seleccionan el terminal de entrada por medio de una combinación de señales binarias y la transmiten a la salida. la cifra de las decenas. Por la salida S 1 aparecerá el dígito de la suma y por la C 1. A B C D n1 n2 S A B C D n1 n2 S 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 90 . Como puede apreciarse en la tabla. La respuesta dependerá del multiplexor seleccionado por los alumnos. Para determinar la tabla de verdad. supondremos que esta combinación es 00. pues: A F B 91 . la señal de preselección deberá tener cinco dígitos. Por simplicidad. A. el órgano de mando dispondrá de un determinado número de entradas. procedentes de cada uno de los canales que emiten. Selector de canal de un televisor A través de la entrada de antena. En función del número de preselecciones. plexor envía a la salida la frecuencia de otra emisora. n es el número de entradas de mando y N. Éste envía la frecuencia correspondiente a la salida y podemos ver el programa a través de la pantalla del televisor. el televisor recibe multitud de señales. cambiamos la combinación de control y el multi- Pero. F AB AB → n. esta expresión corresponde a la función ORex. Si la bombilla puede encenderse desde cualquier posición y apagarse desde ésta o la otra.° combinaciones → 25 32 30 → Escribimos la función como suma de los términos canónicos para los cuales la función adopta valor 1. 16. se ofrece un modelo de respuesta. la tabla de verdad es: A B F 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 En este caso. Por tanto: F A B El logigrama de la función es. En consecuencia. Así. B. esto significa que un cambio de cualquiera de las dos variables determina un cambio del valor de la función y el cambio simultáneo de ambas no comporta ningún cambio de la función. las entradas de control introducen en el multiplexor la combinación correspondiente a la emisora seleccionada. el bit que aparece en la salida S coincide con el que entra por la señal seleccionada por los órganos de mando. el número de preselecciones de frecuencia. con lo cual cambiamos de programa. partiremos del supuesto que la bombilla permanece apagada para una determinada combinación de las variables A y B. o lo que es lo mismo. C.° presintonías Cuando se oprime el botón de una de las presintonías. el órgano de mando de un televisor que disponga de 30 presintonías ha de tener cinco entradas de mando. Cuando oprimimos otro botón distinto. cada una de las cuales corresponde a una determinada combinación de bits del órgano de mando. ya que debe cumplirse la ecuación: 2n N 17. de acuerdo con la definición de las funciones lógicas elementales. ya que: n.. El selector de canales dispone de un número determinado de preselecciones de canal. D. En todo caso.. El número de impulsos N que es posible contar con un contador determinado dependerá del número de salidas n de que disponga éste. 2. Si consideramos que el LED encendido significa bit 1 y que el LED apagado significa bit 0. para que un contador sea capaz de contar hasta 20. 92 . utilizamos un diagrama de Karnaugh: JK Qt 0 1 00 01 11 10 0 1 0 0 1 0 1 1 El número máximo de impulsos que será capaz de contar un contador con 13 salidas es 8 192.29 Escribimos la ecuación lógica de la función como suma de los términos canónicos para los cuales la función adopta valor 1. Estos sistemas tienen la propiedad de poder almacenar una información de forma indefinida. — El grupo de la segunda fila representa los términos J KQt y J KQ t . Para conocer el número máximo de impulsos que será capaz de contar este contador. En cambio. es decir. se ha de cumplir: 2n 5 000 ⇒ n log2 5 000 ⇒ n 12. se ha de cumplir: 2n 20 ⇒ n log2 20 ⇒ n 4. las salidas dependen del estado anterior en que se encontraban y del estado actual de las entradas. basta aplicar de nuevo la fórmula: 2n N ⇒ N 213 ⇒ n 8 192 J KQt J K Qt J KQt JK Q t Para simplificar la función obtenida. La tabla de verdad del biestable JK será: J (puesta a 1) K (puesta a 0) Q t (estado anterior) Qt 1 (salida) — El grupo de la primera fila representa los términos JK Q t y J K Q t . En todo caso. por lo que puede suprimirse. 351) 1. Se observa que la variable que cambia es la K. la variable que cambia es la J.14. 4. el número mínimo de biestables que hay que conectar al contador es 5. las salidas son independientes del tiempo. las salidas dependen del estado de las entradas en cada instante. En los circuitos combinacionales. del número de biestables conectados al contador. y queda J Qt . el estado de los LED representa el número binario: 100101 Se observa que pueden formarse dos agrupamientos de dos celdas: uno en la primera fila y otro entre el origen y el extremo de la segunda. por lo que también pueden suprimirse y queda KQ t . La función simplificada resulta ser: Qt 1 J Qt K Qt 3. 5. En consecuencia. Control mediante circuitos lógicos II Actividades de aplicación (pág.32 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 Como n ha de ser un número entero. ya que son capaces de almacenar los estados de las salidas y convertirlos en variables internas del sistema. el número mínimo de salidas del contador es 13. En este caso. deberá cumplirse la ecuación: 2n N Por tanto. en los circuitos secuenciales. Para que un contador sea capaz de contar 5 000 impulsos. Así pues: Qt 1 Como n ha de ser un número entero. como los WORM. En principio se trata de memorias de sólo lectura. utilizando la tecnología adecuada y en el tiempo de respuesta. en lugar de por el fabricante. Los soportes habituales de este tipo de memorias son las cintas magnéticas. la información ya no puede modificarse de ningún modo. Una vez grabadas. el display del decodificador deberá disponer de una pantalla con tres dígitos. Por la tecnología empleada en su fabricación. • Las memorias magnéticas se basan en la imantación de las partículas metálicas existentes en la superficie de un disco o una cinta. uno a uno. la información es introducida en la memoria por el usuario pero. los puntos de la matriz en los que se desea introducir un bit 0. 9. EPROM. esta información puede borrarse utilizando rayos ultravioleta. los discos duros. 7. ya que la información es introducida por el usuario. La diferencia fundamental radica en la posibilidad o no de modificar la información. lo que significa que pueden facilitar información acerca de su contenido (lectura) o puede grabarse nueva información sobre ella (escritura). de modo que la memoria resulta así reprogramable. • Las memorias ROM (Read Only Memory) vienen programadas por el fabricante. se seleccionan. • Las memorias FLASH son una variante de las RPROM. pero no puede grabarse ninguna nueva información sobre ellas. El proceso de programación de una memoria PROM es el siguiente: — El fabricante del soporte físico de la memoria suministra la matriz con los puntos acoplados por medio de semiconductores en serie con fusibles. La programación de las células se efectúa por medio de impulsos eléctricos o utilizando rayos ultravioleta. fabricado a base de silicio y otros materiales semiconductores. podrá contar un número de impulsos que viene dado por la expresión: 2n N ⇒ N 29 ⇒ N 512 Para poder visualizar números en sistema decimal hasta el 512. por medio de la fila y la columna correspondientes. Como en éstas. Si un contador dispone de 9 salidas. 6. • Las memorias PROM (Programmable Read Only Memory) suponen un avance. los disquetes y las unidades ZIP y JAZ. • Las memorias RPROM (Reprogrammable Read Only Memory) constituyen un importante avance respecto a las PROM.Pasamos este valor a sistema decimal y obtenemos el número que ha contado el contador: 100101(2 1 25 0 24 32 0 0 23 0 4 1 22 0 1 0 2 37 1 des de memorias ROM (PROM. Además. como las anteriores. En este grupo se incluyen todas las variedades de discos ópticos. — Para programar la información. • Las memorias ópticas llevan a cabo la lectura de la información por medio de un haz de láser. las memorias se clasifican en tres grandes grupos: magnéticas. De ahí su nombre. semiconductoras y ópticas. una vez programadas. En este grupo se encuentran las memorias RAM y todas las varieda- 93 . El número que ha contado el contador es el 37. EDOD y los conocidos CD-ROM. ya que emplean impulsos eléctricos en lugar de rayos ultravioleta para el proceso de reprogramación. Pero. • Las memorias semiconductoras están formadas por una matriz de células de memoria que incorporan un semiconductor (diodo o transistor bipolar). las memorias ROM o memorias de sólo lectura (Read Only Memory). resultan mucho más rápidas de acceso y de respuesta. 10. a diferencia de ellas. 8. EEPROM y FLASH). Las memorias RAM o memorias de acceso aleatorio (Random Access Memory) son memorias de lectura-escritura. facilitan información acerca de su contenido que está pregrabado. la información ya no puede modificarse de ninguna manera. En cambio. siempre que el programa admitiera su fragmentación en diferentes archivos. El CD-ROM queda descartado. 11. la información quedará grabada de forma permanente en la memoria. siempre que el programa admitiera su fragmentación en diferentes archivos. en consecuencia. También podrían utilizarse unidades ZIP (tres como mínimo). Como una vez fundido el fusible es imposible volver a reponerlo. — Para determinar la equivalencia entre la unidad ZIP o el disco óptico y los disquetes convencionales.55 disquetes La memoria del disco duro equivale a 3 556 disquetes. También podrían utilizarse unidades ZIP (seis como mínimo) o discos ópticos (tres como mínimo). el semiconductor (diodo o emisor del transistor bipolar) queda aislado y sin posibilidad de conducir. no se podría modificar posteriormente el fichero transportado.44 Mb Unidad ZIP: 100 Mb Disco óptico: 230 Mb CD-ROM: 600 Mb — Para determinar la equivalencia entre el disco duro y los disquetes convencionales dividimos los respectivos valores de memoria: 1 disco duro 1 024 Mb 1 disquete 5 Gb ————— ————— 1 Gb 1.44 disquetes 1 disco óptico 1 disquete 230 Mb ————— 1. Los disquetes quedan descartados por el eleva160 Mb do número que sería necesario ———— 1. La operación de grabado la efectúa el usuario por medio de un dispositivo denominado grabador de memoria. a 160.— Se introduce por la línea un impulso eléctrico de suficiente intensidad como para que funda el fusible. — Para importar un programa de 160 Mb puede utilizarse un disco óptico (230 Mb) o un CD-ROM (600 Mb). cuando se proceda a su lectura. Por tanto.44 Mb 139) y porque probablemente el pro- 94 .44 Mb 112) y porque probablemente el programa no admitiría una fragmentación tan grande.44 Mb bién se descarta por la misma razón expresada en el apartado anterior.44 Mb) aunque también puede utilizarse una unidad ZIP o un disco óptico. Los disquetes quedan descartados por el elevado 200 Mb número que sería necesario ———— 1. También podrían utilizarse unidades ZIP (dos como mínimo).44 Mb 69.44 Mb que probablemente el programa no admitiría tan gran fragmentación.72 disquetes Una unidad ZIP puede sustituir a 70 disquetes convencionales y un disco óptico. Datos: Disco duro: 5 Gb Disquete: 1. ya que se trata de un soporte de memoria de sólo lectura y. Para transportar un archivo de 56 Mb puede utilizarse una unidad ZIP (100 Mb) o bien un disco óptico (230 Mb). De este modo. procederemos del mismo modo: 1 disquete 1 Unidad ZIP 100 Mb ————— 1. Los disquetes convencionales quedan descartados por el elevado número que sería nece56 Mb sario ———— 39 . Para transportar un programa informático de 600 Mb se necesita un CD-ROM (600 Mb). nos dará bit 0. siempre que el programa admitiera su fragmentación en diferentes archivos. como no permite el paso de corriente. — Para transportar un fichero de 800 kb basta utilizar un disquete convencional (1.44 Mb 159. — Para exportar un programa de 200 Mb puede utilizarse un disco óptico (230 Mb) o un CD-ROM (600 Mb). El CD-ROM tam1. Los disquetes quedan descartados por el elevado número que 600 Mb 417 y porsería necesario ———— 1.44 Mb 3 555. — La variable de referencia se fija externamente y nos indica cuál ha de ser la respuesta teórica que ha de alcanzar el proceso. Por tanto. Un sistema de control en lazo cerrado consta de varios elementos: los detectores. De acuerdo con el enunciado del problema. 377) 1. los accionadores y el proceso propiamente dicho. — La respuesta del sistema es la que realmente se produce. en el punto de partida la puerta puede estar abierta o cerrada. de modo que el sistema tiende a mantener una relación establecida inicialmente entre dos variables: la variable de referencia y la respuesta del sistema. — F es la función que queremos definir.grama no admitiría una fragmentación tan grande. los comparadores. por lo que también pueden suprimirse y queda CF. utilizamos un diagrama de Karnaugh: AC F 0 1 00 01 11 10 0 1 0 0 1 0 1 1 Se observa que pueden formarse dos agrupamientos de dos celdas: uno en la primera fila y otro entre el origen y el extremo de la segunda. y queda A F. — C es la variable que permite el cierre de la puerta. Comparador Accionador Proceso Detectores — La información que utiliza el sistema de control es recogida por un conjunto de ele- 95 . abierta. En un sistema de control en lazo cerrado existe una relación entre la respuesta del sistema y las variables de entrada. Control programado Actividades de aplicación (pág. La función simplificada resulta ser: F AF CF 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 15. Definimos las variables del sistema: — A es la variable que permite la apertura de la puerta. por lo que puede suprimirse. la variable que cambia es la A. — El grupo de la segunda fila representa los términos A CF y A CF En este caso. Así pues: Qt 1 A CF AC F A CF AC F Para simplificar la función obtenida. la tabla de verdad será: A (apertura) C (cierre) F (estado anterior) F (resultado) Escribimos la ecuación lógica de la función como suma de los términos canónicos para los cuales la función adopta valor 1. — F representa el estado anterior de la puerta: 0 significa cerrada y 1. — El grupo de la primera fila representa los términos AC F y A C F Se observa que la variable que cambia es la C. 12. El producto de ambas cifras indica el número de bits de memoria disponibles en la PROM. La primera cifra designa el número de palabras (unidades de memoria formadas por un conjunto determinado de bits) que puede albergar la memoria. hidráulicos. el comparador es capaz de proporcionar información ya elaborada sobre el estado y evolución del sistema. ocupa mucho espacio. 4. que la preparan o la transforman adecuadamente y la remiten al comparador. analizaremos los cambios que se introducen en una FPLA. — El comparador se encarga de procesar la información recibida y de generar unas órdenes que se transmiten a la máquina o al proceso a través de accionadores o actuadores. — No se adapta a funciones de control complejas. las tecnologías programadas aprovechan las posibilidades de desarrollo que ofrecen los circuitos digitales. Sus inconvenientes son: — Se trata de una opción rígida. — Los accionadores transforman las órdenes recibidas en magnitudes o cambios físicos en el sistema mediante una aportación de potencia. — Por otra parte. Esta información que se recoge es el resultado de una serie de cambios físicos que tienen lugar como consecuencia de la función para la que se diseñó la máquina o el proceso. — Su velocidad elevada. y la segunda. ya que no se precisa ninguna herramienta específica para éste. 2. una matriz de memoria y un amplificador de salida. Frente a ellas. lo que significa que cualquier modificación en los planteamientos del problema comportará la necesidad de un nuevo diseño de circuito. Para comprender las analogías y las diferencias entre los dos dispositivos. La forma en que se establecen dichas uniones se determina a través de la experiencia o por un planteamiento teórico en el que se emplean las ecuaciones lógicas. a partir de ella. — La identificación y la resolución de averías pueden resultar difíciles. un decodificador. La tecnología cableada ha sido y sigue siendo extensamente empleada en la industria. A0 A1 A2 101 110 O0 O1 O2 An 100 Om Decodificador Amplificador Matriz de memoria Amplificador de salida 96 . — Se trata de tecnología de programación rígida. Están constituidas por un amplificador de entrada. el número de bits de cada palabra. 16 3 4 K. eléctricos o electrónicos. sobre todo las aplicaciones hidráulicas y neumáticas. — El bajo coste de fabricación. muy abundantes en la actualidad. Las principales ventajas de los circuitos integrados son: — La sencillez de diseño. lo que incrementa la posibilidad de error. describiremos primero la memoria PROM y. resulta poco flexible a la hora de efectuar modificaciones o ampliaciones. intervenir en el desarrollo del control mediante la modificación de los parámetros de control o tomar el mando total pasando el sistema a control manual. etc. Las tecnologías cableadas se denominan así porque los elementos que constituyen el sistema de control están relacionados entre sí por medio de uniones físicas.mentos denominados detectores. que aumenta conforme lo hace la complejidad del proceso de control. 3. Los circuitos o esquemas son aplicables a dispositivos neumáticos. Las memorias PROM (Programmable Read Only Memory o memoria programable de sólo lectura) se designan con algoritmos tales como 4 3 1 K. es decir. pero presenta ciertos inconvenientes: — En general. — El tamaño del circuito. — Por el contrario. Como en este dispositivo se cumple la ecuaN. adaptar los niveles de funcionamiento de la memoria al exterior. que es la que se va a utilizar para efectuar la programación. donde n es el número de entración 2n das y N. cuando la entrada correspondiente tenga el fusible fundido. Así. El amplificador de entrada. ya que basta seleccionar una línea y una columna para acceder a una posición. por otra. donde se almacenan y se escriben los datos que nos interesan. En realidad. una vez fundido el fusible es imposible volver a reponerlo. no existirá en la salida de la puerta AND. el de salidas. Cada punto que se representa en la matriz programable corresponde a la unión de una fila con una columna.El decodificador de direcciones nos permite acceder a cualquier posición de memoria. a una tensión en corriente continua. cuando está fundido. impide el paso de la corriente (ofrece resistencia) y la célula registra un bit 0. — Las columnas están conectadas. el número de posiciones de memoria a las que podemos acceder dependerá de las características del decodificador. — Se selecciona el punto que se desea programar. pero con una diferencia fundamental en la estructura de entrada: el decodificador viene sustituido por una matriz programable. Matriz de memoria A0 A1 A2 101 110 100 Matriz programable Amplificador de salida O0 O1 O2 Om La matriz programable dispone de entradas y salidas para cada fila y cada columna. Por tanto. Cada célula de memoria está formada por un diodo semiconductor (o el emisor de un transistor bipolar) en serie con un fusible. a través de una resistencia. Las FPLA (Field Programmable Logic Array o matriz lógica programable por el usuario) se designan con un algoritmo similar al empleado para las PROM (por ejemplo. — Las filas corresponden a las salidas del amplificador de entrada. Por tanto. 5. Se comprende por qué se llaman de acceso aleatorio. ya que no se necesita un decodificador capaz de seleccionar todas las posiciones de memoria. permite el paso de la corriente (no ofrece resistencia) y la célula registra un bit 1. la matriz de memoria y el amplificador de salida son semejantes a los empleados en las memorias PROM. An Amplificador de entrada El amplificador de entrada dispone de dos salidas para cada una de las variables: una negada y otra sin negar. preparar la memoria para leer o para escribir y. la información quedará grabada para siempre en la FPLA. La matriz de memoria es propiamente la memoria. en una primera aproximación podemos decir que una FPLA es una PROM de pequeña capacidad. 6. sino de una propuesta semejante a la utilizada en las memorias PROM (semiconductor unido en serie con un fusible). el emisor del semiconductor queda aislado y sin posibilidad de conducir. 48 3 8 K). como ya hemos indicado. El mecanismo de programación de una FPLA es muy semejante al que se emplea en las memorias PROM. En este caso. De esta forma. por una parte. El amplificador de salida nos permite. mediante la línea y la columna correspondientes. en lo que se refiere a la selección de la posición objeto de grabación. el semiconductor es un transistor multiemisor. Cada una de estas salidas corresponde con una entrada del decodificador. no se trata de dos conductores que se tocan. — Se introduce por la línea un impulso eléctrico de intensidad lo suficientemente alta como para que funda el fusible. — Si el fusible no está fundido. La estructura básica de un ordenador propuesta por Von Neumann incorpora varios ele- 97 . Como ocurre en las memorias PROM. • Bus de control. En él se llevan a cabo todas las operaciones del microprocesador que emplean dos operandos. que sirve para gobernar el sistema de temporización y control a través del decodificador de instrucciones. que aparecieron a comienzos de la década de los setenta. lleva los datos a los distintos bloques del microprocesador y a la memoria externa. • Registro de direcciones de memoria. • Bus de datos. Denominada abreviadamente ALU. desarrollados en la década de los ochenta. • La unidad de control es la encargada de regular el funcionamiento del sistema. desarrolla las operaciones aritméticas y lógicas. Diagrama lógico de un microprocesador: Unidad aritmético-lógica Bus de direcciones Contador Registro acumulador Registro de direcciones Bus de datos Decodificador registro de instrucciones Bus de control Reloj Control RD WR El punto central de la estructura es el bus externo. • La unidad de memoria que alberga el programa que se ha de ejecutar y los datos que se almacenan. Memoria • Registro acumulador. bus de datos y bus de control. la unidad de memoria y la unidad E/S. Los microprocesadores y los microcomputadores integran algunos de estos elementos: • Los microprocesadores. 98 . integran la totalidad de los componentes del sistema. se encarga de controlar la información que pasa en cada momento por los buses AB y DB. • Los microcomputadores. Designado como AB (Adress Bus). • Bus de direcciones. es el encargado de direccionar la posición de memoria a la que se quiere acceder.mentos: la CPU. • Unidad aritmético-lógica. que son los encargados de llevar las señales a cada uno de los bloques. Es el encargado de establecer la frecuencia de trabajo y controlar todo el sistema. 7. Conocido como buffer. Todos estos bloques están unidos mediante los buses. direcciones y señales de control. la CPU y la unidad de control. por el que circulan datos. Designado como DB (Data Bus). guarda los registros generales de direcciones y es el encargado de comunicarse con la memoria. • Temporización y control. incorporaban. la unidad de control. Estos buses son de tres tipos: bus de direcciones. E/S CPU Control Microcomputador Microprocesador • La CPU o unidad central de procesamiento constituye el corazón del ordenador. • La unidad E/S permite la entrada y la salida de información. Está asociado a la unidad aritmético-lógica y sirve para guardar temporalmente uno de los operandos en las instrucciones de procesamiento que emplean dos de ellos. • Registro de instrucciones. • Registro temporal. En él se guarda el código de operación de la instrucción. en un sólo circuito integrado. Designado como CB (Control Bus). Los sistemas informáticos se aplicaban en los procesos industriales donde la cantidad de información hacía extremadamente complicado el empleo de equipos cableados. 10. un aumento de volumen y coste. los microcontroladores de 8 bits pueden ser aplicados a la mayoría de procesos de control y su volumen y su coste se han ido reduciendo progresivamente.8. en el sentido de aumentar la capacidad de lectura a 32 ó 64 bits. Para llevar a cabo su función. la memoria de datos y los puertos de entrada/salida. El principal inconveniente es la necesidad de convertirlo en un lenguaje código que pueda entender el microcontrolador. Un programa es una secuencia de instrucciones que se incorporan a la memoria del microprocesador o el microcontrolador. estos equipos informáticos. habitualmente utilizado en la programación de los microprocesadores. Ejemplo de estos lenguajes son el Cobol. • La memoria de datos es una memoria RAM y recoge los datos y las informaciones necesarias para el desarrollo del programa. Un ejemplo es el lenguaje ensamblador. la memoria de datos es una memoria RAM (memoria de lectura y escritura) porque el intercambio de datos e informaciones es constante y se requiere una memoria cuyo contenido pueda ser modificado a lo largo del tiempo. Los lenguajes de programación permiten introducir en el micro las instrucciones de forma 99 . el código que se genera puede llegar a exceder la memoria del micro. el Basic. ya que las órdenes están normalizadas y utilizan palabras y abreviaturas inglesas. el control informatizado puede extenderse a gran cantidad de procesos sin que ello suponga un incremento significativo del coste. Buffer Puerto Reloj Control RD WR Comparándolo con el de un microprocesador. Existen lenguajes de bajo nivel y lenguajes de alto nivel. se ha de realizar una compilación. RAM Unidad aritmético-lógica Registro acumulador Registro Latch Decodificador. 12. presentaban algunos inconvenientes para su empleo generalizado en el control industrial: Bus de datos Memoria programa Contador programa Memoria datos Registro direcc. se observa que se han añadido la memoria de programa. — La memoria de programa es una memoria ROM (memoria de sólo lectura) ya que la información relativa al programa. Su principal inconveniente es que cada fabricante tiene su propio lenguaje. • Los puertos de entrada/salida permiten el intercambio de información con el resto del sistema y con los periféricos. usados en la programación de microcontroladores. 11. 9. no debe poder modificarse. si el programa es muy complejo. — Los lenguajes de alto nivel intentan aproximarse más al lenguaje hablado y son más sencillos de confeccionar. en consecuencia. — En cambio. Diagrama lógico de un microcontrolador: más o menos sencilla. lo que dificulta su manejo. En cambio. En consecuencia. una vez introducida. Sin embargo. el Logo y el Pascal. o lo que es lo mismo. si bien paliaban los inconvenientes de las técnicas cableadas. los microprocesadores necesitan dos memorias: una para albergar el programa y la otra para almacenar datos. • La memoria de programa es una memoria EPROM y alberga el programa que se ha de ejecutar. registro instrucc. La evolución de los microcontroladores. De este modo. Éstos van leyendo las instrucciones y las van ejecutando de forma secuencial. supone un incremento de la complejidad de éstos y. — Los lenguajes de bajo nivel son parecidos al lenguaje máquina y resultan muy difíciles de confeccionar. La ventaja de estos lenguajes radica en que la forma de programar siempre es la misma. independientemente de quién sea el fabricante del micro. comunicación con el ordenador. En el curso de este acceso. Nos referimos a los denominados periféricos. los autómatas incorporan microprocesadores. líneas de montaje. el procesador inicia un acceso secuencial a cada una de ellas. Diagrama de bloques de un autómata programable: Actuadores CPU Memoria Unidades de E/S Proceso Detectores que.. las impresoras. mientras que los Adaptadores para periféricos Equipo de programación Visualizadores Impresoras La diferencia entre un microcontrolador y un autómata programable radica en que este último incorpora una serie de componentes 100 . 13. en función de las variables de éste. es decir. posibilidad de almacenar grandes cantidades de datos. • A finales de la década de los setenta. • La memoria de programa almacena las instrucciones que nos interesa que ejecute el autómata. se obtienen los resultados del programa y van siendo almacenados en la memoria de E/S. pero a una gran velocidad (unos pocos microsegundos). 15.. — Requerían especialistas en informática para la programación. interpreta una única instrucción cada vez. posibilidad de utilizar en la programación lenguajes alternativos.. 14.. Se comprende la necesidad de que todo el programa se encuentre en la memoria ya que. entre los que cabe destacar los equipos de programación. operaciones aritméticas. Una vez finalizada la lectura de la memoria del programa.. En estas condiciones. lo que permite aumentar sus prestaciones: manejo de datos. — El mantenimiento y el coste del equipo eran muy elevados. Este proceso se repite de forma indefinida mientras el autómata programable esté en funcionamiento. los microcontroladores y los autómatas programables radica en que éstos se pueden adaptar a cualquier tipo de proceso. reducción de dimensiones.— Estaban poco adaptados a las condiciones del medio industrial.. Una vez que todas las instrucciones se encuentran en la memoria de programa. Los autómatas programables disponen de un procesador binario que es capaz de interpretar una serie de códigos o instrucciones —que especifican las acciones que se han de desarrollar en el sistema—. Para comprender mejor las ventajas de estos nuevos dispositivos. aunque no forman parte del núcleo del equipo. importante disminución de precios. entradas/salidas analógicas y numéricas. basta observar su evolución: • Los primeros equipos aparecen en 1968 y están pensados para sustituir conjuntos de relés que controlan máquinas o procesos secuenciales: cadenas de transporte. La diferencia fundamental entre un controlador industrial y los microprocesadores.. son necesarios para su aplicación. • La memoria de E/S almacena las instrucciones procedentes de los estados de entrada. El procesador trabaja de forma secuencial. • A principios de la década de los setenta. de no ser así. el autómata programable aparece como una alternativa a la aplicación de los equipos informáticos. el procesador no podría acceder a él en su totalidad y no se podría ejecutar de forma correcta. Para ello. aparece una mejora de prestaciones: aumento de la memoria.. los visualizadores... • En la década de los ochenta se mejoran todavía más algunas prestaciones: velocidad de respuesta. el procesador transfiere a la salida los resultados obtenidos y almacena los estados de las entradas. el autómata dispone de dos partes de memoria: la memoria de programa y la memoria de E/S. se confirma mediante la tecla de función. muestra en el display el valor estándar por defecto. fijar el valor de referencia o modificar los valores de alarma. una vez visualizado. indicadores de alarma. Display del valor de referencia: señala el valor de la temperatura de referencia establecida. a través de la tecla de función. PV SV MANU OUT 17. El proceso de programación de un controlador industrial es el siguiente: — Se conecta el controlador de modo que se encuentre inicialmente en modo de salida automático. 101 . correspondientes a los valores de las constantes proporcional. Una vez finalizada la programación con los valores deseados. que se definen en cada caso. Para modificar los valores que el controlador ha calculado automáticamente. integral y derivativa. — A continuación. indicador de salida. tecla de desplazamiento. Teclas de desplazamiento: permiten modificar la referencia. los valores de alarma o cualquier otro parámetro que previamente se haya seleccionado con la tecla de función. — Aparecen sucesivamente en el visualizador de proceso los símbolos P. Indicador de ajuste automático: permanece intermitente con una frecuencia de 1 s mientras se ejecuta el cálculo automático de las constantes. I y D. tecla A/M. el controlador está en condiciones de conectarse al proceso. se introduce el valor de referencia que nos interesa en el display de referencia por medio de las teclas de desplazamiento. Tecla A/M: permite cambiar el modo de salida manual a modo automático y viceversa. Se procede del mismo modo que en el paso anterior: se introduce el valor por medio de las teclas de desplazamiento y. al finalizar. tecla de función. El controlador calcula automáticamente las constantes y. — El visualizador muestra el símbolo AL y nos demanda los valores de alarma. SHIFT AT ALM1 ALM2 AT OUTPUT AL . se procede del mismo modo: introducción del valor mediante las teclas de desplazamiento. Si el controlador dispone de salida analógica y se está utilizando.controladores industriales tienen ámbitos de actuación específicos. Indicador de salida: se enciende cuando la salida de control está activada. Controlador industrial de temperatura: Indicadores de alarma: se activan cuando la temperatura alcanza unos valores de alarma previamente establecidos. el valor se confirma mediante la tecla de función.5SP . 16. respectivamente. visualización en el display y confirmación. El modo manual permite activar manualmente las salidas. display del valor de referencia y display del valor actual. Display del valor actual: muestra la temperatura del proceso que se está controlando y los mensajes de error. Una vez visualizado.1 Ala rm 1 En . D Time (s) Shift Cn .t D Tim CP Count pu e (s) t in (s) HY5 Hysteres is (1/2) HY5A Alarm Hysteresis (1/2) Sus elementos fundamentales son: indicador de ajuste automático.5 Input Shift P P Send (P4 ) L I Time (s) dP D Time (s) A/M INPUT C Scoling low SP . se apaga. Tecla de función: se utiliza para cambiar el parámetro seleccionado. Proceso Control del brillo y la luminosidad de la pantalla de un televisor. Gran flexibilidad. La lógica fuzzy fue diseñada para permitir a los ordenadores trabajar no sólo con variables cuantitativas. la inyección electrónica de combustible al motor. sino también con cualitativas.. Éstas procesan la información y envían la respuesta a las neuronas de salida (por ejemplo. tales como poco oscuro o muy oscuro. que son las encargadas de ejecutar la orden dada por el cerebro. Las secadoras convencionales disponen de un programador. la diferencia entre uno y otro sistema es enorme ya que el sistema nervioso de los animales superiores tiene billones de neuronas y una red neuronal artificial puede llegar a tener sólo varios miles de unidades. Pequeño tamaño. • En el ámbito doméstico. En ocasiones. lo que permite adaptarlo a diferentes tipos y tamaños de botellas. Control específico. 20. temperatura del aire Ventajas Inconvenientes Proceso Control del llenado y cierre de las botellas de una planta embotelladora. La lógica digital. es muy interesante en procesos que requieran conceptos típicos del razonamiento humano. velocidad de giro. los cuales procesan la información por la respuesta en estado dinámico de entradas externas. observaremos lo siguiente: • El sistema nervioso de los animales está compuesto por una serie de neuronas de entrada (las que se encuentran en los órganos de los sentidos: retina del ojo. que se conectan a las neuronas calculadoras (situadas en la 102 . papilas gustativas. blanco) ó bit 0 (por ejemplo. Si la comparamos con el funcionamiento del sistema nervioso de los animales. El campo de aplicación de la lógica fuzzy es bastante amplio y. Necesidad de herramientas informáticas para programarlo.. caracol del oído. Por ello. Baja velocidad. sobre todo. que es la que se emplea en los ordenadores convencionales. velocidad elevada. que. tipo de ropa (normal/delicada). Circuito integrado. eléctrico o electrónico. Compacto y resistente. Autómata programable. Controlador industrial. negro). al control del aire acondicionado. se conectan con las neuronas de salida (actuadores). mediante el cual se selecciona un programa de secado que lleva a cabo un control sobre determinadas variables. • De modo semejante actúa una red neuronal artificial: la información procedente de las neuronas de entrada (sensores) es transmitida a las neuronas calculadoras (control). pituitaria de la nariz. con una gran interconexión. Con todo. Entre los campos de aplicación pueden citarse el industrial y el doméstico. la lógica fuzzy se aplica a la programación de una lavadora. sencillez de diseño. Una red neuronal es un sistema de computación formado por un gran número de procesadores simples. 19. coste elevado. bajo coste. Veamos el caso de una secadora industrial. a su vez. ya que éstos son términos típicos del razonamiento humano. por ejemplo. • En el ámbito industrial la lógica fuzzy permite controlar. Sistema de control Ventajas Inconvenientes Proceso Sistema de control Ventajas Inconvenientes Control de la temperatura de un proceso. corpúsculos táctiles). tiene algunos problemas para manejar datos con matices. Posibilidad de error. tales como carga (plena carga/media carga). Sistema de control corteza cerebral). las situadas en los músculos).18. de modo que sólo admite informaciones de tipo bit 1 (por ejemplo. trabaja en lenguaje binario. o número de ciclos de secado. Cada programa funciona con una serie de parámetros preestablecidos que actúan una vez seleccionado el programa, independientemente del contenido de la secadora. Una secadora provista de lógica fuzzy sería capaz, por ejemplo, de adecuar el régimen de secado a las características de la ropa, seleccionar la temperatura en función de los tejidos o calcular el tiempo de secado a partir del grado de humedad de la ropa introducida. 21. El control basado en modelos se lleva a cabo a través de tres grandes fases: la modelización del proceso, su expresión en forma matemática y la selección del controlador más adecuado. • La modelización del proceso supone analizar éste y encontrar un modelo matemático que se ajuste al comportamiento de las variables que lo determinan, en función del tiempo. • La expresión en forma matemática del proceso significa encontrar una serie de ecuaciones (estáticas o dinámicas), que permitan formular el proceso en términos de algoritmos matemáticos. • Finalmente, la selección del controlador más adecuado supone discriminar cuál es el tipo de controlador estándar que mejor se ajusta a las características del proceso. 22. La domótica es la disciplina que se ocupa del control inteligente de edificios destinados a oficinas y otros servicios, y a viviendas habituales. 23. (La respuesta es abierta y dependerá de las características de las viviendas de cada alumno/a. No obstante, se ofrece un modelo.) • Detección de fugas de gas: un sistema de sensores, instalado en la cocina y en las inmediaciones del contador del gas y del calentador, podría detectar la presencia de gas. La señal, una vez procesada, sería enviada a un actuador que cerraría inmediatamente la llave general del gas y cortaría el suministro de éste a la vivienda. Posteriormente, cuando los sensores detectaran ausencia de gas, la señal podría invertir el pro- ceso y hace que el actuador volviera a abrir la llave general, restableciendo así el suministro. • Detección de incendios: otro sistema de sensores, distribuidos por toda la casa, podría detectar el aumento de temperatura provocado por el fuego. La señal de alarma, una vez procesada podría activar sprinklers situados en el techo de la vivienda o bien seleccionar el número de teléfono de los bomberos y emitir un mensaje de socorro pregrabado. • Detección de intrusos: otro sistema de sensores, instalado en puertas y ventanas, podría detectar la presencia de personas. La señal, como en el caso anterior, podría seleccionar el número de la policía, estar conectada a una central de alarmas, o bien activar una sirena y una luz en la fachada de la vivienda. Con el fin de evitar que los propios usuarios de la vivienda activaran el dispositivo, éste debería contar con un sistema de conexión y desconexión que pudiera ser activado manualmente y provisto de un código secreto, sólo conocido por los que viven en la casa. • Simulación de presencia: un programa conectado a la red eléctrica podría encender y apagar las luces de la casa, a partir de una determinada hora y siguiendo un ritmo aleatorio (para evitar ciclos repetitivos que pudieran ser observados desde el exterior) y, eventualmente, conectar y desconectar el televisor o la cadena musical. • Conexión/desconexión de aparatos: un sensor situado junto al televisor puede desconectar éste cuando, transcurrido un tiempo de demora, se aprecie la inexistencia de personas en la habitación. • Regulación de la temperatura: un controlador de temperatura puede activar o desactivar la bomba de calor cuando se detecte diferencia entre la temperatura preseleccionada y la temperatura ambiente. Paralelamente, el sistema podría seleccionar automáticamente el modo (calefacción o aire acondicionado), según la temperatura se situara por debajo o por encima de la temperatura preseleccionada. También podría distinguir entre el día y la noche. 103 • Conexión/desconexión de alumbrado: una serie de sensores instalados en las habitaciones podría enviar una señal que desconectara el alumbrado (en caso de estar activado) cuando, transcurrido un tiempo de demora, no se detectara presencia de personas en la habitación. El mismo sistema se encargaría de activar el alumbrado de forma inmediata, a partir de una determinada hora, al detectar la presencia de personas. • Accionamiento automático de persianas y toldos: un sistema de sensores, instalado junto a cada ventana, se encargaría de emitir una señal que activaría el motor de accionamiento de persianas y toldos cuando el nivel lumínico se situara dentro de unos parámetros preestablecidos. El sistema también podría desactivarse por la noche para evitar movimientos inesperados por efecto de iluminaciones fortuitas de los sensores. • Conexiones telefónicas: el sistema de telefonía podría estar provisto de un programa capaz de seleccionar el operador telefónico que ofrezca la oferta más barata, en función de la hora del día y del tipo de llamada que se realiza. Todo el dispositivo debería estar gobernado por un ordenador, que estaría provisto de todos los programas y órdenes necesarios para activar los actuadores encargados de llevar a cabo cada una de las funciones. La comunicación entre el ordenador, los sensores y los actuadores podría efectuarse a través de la red eléctrica a una frecuencia que no pudiera ser interferida por la corriente eléctrica. 104 MODELOS DE PRUEBAS FINALES En las páginas siguientes se ofrecen ocho modelos de pruebas finales. Con ellos pretendemos dar al profesor/a un material útil para repasar la materia de Tecnología y preparar a los alumnos y alumnas para las pruebas de acceso a la universidad. Al final de estos ocho modelos ofrecemos la solución detallada de todos ellos. Para favorecer la autoevaluación, el profesor/a puede fotocopiar las páginas correspondientes del solucionario y proporcionarlas a los alumnos y alumnas. 105 Modelos de pruebas finales e índice de contenidos Elementos y principios de máquinas Sistemas automáticos Neumática y oleohidráulica Control y programación de sistemas automáticos Modelo de prueba final Materiales y fuentes de energía Cuestión 1 Máquinas frigoríficas Identificación de un sistema de control en lazo cerrado Cuestión 3 Estructura de un sistema automático Cuestión 3 Pulsador con lámpara LED Cuestión 4 Cálculo de parámetros de un cilindro neumático Cuestión 4 Diseño y descripción de un circuito neumático Cuestión 4 Descripción de un circuito neumático Cuestión 4 Diseño y descripción de un circuito neumático Cuestión 4 Identificación de un sistema de control en lazo cerrado Cuestión 3 Función de transferencia de un sistema automático Comparación de circuitos neumáticos y oleohidráulicos Cuestión 4 Cálculo de parámetros de un circuito oleohidráulico Válvulas reguladoras de caudal Cuestión 4 Descripción de un circuito neumático Cuestión 2 Cuestión 3 Cuestión 4 Cuestión 5 Decodificador BCD/7 segmentos 1 Ensayos de dureza y cálculo de parámetros Cuestión 1 Cálculo de parámetros de un circuito eléctrico de c.c.c. Cuestión 2 Estructura y funcionamiento de la fresadora Cuestión 2 Cálculo de parámetros de un motor térmico Cuestión 2 Análisis de las curvas de un motor eléctrico de c. Cuestión 2 Cálculo de parámetros de una fresadora Cuestión 2 Análisis de una cuba de fundición Cuestión 3 Detectores de proximidad inductivos Cuestión 3 Cuestión 3 Diseño de un sistema automático de control Reguladores y control todo/nada Cuestión 3 Cuestión 2 Cuestión 5 Estructura y programación de una FPLA Cuestión 5 Funciones lógicas y tablas de verdad Cuestión 5 Interpretación de logigramas Cuestión 5 Función lógica de un circuito combinacional Cuestión 5 Diseño y función lógica de un circuito de control Cuestión 5 Función lógica de un circuito combinacional 2 Centrales térmicas y sus efectos medioambientales Cuestión 1 3 Procesos de fabricación y afino del acero Cuestión 1 4 Tratamiento de los RSU y reciclaje de materiales Cuestión 1 5 Cálculo de parámetros de un ensayo de tracción Cuestión 1 6 Corrosión de materiales y métodos de protección Cuestión 1 7 Ensayos de tracción y cálculo de parámetros Cuestión 1 Cuestión 2 Ciclo termodinámico de una máquina frigorífica Cuestión 5 Diseño y funciones lógicas de un circuito de control 8 Combustibles tradicionales y sus efectos medioambientales 107 . Cuestión 2 En el dibujo se representa el esquema de funcionamiento de un frigorífico convencional.MODELO Cuestión 1 1 a) Explique en qué consiste el método Vickers para la determinación de la dureza de un material (1 punto). d) Describa brevemente el funcionamiento del sistema (0. a) Justifique si se trata de un sistema de control en lazo abierto o en lazo cerrado. En caso de que sea cerrado. Para ello disponemos de una estufa eléctrica de 2 000 W de potencia provista de termostato. b) Represente el sistema mediante un diagrama de bloques (0. c) Identifique cada uno de los elementos representados en el diagrama (0.5 puntos).5 puntos).5 puntos). indique si la realimentación es positiva o negativa (0. c) Indique algún tipo de sistema de control de la temperatura del interior del frigorífico y explique su funcionamiento (0. b) Compare el principio de funcionamiento de una máquina frigorífica con el de un motor térmico e indique las analogías y las diferencias que existen entre ellos (1 punto). Cuestión 3 En la sala de estar de una vivienda queremos conseguir y mantener una temperatura de 20 °C. conteste las preguntas siguientes: Expansor Condensador Q1 Filtro W Compresor Q2 Evaporador a) Describa brevemente la estructura y el funcionamiento de este frigorífico (1 punto).5 puntos). 109 .5 puntos). b) Determine la longitud de las diagonales de la huella que dejará el penetrador sobre un material de dureza 630 HV 50 (0.5 puntos). A partir de este esquema. C V6 V8 V4 V3 D V5 V2 V1 a) Indique los elementos que lo componen y la función que desempeñan en el conjunto (1 punto). 110 . a f g e d c b A a b B c d C e f D g a) Explique brevemente su funcionamiento (1 punto). Cuestión 5 La figura siguiente representa el diagrama de bloques de un decodificador BCD/7 segmentos. b) Confeccione la tabla de verdad e indique los segmentos que se iluminarán en cada caso (1 punto). b) Señale alguna aplicación práctica de este automatismo (1 punto).Cuestión 4 La figura siguiente representa un circuito neumático. MODELO Cuestión 1 2 En el dibujo se representa el esquema de funcionamiento de una central térmica convencional.2 mm2 de sección nominal necesario para obtener la resistencia mm2 equivalente del circuito cobre 0. Cuestión 2 A un circuito eléctrico alimentado por una batería de 25 V se conectan tres resistencias: la resistencia A. m c) La intensidad de corriente que circula por cada una de las resistencias (0. y el conjunto formado por las dos se conecta en serie con la resistencia C.017 ———— (0. c) Explique en qué consiste la lluvia ácida y el efecto invernadero.5 puntos). Cuestión 3 a) Enumere los elementos componentes de un sistema de control y la función de cada uno (1 punto). de 60 está conectada en paralelo con la resistencia B. al menos. cuatro aplicaciones industriales o domésticas de los combustibles fósiles (0.5 puntos). b) La longitud de hilo de cobre de 0. A partir de este esquema. 111 . Represente el esquema del circuito y calcule: a) La resistencia equivalente del conjunto (0. b) Confeccione un diagrama de bloques en el que aparezcan todos ellos (0.5 puntos).5 puntos). b) Indique. y qué relación tienen estos fenómenos con las emisiones de las centrales térmicas (1 punto). de 26 .5 puntos). de 40 .5 puntos). conteste las preguntas siguientes: Aprovechamiento térmico del combustible Recalentador secundario Recalentador primario Chimenea Turbina de alta presión Caldera Aire Economizador Ciclo del vapor Turbina de media presión Condensador Red de salida Tubo alternador Conducto de humos Excitatriz Generación de energía eléctrica Red de alta tensión Transformador Turbina de baja presión Hogar Alimentador Bomba de extracción Precalentadores Bomba de alimentación Bomba de circulación Circuito de refrigeración a) Describa brevemente el ciclo del vapor y la función de los dispositivos por los que pasa (1 punto).5 puntos). d) La densidad de corriente en cada caso (0. e) La cantidad de calor disipada en cada resistencia a lo largo de 1 hora (0. 112 . c) Confeccione el esquema de un circuito formado por un cilindro de doble efecto y una válvula distribuidora de modo que puede regularse la velocidad de accionamiento en ambos sentidos (0.5 puntos). b) Justifique si. b) Describa el mecanismo de programación de la matriz (0. conviene actuar sobre el aire de entrada o el de salida (0.Cuestión 4 a) Explique la estructura y la función de las válvulas reguladoras de caudal (1 punto). Vcc Matriz de memoria A0 A0 A1 A2 Amplificador de entrada A0 1 1 0 1 1 0 An An An 1 0 0 Matriz programable Amplificador de salida O0 O1 O2 Om a) Explique brevemente la función de cada uno de los elementos que aparecen en ella (1 punto). Cuestión 5 La figura siguiente representa el diagrama de bloques de una FPLA (Field Programmable Logic Array). para regular la velocidad de accionamiento de un cilindro neumático.5 puntos).5 puntos). MODELO Cuestión 1 3 En el dibujo se representa el esquema de funcionamiento de un horno Siemens–Martin. Teniéndolo en cuenta. e indique las ventajas y los inconvenientes de cada uno de ellos (1 punto).5 puntos). 113 .5 puntos). b) Describa la cadena cinemática de una fresadora (1 punto). Cuestión 2 a) Enumere los elementos más importantes de una fresadora y la función que desempeñan (1 punto). a grandes rasgos. la historia de esta máquina herramienta (0. b) Explique el ciclo térmico del combustible que tiene lugar en él (0. c) Explique. c) Indique otros procesos de fabricación y afino de aceros. conteste las preguntas siguientes: Gases de la combustión Baño fundido Cargadoras Dispositivo de carga Quemador Aire caliente Cámara de ladrillos refractarios Recipiente de colada Salida de gases a) Describa brevemente la estructura y el funcionamiento de este horno (1 punto). y el rendimiento. medido en L/min y en condiciones normales.5 V. LED L+ NC NA L– a) Represente el circuito eléctrico equivalente (0. sabiendo que el diámetro del émbolo es de 60 mm. 10 bar.5 puntos). el del vástago.Cuestión 3 El siguiente esquema representa la configuración de contactos de un pulsador provisto de lámpara LED.5 puntos).5 puntos). describa brevemente el funcionamiento del dispositivo (0.5 puntos). la presión de trabajo. b) A partir del esquema anterior. 85 % (1 punto). Cuestión 4 a) Calcule la fuerza efectiva de avance y retroceso del vástago de un cilindro de doble efecto. 20 mm. b) Calcule el consumo de aire del cilindro anterior. Cuestión 5 Un automatismo digital presenta la siguiente tabla de verdad: A B C D 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 a) Escriba la expresión simbólica de la función y simplifíquela utilizando diagramas de Karnaugh (1 punto). 114 . suponiendo que la carrera del vástago es de 100 mm y que efectúa 25 ciclos/min (1 punto). c) Calcule el valor de la resistencia de protección si la tensión de alimentación del pulsador es 30 V y el LED funciona con un voltaje máximo de 1. y su intensidad de funcionamiento es de 25 mA (0. b) Dibuje el logigrama correspondiente (0. c) La relación carrera-diámetro (0. 115 . b) Explique cómo variará la respuesta del sistema si sustituimos el termostato por un controlador industrial de temperatura que dispone de un regulador PID (0. calcule: a) La cilindrada unitaria (0.5 puntos). Elija uno y explique el proceso que se sigue para reciclarlo.5 puntos).5 puntos). c) Justifique las ventajas y los inconvenientes de un sistema de control provisto de regulador PID frente a un control todo/nada (0. así como las ventajas que supone la utilización de materiales reciclados frente a los productos procedentes de materias primas (1 punto).5 puntos). b) Indique otras formas de tratamiento de los residuos sólidos urbanos (1 punto). b) La cilindrada total (0. d) La relación de compresión (0.5 puntos). Justifique si se trata de un motor de gasolina o de un motor Diesel. Cuestión 2 Un automóvil dispone de un motor de cuatro cilindros de 85 mm de diámetro.5 puntos). La carrera del émbolo de cada cilindro es de 90 mm y el volumen de la cámara de combustión. de 51 cc. Cuestión 3 Un horno doméstico está provisto de una resistencia de 2 500 W de potencia y de un termostato. A partir de estos datos. c) Enumere materiales que puedan ser reciclables. conteste las preguntas siguientes: a) Describa su funcionamiento e indique qué características han de tener los residuos que se incineren para que la instalación sea aprovechable (1 punto). a) Represente gráficamente la evolución de la temperatura del sistema y la función del termostato (0.5 puntos).MODELO Cuestión 1 4 En el dibujo se representa el esquema de funcionamiento de una incineradora con dispositivo de recuperación térmica. A partir de este esquema. 116 . conectado a la válvula de cierre. conectada a la válvula de apertura. a) Describa brevemente el funcionamiento del sistema (0. • La apertura de la puerta se inicia desde una válvula 3/2 NC con mando por pulsador y retorno neumático.5 puntos): La puerta de un autobús se acciona mediante un cilindro de doble efecto cuyo gobierno se efectúa por medio de una válvula 5/2 con mando y retorno neumáticos.Cuestión 4 Diseñe un circuito neumático para la siguiente aplicación (0. b) Justifique la importancia de utilizar válvulas de retorno neumático para pilotar la apertura y el cierre. Cuestión 5 a) Confeccione la tabla de verdad del automatismo digital siguiente (1 punto): b) Simplifique la expresión de la función y compruebe que la nueva tabla de verdad coincide con la obtenida en el apartado anterior (1 punto).5 puntos). Explique qué ocurriría si se emplearan válvulas con retorno por resorte (0.5 puntos). • El cierre se inicia desde una válvula 3/2 NA con mando por pulsador y retorno neumático. Calcule: a) La tensión unitaria aplicada (0. b) Represente el sistema mediante un diagrama de bloques y explique su funcionamiento (0.5 puntos). a) Diseñe un sistema de control que regule el aporte y la extracción de agua por medio de las válvulas situadas en A y D. c) El módulo de Young (0.600 Curvas características de un motor shunt Pot Rto (kW) (%) 32 Potencia eléctrica 1. c) Indique posibles aplicaciones de estos motores en función de sus características (0. y dos salidas. A y B.MODELO Cuestión 1 5 Una barra metálica de sección cuadrada.5 puntos). 117 .400 1. b) Analice las curvas del motor e indique el valor de sus parámetros cuando funciona a plena carga y en vacío (0. Cuestión 2 En el siguiente gráfico se representan las curvas características de un motor eléctrico de tipo shunt.5 puntos). se somete a un ensayo de tracción y se produce un incremento de longitud de 0. la salida C permite la extracción constante de agua mediante una bomba de caudal conocido.5 puntos).2 mm.5 puntos).000 800 600 400 200 10 20 30 40 50 Rendimiento 24 20 16 12 100 80 60 40 20 Par motor 60 70 8 4 Intensidad (A) a) Describa las características anatómicas de este tipo de motores y realice su representación esquemática (1 punto). La entrada A tiene una válvula que permite regular el caudal de acceso.5 puntos). Analícelo y conteste las preguntas siguientes: Par (kgm) 80 70 60 50 40 30 20 10 rpm 1.200 28 rpm 1. b) La elongación unitaria (0. cuando se aplica una fuerza de 200 000 N. C y D. Indique cuántos sensores y de qué tipo deberían utilizarse (1 punto). de modo que el nivel del depósito se mantenga de forma permanente en torno a un valor dado. la entrada B aporta agua de forma permanente y con un caudal variable. y la salida D posee otra válvula que permite regular el caudal de extracción. que tiene 10 mm de lado y 100 mm de longitud. Cuestión 3 Un depósito de agua dispone de dos entradas. cuya señal binaria está formada por tres bits. x 1 y x 0) por las que recibe el valor de una variable X. y dos salidas (z 1 y z 0) por las que se genera la señal binaria que corresponde a la parte entera de la división X/3. 118 .5 puntos). OR y NOT (0. a) Represente el diagrama de bloques del circuito combinacional (0. A a0 a1 m1 m2 a0 m3 a1 a) Identifique los elementos componentes (1 punto). d) Diseñe el logigrama del circuito utilizando exclusivamente puertas AND. Cuestión 5 Un circuito combinacional tiene tres entradas (x 2. c) Determine las funciones lógicas de cada una de las salidas y simplifíquelas utilizando diagramas de Karnaugh (1 punto).5 puntos). b) Describa brevemente el funcionamiento del circuito (1 punto). b) Confeccione la tabla de verdad del circuito (1 punto).Cuestión 4 El siguiente esquema representa un circuito neumático. z 2 48 dientes.5 puntos).5 kW. z 4 18 dientes. z 5 60 dientes. 119 . b) El par y la potencia resultantes en cada velocidad (1 punto). z 3 30 dientes. b) Describa brevemente algunos métodos de protección contra la corrosión por modificación química de la superficie (1 punto). z 6 36 dientes.MODELO Cuestión 1 6 a) Explique en qué consiste el fenómeno de la corrosión y describa los diferentes tipos de corrosión que pueden presentarse en los materiales (1 punto). El motor gira a 1 500 rpm y desarrolla una potencia de 2. Cuestión 2 El mecanismo de transmisión de una fresadora permite que ésta trabaje a dos velocidades. Calcule: a) La velocidad del eje portafresas en cada una de las dos velocidades (1 punto). c) La velocidad de corte de una fresa de 50 mm de diámetro cuando la máquina gira en primera velocidad (0. tal y como se indica en las figuras siguientes: 5 6 1 1 6 5 2 3 4 2 3 4 El número de dientes de cada rueda es: z 1 24 dientes. c) Explique cómo debe actuar el operario para que el cilindro complete la operación (0. C ) que controla el funcionamiento de la bomba (1 punto). en caso contrario. La bomba está controlada por tres variables. c) Represente la función por medio de un logigrama (0. independientemente de que se haya alcanzado o no el nivel mínimo y de que el operario haya o no pulsado el pulsador.5 puntos). Placa Salida Oscilador Rectificador Conmutador disparador Señal de entrada Bobina Tensión de alimentación Fuente de alimentación a) Indique la función de cada uno de los elementos representados (0.5 puntos). independientemente del nivel de agua en el depósito y de la hora (sea de día o de noche). • Durante la noche. Cuestión 5 Se desea realizar el circuito de control de una bomba que abastece un depósito de agua. B y C: • A vale 1 cuando el agua desciende por debajo del nivel mínimo y 0. Cuestión 4 Un cilindro de simple efecto debe separar los objetos defectuosos de una cinta transportadora y se gobierna por medio de una electroválvula con retorno por resorte. el cilindro actúa y saca el objeto de la cinta. A. a) Obtenga la tabla de verdad de la función lógica F (A. a) Dibuje los planos neumático y eléctrico de la instalación (0.Cuestión 3 El diagrama de bloques siguiente representa el circuito de un detector de proximidad inductivo. • Siempre que el nivel del agua se encuentre por debajo del nivel mínimo. tanto de día como de noche.5 puntos).5 puntos). b) Simplifique la función utilizando un diagrama de Karnaugh (1 punto).5 puntos). b) Describa brevemente el funcionamiento de cada uno de los elementos componentes (0. B.5 puntos). • B vale 1 durante la noche y 0 durante el día. 120 . b) Describa brevemente el funcionamiento de este tipo de detectores (0. aunque el operario no accione el pulsador. La bomba está en funcionamiento en cualquiera de los siguientes supuestos: • Siempre que el operario accione el pulsador. • C vale 1 si un operario acciona el pulsador manual de puesta en marcha y 0 si no lo acciona.5 puntos). c) Indique qué materiales pueden ser detectados y justifique la respuesta (0. Cuando se acciona el pulsador. b) Se ha comprobado experimentalmente que una pieza de latón pierde su elasticidad para esfuerzos unitarios superiores a 34.5 kg/mm2. a) Justifique si el dispositivo. una vez montado.5 puntos). • El incremento de longitud que experimentará la probeta sometida a dicha carga máxima.5 puntos).5 puntos). el caldo de fundición pasa al recipiente situado a la izquierda. sabiendo que su longitud es de 70 mm (0. Sabiendo que el módulo de Young para el latón es E 10 300 kg/mm2. calcule: • La carga máxima.5 puntos). a) Describa los dispositivos de que consta el sistema y la función que desempeña cada uno (1 punto).MODELO Cuestión 1 7 a) Describa brevemente en qué consisten los ensayos de tracción (0. 121 .82 mm de diámetro sin que se produzcan deformaciones plásticas (0. b) Sugiera alguna alternativa al accionamiento neumático y señale las ventajas y los inconvenientes que tendría dicha alternativa en esta aplicación concreta (0. constituye un sistema de control en lazo abierto o en lazo cerrado (1 punto). bomba de succión. motor eléctrico. que puede aplicarse a una probeta de latón de 13. expresada en kg. depósito de aire. manómetro y tomas de salida. presostato. Cuestión 2 La figura siguiente representa una cuba de fundición en la que se sumerge una cuchara de colada. Al elevar ésta. Cuestión 3 Una instalación de aire comprimido dispone de los siguientes elementos para completar un sistema de control: fuente de alimentación. b) Confeccione el diagrama de bloques correspondiente y relacione cada bloque con alguno de los elementos disponibles (1 punto). S x3 x2 x1 x0 Bit de mayor peso a) Obtenga la tabla de verdad del circuito lógico que detecte que el número contenido en el registro es mayor que 6 (1 punto). b) Determine la función lógica correspondiente al circuito y simplifíquela utilizando diagramas de Karnaugh (1 punto). cuyas salidas están disponibles al exterior. c) Diseñe el logigrama del circuito (0. b) Repita el esquema de la instalación suponiendo que se trata de un sistema oleohidráulico (1 punto). c) Compare ambos esquemas y señale las analogías y las diferencias que aparecen en ellos. 122 . Cuestión 5 En un registro de cuatro bits.5 puntos). se almacena información en código BCD. Indique también otras diferencias entre un sistema neumático y otro oleohidráulico (0.Cuestión 4 a) Dibuje el esquema de una instalación neumática provista de un cilindro de doble efecto y una válvula distribuidora 4/2 con mando por pulsador y retorno por resorte (1 punto).5 puntos). Cuestión 3 Simplifique. C–D y D–A y cómo evolucionan las variables P. F E C (s) C D – + A R (s) B + – – + G H 123 . el diagrama de bloques adjunto que corresponde a un sistema automático y determine cuál es la función de transferencia K (2 puntos). V y T (1 punto). Cuestión 2 El diagrama de la figura siguiente representa el ciclo termodinámico de una máquina frigorífica.5 puntos). P Q1 C P2 B P1 D Q2 V3 V4 V2 V1 A V a) Describa brevemente el proceso que tiene lugar en los tramos A–B. b) Explique los efectos medioambientales producidos por la emisión de gases contaminantes como consecuencia de la utilización de la energía térmica (0. B–C. b) Compare este ciclo con el de un motor térmico y señale las analogías y las diferencias entre ambos (1 punto).MODELO Cuestión 1 8 a) Describa brevemente las características de los combustibles tradicionales que se emplean para obtener energía térmica (1 punto). paso a paso. suponiendo que la carrera del vástago es de 800 mm y que efectúa 8 ciclos/min (0.5 puntos). 30 mm.5 puntos). A. se activa el motor N.Cuestión 4 a) Confeccione el esquema de un circuito oleohidráulico formado por un cilindro de doble efecto y una electroválvula 4/2 con mando y retorno eléctricos. pero no el N. Cuestión 5 Un sistema digital está formado por cuatro pulsadores. b) Calcule la fuerza efectiva de avance y retroceso del vástago del cilindro sabiendo que el diámetro de su émbolo es de 50 mm. Diseñe también el circuito eléctrico que permite gobernar la electroválvula (1 punto). a) Obtenga la tabla de verdad del sistema y las funciones lógicas correspondientes a cada uno de los motores (1 punto). B. medido en L/min. 124 . se activa el motor M. c) Calcule el consumo de aceite del cilindro. la presión de trabajo. y por dos motores eléctricos. el del vástago. c) Diseñe el logigrama de la función correspondiente al motor N (0. el sistema permanece desactivado. pero no el M.5 puntos). El sistema funciona del modo siguiente: • Cuando no se pulsa ningún pulsador. • Cuando se pulsa uno cualquiera de los pulsadores o dos de ellos a la vez. y el rendimiento. • Cuando se pulsan tres pulsadores a la vez o los cuatro simultáneamente. 88 % (0. C y D. M y N. b) Simplifique las ecuaciones obtenidas utilizando diagramas de Karnaugh (1 punto). 250 bar. en kg/mm2. al que se le somete a una presión determinada. • El condensador se localiza en la parte posterior del frigorífico.3825 mm. La pirámide consigue una mejor penetración que otros dispositivos. ejercida y la superficie. seguido del símbolo HV y. es necesario dejar un espacio entre la parte trasera del frigorífico y la pared. que se sitúa a la entrada del evaporador. S. a continuación. • El expansor es un tubo capilar de cobre. Por este motivo. la fórmula que se emplea es: HV P 1. La dureza Vickers (HV) es la relación entre la presión. en ésta puede comprobarse el buen estado del penetrador. el expansor. tiene la forma de serpentín plano y está en contacto con un enrejado metálico. La dureza Vickers se expresa mediante el valor obtenido. donde P es la carga aplicada (en kg) y l. También permite medir la dureza superficial. ya que se trata del área lateral de una pirámide de base cuadrada. con valores de hasta 1 000 kg/mm2. por lo que pueden efectuarse los ensayos sobre chapas de hasta 0. de la huella.2 mm de espesor. 125 .844 — I2 b) Cálculo de la huella Datos: dureza Vickers 630 HV 50 Del valor anterior se deduce que la dureza Vickers del material es 630 kg/mm2 y que se le ha aplicado una carga de 50 kg. Así. Consiste en averiguar la dureza de un material a partir de la huella que marca un penetrador. En este caso. La dureza Vickers se expresa. Cuestión 2 a) Estructura y funcionamiento Un frigorífico convencional como el de la figura está compuesto por una serie de elementos básicos. la determinación de la dureza Vickers se efectúa a partir del valor de las diagonales de la huella. Aplicamos la expresión de la dureza Vickers y despejamos el valor de l: HV P 1. es una pirámide cuadrangular de diamante.844 — ⇒ I I2 I √  50 kg 1. Además.844 ————— kg 630 —— mm2 √  P 1. en este caso.7 y 1. El calor del refrigerante se disipa al entrar en contacto con el aire de la habitación. • La unidad compresora suele estar situada en la parte inferior y está compuesta por el compresor propiamente dicho y el motor eléctrico que lo acciona. la longitud de la diagonal (en mm). El penetrador. de diámetro interior comprendido entre 0. l.3825 mm Las diagonales de la huella miden 0. P. P HV — S Pero como la superficie de la huella resulta difícil de medir. y permitir la salida del aire caliente por la parte superior para facilitar la corriente de aire necesaria. En el proceso se presiona la punta de la pirámide con un ángulo entre caras de 136° durante unos 20 segundos. gracias a la poca profundidad de la huella. el condensador. pues. con lo que queda marcada la huella en el material. Este tubo regula la entrada del refrigerante y provoca la caída de presión necesaria para que se produzca la evaporación. Puede aplicarse tanto a materiales blandos como muy duros. entre los que destacan: la unidad compresora.844 —— HV 0.2 mm. el valor de la carga empleada.Solución modelo 1 Cuestión 1 a) Método Vickers El método Vickers es un ensayo de dureza por penetración estática. el filtro secador y el evaporador. el valor 580 HV 40 significa que al material se le ha aplicado una carga de 40 kg y presenta una dureza de 580 kg/mm2. medido en cal o kcal) y posteriormente cede o se le sustrae otra cantidad de calor QC (calor cedido) menor que QA. es necesario suministrarle una cierta cantidad de energía W. • El evaporador se encuentra en el interior del frigorífico. se produce la desaparición de una cierta cantidad de energía térmica que se transforma en trabajo mecánico T. Q1 Condensador nominado evaporador. que afirma: «Cualquiera que sea el procedimiento empleado para convertir el calor en trabajo o viceversa. De acuerdo con el principio anterior. b) Principio de funcionamiento Para explicar el funcionamiento de las máquinas frigoríficas. En él se produce la evaporación del refrigerante y. la máquina frigorífica toma una cantidad de calor Q 2 de un foco frío. hemos de tener en cuenta el segundo principio de la termodinámica: «El calor no puede transferirse espontáneamente de un cuerpo más frío a otro más caliente. la máquina vuelve a las condiciones iniciales o de partida. para que este proceso tenga lugar.» El funcionamiento de una máquina frigorífica se basa en un proceso o ciclo cerrado. El esquema de funcionamiento se ajusta perfectamente al descrito para cualquier máquina frigorífica. la absorción de calor procedente de los alimentos. el conducto de retorno lo devuelve al compresor para reiniciar el ciclo. QA .» Podemos expresarlo de otro modo: «Es imposible realizar una transformación termodinámica cuyo único resultado sea el paso de una cantidad de calor de un cuerpo frío a otro caliente. el motor recibe una determinada cantidad de calor QA (calor aportado. Q C. En este ciclo cerrado. Como el calor aportado. éste es inverso al que hemos descrito para una máquina frigorífica: en un momento determinado de su funcionamiento. al finalizar un ciclo de trabajo. pero hay que tomar en consideración también el primer principio. de- 126 . y cede una cantidad de calor Q 1 a un foco caliente. denominado condensador. Los motores térmicos también funcionan en ciclo cerrado pero. El refrigerante entra en el evaporador en estado líquido a alta presión y sale de él en estado de vapor a baja presión.• El filtro secador es el encargado de eliminar cualquier rastro de humedad para proteger el sistema contra la corrosión interna. en su caso. es decir. Desde aquí. Foco caliente (condensador) Q1 W Máquina frigorífica Q2 Foco frío (evaporador) Sistema de expansión Compresor Evaporador W Q2 El funcionamiento de los motores térmicos se inspira también en el segundo principio de la termodinámica. como consecuencia.» Esta relación se denomina equivalente mecánico del calor y es igual a 427 kgm/kcal. es mayor que el cedido o sustraído. siempre que el estado final del sistema sea igual al inicial. existe una relación constante entre el trabajo desarrollado y el calor consumido. El regulador es el termostato. Cuando se ha alcanzado la temperatura prevista. y lo cierre cuando la temperatura descienda por debajo de aquélla. el termostato vuelve a conectar el sistema de refrigeración. El termostato es un dispositivo de control automático que permite conectar y desconectar la unidad compresora —y. La función de este dispositivo es actuar sobre el interruptor de modo que abra el circuito cuando se alcanza la temperatura de referencia. en función de la temperatura del interior del frigorífico. La resistencia se encarga de aportar la energía térmica necesaria para elevar la temperatura. d) Funcionamiento Se trata de un control todo/nada. por tanto de un control todo/nada. • Cuando la temperatura aumenta por encima de los valores de tolerancia establecidos. La evolución de la señal de conexión/desconexión en función de la temperatura interna del frigorífico se ajustará a la gráfica siguiente: Variable de referencia c) Elementos El proceso consiste en mantener la temperatura de la sala de estar en torno a un valor prefijado. Se trata. b) Diagrama de bloques El diagrama de bloques correspondiente al sistema de control es el siguiente: Respuesta del sistema Actuador Proceso T QC Foco frío Regulador c) Regulación y control Para controlar la temperatura del interior del frigorífico. el termostato emite una señal al actuador. T Temperatura de referencia t ON OFF Termostato 127 . El actuador está formado por la resistencia y el interruptor. El interruptor abre o cierra el circuito que gobierna el calefactor.Cuestión 3 Foco caliente QA Motor térmico a) Tipo de sistema de control Se trata de un sistema de control en lazo cerrado porque la respuesta del sistema (emisión o no emisión de calor) está relacionada con las variables de entrada (temperatura que se alcanza en la sala de estar). podemos utilizar un termostato. El sistema tiende a mantener una relación establecida inicialmente entre dos variables: la variable de referencia (20 °C) y la respuesta del sistema (temperatura de la sala). el termostato desconecta el sistema. todo el sistema—. con ella. • Cuando la temperatura interna alcanza el valor adecuado. La maniobra se lleva a cabo según el proceso que se describe a continuación: Al accionar el pulsador de la válvula V1. b) Aplicación práctica El dispositivo puede aplicarse a la apertura y el cierre de la compuerta de una tolva. Cuando la temperatura desciende por debajo de la prevista (dentro de los márgenes de tolerancia previstos). El cambio de posición de ésta supone el envío de aire a la cámara anterior del cilindro. caliza y sosa en los procesos de obtención de aluminio. Citaremos sólo los más conocidos: • La carga de mineral y de carbón de coque en un horno alto. la presión del aire contenido en el depósito D activa la válvula V5. El interruptor abre el circuito y la resistencia se desconecta. Como el aire fluye a través de la válvula reguladora de caudal V3. Una parte del aire se dirige hacia el cilindro C y provoca el inicio de su desplazamiento. La otra parte del aire se dirige al grupo temporizador a través de la conducción A y el depósito D comienza a aumentar su presión. • Una válvula reguladora de caudal unidireccional (V3) situada a la entrada del cilindro. que permite el paso del aire hacia el cilindro a través del antirretorno V6. • Una válvula 3/2 (V1) con mando por pulsador y retorno por resorte. ésta cambia su posición y se envía la señal neumática a la válvula distribuidora V2. Éste se lleva a cabo de forma muy rápida gracias a la válvula de escape rápido V 7. Una vez accionado el pulsador y enviada la señal. el circuito propiamente dicho está compuesto de los elementos siguientes: • Un cilindro de doble efecto C. el retorno por muelle devuelve la válvula V1 a su posición original. 128 . muchos dispositivos industriales disponen de tolvas para la descarga de materiales. • La descarga de grano de los silos en los que está almacenado. el termostato emite una nueva señal que provoca el proceso inverso: el interruptor cierra el circuito y la resistencia vuelve a emitir calor. • La aportación de resinas plásticas a los procesos de moldeo de plásticos. • Una válvula de escape rápido (V 7) para facilitar la evacuación del aire contenido en el cilindro. que también cambiará su posición. • Una válvula antirretorno (V6) situada entre el grupo temporizador y el cilindro. es necesario efectuar la maniobra de apertura y cierre de la compuerta Cuestión 4 a) Elementos componentes y funcionamiento Además de la unidad compresora. Con ello se incrementa notablemente el caudal de aire sobre el émbolo del cilindro y se aumenta su velocidad de desplazamiento. con lo que se deja de emitir calor. que sirve para el gobierno de la maniobra. Transcurrido un cierto tiempo (que previamente se ha determinado en función de las características del grupo temporizador). con lo que se provoca el movimiento de retroceso. • Una válvula 3/2 (V8) con mando por roldana y retorno por resorte que actúa como final de carrera. • Una válvula distribuidora 4/2 (V2) con mando y retorno neumáticos. formado. a su vez. Ésta cambia su posición y envía una señal de aire al retorno de la válvula distribuidora V2.que estará formado por un interruptor y una resistencia. por una válvula reguladora de caudal (V4). En todos los casos. Cuando el vástago del cilindro llega al extremo de la carrera. un pequeño depósito de aire (D) y una válvula distribuidora 3/2 (V5). común a todos los circuitos neumáticos. • La carga de arcilla y caliza para la producción de cemento. • La dosificación de sílice. De hecho. presiona la roldana de la válvula V8. • Un grupo temporizador. el desplazamiento es lento. El cambio de posición de la válvula determina que el aire se distribuya en dos ramas. que facilita la salida del aire contenido en la cámara anterior. dispone de cuatro entradas. La energía cinética del vapor es capaz de mover los álabes de las turbinas. El funcionamiento de este dispositivo es el siguiente: cuando se presenta una determinada combinación binaria a la entrada. Los recalentadores primarios evaporan las partículas líquidas que todavía salen de la caldera arrastradas por el vapor. Se trata de un decodificador de los denominados 4 a 7. Las calderas contienen el agua que ha de transformarse en vapor. c. A B C D a b c d e f g Dígito Cuestión 5 a) Funcionamiento El decodificador BCD/7 segmentos es un circuito combinacional cuya misión es convertir todas las combinaciones binarias pertenecientes a un código determinado en su correspondiente equivalencia en el sistema decimal. b) Tabla de verdad La tabla siguiente recoge el valor que se presenta en cada una de las salidas (a. Las salidas corresponden a cada uno de los segmentos del display. d. Las entradas introducen una determinada combinación de bits. b. B. la apertura y cierre de la compuerta se llevará a cabo bajo dos condiciones básicas: • El inicio de la apertura será lento para evitar la caída brusca de material. • El cierre de la compuerta se llevará a cabo de forma rápida para evitar que caiga exceso de material durante el proceso. que vamos a describir a continuación partiendo de un punto de arranque: las calderas.de la tolva para que ésta proporcione la cantidad de material necesario. Este movimiento se comunica a los turboalternadores en los que se genera la energía eléctrica. De acuerdo con lo descrito en los apartados anteriores. c. mientras que el resto del proceso de apertura ha de efectuarse rápidamente. que se canaliza hasta las turbinas. 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Solución modelo 2 Cuestión 1 a) Ciclo de vapor de una central térmica Las centrales térmicas son instalaciones complejas en las que la energía térmica producida por la combustión de algún combustible (carbón. e y f ) en función de la combinación de bits presente a la entrada (A. Las más empleadas son las de circulación natural a través de tubos. C y D. C y D) y el dígito que se ilumina en cada caso. es decir. cada uno de ellos corresponde a una cifra del sistema decimal. a. El vapor de agua actúa en ciclo cerrado. 129 . es decir. experimenta una serie cíclica de procesos de vaporización y condensación. De este modo se consigue el vapor sobrecalentado. el decodificador excita las salidas de los segmentos que configuran el dígito que representa el valor decimal correspondiente. b. d. Según el código BCD. f y g. B. e. y siete salidas. A. petróleo o gas natural) se emplea para calentar agua hasta convertirla en vapor. Las turbinas de alta presión aprovechan la energía cinética del vapor recalentado, que se transforma en energía mecánica de rotación. Parte del vapor utilizado es reciclado hacia los recalentadores secundarios. Éstos aprovechan la energía térmica de los humos de la caldera y envían el vapor hacia las turbinas de media presión. El calor almacenado en el vapor, después de pasar por ellas, es todavía aprovechado en parte por las turbinas de baja presión. El vapor procedente de la turbina de baja presión pasa por el condensador, donde se enfría y se convierte de nuevo en agua líquida. La bomba de alimentación se encarga de enviar esta agua hacia los precalentadores, donde se aumenta su temperatura gracias al aporte energético del vapor que procede de las turbinas de alta y media presión. La bomba de extracción envía el agua hacia los economizadores. Éstos aprovechan la energía térmica de los humos para calentarla antes de devolverla de nuevo a la caldera. Así se inicia de nuevo el ciclo. b) Aplicaciones de los combustibles fósiles Los combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural) tienen innumerables aplicaciones en los ámbitos doméstico e industrial, entre las que cabe destacar las siguientes: • El carbón, que tradicionalmente se utilizaba como combustible básico en las calefacciones y en las máquinas de vapor, prácticamente se emplea como fuente de energía casi exclusivamente en las centrales térmicas, sobre todo en las más antiguas. En la actualidad tiende a ser sustituido por otros combustibles menos contaminantes, como el gas natural. • Los derivados del petróleo, especialmente el fuelóleo, han desplazado al carbón y se emplean abundantemente en los sistemas de calefacción de edificios y viviendas. • Otros derivados del petróleo, como las gasolinas, el gasóleo y el queroseno constituyen el combustible básico de los medios de transporte, tanto terrestre como marítimo y aéreo. • Finalmente, el gas natural, por su limpieza y facilidad de manejo, se ha convertido en el combustible doméstico e industrial fundamental y su uso se extiende cada vez más a medida que los gasoductos alcanzan zonas y territorios en los que se empleaban otros combustibles. c) La lluvia ácida El dióxido de azufre (SO2) y los óxidos de nitrógeno (NO y NO2), en menor proporción, son los responsables de este conocido fenómeno denominado lluvia ácida. Consiste en que estos gases, presentes en la atmósfera, son arrastrados por el agua de lluvia que se convierte así en una disolución suficientemente ácida como para provocar importantes trastornos ambientales. El SO2 es oxidado a SO3 en la atmósfera mediante distintos mecanismos y tanto uno como otro, con el agua de lluvia, se transforman en sus correspondientes ácidos H2SO3 y H2SO4. La lluvia ácida destruye la vegetación y daña seriamente los cultivos y la fauna de vida acuática. Por otra parte, produce un gran deterioro en las construcciones y en los monumentos por corrosión de la piedra. El aumento actual de la concentración de SO2 en la atmósfera es debido al exceso de emisiones de este gas como consecuencia de las erupciones volcánicas, la combustión de los sulfuros metálicos para la obtención de metales y especialmente el gran consumo de combustibles fósiles en la industria, en las centrales térmicas, en los automóviles y en los hogares. El efecto invernadero La acumulación de CO2 en la atmósfera, como consecuencia de la combustión de carbón, el gas natural y los derivados del petróleo, ejerce una gran influencia sobre el clima de la Tierra, junto con otros gases como el vapor de agua, el metano CH4 y los óxidos de nitrónitrógeno, todos ellos llamados gases de invernadero. El efecto invernadero consiste en el aumento de la temperatura de la superficie terrestre como consecuencia de la creciente acumulación de los citados gases en la atmósfera. Para comprender este efecto hay que tener en cuenta que alrededor del 30 % de la energía que el Sol envía a la Tierra es reflejada por las nubes y por la superficie terrestre; el 70 % restante es absorbida. Esta energía es emitida después por la atmósfera y por la superficie de la Tierra en forma de radiaciones cuya mayor parte es aprisionada por las nubes y por los ga- 130 ses de invernadero y devuelta a la Tierra. Como consecuencia, la superficie de ésta se calienta. Las consecuencias pueden llegar a ser muy serias: la disminución de la producción agraria y la elevación del nivel del mar debido a la fusión del hielo en los casquetes polares y en otras zonas, lo que provocaría la inundación de extensas zonas costeras. La denominación de efecto invernadero alude a que en los invernaderos destinados al cultivo de plantas, las paredes y el techo de vidrio o plástico dejan pasar una gran cantidad de radiación solar, pero impiden la salida de la radiación infrarroja emitida por el suelo produciendo un aumento de la temperatura en el interior. b) Conocida la resistencia total, determinamos la longitud del conductor a partir de la expresión: RT I — ⇒ I S I T ——— R S 50 0,2 mm2 ————————— mm2 0,017 ————— m 588,2 m c) La intensidad de corriente que circula por todo el circuito viene dada por la ley de Ohm: I V —— RT 25 V ——— 50 0,5 A Cuestión 2 Datos: V RB S 25 V 40 0,2 mm2 RA RC 60 26 mm2 0017 ———— m Esta intensidad es la que circula por la resistencia C, por lo que podemos determinar la tensión entre sus extremos aplicando de nuevo la ley de Ohm: V (RC ) I RC 0,5 A 26 13 V Determinamos la tensión entre los extremos de las resistencias A y B por diferencia: V (RA y RB ) 25 V VT 13 V V (RC ) 12 V El esquema del circuito es el siguiente: RA= 60 Ω RC= 26 Ω RB= 40 Ω Con este dato y los valores respectivos de las resistencias, calculamos la intensidad de corriente que pasa por cada una de ellas: IA IB V —— RA V —— RB 12V ——— 60 12V ——— 40 0,2 A 0,3 A V= 25 V a) Calculamos primero la resistencia equivalente, Req a las resistencias A y B, montadas en paralelo: 1 —— Req 1 —— RA Req 1 —— ⇒ Req RB RA RB ———— RA RB 24 (La suma de las intensidades que pasan por A y B es igual a la intensidad total del circuito.) d) Para calcular la densidad de corriente en cada I — resistencia, aplicamos la fórmula S A 60 40 ——————— 60 40 IA —— S IB —— S IC —— S 0,2 A ———— 0,2 mm2 0,3 A ———— 0,2 mm2 0,5 A ———— 0,2 mm2 A 1,0 ——— mm2 A 1,5 ——— mm2 A 2,5 ——— mm2 Calculamos ahora la resistencia equivalente total, RT, considerando también la resistencia C, montada en serie con las dos anteriores: RT Req RC 24 26 50 B C 131 (La suma de las densidades de corriente sobre A y B es igual a la densidad de corriente sobre C, que coincide con la densidad de corriente total del circuito.) e) Para calcular la cantidad de calor disipada en cada resistencia, aplicamos la ley de Joule, teniendo en cuenta que 1 kJ 0,24 kcal. Q QA QB QC 0,24 E 0,24 I 2 Rt 3 600 s 3 600 s 3 600 s 2 074 cal 3 110 cal 5 616 cal • Los actuadores son los dispositivos encargados de actuar sobre el proceso una vez recibida la orden del regulador. • Los visualizadores son los dispositivos encargados de dar la expresión final de la medida con la función deseada. Estos últimos dispositivos han evolucionado rápidamente y han pasado en muchos casos de ser analógicos a ser digitales, con lo que se facilita enormemente su lectura. b) Diagrama de bloques de un sistema de control Transmisores Sensores Visualizadores Actuadores Comparadores Reguladores 0,24 (0,2 A)2 60 0,24 (0,3 A)2 40 0,24 (0,5 A)2 26 La resistencia equivalente del circuito es 50 ; la longitud del hilo de cobre es 588,2 m; las intensidades que circulan por las resistencias A, B y C son, respectivamente, 0,2 A, 0,3 A y 0,5 A; las densidades de corriente en cada una son 1 A/mm2; 1,5 A/mm2 y 2,5 A/mm2; y las cantidades de calor disipadas resultan ser 2 074 cal, 3 110 cal y 5 616 cal. Cuestión 3 Cuestión 4 a) Elementos de un sistema de control Los elementos necesarios en cualquier sistema de control pueden agruparse en seis grandes grupos: sensores, transmisores, comparadores, reguladores, actuadores y visualizadores. • Los sensores son los elementos del sistema de control encargados de medir el valor de una magnitud. Además del nombre genérico de sensores, se suelen designar con otros, como transductores o detectores. • Los transmisores son los elementos que se encargan de transformar una señal en otra (habitualmente se trata de señales neumáticas o eléctricas). • Los comparadores son los elementos encargados de proporcionar una señal en función de la diferencia existente entre el valor de salida y el valor esperado. A estos elementos se les conoce también como detectores de error. • Los reguladores son los dispositivos encargados de mejorar las respuestas del sistema. A a) Válvulas reguladoras de caudal Las válvulas reguladoras de caudal son las que controlan el caudal de aire que pasa por una conducción. Este caudal puede ser regulado en un solo sentido (válvulas unidireccionales) o en ambos sentidos (válvulas bidireccionales). Las válvulas reguladoras de caudal unidireccionales poseen dos vías. En una de ellas se dispone un tornillo capaz de estrangular el paso del aire y reducir así su caudal. En la otra hay una válvula antirretorno. T B Antirretorno 132 4 2 1 3 Cuestión 5 T Las siglas FPLA significan Field Programmable Logic Array. La matriz programable tiene entradas y salidas para cada fila y cada columna. La estructura de las válvulas reguladoras de caudal bidireccionales es más simple que la anterior. ya que esto último provocaría que el émbolo se desplazara a saltos. • Las filas corresponden a las salidas del amplificador de entrada. Se trata de circuitos lógicos que permiten programar el valor de las variables de salida en función de las distintas combinaciones de las variables de entrada. cuyo caudal será regulado por los respectivos tornillos. tanto si circula de A hacia B como si lo hace de B hacia A. Cada salida corresponde con una entrada de la matriz programable. el caudal de aire sólo podrá ser regulado cuando su sentido de circulación sea de A a B. como ya hemos indicado. la matriz de memoria y el amplificador de salida El amplificador de entrada dispone de dos salidas para cada una de las variables: una negada y otra sin negar. Esta regulación se lleva a cabo mediante las válvulas reguladoras del caudal que sale del cilindro hacia el escape. con lo que su caudal no podrá ser regulado por medio del tornillo T. Estos dispositivos se designan con algoritmos del tipo 48 3 8 K. si penetra por B. Se trata de controlar el caudal de salida del aire. su caudal puede ser regulado mediante el citado tornillo. como memorias de dirección condicional o bien como circuitos combinacionales construidos con puertas OR y puertas AND. El producto de ambas cifras indica el número de bits de memoria disponibles en la FPLA. pero no el de entrada. pero no el de salida.• Si el aire penetra por A y sale por B. puede salir perfectamente por A a través de antirretorno. a) Elementos componentes Las FPLA están formadas por diferentes elementos: el amplificador de entrada. Por lo tanto. de manera que el antirretorno ubicado en su interior permita siempre el acceso libre del aire a la entrada de las cámaras. ya que sólo disponen de una vía de paso y no disponen de antirretorno. su caudal puede ser regulado mediante el tornillo T. ceso a éste. La primera cifra designa el número de palabras (unidades de memoria formadas por un conjunto determinado de bits) que puede albergar la matriz. • En cambio. Las FPLA pueden ser consideradas. según la aplicación. el número de bits de cada palabra. y la segunda. ya que tiene un solo camino de circulación (el indicado en la figura) porque el antirretorno C impide su paso por esa vía. c) Esquema del circuito Para regular la velocidad de accionamiento de un cilindro de doble efecto en ambos sentidos hay que situar sendas válvulas reguladoras de caudal unidireccionales en las dos vías de ac- 133 . b) Regulación de la velocidad La regulación de la velocidad es necesaria en muchas de las maniobras que efectúan los cilindros. la matriz programable. B A Como el aire pasa obligatoriamente por la vía en la que se encuentra el tornillo T. que puede traducirse como matriz lógica programable por el usuario. b) Programación El mecanismo de programación de una FPLA lo lleva a cabo el usuario a partir del soporte proporcionado por el fabricante. De este modo. El proceso de afinado consiste en quemar el combustible precalentado en el interior del horno hasta alcanzar temperaturas del orden de 1 800 °C. mediante la línea y la columna correspondientes. b) Ciclo térmico del combustible Los gases procedentes de la combustión salen a través de unas cámaras que contienen ladrillos refractarios y transfieren a éstos el calor. • Se introduce por la línea un impulso eléctrico de intensidad lo suficientemente alta como para que funda el fusible. el semiconductor es un transistor multiemisor. no existirá en la salida de la puerta AND. En este caso. Por tanto. el temple y la soldadura. a través de una resistencia. De esta forma el emisor del transistor bipolar queda aislado y sin posibilidad de conducir. las impurezas que contiene el material se oxidan y se eliminan: el monóxido de carbono se escapa en forma de gas y los óxidos de silicio y fósforo son arrastrados por la cal y forman la escoria. Una vez fundido el fusible es imposible volver a reponerlo. Solución modelo 3 Cuestión 1 a) Estructura y funcionamiento El horno de Siemens-Martin es un gran horno de reverbero de forma rectangular y techo abovedado. los ladrillos llegan a alcanzar temperaturas del orden de 1 150 °C.• Las columnas están conectadas. capaz de albergar hasta 400 toneladas de material. adaptar los niveles de funcionamiento de la memoria al exterior. en el que todos los puntos de unión entre filas y columnas son conductores. La matriz de memoria es propiamente la memoria. Cuando se estima que el contenido en carbono es el adecuado. por otra. que es la que se va a utilizar para efectuar la programación. a una tensión en corriente continua. cuando la entrada correspondiente tenga el fusible fundido. 134 . El proceso puede llegar a 12 horas de duración. que se lleva a cabo mediante un semiconductor unido en serie con un fusible. se añaden los aleantes apropiados y se extrae la colada de acero. El amplificador de salida nos permite. Los aceros obtenidos por este procedimiento admiten la forja. que suele ser gas. donde se almacenan y se escriben los datos que nos interesan. Para seleccionar la posición objeto de grabación se procede del modo siguiente: • Se selecciona el punto que se desea programar. El revestimiento interior es de carácter básico y dispone de cámaras para el precalentamiento del combustible empleado. En todos los casos se añade cal para que arrastre la escoria. A esta temperatura. Las características del dispositivo permiten que funcione con diferentes tipos de carga: arrabio procedente del horno alto (sólido o líquido) o arrabio mezclado con chatarra y mineral de hierro. por una parte. La carga del material se lleva a cabo por la parte superior del horno mediante dispositivos especiales. Por tanto. la información quedará grabada para siempre en la FPLA. El contenido en chatarra puede llegar a ser el 70 % del total. preparar la memoria para leer o para escribir y. El principal inconveniente de este procedimiento radica en su elevado consumo energético y en la baja calidad del producto obtenido en relación con los convertidores actuales. VCC. Cada punto que se representa en la matriz programable corresponde a la unión de una fila con una columna. se inclina el convertidor sobre su costado para eliminar la escoria que sobrenada y después se bascula totalmente para vaciar el acero. chatarra de acero y. Una vez cargado. puede citarse el convertidor de Bessemer y Thomas. al salir. se invierte el ciclo y se hace pasar aire a través de estas cámaras para que se precaliente. • La fase de vaciado se iniciaba una vez quemadas las impurezas: se inclinaba de nuevo el convertidor y se vertía el acero en las lingoteras. La reacción del carbono con el oxígeno es muy rápida y produce altas temperaturas que mantienen el material en estado líquido. en primer lugar. finalmente. el arrabio líquido procedente del horno alto. también se le conoce con el nombre de horno de oxígeno básico. a continuación. • En la fase de soplado. sino que se insufla oxígeno a presión hasta la misma superficie del material fundido por medio de una lanza refrigerada por agua. c) Otros procesos de fabricación y afino Entre los procesos de fabricación y afino del acero. De este modo. El prceso de afino duraba entre 15 y 20 minutos y tenía tres fases: llenado. La principal ventaja de este procedimiento consistía en poder detenerlo con sólo cerrar la entrada del aire. Por eso. se coloca en posición vertical. Al final del proceso. La modificación introducida por Thomas consistió en incorporar un fundente de carácter básico —la cal— que permitía eliminar el exceso de fósforo presente. El aire pasaba a través de la masa fundida y oxidaba el carbono. el convertidor se situaba en posición vertical y se inyectaba aire a presión a través de unos orificios practicados en el fondo. se elimina el exceso de fósforo. ya que este material no se eliminaba. • En la fase de afinado se inyecta oxígeno mediante la lanza refrigerada a una presión de 12 atmósferas. el proceso no podía detenerse para regular la cantidad de otros componentes. Éste provoca la oxidación del carbono hasta reducir su contenido por debajo del 1 %. azufre y silicio. • Para llevar a cabo la fase de vaciado. calientan otra vez los ladrillos y de nuevo se repite el ciclo. El convertidor LD es un dispositivo que permite obtener acero por soplado de oxígeno. El convertidor de Bessemer y Thomas fue ideado por Bessemer y consistía en un recipiente metálico basculante de gran tamaño recubierto por material refractario. El proceso de afino dura alrededor de una hora y también tiene tres fases: llenado. el silicio y el manganeso. En la actualidad. El combustible. se inclinaba el convertidor para facilitar su llenado con el arrabio fundido procedente del horno alto. soplado y vaciado. • En la fase de llenado se inclina el convertidor y se introduce en él. 135 . a diferencia del de Bessemer. El recipiente utilizado es de gran tamaño (puede llegar a pesar hasta 500 toneladas) y está construido en acero revestido interiormente con ladrillo refractario. Está montado de forma que pueda bascular sobre uno de sus costados para facilitar la carga y la descarga. se añaden en el interior del convertidor los aleantes en la proporción adecuada para conseguir el tipo de acero que se desea. arde en forma de soplete sobre el material depositado en el horno hasta alcanzar la temperatura de 1 800 °C. Al mismo tiempo. En este caso. Al finalizar el proceso. Su principal inconveniente radicaba en que sólo podía utilizarse para arrabios con cantidades muy pequeñas de fósforo. en presencia del aire precalentado. afinado y vaciado. Sin embargo. se conseguían aceros con distintas cantidades de carbono. El calor desprendido en estos procesos de oxidación permitía mantener la temperatura de fusión del arrabio. • En la fase de llenado. se extraía primero el acero y posteriormente la escoria formada. este dispositivo ha caído en desuso y ha sido sustituido por el moderno convertidor LD. silicio y manganeso. el convertidor LD y los hornos eléctricos.A continuación. el fundente encargado de formar y arrastrar la escoria. Los gases. además del horno de Siemens-Martin. no se inyecta aire por la parte inferior. el manganeso y el titanio. La cubierta superior puede separarse para facilitar la carga y está atravesada por dos o tres electrodos de carbón. Su movimiento es transversal al del carro y permite el avance de la pieza. se hace circular una corriente eléctrica de alta frecuencia por la bobina. • El cuerpo es la parte en la que se encuentra el motor de accionamiento y los mecanismos que originan el giro de la fresa y el avance de la pieza que se trabaja. Por eso. Esta corriente induce en el interior del material del horno unas corrientes eléctricas denominadas corrientes de Foucault. es el más empleado en la actualidad para la obtención de aceros comunes de baja aleación. Por ello. ménsula. El mayor inconveniente radica en el elevado coste de la energía eléctrica cuando se emplea para producir calor. b) Cadena cinemática La operación de fresado se caracteriza porque la velocidad de corte es una característica de la 136 . el cromo. El interior también está protegido con material refractario. el eje es orientable en cualquier dirección. Una vez cargado con el material. eje portaherramientas. Se alcanzan temperaturas de hasta 3 800 °C. el tungsteno. Las fresadoras pueden clasificarse en tres grandes grupos. como el anterior. ya que permiten obtener hasta 105 toneladas de acero en tan sólo 111 minutos. Cuestión 2 a) Estructura de una fresadora La fresadora es una máquina herramienta cuya misión es hacer girar un útil cortante. verticales y mixtas. consiste en un recipiente cilíndrico de acero de altura superior a 4 m y de diámetro superior a los 7 m y lleva en su parte exterior una bobina eléctrica. Los más empleados son los de arco y los de inducción. En ella podemos distinguir los siguientes elementos: base. Los hornos eléctricos no se emplean para la fabricación del acero. que permiten fundir metales de elevada temperatura de fusión. En estas últimas. • El horno de inducción. según la posición que ocupa el eje de la fresa respecto al suelo: fresadoras horizontales. denominado fresa. con el fin de poder mecanizar piezas. • El horno eléctrico de arco consta de un recipiente de acero de forma cilíndrica. se cierra el recipiente y se hacen saltar potentes arcos voltaicos entre los electrodos y el material. • El carro portamesa puede deslizarse horizontalmente sobre las guías que lleva la ménsula. Puede albergar hasta 130 toneladas de material. las acerías más modernas lo incorporan en sus instalaciones. que producen un enorme aumento de temperatura capaz de fundirlo. soporte. • La ménsula es un bastidor que puede deslizarse verticalmente sobre las guías que lleva el cuerpo en su parte anterior.La principal ventaja del procedimiento LD es que permite recuperar chatarra para producir acero nuevo. • El eje portaherramientas es el elemento que al girar origina el movimiento de rotación de la fresa. sino para su afino. carro portamesa y mesa. Sus principales ventajas son el rápido calentamiento que permiten. como el molibdeno. los hornos eléctricos sólo se emplean para el último afino del acero que procede de un convertidor LD o un horno de Siemens-Martin. • La mesa está situada sobre el carro portamesa y soporta la pieza que se va a trabajar. el vanadio. Una vez cargado con el acero que se desea refinar. recubierto en su interior por ladrillo refractario y provisto de circuito de refrigeración. Este tipo de hornos reciben el nombre de hornos UHP (ultra high power). • El soporte o puente va situado en la parte superior del cuerpo y sirve como elemento de apoyo del eje portaherramientas. • La base es el elemento rígido que se encarga de sustentar el resto de los componentes de la fresadora. el níquel. En la actualidad. el buen control de la temperatura y la inexistencia de gases combustibles que pueden dar origen a impurezas. Nosotros nos limitaremos a la fresadora horizontal por ser la más utilizada. cuerpo. el también estadounidense Joseph R. diferentes avances. situada bajo la mesa. — Mediante un eje telescópico provisto de juntas cardan se comunica el movimiento de giro a un tornillo sin fin que forma parte de un mecanismo tornillo sin fincorona. de una transmisión de movimiento de giro por medio de un tren compuesto de engranajes. en consecuencia. Tras algunas modificaciones puntuales. el nivel de producción es alto. La primera fresadora de uso industrial fue obra del ingeniero estadounidense Eli Whitney en 1818. de la fresa que va montada en él. — La corona. la velocidad de giro en rpm. por lo tanto. es la encargada de producir su movimiento y. disminuye el riesgo de rotura. A partir de estos datos. pues. en 1862. Se trata. por lo tanto. En 1957. El análisis de la cadena cinemática de la fresadora nos permitirá determinar la velocidad de giro de la fresa y el avance de la pieza. pero el rendimiento es menor. si la velocidad de corte es elevada.UU. Cuando queramos modificar la velocidad de giro de la fresa. podremos establecer la velocidad de corte. se instaló en el MIT (Massachussets Institute of Technology) la primera fresadora accionada por control numérico que permite el mecanizado de piezas a partir de la lectura de planos que efectúa un ordenador. c) Historia de la fresadora La fresadora es una máquina herramienta relativamente reciente. mientras que el avance es propio de la pieza que se va a trabajar. En cambio. bastará con actuar sobre la caja de velocidades para obtener combinaciones distintas de engranajes. Con ella pudo fabricar en serie armas de fuego solicitadas por el gobierno de EE. En general. bastará con actuar sobre el tren compuesto de engranajes para obtener combinaciones distintas de éstos y. el diámetro de la fresa en mm. El avance se mide en mm/vuelta.herramienta. el de la pieza que se trabaja. 137 . con la que se podían efectuar diferentes trabajos con sólo intercambiar el útil de corte. Para modificar el avance de la pieza. Brown desarrolló la fresadora universal. cuando es baja. • Velocidad de giro de la fresa El giro de la fresa se obtiene gracias a un motor eléctrico. • Avance de la pieza Es el desplazamiento longitudinal que realiza la pieza por cada giro de la fresa. El eje motor dispone de una caja de velocidades que permite seleccionar la velocidad del eje portaherramientas y. La relación entre la velocidad de giro del eje principal y la velocidad de corte viene dada por la expresión: v n d ———— 100 C donde v es la velocidad de corte en m/min. Cuestión 3 a) Circuito eléctrico equivalente L+ LED NC R V L– Carga 1 Carga 2 NA • Velocidad de corte Es la velocidad tangencial de desplazamiento en m/min de un diente de la fresa ante la pieza. Este movimiento está ligado al del giro de la fresa del modo siguiente: — El giro del eje motor se transmite al eje de salida por medio de otro tren compuesto de engranajes. La velocidad se determina empíricamente en función del material que se trabaja y del tipo de fresa utilizada. y d. n. pero existe riesgo de rotura de la fresa. 14 2 (0.06 m2) 0.1 N Fer (D 2 d 2) P —————— 4 0. 138 .5 V.06 m 0.06m)2 (0.025 A 1 140 El volumen de aire que consume el cilindro en cada ciclo se obtiene aplicando la expresión: VT (2 D 2 d 2) —————— e 4 VT 3. En consecuencia.10 m 4 m3 5.9 Aplicamos directamente las fórmulas que permiten calcular la fuerza efectiva en el avance y en el retroceso: Fea D2 P —— 4 3. b) Consumo de aire V = 1.1 N y la de retroceso. se cierra también el circuito que alimenta el diodo LED y éste se ilumina.14 (0.85 (1 106 Pa) 3.35 L/min de aire.34 10 4 Cuestión 4 a) Fuerza de avance y de retroceso Datos: D d 60 mm 20 mm 0. Si el cilindro efectúa 25 ciclos por minuto.35 —— min El cilindro consume 13.2 N La resistencia de protección y el LED están conectados según el esquema siguiente: I = 0.2 N. medido en condiciones normales.5 V V = 30 V Datos: D d e 0.5 V. de 2 135. se abre el circuito y el LED se apaga.85 (1 10 6 Pa) ——————— 4 2 402. Por otra parte. aplicamos la ley de Ohm y resulta: V I R ⇒ ⇒ R V — I 28.025 A La fuerza efectiva de avance es de 2 402.5 28.10 m Si el LED sólo puede soportar 1. la intensidad que circula por ambos componentes ha de ser la misma: 0.5 V I LED 25 mA 0. En estas condiciones.06 m 0.02m)2 —————————————— 0. El LED necesita resistencia de protección porque la tensión de la señal que transmite el pulsador suele ser muy superior a la que es capaz de soportar el LED.34 10 4 ——— ciclo La resistencia ha de tener un valor de 1140 W.02 m)2 —————————————— 4 2 135.025 A P 10 bar 1 10 6 Pa 85 % 0. la diferencia de potencial entre los extremos de la resistencia habrá de ser de 30 1.14 (0.06 m)2 (0. Al dejar de oprimir. c) Resistencia de protección Datos: Vpulsador 30 V V LED 1. el caudal de aire utilizado será: C 5.02 m 100 mm 0.025 A.5 V ———— 0. hay que instalar la resistencia en serie con el LED de forma que absorba la mayor parte de la tensión que pasa por la línea.02 m m3 ciclos L ——— 25 ——— 103 —— ciclo min m3 L 13.b) Funcionamiento Cuando se oprime el pulsador. por lo que pueden suprimirse y queda sólo C. Las cenizas y la escoria procedentes de las etapas anteriores son extraídas por medio de una cinta sin fin y trasladadas hasta el depósito de recogida final. A medida que se enfrían los humos. ABC. pues: F b) Logigrama El logigrama correspondiente a la función simplificada es el siguiente: A Para simplificar la función recurrimos a los diagramas de Karnaugh: AB C 0 0 00 01 11 10 AB C 1 0 1 1 1 0 1 0 Se observa que pueden formarse dos agrupamientos: uno horizontal de cuatro celdas en la primera fila y otro vertical de dos en la segunda columna. El grupo de dos celdas representa los términos AB C y ABC. los humos son sometidos a un riguroso filtrado para evitar la emisión de partículas al exterior. Los materiales sólidos filtrados van a parar a un depósito. B F C Solución modelo 4 Cuestión 1 a) Funcionamiento de la incineradora Los vehículos que transportan los residuos que han de ser incinerados van provistos de un sistema basculante que les permite descargar su contenido desde el muelle de descarga hasta la fosa de recepción. donde serán incinerados en el interior de la cámara de combustión. Todas ellas van a parar a la misma fosa que las cenizas primarias. se produce la condensación de líquidos y el depósito de partículas sólidas en suspensión. serán trasladados a un vertedero controlado o utilizados para recuperar materiales sólidos. De este modo se genera vapor que puede ser aprovechado posteriormente para alimentar los turboalternadores y generar energía eléctrica. A B C. una grúa puente. deposita los residuos en la tolva de alimentación.Cuestión 5 a) Expresión simbólica y simplificación Escribimos inicialmente la función como suma de los términos canónicos para los cuales la función adopta valor 1. la chimenea está provista de potentes ventiladores que fuerzan la circulación del aire. La función simplificada resulta. F AB C AB C ABC ABC A BC El grupo de cuatro celdas representa los términos A B C. Las variables que cambian son A y B. AB C. y queda AB. la variable que cambia es la C. Los residuos son precalentados antes de pasar a la parrilla mecánica. provista de un pulpo en su extremo. por lo que puede suprimirse. Desde allí. Antes de salir por la chimenea. Las cenizas y la escoria generadas en el proceso de incineración caen hasta un foso en el que se acumulan inicialmente. Desde allí. Los humos y las cenizas volátiles generados en la combustión circulan a través de una serie de serpentines por los que circula agua. En este caso. Características de los residuos incinerables Para que el aprovechamiento energético con fines caloríficos pueda ser llevado a cabo de 139 . Para facilitar la expulsión de los humos. debe ser superior a las 1 000 kcal/kg. Este procedimiento tiene la ventaja de su bajo coste por la posible reutilización posterior de la zona. los residuos pueden ser depositados en vertederos. pero a veces las distancias encarecen el transporte. que puede llevarse a cabo. cribado. es necesario preverlos teniendo en cuenta la forma y el lugar del vertedero y sus características: impermeabilidad. No obstante. De este modo. evacuación y disipación de gases y malos olores.. • Su contenido en cenizas ha de ser inferior al 60 %. • Vertederos controlados Se trata de lugares alejados de los núcleos de población donde se depositan los RSU.modo eficiente. • Reciclaje El reciclaje es el proceso que tiene como objetivo la recuperación de algunos de los componentes que contienen los RSU. que puede ser con- vertido de nuevo en zona de aprovechamiento agrícola o simplemente ser ajardinado. ser reciclados o ser aprovechados para la fabricación de compost. Cuando el poder calorífico de las basuras no es suficiente para su aprovechamiento energético. (La elección del material que va a ser explicado a continuación dependerá del criterio de cada alumno/a. Para llevarlo a cabo se necesita una separación previa de los componentes. El procedimiento requiere fuertes inversiones debido a las sofisticadas técnicas que emplea. De este modo se obtiene el denominado compost. se utiliza fuelóleo o gas natural para el encendido y el posterior mantenimiento de la temperatura del horno. mediante recogida selectiva o por procedimientos fisicoquímicos: trituración. se consideran térmicamente aprovechables aquellos residuos que cumplen las condiciones siguientes: • Su poder calorífico inferior.. el plástico. que consiste en la descomposición biológica de la materia orgánica de los RSU en condiciones aerobias (en contacto con el aire) y mediante control. al cabo de unos años. En términos generales. Además. Pero como esta acumulación comporta una serie de inconvenientes para la salud y el entorno. La fabricación del papel reciclado comienza con la recogida selectiva del papel usado en contenedores especiales. 140 . el vidrio y el caucho. c) Materiales reciclables Entre los materiales de desecho que pueden ser objeto de reciclaje podemos citar la chatarra. la fermentación de los residuos orgánicos posibilita el aprovechamiento del lugar. los RSU se depositan alternados con capas de tierra.) Obtención de papel reciclado Los procesos de reciclaje del papel tienen su origen en los problemas medioambientales generados por la fabricación de papel nuevo: deforestación y contaminación medioambiental. el paisaje del entorno queda desfavorecido. • Vertederos recuperables En este tipo de vertederos. es decir. separación electromagnética de metales. que se utiliza como abono orgánico para la regeneración del suelo. el lugar se convierte en un foco de proliferación de insectos. capaces de generar y transmitir enfermedades. b) Otras formas de tratamiento de residuos Además de la incineración. ofrecemos un modelo. • Compostaje Una variante del proceso de reciclaje es el compostaje. escorrentías. las calorías que proporciona un combustible. A pesar de estas medidas. • Su contenido en humedad ha de ser inferior al 50 %. el papel y el cartón. aves y roedores. separación por flotación o separación química. descontadas las necesarias para la vaporización del agua formada en la combustión. es necesario estudiar previamente las características de los residuos. De este modo se separa la tinta mediante flotación. cuyo ahorro puede llegar al 62. • Reducción del 86 % en el consumo de agua. como arena.45 cc 4 2 041. S. Por el valor de la relación de compresión. la pasta se sumerge en agua jabonosa y se inyecta aire para provocar la aparición de burbujas. la cilindrada total. se procede a su limpieza mediante frotamiento con productos alcalinos a 40 °C de modo que las fibras de celulosa no se vean afectadas. calculamos el volumen de un cilindro entre el PMI y el PMS: D2 S VD ———— 4 000 VD 3. La fase siguiente consiste en una depuración mediante filtrado y centrifugación. A partir de este punto. 141 . • Disminución del consumo energético primario. En los países de nivel económico alto.00 La cilindrada unitaria es 510. entre el diámetro. La tinta se traslada a vertederos y se incinera utilizando su propia energía calorífica. etc. para eliminar las posibles partículas de elementos ajenos a la fibra.059 y la relación volumétrica de compresión resulta ser 11. cuerdas. • Reducción del 92 % en los niveles de contaminación del agua.8 cc. ya que el papel reciclado resulta de peor calidad que el nuevo y con una apariencia gris o pardusca.059 d) La relación volumétrica de compresión r es el cociente entre el volumen total del cilindro VD ) y el volumen de la cámara de com(VC presión (VC ): VC VD r ———— ⇒ VC ⇒ r 51 cc 510. podemos señalar las siguientes mejoras de impacto ambiental: • Disminución del consumo de madera.45 cc b) La cilindrada total se obtiene multiplicando la cilindrada unitaria por el número de cilindros: VT VD Z 510.45 cc ———————— 51 cc 11. lacas. en la fabricación de papel reciclado.5 %. Cuestión 2 Datos: D 85 mm S 90 mm Z 4 VC 51 cc a) Para determinar la cilindrada unitaria. Ventajas frente al papel nuevo Comparando los procesos de fabricación de papel reciclado con la fabricación de papel a partir de la pasta química virgen. los productos químicos empleados para regular la alcalinidad son biodegradables. esta reducción alcanza hasta el 30 %. la pasta obtenida sigue el mismo proceso que la celulosa de origen primario para la obtención del papel: blanqueado de la pasta. Si se blanquea la pasta para evitar este inconveniente. transporte y manipulación.8 cc c) Para calcular la relación carrera-diámetro dividimos la carrera. los agentes químicos empleados también resultan altamente contaminantes. lo que favorece el desarrollo de las masas forestales. • Reducción de masa de RSU en los vertederos. prensado. D: S — D 90 mm ———— 85 mm 1. tamizado. podemos decir que se trata de un motor de gasolina.A continuación. no todo van a ser ventajas. de la atmósfera y del suelo ya que. la relación carreradiámetro vale 1. pero no su eliminación.00. Una vez depurada.45 cc. secado y satinado. con todos los beneficios que ello acarrea. 2 041. por lo que disminuyen la contaminación química.14 (85 mm)2 90 mm ——————————— 4 000 510. De modo que con la fabricación de papel reciclado se consigue una ligera reducción de la contaminación medioambiental de origen químico. alambres. Sin embargo. y reduce los costes de talado. Cuando se oprime el pulsador de la microválvula 3/2 NC que regula la apertura de la puerta. por lo que éste permanece en su posición máxima de retroceso. lo que permite situar el valor de referencia prácticamente igual a la temperatura que deseamos alcanzar. t Potencia Cuestión 4 1 0 t Esquema del circuito b) Variación de la respuesta El termostato es un dispositivo que permite un control todo/nada.Cuestión 3 a) Gráfica Temperatura c) Ventajas e inconvenientes Además. provocando el movimiento de avance del vástago y con él. podemos conseguir mejorar el régimen transitorio. será forzoso marcar el punto de referencia por encima de la temperatura deseada. En consecuencia. el cual reducirá el OFFSET a un valor mínimo. El único inconveniente del regulador es que resulta mucho más caro que el termostato. En cambio. se garantiza que. la válvula distribuidora permite la entrada de aire a la cámara anterior del cilindro. haciendo que la temperatura de referencia se alcance antes. las oscilaciones de la señal en su zona mínima se mantendrán siempre por encima de la temperatura deseada. las oscilaciones de la señal en el régimen permanente tendrán una amplitud muy pequeña. por lo que no suele utilizarse para procesos simples ni tampoco en aquellos en los que el ahorro energético no es significativo. ésta cambia su posición de trabajo y permite el paso de aire tanto a la válvula distribuidora como a la microválvula 3/2 NA que regula el cierre. Al llegar el aire al órgano de mando de la válvula 5/2. el regulador reduce progresivamente el aporte de potencia cuando la señal se aproxima al valor de referencia. si utilizamos un regulador proporcional PID la respuesta del sistema será diferente: • En primer lugar. Apertura Cierre a) Funcionamiento del sistema En posición de reposo. la apertura de la puerta. las perturbaciones que pueda sufrir el sistema serán automáticamente corregidas por el regulador. durante el régimen permanente. es decir. que desconecta la resistencia del horno cuando la temperatura alcanza el valor de referencia y vuelve a conectarla cuando este valor se aleja del punto de referencia. De este modo. La puerta del autobús permanece cerrada. 142 . ésta invierte su posición de trabajo y permite el paso del aire hasta la cámara posterior del cilindro a través del antirretorno de la válvula reguladora. • Finalmente. • En segundo lugar. si queremos que el horno se mantenga a una temperatura determinada de forma permanente. con lo que se garantiza el cierre suave de la puerta. El aire que llega al órgano de retorno de la microválvula 3/2 NC.El aire que llega al órgano de retorno de la microválvula 3/2 NA que regula el cierre hace que ésta invierta su posición y permita la salida del aire contenido en la cámara anterior. invierte de nuevo su posición y permite el paso de aire tanto a la válvula distribuidora como a la microválvula 3/2 NC que regula la apertura. Cuando se oprime el pulsador de la microválvula 3/2 NA que regula el cierre. Si se utilizaran válvulas de retorno por resorte sería necesario mantener la pulsación mientras se produce la operación de apertura o de cierre ya que. la función representada es: S (A B) (B C) La tabla de verdad es la siguiente: A B C A A B B C (A B) (B C) S 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 Si simplificamos la función utilizando las leyes de De Morgan y las propiedades de la suma y el producto lógicos. inicialmente cerrada como consecuencia de la acción del órgano de retorno. obtenemos: S (A AB B) (B BC C) AB (A BC B) (B C) C) B (A Si ahora confeccionamos la tabla de verdad de la función simplificada. en caso contrario. provocando el movimiento de retroceso del vástago y el cierre de la puerta. basta pulsar el pulsador correspondiente. con lo que se garantiza una apertura suave de la puerta. el muelle de retorno invertiría la posición de la válvula y la operación (de apertura o de cierre) se interrumpiría. 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 143 . Dicha salida está controlada por medio de una válvula reguladora de caudal unidireccional. para accionar ésta. ésta invierte su posición de trabajo y permite el paso del aire hasta la cámara anterior del cilindro a través del antirretorno de la otra válvula reguladora. Cuestión 5 De acuerdo con la simbología empleada en el logigrama. hace que ésta invierta de nuevo su posición y permita la salida del aire contenido en la cámara posterior. ésta. que regula la apertura. comprobamos que coincide con la anterior: A B C B C A C B (A C) b) Justificación La utilización de microválvulas de retorno neumático para pilotar la apertura y el cierre de la puerta permite que. Al llegar el aire al órgano de retorno de la válvula 5/2. Dicha salida también está controlada por medio de otra válvula reguladora de caudal unidireccional. ya que el retorno sólo se produce cuando el órgano correspondiente recibe la señal neumática procedente de la otra válvula. Consta de otro conjunto de bobinas.002 (adimensional). constarán de dos elementos fundamentales.16 Kg ——————— 100 mm2 20 408. situadas alrededor de los polos del electroimán. en mm2. El conjunto se monta sobre un eje. las bobinas inductoras van conectadas en paralelo o derivación con las bobinas inducidas. Su representación esquemática es la siguiente: La tensión unitaria que soporta la barra es 204. Viene dado por la expresión: E En este caso: Kg 204.002 La elongación unitaria vale 0. y S. y viene dado por la expresión: I A —— I0 En este caso: A I —— I0 0. En los motores shunt. y viene dada por la expresión: P — S donde P es la tensión o el esfuerzo aplicado. • El estátor es la parte fija del motor.08 ——— mm2 ——————— 0. denominados estátor y rotor.8 N P — S 20 408. llamadas bobinas inductoras. en kg. denominadas bobinas inducidas. Para ello disponen de una serie de bobinas.16 Kg Kg 204. Los extremos de las bobinas se sueldan a una serie de láminas de cobre. la sección de la probeta. Estos polos van sujetos a la carcasa.Solución modelo 5 Cuestión 1 Datos: l 100 mm S 10 10 mm2 l 0. La constitución de estos motores viene determinada por la necesidad de establecer un campo magnético y disponer de una serie de bobinas recorridas por la corriente eléctrica y situadas en el seno del campo. responsable del establecimiento del campo magnético. que van arrolladas sobre las ranuras de un núcleo de hierro que se llama inducido. • El rotor es la parte móvil del motor.08 ——— mm2 E — A El módulo de Young de la barra metálica resulta ser 102 040.2 mm F 200 000 N tada y la elongación unitaria A que se produce en el material.08 kg/mm2. c) Módulo de Young El módulo de Young o módulo de elasticidad E es el cociente entre la tensión unitaria sopor- 144 . En consecuencia. Calculamos el valor del esfuerzo y sustituimos en la fórmula: P 1 Kg 200 000 N ——— 9.002 Kg 102 040.8 Kg/mm2. que reciben el nombre de delgas y forman el colector. Cuestión 2 a) Características anatómicas Los motores eléctricos de corriente continua transforman la energía eléctrica en energía mecánica como consecuencia del giro de sus partes móviles.8 ——— mm2 — A a) Tensión unitaria La tensión unitaria es el esfuerzo que soporta el material por unidad de sección.2 mm ———— 100 mm 0. b) Elongación unitaria La elongación unitaria o incremento unitario de longitud A es el cociente entre el alargamiento provocado por la tensión aplicada y la longitud inicial de la probeta. se utilizan preferentemente en las máquinas herramientas. El diagrama de bloques de este sistema de control es el siguiente: Comparador h0 Controlador A. situaremos dos detectores de nivel a la distancia h. equilibrando de nuevo el exceso de extracción de agua. se trata de la entrada B. Cuando el descenso del nivel del agua sea detectado por el sensor situado en la parte inferior. Cuando el sensor situado en la parte superior detecte la presencia de agua. h 0. a partir de la cual pueden 145 . puede alcanzarse un compromiso entre los aportes de agua y las extracciones de modo que el nivel del depósito se mantenga de forma permanente dentro de los límites preestablecidos. el par motor es también nulo y la potencia absorbida apenas llega a alcanzar los 2 kW. equilibrando así el exceso de aporte de agua. de control y perturbaciones. el par motor es máximo (entre 40 y 45 kgm) y la potencia absorbida llega a ser de 36 kW. de forma que contrarresten la extracción constante de la salida C y el aporte variable de la entrada B. D B C h Depósito b) Funcionamiento Cuando el motor funciona a plena carga (70 A). el régimen del motor es ligeramente superior al del funcionamiento a plena carga (alrededor de 750 rpm). ya que es constante. y modificar el aporte de A y la extracción de D. h 0. éste enviará una señal al circuito de control que reducirá la extracción de la válvula de la salida D y abrirá la de la entrada A. su rendimiento es óptimo y puede estimarse en torno al 85 %. del nivel de referencia. el régimen de giro se sitúa sobre las 700 rpm. Cuestión 3 De acuerdo con la descripción del sistema. Una vez determinado éste. • Las variables de control son aquellas que pueden modificarse a voluntad. el nivel del agua se incrementará. hay que definir previamente el rango de variación permitida. de salida. c) Aplicaciones Estos motores se utilizan donde no se requiera un elevado par a pequeñas velocidades. h. enviará una señal al circuito de control que regulará la válvula de la salida D. Por ello. de estado. se trata de la altura h que alcanza el agua en el depósito al iniciar la maniobra y el caudal de agua que sale por la salida C. respectivamente. • La variable de referencia es la altura h 0 en torno a la cual debe situarse el nivel de agua del depósito. El sistema de control ha de permitir comparar el nivel real h que alcanza el agua en el depósito con el nivel establecido. podemos distinguir diferentes tipos de variables: de referencia. Así. Para ello. el rendimiento es prácticamente nulo. que aporta agua de forma permanente aunque con un caudal variable.+ – I Ii C Iex D A B I modificarse los aportes y las extracciones mediante la entrada A y la salida D. donde no se produzcan grandes cargas y donde estas cargas puedan desaparecer (vacío) sin que se corra el peligro de embalamiento. En este ejemplo. En este ejemplo. En este ejemplo. por encima y por debajo. En el momento que el caudal de agua aportado por la entrada B sea superior a la extracción efectuada por la salida D. • Las variables de estado son las que definen la situación del proceso. • La variable de salida es la variación de la altura del depósito. h. tanto por encima como por debajo del nivel de referencia. • La perturbación es una variable que no puede controlarse de forma voluntaria. se trata del caudal que llega al depósito por la entrada A y el que se extrae por la salida D. Cuando funciona en vacío (0 A). m 1 o m 2. el resorte de la válvula pulsada para el inicio devuelve ésta a su posición inicial. El ciclo avance-retroceso se repetirá indefinidamente mientras no se pulse la válvula m 3. m 1 o m 2. que cambia de nue- vo su posición de trabajo y permite ahora el paso del aire hasta la cámara anterior del cilindro.Cuestión 4 a) Elementos componentes El circuito está formado por un cilindro de doble efecto A gobernado por una válvula 4/2 con mando y retorno neumáticos. Una vez comenzada la carrera. ésta permitirá el paso hasta el órgano de retorno (A ) de la válvula distribuidora provocando inmediatamente la carrera de retroceso. de tres válvulas selectoras de circuito que regulan el acceso del aire modulado al órgano de mando y de retorno de la válvula distribuidora. m 1 o m 2. La válvula selectora de circuito. el muelle de retorno devuelve el final de carrera a su posición de partida. Al hacerlo. Esta válvula invierte entonces su posición de trabajo y envía una señal neumática esta vez hasta el órgano de mando de la válvula distribuidora 4/2. b) Funcionamiento En posición de reposo. produciéndose de este modo la carrera de avance. La finalización de la maniobra se efectúa por medio de otra válvula 3/2 NC (m 3) con mando por pulsador y retorno por resorte. Cuestión 5 a) Diagrama de bloques x2 x1 x0 Entradas Circuito combinacional z0 Salidas z1 146 . Cuando el aire modulado llega a la válvula 4/2. Esta válvula invierte entonces su posición de trabajo y envía una señal neumática hasta el órgano de retorno (A ) de la válvula distribuidora 4/2. desplaza de nuevo el asiento de manera que se bloquee la salida del aire hacia cualquiera de las válvulas m 1 o m 2. Las dos válvulas selectoras de circuito que se encuentra el aire a su paso desplazan el asiento de modo que el aire fluya hacia la válvula 4/2 y bloquee la salida del aire a través de la válvula no pulsada. ésta invierte su posición de trabajo y permite el paso del aire hasta la cámara posterior del cilindro. Se inicia entonces la carrera de retroceso. El inicio de la maniobra puede efectuarse indistintamente desde dos puntos por medio de sendas válvulas 3/2 NC (m 1 y m 2). con mando por pulsador y retorno por resorte. por lo que éste se encuentra en su posición máxima de retroceso. que encuentra la señal neumática enviada por el final de carrera a 0. éstas cambiarán su posición de trabajo y permitirán el paso del aire hasta el órgano de mando (A ) de la válvula distribuidora 4/2. Se inicia entonces una nueva carrera de avance. desplaza de nuevo el asiento de manera que se bloquee la salida del aire hacia la válvula m 3. La carrera de avance continúa hasta que el extremo del vástago actúa sobre la roldana del final de carrera a 1. De este modo. o a través del final de carrera a 0. que actúan como finales de carrera y permiten el avance y el retroceso alternativos de forma automática. Al accionar el pulsador de cualquiera de las dos válvulas. la válvula distribuidora 4/2 permite el paso del aire hasta la cámara anterior del cilindro. El recorrido del vástago está determinado por dos microválvulas 3/2 NC (a 0 y a 1) con mando por roldana y retorno por resorte. además. Una vez comenzada la carrera. que encuentra la señal neumática enviada por el final de carrera a 0. La válvula selectora de circuito. de manera que se bloquee el acceso de la señal emitida por los finales de carrera. Una vez comenzada la maniobra. el muelle de retorno devuelve el final de carrera a su posición de partida. El aire enviado por la válvula m 3 desplaza el asiento de las válvulas selectoras de circuito. que cambia otra vez su posición de trabajo y permite ahora el paso del aire hasta la cámara posterior del cilindro. El circuito dispone. cuando el cilindro llegue a su posición máxima de retroceso ya no iniciará una nueva carrera de avance hasta que no se pulsen nuevamente cualquiera de las dos válvulas de inicio. La carrera de retroceso continúa hasta que el extremo del vástago actúa sobre la roldana del final de carrera a 0. respectivamente. en este caso se elimina x 0 y queda sólo x 2 x 1. el logigrama del circuito será: x2 x 2 x1 c) Funciones lógicas y simplificación Las funciones lógicas correspondientes a cada una de las salidas son: z0 x 2 x1 x0 z1 x 2 x 1 x0 x2 x1 x0 x1 z1 z0 x0 x2 x1 x0 x2 x1 x0 147 . también puede formarse un único agrupamiento vertical de dos celdas. que corresponden a 100 (x 2 x 1 x 0 ) y 101 (x 2 x 1 x 0). 001. Asimismo. a los números decimales siguientes: Circuito combinacional 000 100 0 4 001 101 1 5 010 110 2 6 011 111 3 7 Simplificaremos primero la función z 0. la función z 1 puede escribirse del modo siguiente: z1 d) Logigrama De acuerdo con el resultado obtenido. que corresponden a 110 (x 2 x 1 x 0 ) y 111 (x 2 x 1 x 0). recurrimos a los diagramas de Karnaugh: x2 x1 0 1 x0 00 01 11 10 0 0 0 1 0 0 1 1 Calculamos la parte entera que corresponde a la división N/3 y la expresamos en código binario: 000 001 010 011 100 101 110 111 0 → N/3 1 → N/3 2 → N/3 3 → N/3 4 → N/3 5 → N/3 6 → N/3 7 → N/3 0 0 0 1 1 1 2 2 00 00 00 01 01 01 10 10 Se observa que puede formarse un único agrupamiento vertical de dos celdas. Eliminaremos x 0 y queda sólo x 2 x 1. Para ello. Por tanto. 101. la tabla de verdad del circuito será: x2 x1 x0 z1 z0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 Como en el caso anterior. podrá procesar las señales 000.b) Tabla de verdad Si el circuito dispone de tres entradas. 010. Por tanto. la función z 0 puede escribirse del modo siguiente: z0 x2 x1 x0 x2 x1 Simplificamos ahora la función z 1 siguiendo el mismo proceso: x2 x1 0 1 x0 00 01 11 10 0 0 0 0 1 1 0 0 Por tanto. 011. 100. 110 y 111 que corresponden. de una capa protectora o capa de conversión sobre la superficie del metal que se desea proteger. presente en el agua del mar. por procedimientos químicos. • La reacción catódica consiste en la captura de los electrones por los radicales OH y el posterior desprendimiento de hidrógeno gas (H2). SO2. Se emplea generalmente como subcapa en el hierro y el acero cuando éstos han de ser posteriormente pintados o plastificados. cadmio o manganeso para provocar la aparición de una capa de fosfatos metálicos en la superficie del metal que le protegen contra la humedad por ser insolubles en agua. El ejemplo más conocido es el del hierro atacado por el agua del mar. cobre. localizada e intergranular. la fosfatación y la oxidación anódica. plata y estaño. Fosfatación Se aplican soluciones de ácido fosfórico y de fosfatos de cinc. Los agentes corrosivos más habituales son el cloruro de sodio. Se emplea para el hierro y como protección adicional en los recubrimientos electrolíticos del cinc. con lo que se forma el óxido correspondiente. el ataque se localiza en la unión de los granos de los constituyentes de los metales provocando pérdida de cohesión entre ellos. Al disminuir el espesor de la pieza. • La reacción anódica tiene lugar en la superficie del metal. también decrece su resistencia mecánica. que actúa como ánodo y cede electrones. En este caso disminuye la capacidad de deformación y es muy difícil de prevenir. Oxidación anódica Consiste en la creación de una capa de óxido metálico compacto superior a la que se produ- 148 . NaCl. también llamadas de capa o barrera. consisten en la creación. el espesor de la zona afectada es igual en toda la superficie del metal. El metal puede llegar a desintegrarse totalmente sin que se aprecie ninguna alteración superficial. hoyos y surcos en la superficie del metal. • La corrosión localizada produce picaduras. • En la corrosión intergranular. mientras que la oxidación anódica se lleva a cabo en un proceso electrolítico.01 y 1 dependiendo de la resistencia a la corrosión que se desea generar. Es el caso típico de los metales atacados con ácidos. b) Modificación química de la superficie Para proteger los materiales contra la corrosión pueden utilizarse diferentes técnicas. que se produce en las combustiones.Solución modelo 6 Cuestión 1 a) Corrosión Es la destrucción lenta y progresiva de un material producida por el oxígeno del aire combinado con la humedad. Esta capa puede tener un espesor que oscila entre 0. En este grupo. Cromatizado Consiste en aplicar al metal soluciones que contienen ácido crómico o algún derivado con el fin de provocar la aparición de una capa de óxido compacta en su superficie que impida la corrosión del resto del metal. distinguimos el cromatizado. Los procesos de corrosión son procesos electroquímicos. • En la corrosión uniforme. Las denominadas de modificación química de la superficie. Por consiguiente. ya que en la superficie del metal se generan micropilas galvánicas en las que la humedad actúa como electrólito. El cromatizado y la fosfatación se consiguen mediante tratamientos químicos. y el dióxido de azufre. se producen dos reacciones químicas simultáneas: una reacción anódica y una reacción catódica. La corrosión puede clasificarse en tres categorías: corrosión uniforme. el tantalio. la relación de transmisión se calcula del modo siguiente: i (1. b) Par y potencia Calculamos. Por último.4 625 rpm a) Velocidad del eje portafresas Cuando la fresadora funciona en primera velocidad. si así interesa. que está montada en el eje portafresas. si la velocidad del eje motor es n 1 1 500 rpm. • Ahora las solidarias son las ruedas 2 y 3 y.5 kW 48 d.67 48 d. por tanto. el eje portafresas de la fresadora gira a 225 rpm. En este caso. • Las ruedas 2 y 4 son solidarias sobre el eje intermedio y. En consecuencia. será: i n1 — → n2 n2 n1 — i 1500 rpm ————— 6. el tren compuesto de engranajes es diferente: • La rueda 1 sigue montada sobre el eje motor y sigue actuando de rueda conductora de la rueda 2. En estas condiciones. aunque el de mayor aplicación es el ácido sulfúrico (H2SO4) por ser el que consume menos energía en el proceso.) i 1-2 i 3-6 z2 z 6 — — z1 z 3 2. El proceso de anodizado del aluminio se lleva a cabo en baños de ácidos (sulfúrico. La capa de óxido de aluminio obtenida así queda fuertemente adherida al soporte. Este proceso puede aplicarse también al magnesio.a vel. crómico o fosfórico). ——— ——— 24 d. si la velocidad del eje motor es n 1 1 500 rpm. 36 d.a vel. la velocidad angular del eje motor en rad/s: 2 rad 1 min 1 500 rpm ———— ——— 1 vuelta 60 s rad 157 —— s 149 . 18 d. El material así obtenido se denomina aluminio anodizado. las piezas anodizadas pueden revestirse de una capa de pintura o barniz.4 Cuestión 2 Datos: z 1 24 dientes z 3 30 dientes z 5 60 dientes v 1 500 rpm z2 z4 z6 P 48 dientes 18 dientes 36 dientes 2. • La rueda 3 actúa como conductora de la rueda 6. por tanto. lo hace a 625 rpm. la del eje de salida. será: i n1 — → n2 n2 n1 — i 1500 rpm ————— 2.ce por oxidación natural. aunque presenta cierta porosidad. Se consiguen así espesores de 30 que confieren al material una resistencia a la abrasión y al desgaste del orden de 200 a 400 veces superior a las obtenidas por los métodos de cromatizado y fosfatación. giran a la misma velocidad. ——— ——— 24 d.67 225 rpm Repetimos el proceso para el caso que la fresadora funcione en segunda velocidad. En primera velocidad. por lo que debe procederse a aplicar un último tratamiento que consiste en sumergir la pieza en agua hirviendo para que la capa de óxido se compacte e impermeabilice. En consecuencia. el vanadio y el circonio. giran a la misma velocidad. el tren compuesto de engranajes que forma la transmisión se forma de la manera siguiente: • La rueda 1 está montada sobre el eje motor y actúa de rueda conductora de la rueda 2.) i 1-2 i 4-5 z2 z5 — — z1 z 4 6. En estas condiciones. • La rueda 4 actúa como conductora de la rueda 5. En segunda velocidad. 30 d. que está montada en el eje portafresas. Para ello. en primer lugar. el titanio. n 2. la del eje de salida. En el ámbito industrial este tratamiento se aplica fundamentalmente al aluminio. la relación de transmisión se calcula del modo siguiente: i (2. 60 d. se emplean procedimientos electrolíticos. n 2. 92 N m Cuestión 3 a) Función de los elementos Como se aprecia en el diagrama de bloques. Por lo tanto: v n d ——— 1 000 225 rpm 3. n es la velocidad de giro (rpm) y d.5 kw 16. la señal de salida del oscilador va disminuyendo en amplitud.675 kw Para la segunda velocidad: i2 M2 —— → M 2 M P2 —— → P 2 P i2 M 2. 150 .325 m/min.00 kw En primera velocidad la fresadora desarrolla un par de 106. Esta señal se aplica a la bobina. Se introduce para simplificar el tratamiento de la señal.21 N m y una potencia de 16.92 N m 38. en consecuencia. el oscilador da una señal alterna de salida muy alta y. • La bobina detectora genera un campo magnético cuya intensidad variará en función de la proximidad del objeto que se detecta. pero no lo suficiente como para provocar una disminución de la señal de salida del rectificador. llega un momento en que la señal del oscilador es lo suficientemente pequeña para provocar una disminución de la señal del rectificador. el par es de 38. un conmutador invierte la señal de modo que el disparador no se activa. • La fuente de alimentación se encarga de suministrar la energía eléctrica necesaria para que funcione el sistema. • El oscilador es un circuito que genera una señal de corriente alterna que adopta la forma de una onda senoidal. el diámetro de la fresa (mm). • El rectificador es un dispositivo que transforma la señal alterna que sale del oscilador en corriente continua. Cuando la señal del rectificador disminuye hasta el 50 % de la tensión de salida. un detector de proximidad inductivo está formado por varios elementos básicos: la fuente de alimentación. que se produce aproximadamente de forma lineal. Si el objeto se sigue acercando. basta aplicar la expresión: v n d ——— 1 000 donde v es la velocidad de corte (m/min). la bobina detectora. el rectificador y el disparador.00 kW.325 —— min En primera velocidad.67 2.21 N m y la potencia. b) Funcionamiento Si el objeto se encuentra muy alejado de la placa detectora.14 50 mm ——————————— 1 000 m 35. 6. el oscilador.67 15.675 kW. En estas condiciones.92 N 106. la fresa desarrolla una velocidad de corte de 35.4 2.21 N m i2 i2 P 2. se alcanza el Como el par y la potencia están relacionados con la relación de transmisión. A medida que el objeto se va acercando al detector.21 N m i1 i1 P 6.4 15. que devuelve una señal de salida en función de la variación del campo magnético provocado por el objeto detectado. Para la primera velocidad: i1 M1 —— → M 1 M P1 —— → P1 P i1 M 6. determinamos el par motor M: P M → M P — 2 500 W ———— rad 157 —— s 15. calculamos los pares de salida y las potencias obtenidas en cada velocidad. c) Velocidad de corte Para calcular la velocidad de corte de la fresadora. En segunda velocidad.A partir de este dato y de la potencia desarrollada. por lo que el disparador sigue inactivo. • El disparador se activa cuando la señal continua procedente del rectificador tiene el valor adecuado.5 kw 6. la salida continua del rectificador es la máxima posible. el operario oprime el pulsador. el conmutador invierte otra vez la señal y desactiva el disparador. Cuestión 4 a) Esquema de la instalación b) Funcionamiento En posición de reposo. Cuando deje de oprimirlo. Por lo tanto. Estos materiales también pueden ser detectados. c) Materiales detectables Como los detectores de proximidad inductivos usan el principio de la inducción electromagnética. El escaso flujo magnético absorbido por este tipo de materiales es insuficiente para producir una variación importante en la resistencia equivalente de la bobina detectora. el resorte de retorno invertiría la posición de la válvula y el cilindro iniciaría la carrera de retroceso antes de haber finalizado el avance. se produce el efecto contrario: la señal de salida del oscilador comienza a aumentar y. es lógico pensar que los materiales más fácilmente detectables serán aquellos que sean permeables a los flujos magnético y eléctrico. paramagnéticos y diamagnéticos. el resorte de retorno invierte de nuevo la posición de la válvula. Por el contrario. el vidrio. Entre ellos encontramos el hierro y sus aleaciones. La señal de salida del disparador se mantiene mientras el objeto se encuentra dentro de la zona de detección. la electroválvula 4/2 permite el paso de aire hasta la cámara anterior del cilindro de doble efecto. La capacidad de los cuerpos para absorber o dispersar el flujo magnético se mide por su permeabilidad magnética. el níquel y el cobalto. un mal conductor magnético dispersará el flujo magnético. Atendiendo a esta característica. los materiales pueden clasificarse en ferromagnéticos. se incrementa también linealmente la señal del rectificador. que cambia su posición de trabajo y permite que el cilindro efectúe la carrera de avance. el cilindro permanecerá inmóvil hasta que vuelva a oprimirse de nuevo el pulsador. • Los materiales ferromagnéticos poseen una permeabilidad mucho mayor que la unidad. 151 . La corriente llega hasta el órgano de mando de la electroválvula. el cilindro se mantendrá en su posición máxima de avance. con ella. Cuando esta señal alcanza de nuevo el 50 % de su valor nominal. • Los materiales diamagnéticos presentan una permeabilidad menor que la unidad. En caso contrario. A medida que el objeto se aleja de la placa. Entre ellos se encuentran el cobre. • Los materiales paramagnéticos tienen una permeabilidad igual a la unidad. que es la facilidad que poseen ciertos cuerpos para dejarse atravesar por los campos magnéticos. c) Modo de actuación El operario debe mantener la pulsación mientras dura la carrera de avance. por lo que éste se encuentra en la posición máxima de retroceso. Cuando se desea separar un objeto defectuoso. que deja pasar el aire hasta la cámara anterior del cilindro y se origina la carrera de retroceso. Mientras el operario mantenga la pulsación. En este grupo se incluyen metales como el aluminio y el platino. Un buen conductor magnético concentrará y absorberá el flujo magnético. Finalizada ésta. no serán detectados. Este grupo incluye los materiales más fácilmente detectables por los detectores inductivos. Esto se produce al salir el objeto de la zona de detección. el oro y la plata. aunque la distancia de detección es más pequeña.nivel de operación: el conmutador varía la señal y el disparador se activa. b) Cálculos Datos: kg 34. 111 (ABC). que tiende a alargarla. y 101 (A BC). de una forma y dimensiones determinadas. la expresión de la función F. Su longitud está calibrada para medir las deformaciones producidas por el alargamiento y se construyen todas iguales para poder comparar los resultados de probetas construidas con distintos materiales. 111 (ABC). una vez simplificada.5 —— mm2 E kg 10 300 —— mm2 l 70 mm d 13. queda del modo siguiente: F A B C c) Logigrama El logigrama de la función F es el siguiente: 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 De acuerdo con dicha tabla. 110 (AB C). la tabla de verdad de la función F será la siguiente: A B C F Se observa que pueden formarse tres agrupamientos de cuatro celdas: dos en forma de cuadro y uno horizontal en la segunda fila. Las variables que cambian son ahora A y B. Las variables que cambian son A y C. Una de las formas geométricas más empleadas es la que tiene una longitud entre puntos calibrados de 200 mm y un diámetro de 20 mm.Cuestión 5 a) Tabla de verdad Según se indica en el enunciado. 011 (ABC). a un esfuerzo de tracción en la dirección de su eje. por lo que pueden suprimirse y queda sólo A. • El primer grupo de cuatro celdas en cuadro está formado por 010 (AB C). 011 (ABC) y 111 (ABC). 100 (A B C) y 101 (A BC). que son los encargados de ejercer el esfuerzo de tracción. por lo que pueden suprimirse y queda sólo C. • En consecuencia.82 mm 152 . por lo que pueden suprimirse y queda sólo B. • El grupo formado en la segunda fila está formado por 001 (ABC). para poder fijarlas a la máquina universal de ensayos o a un sistema hidráulico. • El segundo grupo de cuatro celdas en cuadro está formado por 110 (AB C). Las probetas empleadas suelen ser de sección circular uniforme y ensanchadas en sus extremos. la función F que regula el funcionamiento de la bomba viene dada por la siguiente expresión: F ABC AB C A BC ABC ABC AB C b) Simplificación A BC Utilizamos un diagrama de Karnaugh y resulta: AB C 0 1 00 01 11 10 A 0 1 1 1 1 1 1 1 B C F Solución modelo 7 Cuestión 1 a) Ensayos de tracción Consisten en someter a una probeta. Las variables que cambian son ahora B y C. La probeta experimentará un incremento de longitud de 0. El sensor detecta la temperatura de la cuba. Cuando el cilindro efectúa la carrera de avance. emite una señal al circuito de control.23 mm La carga máxima que es capaz de soportar el latón antes de deformarse es de 5 172. kg 3. El accionamiento manual puede consistir en una válvula distribuidora 4/2 con mando por pulsador y retorno por resorte. se produce el fenómeno inverso: la cuchara bascula al revés y el caldo contenido en el recipiente se desliza a través de la acanaladura hasta el recipiente de recogida exterior. En uno de sus extremos dispone de un recipiente semiesférico encargado de recoger el caldo de fundición.Para calcular la carga máxima. el muelle de retorno provocará la inversión de la posición de trabajo de la válvula y.82 mm)2 34.14 (13. • El recipiente de recogida es otro elemento pasivo del sistema: se encarga de recoger el caldo que vierte la cuchara cuando bascula desde la cuba.23 mm antes de experimentar deformaciones plásticas. El otro extremo está unido al vástago de un cilindro neumático. Su función es contener el caldo provocado por la fusión de los materiales correspondientes. • El eje de pivotamiento permite el movimiento basculante de la cuchara.6 kg. empuja el extremo de la cuchara al que está unido.5 —— mm2 ————————— kg 10 300 —— mm2 0. un final de carrera y un sensor térmico en el interior de la cubeta. determinaremos la dilatación que experimenta la probeta. Cuando el cilindro efectúa la carrera de retroceso. El movimiento basculante de ésta hace que el otro extremo se sumerja en el in- 153 . Ésta cambia su posición de trabajo y provoca la carrera de avance: la cuchara se sumerge en la cuba. cuando es impulsada por el cilindro neumático. partiremos de la expresión que da la tensión unitaria . se activa el final de carrera (válvula 3/2 NC con mando por roldana y retorno por resorte) que se encuentra conectado al mando neumático de retorno de la electroválvula. P — ⇒ P S P S d2 —— 4 5 172. E — ⇒ A A l — l — ⇒ E l l —— E l kg 70 mm 34. Al accionar el pulsador. la cuchara de colada. • La cuba de fundición es un recipiente de acero revestido de material refractario. se producirá el movimiento de avance y la cuchara se sumergirá en la cuba. el cilindro neumático y el recipiente de recogida. Conocida ésta. partiremos de la fórmula del módulo de Young para determinar la elongación unitaria. el eje de pivotamiento. Al dejar de pulsar. El accionamiento automático podría conseguirse mediante una electroválvula 4/2 con retorno neumático. Se trata de un elemento estático del sistema. Cuando ésta alcanza el valor deseado. Puede ser accionado manualmente o de forma automática. Cuando el vástago llega al extremo de su carrera. • La cuchara de colada está formada por una palanca acanalada que bascula sobre un eje situado sobre la cuba.6 kg terior del caldo de fundición y llene parcialmente el recipiente semiesférico. con ella. • El cilindro neumático es el encargado de provocar el movimiento basculante de la cuchara.5 —— ———————— mm2 4 Para determinar el incremento de longitud. Cuestión 2 a) Descripción del dispositivo El sistema de descarga está formado por la cuba de función. Puede tratarse de un simple vaso colector que posteriormente habrá de desplazarse hasta donde convenga. o bien una conducción con un grado de inclinación tal que permita el resbalamiento del caldo hasta otro lugar. Ésta invierte de nuevo su posición de trabajo y provoca la carrera de retroceso: la cuchara bascula en sentido inverso. el cual activa la señal eléctrica del mando de la electroválvula. la carrera de retroceso: la cuchara basculará en sentido inverso. una vez detectada una determinada presión. la presión del aire contenido en el depósito disminuya. • Las tomas de salida. en cambio. Su principal inconveniente radica en que. • La fuente de alimentación proporciona la energía necesaria para el funcionamiento del sistema y es independiente de que éste sea en lazo abierto o en lazo cerrado. el manómetro. notablemente superior a la de los sistemas neumáticos. b) Diagrama de bloques Cuestión 3 a) Tipo de sistema de control Para determinar si la instalación constituye un sistema de control en lazo abierto o cerrado. hemos de analizar primero la función de sus elementos componentes. conmute la señal eléctrica y desconecte el motor de la fuente de alimentación. • El visualizador es. no afectará al funcionamiento del sistema salvo que se produzca la desconexión manual de éste. Cuando. la bomba de succión deja de alimentar el depósito y la presión no se incrementa. • El motor eléctrico se encarga de accionar la bomba de succión. tanto en el avance como en el retroceso. Por otra parte.b) Alternativas El movimiento basculante de la cuchara puede conseguirse también por medio de otros actuadores. El accionamiento oleohidráulico presenta la ventaja de poder efectuar una fuerza efectiva. • La bomba de succión o compresor aumenta la presión del aire y funciona gracias al motor eléctrico. • El comparador es el presostato que envía una señal de realimentación para modificar la acción del actuador. Le ocurre lo mismo que a los anteriores. Éste es el elemento diferencial que hace que podamos confeccionar un sistema de control en lazo cerrado. 154 . Esta presión puede ser medida con el manómetro pero. Como en el caso anterior. • El manómetro es un instrumento de medida que indica la presión que alcanza el aire en el interior del depósito. puede regularse para que. cualquiera que sea su valor. puede existir tanto si se trata de un tipo de sistema como de otro. También existe con independencia del tipo de sistema. como consecuencia del uso. En efecto. que indica la presión de aire existente en el interior del depósito. en este caso. • El depósito acumula el aire comprimido procedente de la bomba de succión. al trabajar a elevadas temperaturas. es necesario elegir cuidadosamente el fluido para evitar el riesgo de incendio. El razonamiento es idéntico al de los casos anteriores. De este modo. en este caso. consiste en alcanzar y mantener una determinada presión de aire en el interior del depósito. como los motores (eléctricos o de combustión) o mediante un dispositivo oleohidráulico. • El presostato es un dispositivo capaz de transformar una señal neumática en una señal eléctrica. Presión de referencia Actuador Comparador Visualizador Proceso Respues Respuesta del sistem sistema • El proceso. el motor eléctrico accionará de modo ininterrumpido la bomba de succión y ésta irá incrementando progresivamente la presión de aire en el depósito. • El actuador está formado por un conjunto de dos dispositivos: el motor eléctrico y la bomba de succión. el presostato conmutará de nuevo la señal y volverá a conectar el motor eléctrico que acciona la bomba de succión. también son comunes a cualquier sistema de control. El presostato. el consumo energético es notablemente superior. El principal inconveniente de los motores radica en que éstos efectúan un movimiento rotatorio que debería ser transformado en rectilíneo alternativo. por las que fluye el aire comprimido hacia los lugares de utilización. sin la presencia del presostato. A y B para la utilización. la posición de reposo está representada por el cuadro de la derecha y en las oleohidráulicas. 3 para el escape). por el de la izquierda. será 16 combinaciocapaz de procesar hasta 2 4 nes de cuatro bits. los sistemas oleohidráulicos pueden desarrollar fuerzas efectivas mucho mayores y trabajan también a presiones notablemente superiores que los sistemas neumáticos. la tabla de verdad de la salida S será: x3 x2 x1 x0 S 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 155 . mientras que en las oleohidráulicas sucede al contrario. como consecuencia de la práctica incompresibilidad de los líquidos y en aplicación del principio de Pascal. De acuerdo con la correlación entre el sistema binario y el decimal. mientras que en las neumáticas se utilizan letras (P para la alimentación. • La designación de los orificios o vías también es diferente: en las neumáticas se emplean números (1 para la alimentación. Las diferencias más significativas son: • En las válvulas neumáticas. 4 2 Cuestión 5 a) Tabla de verdad 3 1 b) Esquema de la instalación oleohidráulica Si el registro dispone de cuatro entradas. • La posición de los órganos de mando y de retorno también está invertida: en las válvulas neumáticas el mando se sitúa a la izquierda y el retorno a la derecha. Si el circuito ha de detectar los números mayores que 6.Cuestión 4 a) Esquema de la instalación neumática Otra de las grandes diferencias entre un sistema neumático y uno oleohidráulico es que. T para el escape). estas combinaciones serán: 0000(2 0011(2 0110(2 1001(2 1100(2 0(10 3(10 6(10 9(10 12(10 0001(2 0100(2 0111(2 1010(2 1101(2 1111(2 1(10 4(10 7(10 0010(2 0101(2 1000(2 2(10 5(10 8(10 11(10 14(10 A B 10(10 1011(2 13(10 1110(2 15(10 P T c) Analogías y diferencias Como puede apreciarse en ambos esquemas. 2 y 4 para la utilización. la simbología empleada para representar cilindros y válvulas es totalmente idéntica. • La simbología empleada en los orificios de alimentación y escape también varía. que tiene su origen en los restos de organismos vivos del medio acuático. ordenados de menor a mayor contenido en carbono. Pero lo habitual es someterlo a un cuidadoso proceso de refino denominado destilación fraccionada continua. la función lógica de la salida S viene dada por la expresión: S S x3 x2 x1 x0 x3 x2 x1 x0 x3 x2 x1 x0 x 3 x 2 x1 x 0 x3 x x 0). 1110 (x 3 x 2 x1 x 0) y 1010 (x 3 x 2 x 1 x 0). son la turba.b) Función lógica y simplificación De acuerdo con la tabla de verdad. 1111 (x 3 x 2 x 1 x 0). • El agrupamiento de dos celdas está formado por 0111 ( x 3 x 2 x1 x 0) y 1111 (x 3 x 2 x1 x 0). en sus diferentes variedades. 1000 (x 3 x 2 x 1 x2 x1 x0 Solución modelo 8 Cuestión 1 Tipo Contenido en carbono Poder calorífico a) Características de los combustibles tradicionales Los combustibles tradicionalmente utilizados para la obtención de energía térmica son el carbón. mediante 156 . el petróleo y el gas natural. En este caso. combinados en forma de hidrocarburos. 1001 (x 3 x 2 x1 x 0). Los principales tipos de carbones minerales. como consecuencia de procesos geológicos habidos en épocas anteriores. la función simplificada de la salida S resulta ser: S x3 x 2 x1 x 0 x 3 x 2 x1 x 0 x 3 x 2 x1 x 0 x3 x2 x1 x0 x3 x2 x1 x0 Para simplificarla. la variable que cambia es x 3. utilizaremos un diagrama de Karnaugh. por lo que se suprime y queda x 2 x1 x 0. AB CD 00 01 11 10 00 01 11 10 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 x3 S c) Logigrama El logigrama de la función simplificada es: Puede formarse un agrupamiento de ocho celdas. Por tanto. El carbón es un combustible sólido de color negro que se formó a partir de grandes masas vegetales que. lodos y piedras—.1101 (x 3 x 2 x 1 x 0). el petróleo podría ser utilizado como combustible con un poder calorífico que oscila entre las 9 500 y las 11 000 kcal/kg. Se observa que varían x 2. En el cuadro siguiente se resumen las características térmicas de cada una de estas variedades de carbón. la hulla y la antracita. quedaron sepultadas y experimentaron un proceso de carbonización. 1011 (x 3 x 2 x1 x 0). el lignito. • El agrupamiento de ocho celdas está formado por 1100 (x 3 x 2 x1 x 0). x 1 y x 0. por lo que se suprimen y queda sólo x 3. Turba Lignito Hulla Antracita 50 % 70 % 75-90 % 95 % 4 000 kcal/kg 5 000 kcal/kg 7 000 kcal/kg 8 000 kcal/kg El petróleo es un aceite minero natural de color pardo o negruzco constituido principalmente por carbono e hidrógeno. y uno de dos celdas en la tercera fila. Una vez limpio de impurezas —agua. dependiendo de su composición. hidrocarburos volátiles y otros. b) Comparación entre ciclos El ciclo termodinámico de un motor térmico es también un ciclo cerrado en el que se producen modificaciones de las variables P. El fluido. La máquina absorbe una cantidad de calor Q 2 del foco frío y produce el enfriamiento. Según el tipo de yacimiento. ya que apenas presenta impurezas. los óxidos de nitrógeno (NO y NO2). • En las máquinas frigoríficas. • Se denomina gas húmedo al que aparece junto a pequeñas cantidades de petróleo. compresión. tan sólo algo de sulfuro de hidrógeno que se elimina fácilmente antes de que llegue al consumidor. betunes y ceras Parafina. Las diferencias son las siguientes: • El ciclo de la máquina frigorífica (compresión. b) Efectos medioambientales La obtención de energía térmica por combustión del carbón o los derivados del petróleo provoca la liberación de diferentes agentes contaminantes. mientras que en un motor térmico. metano. y su presión aumenta de P1 a P2. • De C a D se origina la expansión del fluido con un ligero aumento del volumen de V3 a V4 y una disminución de la presión de P2 a P1. • Durante el ciclo de la máquina frigorífica hay un aporte de energía al sistema mientras que en el de un motor térmico es éste el que la aporta. expansión y escape) se recorre en el sentido de las agujas del reloj (al revés que el otro). condensación. la cantidad de calor sustraída al foco frío (Q 2) es menor que la aportada al foco caliente (Q 1). los de carbono (CO y CO2). • De B a C se produce la licuefacción o condensación del fluido a presión prácticamente constante. 157 . • Cuando la ausencia de petróleo es total se le denomina gas seco y está formado por metano y etano junto a pequeñas cantidades de hidrógeno y nitrógeno. En esta fase. son las responsables de fenómenos como la lluvia ácida y el efecto invernadero. V y T del combustible. etano. propano y butano. a presión constante. como el dióxido de azufre (SO2). al igual que el carbón y el petróleo. la cantidad de calor aportada por el foco caliente (Q A) es mayor Residuos solidos Aceites pesados Gasóleos Queroseno Gasolinas Productos gaseosos — Asfaltos. la máquina cede una cantidad de calor Q 1 al foco caliente. El gas natural que se extrae de los yacimientos tiene un poder calorífico que puede alcanzar las 11 500 kcal/m3 y puede aprovecharse directamente como combustible. expansión y evaporación) se recorre en sentido contrario al de las agujas del reloj. y el volumen disminuye de nuevo de V2 a V3. • De D a A se produce la evaporación. puede volver a comenzar el ciclo. se origina como consecuencia de la descomposición de la materia orgánica en el interior de la Tierra. una vez recuperadas sus condiciones iniciales (P1 y V1). la máquina recibe la energía W necesaria para que actúe el compresor. propano y butano 360 °C 250-350 °C 280 °C 20-160 °C — El gas natural. Está formado en su mayor parte por metano. Estas sustancias.el cual se obtienen diversos productos. con un aumento del volumen de V4 a V1. distinguimos el gas húmedo y el gas seco. vaselina y fuelóleo Poder calorífico de 11 120 kcal/kg Combustible de aviación Poder calorífico de 11 350 kcal/kg Hidrógeno. En esta fase. mientras que el del motor térmico (admisión. entre otras. tal como se refleja en el cuadro siguiente: Tipo Tcond Observaciones Cuestión 2 a) Descripción de la gráfica • De A a B se produce la compresión del fluido: su volumen disminuye de V1 a V2. K 3.88 (2.5 107 Pa) ———————— 4 43 175 N Fer Fer (D 2 d 2) P —————— 4 0. Por tanto. K 2. el bloque H constituye un lazo de realimentación negativa de todo el sistema anterior. la función de transferencia global.03 m 250 bar 2. será: C ——— D 1 EF K 5 ——————— A B 1 G Finalmente. K 4.05 m)2 0.14 (0.8 m 8 ciclos/min K C (s) ——— R (s) El volumen de aceite que consume el cilindro en cada ciclo se obtiene aplicando la expresión: 158 . la función de transferencia de la realimentación.5 107 Pa) 27 632 N K4 Los bloques A y B se encuentran en serie con el conjunto anterior. K.88 Aplicamos directamente las fórmulas que permiten calcular la fuerza efectiva en el avance y en el retroceso: Fea Fea D2 P ——— 4 El bloque G supone un lazo de realimentación negativa del conjunto anterior. La función de transferencia. Por consiguiente. la función de transferencia. será ahora: K3 C ——— 1 EF D b) Fuerza efectiva de avance y retroceso Datos: D d P 50 mm 0.5 107 Pa 88 % 0.05 m 30 mm 0. la función de transferencia. del conjunto formado por los bloques C. E y F será: C K 2 ——— 1 EF El conjunto anterior se encuentra en serie con D. será: K1 E F Como se trata de un lazo de realimentación negativa del bloque C. será: C ——— D 1 EF ——————— 1 G 3. La función de transferencia.05 m)2 (0.que la cedida al foco frío (Q C).05 m)2 —————————————— 4 La fuerza efectiva de avance es de 43 175 N y la de retroceso.14 (0. se expresará del modo siguiente: C ——— D 1 EF —————— A B 1 G ——————————— 1 H 3.03 m 800 mm 0. de 27 632 N.88 (2. c) Consumo de aceite Datos: D d e N 0.05 m 0. K 5. K1. ya que en ambos casos ha de cumplirse el principio de conservación de la energía: En las máquinas frigoríficas: Q1 En los motores térmicos: QA W T Q2 QC Cuestión 4 a) Esquema del circuito Cuestión 3 Los bloques E y F están en serie. Por tanto. la tabla de verdad correspondiente al sistema es la siguiente: A B C D M N 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 Pueden formarse doce agrupamientos de dos celdas.05 m)2 ——————————————— 0. seis horizontales y seis verticales.14 2 (0. se suprime A y queda B C D. • De 1100 (ABC D) y 1000 (AB C D). se suprime C y queda A BD. El diagrama de Karnaugh correspondiente es: AB CD 00 01 11 10 ciclos L m3 ——— 8 ——— 103 —— ciclo min m3 L 20. • De 0010 (A BC D) y 1010 (A BC D). se suprime B y queda AC D. el volumen de aceite utilizado será: C 2.8 m 4 m3 2. se suprime A y queda B CD. las ecuaciones lógicas correspondientes a los motores M y N son: M AB C D ABC D A BC D ABCD A BC D N ABCD ABC D A B CD AB C D A B CD AB CD A BCD ABCD A BCD Si el cilindro efectúa 8 ciclos por minuto. • De 0001 (A B CD) y 0101 (AB CD). Cuestión 5 a) Tabla de verdad y funciones lógicas 00 01 11 10 0 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 De acuerdo con la información del enunciado.6 L/min de aceite. De los agrupamientos horizontales resulta: • De 0100 (AB C D) y 1100 (AB C D). De los agrupamientos verticales resulta: • De 0001 (AB C D) y 0011 (A BCD). • De 0011 (A BCD) y 0010 (A BC D).05 m)2 (0. se suprime D y queda A BC.6 —— min El cilindro consume 20.57 10 3 ABCD b) Simplificación Simplificaremos primero la función lógica correspondiente al motor M. se suprime A y queda BCD. 159 . se suprime B y queda A C D. • De 0001 (A B CD) y 1001 (A B CD). se suprime B y queda A CD.57 10 3 ——— ciclo Según los datos de la tabla. • De 0010 (A BCD) y 0110 (ABCD).VT VT (2 D 2 d 2) —————— e 4 3. se suprime D y queda A B C. • De 1000 (AB CD) y 1010 (ABCD). dos horizontales y dos verticales. • De 1111 (ABCD) y 1110 (ABC D). se suprime C y queda ABD. De los agrupamientos verticales resulta: • De 1101 (AB CD) y 1111 (ABCD). se suprime B y queda ACD. la expresión anterior queda del modo siguiente: M (A (B B) C D C) A D (A (B C) BD D) A C (A (C D) B D D) A B Simplificaremos ahora la función lógica correspondiente al motor N. • De 0100 (AB C D) y 0110 (ABCD). • De 1000 (AB C D) y 1001 (ABCD). la función simplificada del motor M es: M BCD BC D AC D A BD A CD A BC B CD AB C ABD AC D AB D Pueden formarse cuatro agrupamientos de dos celdas. se suprime D y queda ABC. Por tanto. la función simplificada del motor N resulta ser: N ABC ABD ACD BCD ABC Si sacamos factor común.• De 0100 (A BC D) y 0101 (AB CD). El diagrama de Karnaugh correspondiente es: AB CD 00 01 11 10 00 01 11 10 c) Logigrama El logigrama de la función correspondiente al motor N será: A 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 B N C D 160 . Por tanto. • De 1111 (ABCD) y 1011 (A BCD). se suprime C y queda A BD. se suprime C y queda AB D. se suprime D y queda ABC. De los agrupamientos horizontales resulta: • De 0111 (ABCD) y 1111 (ABCD). se suprime A y queda BCD.