Electrónica de potencia y accionamientos didácticos · • Rapidez de funcionamiento para pasar de un estado a otro. 1. ... tensión de codo. A continuación vamos a ir viendo las

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Electrnica de potencia y accionamientos didcticos

La electrnica de potencia es la tecnologa de conmutacin y transformacin de la energa elctrica de alta potencia. Para ello, hoy en da, se emplean semiconductores de potencia tales como diodos, tiristores e IGBTs. El principal campo de aplicacin de la electrnica de potencia es la tecnologa de accionamientos. El sistema modular de entrenamiento lo llevar de la tecnologa de transformadores de corriente hasta los accionamientos regulados, ofrecindole la posibilidad de abordar con exactitud el tema que considere relevante. El sistema de unidades de montaje provisto de paneles experimentales, adems de una consecuente asistencia de software, abre paso a la modernizacin, y se puede complementar o ampliar de acuerdo con las diferentes necesidades tecnolgicas.

Las metas de aprendizaje abarcan los siguientes temas:

Introduccin

Dentro de los dispositivos electrnicos de potencia, podemos citar: los diodos y transistores de potencia, el tiristor, as como otros derivados de stos, tales como los triac, diac, conmutador unilateral o SUS, transistor uniunin o UJT, el transistor uniunin programable o PUT y el diodo Shockley.

Existen tiristores de caractersticas especiales como los fototiristores, los tiristores de doble puerta y el tiristor bloqueable por puerta (GTO).

Lo ms importante a considerar de estos dispositivos, es la curva caracterstica que nos relaciona la intensidad que los atraviesa con la cada de tensin entre los electrodos principales.

El componente bsico del circuito de potencia debe cumplir los siguientes requisitos :

Tener dos estados claramente definidos, uno de alta impedancia (bloqueo) y otro de baja impedancia (conduccin).

Poder controlar el paso de un estado a otro con facilidad y pequea potencia. Ser capaces de soportar grandes intensidades y altas tensiones cuando est en estado de

bloqueo, con pequeas cadas de tensin entre sus electrodos, cuando est en estado de conduccin. Ambas condiciones lo capacitan para controlar grandes potencias.

Rapidez de funcionamiento para pasar de un estado a otro.

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El ltimo requisito se traduce en que a mayor frecuencia de funcionamiento habr una mayor disipacin de potencia. Por tanto, la potencia disipada depende de la frecuencia.

Ahora veremos los tres bloques bsicos de semiconductores de potencia y sus aplicaciones fundamentales:

Semiconductores de alta potencia

Dispositivo Intensidad mxima

Rectificadores estndar o rpidos 50 a 4800 Amperios

Transistores de potencia 5 a 400 Amperios

Tiristores estndar o rpidos 40 a 2300 Amperios

GTO 300 a 3000 Amperios

Aplicaciones :

Traccin elctrica: troceadores y convertidores. Industria:

o Control de motores asncronos. o Inversores. o Caldeo inductivo. o Rectificadores. o Etc.

Mdulos de potencia


Mdulos de transistores 5 a 600 A. 1600 V.

SCR / mdulos rectificadores 20 a 300 A. 2400 V.

Mdulos GTO 100 a 200 A. 1200 V.

IGBT 50 a 300A. 1400V.

Aplicaciones :

Soldadura al arco. Sistema de alimentacin ininterrumpida (SAI). Control de motores. Traccin elctrica.

Semiconductores de baja potencia

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SCR 0'8 a 40 A. 1200 V.

Triac 0'8 a 40 A. 800 V

Mosfet 2 a 40 A. 900 V.

Aplicaciones :

Control de motores. aplicaciones domsticas. Cargadores de bateras. Control de iluminacin. Control numrico. Ordenadores, etc.

Aplicaciones generales: evolucin prctica

El diodo de potencia

Uno de los dispositivos ms importantes de los circuitos de potencia son los diodos, aunque tienen, entre otras, las siguientes limitaciones : son dispositivos unidireccionales, no pudiendo circular la corriente en sentido contrario al de conduccin. El nico procedimiento de control es invertir el voltaje entre nodo y ctodo.

Los diodos de potencia se caracterizan porque en estado de conduccin, deben ser capaces de soportar una alta intensidad con una pequea cada de tensin. En sentido inverso, deben ser capaces de soportar una fuerte tensin negativa de nodo con una pequea intensidad de fugas.

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El diodo responde a la ecuacin:

La curva caracterstica ser la que se puede ver en la parte superior, donde:

VRRM: tensin inversa mxima VD: tensin de codo.

A continuacin vamos a ir viendo las caractersticas ms importantes del diodo, las cuales podemos agrupar de la siguiente forma:

Caractersticas estticas: o Parmetros en bloqueo (polarizacin inversa). o Parmetros en conduccin. o Modelo esttico.

Caractersticas dinmicas: o Tiempo de recuperacin inverso (trr). o Influencia del trr en la conmutacin. o Tiempo de recuperacin directo.

Potencias: o Potencia mxima disipable. o Potencia media disipada. o Potencia inversa de pico repetitivo. o Potencia inversa de pico no repetitivo.

Caractersticas trmicas. Proteccin contra sobreintensidades.

Caractersticas estticas

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Parmetros en bloqueo

Tensin inversa de pico de trabajo (VRWM): es la que puede ser soportada por el dispositivo de forma continuada, sin peligro de entrar en ruptura por avalancha.

Tensin inversa de pico repetitivo (VRRM): es la que puede ser soportada en picos de 1 ms, repetidos cada 10 ms de forma continuada.

Tensin inversa de pico no repetitiva (VRSM): es aquella que puede ser soportada una sola vez durante 10ms cada 10 minutos o ms.

Tensin de ruptura (VBR): si se alcanza, aunque sea una sola vez, durante 10 ms el diodo puede destruirse o degradar las caractersticas del mismo.

Tensin inversa contnua (VR): es la tensin continua que soporta el diodo en estado de bloqueo.

Parmetros en conduccin

Intensidad media nominal (IF(AV)): es el valor medio de la mxima intensidad de impulsos sinusuidales de 180 que el diodo puede soportar.

Intensidad de pico repetitivo (IFRM): es aquella que puede ser soportada cada 20 ms , con una duracin de pico a 1 ms, a una determinada temperatura de la cpsula (normalmente 25).

Intensidad directa de pico no repetitiva (IFSM): es el mximo pico de intensidad aplicable, una vez cada 10 minutos, con una duracin de 10 ms.

Intensidad directa (IF): es la corriente que circula por el diodo cuando se encuentra en el estado de conduccin.

Modelos estticos del diodo

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Los distintos modelos del diodo en su regin directa (modelos estticos) se representan en la figura superior. Estos modelos facilitan los clculos a realizar, para lo cual debemos escoger el modelo adecuado segn el nivel de precisin que necesitemos.

Estos modelos se suelen emplear para clculos a mano, reservando modelos ms complejos para programas de simulacin como PSPICE. Dichos modelos suelen ser proporcionados por el fabricante, e incluso pueden venir ya en las libreras del programa.

Caractersticas dinmicas

Tiempo de recuperacin inverso

El paso del estado de conduccin al de bloqueo en el diodo no se efecta instantneamente. Si un diodo se encuentra conduciendo una intensidad IF, la zona central de la unin P-N est saturada de portadores mayoritarios con tanta mayor densidad de stos cuanto mayor sea IF. Si mediante la aplicacin de una tensin inversa forzamos la anulacin de la corriente con cierta velocidad di/dt, resultar que despus del paso por cero de la corriente existe cierta cantidad de portadores que cambian su sentido de movimiento y permiten que el diodo conduzca en sentido contrario durante un instante. La tensin inversa entre nodo y ctodo no se establece hasta despus del tiempo ta llamado tiempo de almacenamiento, en el que los portadores empiezan a escasear y aparece en la unin la zona de carga espacial. La intensidad todava tarda un tiempo tb (llamado tiempo de cada) en pasar de un valor de pico negativo (IRRM) a un valor despreciable mientras van desapareciedo el exceso de portadores.

ta (tiempo de almacenamiento): es el tiempo que transcurre desde el paso por cero de la intensidad hasta llegar al pico negativo.

tb (tiempo de cada): es el tiempo transcurrido desde el pico negativo de intensidad hasta que sta se anula, y es debido a la descarga de la capacidad de la unin polarizada en inverso. En la prctica se suele medir desde el valor de pico negativo de la intensidad hasta el 10 % de ste.

trr (tiempo de recuperacin inversa): es la suma de ta y tb.

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Qrr: se define como la carga elctrica desplazada, y representa el rea negativa de la caracterstica de recuperacin inversa del diodo.

di/dt: es el pico negativo de la intensidad. Irr: es el pico negativo de la intensidad.

La relacin entre tb/ta es conocida como factor de suavizado "SF".

Si observamos la grfica podemos considerar Qrr por el rea de un tringulo :

De donde :

Para el clculo de los parmetros IRRM y Qrr podemos suponer uno de los dos siguientes casos:

Para ta = tb trr = 2ta Para ta = trr tb = 0

En el primer caso obtenemos:

Y en el segundo caso:

Influencia del trr en la conmutacin Si el tiempo que tarda el diodo en conmutar no es despreciable :

Se limita la frecuencia de funcionamiento. Existe una disipacin de potencia durante el tiempo de recuperacin inversa.

Para altas frecuencias, por tanto, debemos usar diodos de recuperacin rpida.

Factores de los que depende trr :

A mayor IRRM menor trr. Cuanta mayor sea la intensidad principal que atraviesa el diodo mayor ser la capacidad

almacenada, y por tanto mayor ser trr.

Tiempo de recuperacin directo

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tfr (tiempo de recuperacin directo): es el tiempo que transcurre entre el instante en que la tensin nodo-ctodo se hace positiva y el instante en que dicha tensin se estabiliza en el valor VF.

Este tiempo es bastante menor que el de recuperacin inversa y no suele producir prdidas de potencia apreciables.

Disipacin de potencia

Potencia mxima disipable (Pmx) Es un valor de potencia que el dispositivo puede disipar, pero no debemos confundirlo con la potencia que disipa el diodo durante el funcionamiento, llamada sta potencia de trabajo.

Potencia media disipada (PAV) Es la disipacin de potencia resultante cuando el dispositivo se encuentra en estado de conduccin, si se desprecia la potencia disipada debida a la corriente de fugas.

Se define la potencia media (PAV) que puede disipar el dispositivo, como :

Si incluimos en esta expresin el modelo esttico, resulta :

y como :

es la intensidad media nominal

es la intensidad eficaz al cuadrado

Nos queda finalmente :

Generalmente el fabricante integra en las hojas de caractersticas tablas que indican la potencia disipada por el elemento para una intensidad conocida.

Otro dato que puede dar el fabricante es curvas que relacionen la potencia media con la intensidad media y el factor de forma (ya que el factor de forma es la intensidad eficaz dividida entre la intensidad media).

Potencia inversa de pico repetitiva (PRRM) Es la mxima potencia que puede disipar el dispositivo en estado de bloqueo.

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Potencia inversa de pico no repeptitiva (PRSM) Similar a la anterior, pero dada para un pulso nico.

Caractersticas trmicas

Temperatura de la unin (Tjmx) Es el lmite superior de temperatura que nunca debemos hacer sobrepasar a la unin del dispositivo si queremos evitar su inmediata destruccin.

En ocasiones, en lugar de la temperatura de la unin se nos da la "operating temperature range" (margen de temperatura de funcionamiento), que significa que el dispositivo se ha fabricado para funcionar en un intervalo de temperaturas comprendidas entre dos valores, uno mnimo y otro mximo.

Temperatura de almacenamiento (Tstg) Es la temperatura a la que se encuentra el dispositivo cuando no se le aplica ninguna potencia. El fabricante suele dar un margen de valores para esta temperatura.

Resistencia trmica unin-contenedor (Rjc) Es la resistencia entre la unin del semiconductor y el encapsulado del dispositivo. En caso de no dar este dato el fabricante se puede calcular mediante la frmula:

Rjc = (Tjmx - Tc) / Pmx

siendo Tc la temperatura del contenedor y Pmx la potencia mxima disipable.

Resistencia trmica contenedor-disipador (Rcd) Es la resistencia existente entre el contenedor del dispositivo y el disipador (aleta refrigeradora). Se supone que la propagacin se efecta directamente sin pasar por otro medio (como mica aislante, etc).

Proteccin contra sobreintensidades

Principales causas de sobreintensidades La causa principal de sobreintensidad es, naturalmente, la presencia de un cortocircuito en la carga, debido a cualquier causa. De todos modos, pueden aparecer picos de corriente en el caso de alimentacin de motores, carga de condesadores, utilizacin en rgimen de soldadura, etc.

Estas sobrecargas se traducen en una elevacin de temperatura enorme en la unin, que es incapaz de evacuar las calorias generadas, pasando de forma casi instantnea al estado de cortocircuito (avalancha trmica).

Organos de proteccin Los dispositivos de proteccin que aseguran una eficacia elevada o total son poco numerosos y por eso los ms empleados actualmente siguen siendo los fusibles, del tipo "ultrarrpidos" en la mayora de los casos.

Los fusibles, como su nombre indica, actan por la fusin del metal de que estn compuestos y tienen sus caractersitcas indicadas en funcin de la potencia que pueden manejar; por esto el calibre de un fusible no se da slo con su valor eficaz de corriente, sino incluso con su I2t y su tensin.

Parmetro I2t La I2t de un fusible es la caractersitca de fusin del cartucho; el intervalo de tiempo t se indica en segundos y la corriente I en amperios.

Debemos escoger un fusible de valor I2t inferior al del diodo, ya que as ser el fusible el que se destruya y no el diodo.

El transistor de potencia

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El funcionamiento y utilizacin de los transistores de potencia es idntico al de los transistores normales, teniendo como caractersticas especiales las altas tensiones e intensidades que tienen que soportar y, por tanto, las altas potencias a disipar.

Existen tres tipos de transistores de potencia:

bipolar. unipolar o FET (Transistor de Efecto de Campo). IGBT.

Parmetros MOS Bipolar

Impedancia de entrada Alta (1010 ohmios) Media (104 ohmios)

Ganancia en corriente Alta (107) Media (10-100)

Resistencia ON (saturacin) Media / alta Baja

Resistencia OFF (corte) Alta Alta

Voltaje aplicable Alto (1000 V) Alto (1200 V)

Mxima temperatura de operacin Alta (200C) Media (150C)

Frecuencia de trabajo Alta (100-500 Khz) Baja (10-80 Khz)

Coste Alto Medio

El IGBT ofrece a los usuarios las ventajas de entrada MOS, ms la capacidad de carga en corriente de los transistores bipolares:

Trabaja con tensin. Tiempos de conmutacin bajos. Disipacin mucho mayor (como los bipolares).

Nos interesa que el transistor se parezca, lo ms posible, a un elemento ideal:

Pequeas fugas. Alta potencia. Bajos tiempos de respuesta (ton , toff), para conseguir una alta frecuencia de funcionamiento. Alta concentracin de intensidad por unidad de superficie del semiconductor. Que el efecto avalancha se produzca a un valor elevado ( VCE mxima elevada). Que no se produzcan puntos calientes (grandes di/dt ).

Una limitacin importante de todos los dispositivos de potencia y concretamente de los transistores bipolares, es que el paso de bloqueo a conduccin y viceversa no se hace instantneamente, sino que siempre hay un retardo (ton , toff). Las causas fundamentales de estos retardos son las capacidades asociadas a las uniones colector - base y base - emisor y los tiempos de difusin y recombinacin de los portadores.

Principios bsicos de funcionamiento

La diferencia entre un transistor bipolar y un transistor unipolar o FET es el modo de actuacin sobre el terminal de control. En el transistor bipolar hay que inyectar una corriente de base para regular la corriente de colector, mientras que en el FET el control se hace mediante la aplicacin de una tensin entre puerta y fuente. Esta diferencia vienen determinada por la estructura interna de ambos dispositivos, que son substancialmente distintas.

Es una caracterstica comn, sin embargo, el hecho de que la potencia que consume el terminal de control (base o puerta) es siempre ms pequea que la potencia manejada en los otros dos terminales.

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En resumen, destacamos tres cosas fundamentales:

En un transistor bipolar IB controla la magnitud de IC. En un FET, la tensin VGS controla la corriente ID. En ambos casos, con una potencia pequea puede controlarse otra bastante mayor.

Tiempos de conmutacin

Cuando el transistor est en saturacin o en corte las prdidas son despreciables. Pero si tenemos en cuenta los efectos de retardo de conmutacin, al cambiar de un estado a otro se produce un pico de potencia disipada, ya que en esos instantes el producto IC x VCE va a tener un valor apreciable, por lo que la potencia media de prdidas en el transistor va a ser mayor. Estas prdidas aumentan con la frecuencia de trabajo, debido a que al aumentar sta, tambin lo hace el nmero de veces que se produce el paso de un estado a otro.

Podremos distinguir entre tiempo de excitacin o encendido (ton) y tiempo de apagado (toff). A su vez, cada uno de estos tiempos se puede dividir en otros dos.

Tiempo de retardo (Delay Time, td): Es el tiempo que transcurre desde el instante en que se aplica la seal de entrada en el dispositivo conmutador, hasta que la seal de salida alcanza el 10% de su valor final.

Tiempo de subida (Rise time, tr): Tiempo que emplea la seal de salida en evolucionar entre el 10% y el 90% de su valor final.

Tiempo de almacenamiento (Storage time, ts): Tiempo que transcurre desde que se quita la excitacin de entrada y el instante en que la seal de salida baja al 90% de su valor final.

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Tiempo de cada (Fall time, tf): Tiempo que emplea la seal de salida en evolucionar entre el 90% y el 10% de su valor final.

Por tanto, se pueden definir las siguientes relaciones :

Es de hacer notar el hecho de que el tiempo de apagado (toff) ser siempre mayor que el tiempo de encendido (ton).

Los tiempos de encendido (ton) y apagado (toff) limitan la frecuencia mxima a la cual puede conmutar el transistor:

Otros parmetros importantes

Corriente media: es el valor medio de la corriente que puede circular por un terminal (ej. ICAV, corriente media por el colector).

Corriente mxima: es la mxima corriente admisible de colector (ICM) o de drenador (IDM). Con este valor se determina la mxima disipacin de potencia del dispositivo.

VCBO: tensin entre los terminales colector y base cuando el emisor est en circuito abierto. VEBO: tensin entre los terminales emisor y base con el colector en circuito abierto.

Tensin mxima: es la mxima tensin aplicable entre dos terminales del dispositivo (colector y emisor con la base abierta en los bipolares, drenador y fuente en los FET).

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Estado de saturacin: queda determinado por una cada de tensin prcticamente constante. VCEsat entre colector y emisor en el bipolar y resistencia de conduccin RDSon en el FET. Este valor, junto con el de corriente mxima, determina la potencia mxima de disipacin en saturacin.

Relacin corriente de salida - control de entrada: hFE para el transistor bipolar (ganancia esttica de corriente) y gds para el FET (transconductancia en directa).

Modos de trabajo

Existen cuatro condiciones de polarizacin posibles. Dependiendo del sentido o signo de los voltajes de polarizacin en cada una de las uniones del transistor pueden ser :

Regin activa directa: Corresponde a una polarizacin directa de la unin emisor - base y a una polarizacin inversa de la unin colector - base. Esta es la regin de operacin normal del transistor para amplificacin.

Regin activa inversa: Corresponde a una polarizacin inversa de la unin emisor - base y a una polarizacin directa de la unin colector - base. Esta regin es usada raramente.

Regin de corte: Corresponde a una polarizacin inversa de ambas uniones. La operacin en sta regin corresponde a aplicaciones de conmutacin en el modo apagado, pues el transistor acta como un interruptor abierto (IC 0).

Regin de saturacin: Corresponde a una polarizacin directa de ambas uniones. La operacin en esta regin corresponde a aplicaciones de conmutacin en el modo encendido, pues el transistor acta como un interruptor cerrado (VCE 0).

Avalancha secundaria. Curvas SOA.

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Si se sobrepasa la mxima tensin permitida entre colector y base con el emisor abierto (VCBO), o la tensin mxima permitida entre colector y emisor con la base abierta (VCEO), la unin colector - base polarizada en inverso entra en un proceso de ruptura similar al de cualquier diodo, denominado avalancha primaria.

Sin embargo, puede darse un caso de avalancha cuando estemos trabajando con tensiones por debajo de los lmites anteriores debido a la aparicin de puntos calientes (focalizacin de la intensidad de base), que se produce cuando tenemos polarizada la unin base - emisor en directo. En efecto, con dicha polarizacin se crea un campo magntico transversal en la zona de base que reduce el paso de portadores minoritarios a una pequea zona del dispositivo (anillo circular).La densidad de potencia que se concentra en dicha zona es proporcional al grado de polarizacin de la base, a la corriente de colector y a la VCE, y alcanzando cierto valor, se produce en los puntos calientes un fenmeno degenerativo con el consiguiente aumento de las prdidas y de la temperatura. A este fenmeno, con efectos catastrficos en la mayor parte de los casos, se le conoce con el nombre de avalancha secundaria (o tambin segunda ruptura).

El efecto que produce la avalancha secundaria sobre las curvas de salida del transistor es producir unos codos bruscos que desvan la curva de la situacin prevista (ver grfica anterior).

El transistor puede funcionar por encima de la zona lmite de la avalancha secundaria durante cortos intervalos de tiempo sin que se destruya. Para ello el fabricante suministra unas curvas lmites en la zona activa con los tiempos lmites de trabajo, conocidas como curvas FBSOA.

Podemos ver como existe una curva para corriente continua y una serie de curvas para corriente pulsante, cada una de las cuales es para un ciclo concreto.

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Todo lo descrito anteriormente se produce para el ton del dispositivo. Durante el toff, con polarizacin inversa de la unin base - emisor se produce la focalizacin de la corriente en el centro de la pastilla de Si, en un rea ms pequea que en polarizacin directa, por lo que la avalancha puede producirse con niveles ms bajos de energa. Los lmites de IC y VCE durante el toff vienen reflejado en las curvas RBSOA dadas por el fabricante.

Efecto producido por carga inductiva. Protecciones.

Las cargas inductivas someten a los transistores a las condiciones de trabajo ms desfavorables dentro de la zona activa.

En el diagrama superior se han representado los diferentes puntos idealizados de funcionamiento del transistor en corte y saturacin. Para una carga resistiva, el transistor pasar de corte a saturacin. Para una carga resistiva, el transistor pasar de corte a saturacin por la recta que va desde A hasta C, y de saturacin a corte desde C a A. Sin embargo, con una carga inductiva como en el circuito anterior el transistor pasa a saturacin recorriendo la curva ABC, mientras que el paso a corte lo hace por el tramo CDA. Puede verse que este ltimo paso lo hace despus de una profunda incursin en la zona activa que podra fcilmente sobrepasar el lmite de avalancha secundaria, con valor VCE muy superior al valor de la fuente (Vcc).

Para proteger al transistor y evitar su degradacin se utilizan en la prctica varios circuitos, que se muestran a continuacin :

a) Diodo Zner en paralelo con el transistor (la tensin nominal zner ha de ser superior a la tensin de la fuente Vcc).

b) Diodo en antiparalelo con la carga RL.

c) Red RC polarizada en paralelo con el transistor (red snubber).

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Las dos primeras limitan la tensin en el transistor durante el paso de saturacin a corte, proporcionando a travs de los diodos un camino para la circulacin de la intensidad inductiva de la carga.

En la tercera proteccin, al cortarse el transistor la intensidad inductiva sigue pasando por el diodo y por el condensador CS, el cual tiende a cargarse a una tensin Vcc. Diseando adecuadamente la red RC se consigue que la tensin en el transistor durante la conmutacin sea inferior a la de la fuente, alejndose su funcionamiento de los lmites por disipacin y por avalancha secundaria. Cuando el transistor pasa a saturacin el condensador se descarga a travs de RS.

El efecto producido al incorporar la red snubber es la que se puede apreciar en la figura adjunta, donde vemos que con esta red, el paso de saturacin (punto A) a corte (punto B) se produce de forma ms directa y sin alcanzar valores de VCE superiores a la fuente Vcc.

Para el clculo de CS podemos suponer, despreciando las prdidas, que la energa almacenada en la bobina L antes del bloqueo debe haberse transferido a CS cuando la intensidad de colector se anule. Por tanto :

de donde :

Para calcular el valor de RS hemos de tener en cuenta que el condensador ha de estar descargado totalmente en el siguiente proceso de bloqueo, por lo que la constante de tiempo de RS y CS ha de ser menor (por ejemplo una quinta parte) que el tiempo que permanece en saturacin el transistor :

Clculo de potencias disipadas en conmutacin con carga resistiva

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La grfica superior muestra las seales idealizadas de los tiempos de conmutacin (ton y toff) para el caso de una carga resistiva.

Supongamos el momento origen en el comienzo del tiempo de subida (tr) de la corriente de colector. En estas condiciones (0 t tr) tendremos :

donde IC ms vale :

Tambin tenemos que la tensin colector - emisor viene dada como :

Sustituyendo, tendremos que :

Nosotros asumiremos que la VCE en saturacin es despreciable en comparacin con Vcc.

As, la potencia instantnea por el transistor durante este intervalo viene dada por :

La energa, Wr, disipada en el transistor durante el tiempo de subida est dada por la integral de la potencia durante el intervalo del tiempo de cada, con el resultado:

De forma similar, la energa (Wf) disipada en el transistor durante el tiempo de cada, viene dado como:

La potencia media resultante depender de la frecuencia con que se efecte la conmutacin:

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Un ltimo paso es considerar tr despreciable frente a tf, con lo que no cometeramos un error apreciable si finalmente dejamos la potencia media, tras sustituir, como:

Clculo de potencias disipadas en conmutacin con carga inductiva

Arriba podemos ver la grfica de la iC(t), VCE(t) y p(t) para carga inductiva. La energa perdida durante en ton viene dada por la ecuacin:

Durante el tiempo de conduccin (t5) la energa perdida es despreciable, puesto que VCE es de un valor nfimo durante este tramo.

Durante el toff, la energa de prdidas en el transistor vendr dada por la ecuacin:

La potencia media de prdidas durante la conmutacin ser por tanto:

Si lo que queremos es la potencia media total disipada por el transistor en todo el periodo debemos multiplicar la frecuencia con la sumatoria de prdidas a lo largo del periodo (conmutacin + conduccin). La energa de prdidas en conduccin viene como:

Ataque y proteccin del transistor de potencia

Como hemos visto anteriormente, los tiempos de conmutacin limitan el funcionamiento del transistor, por lo que nos interesara reducir su efecto en la medida de lo posible.

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Los tiempos de conmutacin pueden ser reducidos mediante una modificacin en la seal de base, tal y como se muestra en la figura anterior.

Puede verse como el semiciclo positivo est formado por un tramo de mayor amplitud que ayude al transistor a pasar a saturacin (y por tanto reduce el ton) y uno de amplitud suficiente para mantener saturado el transistor (de este modo la potencia disipada no ser excesiva y el tiempo de almacenamiento no aumentar). El otro semiciclo comienza con un valor negativo que disminuye el toff, y una vez que el transistor est en corte, se hace cero para evitar prdidas de potencia.

En consecuencia, si queremos que un transistor que acta en conmutacin lo haga lo ms rpidamente posible y con menores prdidas, lo ideal sera atacar la base del dispositivo con una seal como el de la figura anterior. Para esto se puede emplear el circuito de la figura siguiente.

En estas condiciones, la intensidad de base aplicada tendr la forma indicada a continuacin:

Durante el semiperiodo t1, la tensin de entrada (Ve) se mantiene a un valor Ve (mx). En estas condiciones la VBE es de unos 0.7 v y el condensador C se carga a una tensin VC de valor:

debido a que las resistencias R1 y R2 actan como un divisor de tensin.

La cte. de tiempo con que se cargar el condensador ser aproximadamente de:

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Con el condensador ya cargado a VC, la intensidad de base se estabiliza a un valor IB que vale:

En el instante en que la tensin de entrada pasa a valer -Ve(min), tenemos el condensador cargado a VC, y la VBE=0.7 v. Ambos valores se suman a la tensin de entrada, lo que produce el pico negativo de intensidad IB (mn):

A partir de ese instante el condensador se descarga a travs de R2 con una constante de tiempo de valor R2C.

Para que todo lo anterior sea realmente efectivo, debe cumplirse que:

con esto nos aseguramos que el condensador est cargado cuando apliquemos la seal negativa. As, obtendremos finalmente una frecuencia mxima de funcionamiento :

Un circuito ms serio es el de Control Antisaturacin:

El tiempo de saturacin (tS)ser proporcional a la intensidad de base, y mediante una suave saturacin lograremos reducir tS :

Inicialmente tenemos que:

En estas condiciones conduce D2, con lo que la intensidad de colector pasa a tener un valor:

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Si imponemos como condicin que la tensin de codo del diodo D1 se mayor que la del diodo D2, obtendremos que IC sea mayor que IL:

En lo que respecta a la proteccin por red snubber, ya se ha visto anteriormente.

Tecnologa Smart Power

La expresin smart power se refiere a la tecnologa de integracin en un dispositivo monoltico de uno o varios componentes de potencia y de componentes lgicos o analgicos de tratamiento de seal.

Campos de aplicacin :

Sistemas basados en microprocesador. Motores (CC, CA y paso a paso). Pantallas planas. Telecomunicaciones. Cabezales de impresora. Fuentes de alimentacin. Lmparas (automvil).

Estos circuitos integrados disipan una potencia apreciable (2 - 4 A). Algunos pueden incluso llevar la etapa de control (circuitos integrados inteligentes).

Para integrar en una pastilla la parte de potencia y la parte de control, se han usado dos tecnologas : la bipolar y la mixta.

La tecnologa bipolar consiste en la utilizacin de soluciones bipolares para cada uno de los elementos de potencia y de control. La tecnologa mixta se basa en la realizacin de la parte de potencia y de la parte de control mediante procesos diferentes.

Segn el tipo de uso que necesitemos escogeremos una tecnologa de fabricacin, optando por CMOS cuando la parte de control del circuito smart power ha de incluir funciones digitales. Ello se debe a un menor consumo de potencia y al hecho de no presentar dependencias entre la ganancia y la corriente.

Con estos circuitos obtenemos un mayor rendimiento y una mayor facilidad de implementacin, ya que los circuitos de control no hay que disearlos, los tenemos hechos. Esto hace que su implantacin en el mercado vaya creciendo con el paso de los aos, al proporcionar soluciones a mltiples necesidades, con un bajo costo y sencillez.

Tipos de rels

Un rel es un sistema mediante el cul se puede controlar una potencia mucho mayor con un consumo en potencia muy reducido.

Tipos de rels:

Rels electromecnicos:

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A) Convencionales. B) Polarizados. C) Reed inversores.

Rels hbridos. Rels de estado slido.

Estructura de un rel

En general, podemos distinguir en el esquema general de un rel los siguientes bloques:

Circuito de entrada, control o excitacin. Circuito de acoplamiento. Circuito de salida, carga o maniobra, constituido por:

- circuito excitador. - dispositivo conmutador de frecuencia. - protecciones.

Caractersticas generales

Las caractersticas generales de cualquier rel son:

El aislamiento entre los terminales de entrada y de salida. Adaptacin sencilla a la fuente de control. Posibilidad de soportar sobrecargas, tanto en el circuito de entrada como en el de salida. Las dos posiciones de trabajo en los bornes de salida de un rel se caracterizan por:

- En estado abierto, alta impedancia. - En estado cerrado, baja impedancia.

Para los rels de estado slido se pueden aadir :

Gran nmero de conmutaciones y larga vida til. Conexin en el paso de tensin por cero, desconexin en el paso de intensidad por cero. Ausencia de ruido mecnico de conmutacin. Escasa potencia de mando, compatible con TTL y MOS. insensibilidad a las sacudidas y a los golpes. Cerrado a las influencias exteriores por un recubrimiento plstico.

Rels electromecnicos.

Estn formados por una bobina y unos contactos los cuales pueden conmutar corriente continua o bien corriente alterna. Vamos a ver los diferentes tipos de rels electromecnicos.

Rels de tipo armadura

Son los ms antiguos y tambin los ms utilizados. El esquema siguiente nos explica prcticamente su constitucin y funcionamiento. El electroimn hace vascular la armadura al ser excitada, cerrando los contactos dependiendo de si es N.O N.C (normalmente abierto o normalmente cerrado).

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Rels de Ncleo Mvil

Estos tienen un mbolo en lugar de la armadura anterior. Se utiliza un solenoide para cerrar sus contactos, debido a su mayor fuerza atractiva (por ello es til para manejar altas corrientes).

Rel tipo Reed o de Lengeta

Formados por una ampolla de vidrio, en cuyo interior estn situados los contactos (pueden se mltiples) montados sobre delgadas lminas metlicas. Dichos contactos se cierran por medio de la excitacin de una bobina, que est situada alrededor de dicha ampolla.

Rels Polarizados

Llevan una pequea armadura, solidaria a un imn permanente. El extremo inferior puede girar dentro de los polos de un electroimn y el otro lleva una cabeza de contacto. Si se excita al electroimn, se mueve la armadura y cierra los contactos. Si la polaridad es la opuesta girar en sentido contrario, abriendo los contactos cerrando otro circuito( varios)

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Rels de estado slido

Un rel de estado slido SSR (Solid State Relay), es un circuito elctrnico que contiene en su interior un circuito disparado por nivel, acoplado a un interruptor semiconductor, un transistor o un tiristor. Por SSR se entender un producto construido y comprobado en una fbrica, no un dispositivo formado por componentes independientes que se han montado sobre una placa de circuito impreso.

Estructura del SSR:

Circuito de Entrada o de Control:

Control por tensin continua: el circuito de entrada suele ser un LED ( Fotodiodo), solo o con una resistencia en serie, tambin podemos encontrarlo con un diodo en antiparalelo para evitar la inversin de la polaridad por accidente. Los niveles de entrada son compatibles con TTL, CMOS, y otros valores normalizados ( 12V, 24V, etc.).

Control por tensin Alterna: El circuito de entrada suele ser como el anterior incorporando un puente rectificador integrado y una fuente de corriente continua para polarizar el diodo LED.

Acoplamiento.

El acoplamiento con el circuito se realiza por medio de un optoacoplador o por medio de un transformador que se encuentra acoplado de forma magntica con el circuito de disparo del Triac.

Circuito de Conmutacin o de salida.

El circuito de salida contiene los dispositivos semiconductores de potencia con su correspondiente circuito excitador. Este circuito ser diferente segn queramos conmutar CC, CA.

Optoacopladores

Un optoacoplador combina un dispositivo semiconductor formado por un fotoemisor, un fotoreceptor y entre ambos hay un camino por donde se transmite la luz. Todos estos elementos se encuentran dentro de un encapsulado que por lo general es del tipo DIP.

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Funcionamiento del Optoacoplador

La seal de entrada es aplicada al fotoemisor y la salida es tomada del fotoreceptor. Los optoacopladores son capaces de convertir una seal elctrica en una seal luminosa modulada y volver a convertirla en una seal elctrica. La gran ventaja de un optoacoplador reside en el aislamiento elctrico que puede establecerse entre los circuitos de entrada y salida.

Los fotoemisores que se emplean en los optoacopladores de potencia son diodos que emiten rayos infrarrojos (IRED) y los fotoreceptores pueden ser tiristores o transistores.

Cuando aparece una tensin sobre los terminales del diodo IRED, este emite un haz de rayos infrarrojo que transmite a travs de una pequea guia-ondas de plstico o cristal hacia el fotorreceptor. La energa luminosa que incide sobre el fotorreceptor hace que este genere una tensin elctrica a su salida. Este responde a las seales de entrada, que podran ser pulsos de tensin.

Diferentes tipos de Optoacopladores

Fototransistor: se compone de un optoacoplador con una etapa de salida formada por un transistor BJT.

Fototriac: se compone de un optoacoplador con una etapa de salida formada por un triac

Fototriac de paso por cero: Optoacoplador en cuya etapa de salida se encuentra un triac de cruce por cero. El circuito interno de cruce por cero conmuta al triac slo en los cruce por cero de la corriente alterna.

COMPUTACION

Lenguaje de programacin

Los lenguajes de alto nivel logran la independencia del tipo de mquina y se aproximan al lenguaje natural. Se puede decir que el principal problema que presentan los lenguajes de alto nivel es la gran cantidad de ellos que existen actualmente en uso.

Los lenguajes de alto nivel, tambin denominados lenguajes evolucionados, surgen con posterioridad a los anteriores, con los siguientes objetivos, entre otros:

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Lograr independencia de la mquina, pudiendo utilizar un mismo programa en diferentes equipos con la nica condicin de disponer de un programa traductor o compilador, que lo suministra el fabricante, para obtener el programa ejecutable en lenguaje binario de la mquina que se trate. Adems, no se necesita conocer el hardware especfico de dicha mquina.

Aproximarse al lenguaje natural, para que el programa se pueda escribir y leer de una forma ms sencilla, eliminando muchas de las posibilidades de cometer errores que se daban en el lenguaje mquina, ya que se utilizan palabras (en ingls) en lugar de cadenas de smbolos sin ningn significado aparente.

Incluir rutinas de uso frecuente como son las de entrada/salida, funciones matemticas, manejo de tablas, etc, que figuran en una especie de librera del lenguaje, de tal manera que se pueden utilizar siempre que se quieran sin necesidad de programarlas cada vez.

Se puede decir que el principal problema que presentan los lenguajes de alto nivel es la gran cantidad de ellos que existen actualmente en uso (FORTRAN, LISP, ALGOL, COBOL, APL, SNOBOL, PROLOG, MODULA2, ALGOL68, PASCAL, SIMULA67, ADA, C++, LIS, EUCLID, BASIC), adems de las diferentes versiones o dialectos que se han desarrollado de algunos de ellos.

FORTRAN

Abreviatura de Frmula Translator (traductor de frmulas), fue definido alrededor del ao 1955 en los Estados Unidos por la compaa IBM. Es el ms antiguo de los lenguajes de alto nivel, pues antes de su aparicin todos los programas se escriban en lenguaje ensamblador o en lenguaje mquina.

Es un lenguaje especializado en aplicaciones tcnicas y cientficas, caracterizndose por su potencia en los clculos matemticos, pero estando limitado en las aplicaciones de gestin, manejo de archivos, tratamiento de cadenas de caracteres y edicin de informes.

A lo largo de su existencia han aparecido diferentes versiones, entre las que destaca la realizada en 1966 por ANSI (American National Standard Institute) en la que se definieron nuevas reglas del lenguaje y se efectu la independencia del mismo con respecto a la mquina, es decir, comenz la transportabilidad del lenguaje. Esta versin se denomin FORTRAN IV o FORTRAN 66. En 1977, apareci una nueva versin ms evolucionada que se llam FORTRAN V o FORTRAN 77, esta versin est reflejada en el documento ANSI X3.9-1978: Programming Language FORTRAN y define dos niveles del lenguaje denominados FORTRAN 77 completo y FORTRAN 77 bsico, siendo el segundo un subconjunto del primero. Esta ltima versin incluye adems instrucciones para el manejo de cadenas de caracteres y de archivos, as como otras para la utilizacin de tcnicas de programacin estructurada. Estas caractersticas hacen que el lenguaje tambin sea vlido para determinadas aplicaciones de gestin.

COBOL

Es el lenguaje ms usado en las aplicaciones de gestin, creado en 1960 por un comit denominado CODASYL, patrocinado por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos, a fin de disponer de un lenguaje universal para aplicaciones comerciales como expresa su nombre (COmmon Business Oriented Language).

Entre sus caractersticas se pueden citar su parecido al lenguaje natural (ingls), es auto- documentado y tiene gran capacidad en el manejo de archivos, as como en la edicin de informes escritos. Entre sus inconvenientes estn sus rgidas reglas de formatos de escritura, la necesidad de describir todos los elementos al mximo detalle, la extensin excesiva en sus sentencias e incluso duplicacin en algunos casos, la inexistencia de funciones matemticas y, por ltimo, su no adecuacin a las tcnicas de programacin estructurada. a

PL/1

Fue creado a comienzos de los aos 60 por IBM para ser usado en sus equipos del sistema 360. El PL/I (Programming Language 1) se desarroll inspirndose en los lenguajes ALGOL, COBOL y FORTRAN, tomando las mejores caractersticas de los anteriores y aadiendo algunas nuevas, con el objetivo de obtener un lenguaje lo ms general posible, til para aplicaciones tcnico-cientficas, comerciales, de proceso de textos, de bases de datos y de programacin de sistemas.

Entre sus novedades est su gran libertad en el formato de escritura de los programas, soportar la programacin estructurada y el diseo modular. No obstante, no ha superado a sus progenitores en sus

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aplicaciones especficas debido en parte a su amplitud y por ello, al tamao de su compilador, que hasta ahora slo se poda instalar en grandes equipos.

BASIC

Fue diseado por los profesores John G. Kemeny y Thomas E. Kurtz del Dartmouth College en 1965 con el objetivo principal de conseguir un lenguaje fcil de aprender para los principiantes, como se indica en su nombre Benginners All-purpose Symbolic Instruction Code (Cdigo de instruccin simblico de propsito general para principiantes).

Entre sus principales novedades estn las de ser un lenguaje interpretado y de uso conversacional, til para aplicaciones tcnicas y de gestin. Estas caractersticas, unidas a la popularizacin de las microcomputadoras y computadoras personales, ha hecho que su utilizacin se haya extendido enormemente, a la vez que ha propiciado el surgimiento de una gran diversidad de versiones que extienden y adaptan a necesidades particulares el lenguaje original. Existen multitud de intrpretes y compiladores del lenguaje.

PASCAL

Fue creado por el matemtico suizo Niklaus Wirth en 1970, basndose en el lenguaje AL-GOL, en cuyo diseo haba participado en los aos 60. Su nombre proviene del filsofo y matemtico francs del siglo xvii Blaise Pascal, que invent la primera mquina de tipo mecnico para sumar.

Aunque en principio la idea del diseador era proporcionar un lenguaje adecuado para la enseanza de los conceptos y tcnicas de programacin, con el tiempo ha llegado a ser un lenguaje ampliamente utilizado en todo tipo de aplicaciones, poseyendo grandes facilidades para la programacin de sistemas y diseo de grficos.

Aporta los conceptos de tipo de datos, programacin estructurada y diseo descendente, entre otros, adems de haberse convertido en predecesor de otros lenguajes ms modernos, como MODULA-2 y ADA.

C

Fue creado en 1972 por Dennis Ritchie a partir del trabajo elaborado por su colega de los laboratorios Bell Telephone, Ken Thompson. Estos haban diseado con anterioridad el sistema operativo UNIX, y su intencin al desarrollar el lenguaje C fue la de conseguir un lenguaje idneo para la programacin de sistemas que fuese independiente de la mquina con el cual escribir su sistema UNIX.

Aunque fue diseado inicialmente para la programacin de sistemas, posteriormente su uso se ha extendido a aplicaciones tcnico-cientficas, de bases de datos, de proceso de textos, etc.

La utilizacin ptima de este lenguaje se consigue dentro de su entorno natural, que es el sistema operativo UNIX. Entre sus caractersticas destaca el uso de programacin estructurada para resolver tareas de bajo nivel, as como la amplia librera de rutinas de que dispone.

ADA

Es el ltimo intento de obtener un nico lenguaje para todo tipo de aplicaciones e incluye los ltimos avances en tcnicas de programacin. Su diseo fue encargado por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos a la empresa Honeywell-Bull despus de una seleccin rigurosa entre varias propuestas realizadas sobre una serie de requerimientos del lenguaje y de haber evaluado negativamente veintitrs lenguajes existentes. De stos se seleccionaron como base para la creacin del nuevo lenguaje el PASCAL, el ALGOL y el PL/I. La estandarizacin del lenguaje se public en 1983 con el nombre de ADA en honor de la considerada primera programadora de la historia Augusta Ada Byron, condesa de Lovelace.

Entre las caractersticas del lenguaje se encuentran la compilacin separada, los tipos abstractos de datos, programacin concurrente, programacin estructurada, libertad de formatos de escritura, etc., presentando como principal inconveniente su gran extensin.

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Es un conjunto de smbolos junto a un conjunto de reglas para combinar dichos smbolos que se usan para expresar programas. Constan de un lxico, una sintaxis y una semntica.

Qu conoces tu por lxico, sintaxis y semntica?

Lxico : Conjunto de smbolos permitidos o vocabulario Sintaxis : Reglas que indican cmo realizar las construcciones del lenguaje Semntica: Reglas que permiten determinar el significado de cualquier construccin del lenguaje.

Tipos de lenguajes: Atendiendo al nmero de instrucciones necesarias para realizar una tarea especfica podemos clasificar los lenguajes informticos en dos grandes bloques: bajo nivel alto nivel

Lenguaje de bajo nivel

Es el tipo de lenguaje que cualquier computadora es capaz de entender. Se dice que los programas escritos en forma de ceros y unos estn en lenguaje de mquina, porque esa es la versin del programa que la computadora realmente lee y sigue.

Lenguajes de alto nivel

Son lenguajes de programacin que se asemejan a las lenguas humanas usando palabras y frases fciles de entender. En un lenguaje de bajo nivel cada instruccin corresponde a una accin ejecutable por el ordenador, mientras que en los lenguajes de alto nivel una instruccin suele corresponder a varias acciones.

Caractersticas de los lenguajes de alto nivel: Son independientes de la arquitectura fsica de la computadora. Permiten usar los mismos programas en computadoras de diferentes arquitecturas (portabilidad), y no es necesario conocer el hardware especfico de la mquina. La ejecucin de un programa en lenguaje de alto nivel, requiere de una traduccin del mismo al lenguaje de la computadora donde va a ser ejecutado. Una sentencia en un lenguaje de alto nivel da lugar, al ser traducida, a varias instrucciones en lenguaje entendible por el computador. Utilizan notaciones cercanas a las usadas por las personas en un determinado mbito. Se suelen incluir instrucciones potentes de uso frecuente que son ofrecidas por el lenguaje de programacin.

Generaciones de Lenguajes :

1. lenguajes de mquina 2. lenguajes ensambladores 3. lenguajes de procedimientos 4. lenguajes orientados a problemas 5. lenguajes naturales

1. Lenguaje de mquina (Primera Generacin) Es el lenguaje que la computadora entiende, su estructura est totalmente adaptada a los circuitos de la mquina y la programacin es tediosa porque los datos se representan por ceros y unos. Es de bajo nivel. Es un conjunto de instrucciones codificadas en binario que son capaces de relacionarse directamente con los registros y circuitera del microprocesador de la computadora y que resulta directamente ejecutable por ste, sin necesidad de otros programas intermediarios. Los datos se referencian por medio de las direcciones de memoria donde se encuentran y las instrucciones realizan operaciones simples. Estos lenguajes estn ntimamente ligados a la CPU y por eso no son transferibles. (baja portabilidad). Para los programadores es posible escribir programas directamente en lenguaje de mquina, pero las instrucciones son difciles de recordar y los programas resultan largos y laboriosos de escribir y tambin de corregir y depurar.

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2. Lenguaje ensamblador (Segunda Generacin) Es otro lenguaje de programacin de bajo nivel, pero simblico porque las instrucciones se construyen usando cdigos de tipo mnemotcnico, lo cual facilita la escritura y depuracin de los programas pero no los acorta puesto que para cada accin se necesita una instruccin. El programa ensamblador va traduciendo lnea a lnea a la vez que comprueba la existencia de errores. Si localiza alguno da un mensaje de error. Algunas caractersticas que lo diferencian del lenguaje de mquina son que permite el uso de comentarios entre las lneas de instrucciones; en lugar de direcciones binarias usa identificadores como total, x, y, etc. Y los cdigos de operacin se representan por mnemotcnica siempre tienen la desventaja de repertorio reducido de instrucciones, rgido formato para las instrucciones, baja portabilidad y fuerte dependencia del hardware. Tiene la ventaja del uso ptimo de los recursos hardware, permitiendo la obtencin de un cdigo muy eficiente. Ejemplo de algunos cdigos mnemnicos son: STO para guardar un dato, LOA para cargar algo en el acumulador, ADD para adicionar un dato, INP para leer un dato, STO para guardar informacin, MOV para mover un dato y ponerlo en un registro, END para terminar el programa, etc. Con la tercera generacin avanzamos a los lenguajes de alto nivel, muchos de los cuales se consideran exportables. Esto es, pueden correr en ms de un tipo de computadoras, se les puede exportar de una mquina a otra.

3. Lenguaje de procedimientos (Tercera Generacin) Son lenguajes de alto nivel similares al habla humana pero requieren cierta capacitacin para su uso. Ventajas : a. Independencia de la arquitectura fsica de la computadora (portabilidad), esto significa que un mismo lenguaje puede funcionar (al menos en teora) en distintos computadores, por lo que tanto el lenguaje como los programas escritos con l sern transportables de un computador a otro. En la prctica, esta caracterstica resulta limitada por la gran diversidad de versiones y dialectos que se constituyen para cada lenguaje.

b. una sentencia en un lenguaje de alto nivel da lugar, al ser traducida, a varias instrucciones en lenguaje mquina. Se llaman de procedimientos porque estn diseados para expresar la lgica capaz de resolver problemas generales. Entre estos tenemos: Basic Pascal Cobol C Fortran Para que el lenguaje de procedimientos pueda funcionar debe traducirse a lenguaje de mquina a fin de que la computadora lo entienda. Para ello se han de usar programas traductores que realicen dicho proceso. Tienen la capacidad de soportar programacin estructurada.

4. Lenguajes orientados a problemas (4GL) Resultan ms eficaces para la resolucin de un tipo de problemas a costa de una menor eficiencia para otros. Requieren poca capacitacin especial de parte del usuario Son considerados de muy alto nivel Diseados para resolver problemas especficos Incluye: lenguajes de consulta y generador de aplicaciones Lenguajes de consulta: Permiten a no programadores usar ciertos comandos de fcil comprensin para la bsqueda y generacin de reportes a partir de una base de datos. Generador de aplicaciones: Quiere decir que cuando se disea uno de estos lenguajes, se tiene en cuenta que su finalidad es la resolucin de problemas, prescindiendo de la arquitectura del computador. Contiene varios mdulos que han sido preprogramados para cumplir varias tareas.

5. Lenguajes naturales Lenguajes orientados a aplicaciones en inteligencia artificial, como lisp y prolog. Dentro de este campo destacan las aplicaciones en sistemas expertos, juegos, visin artificial (Jurasic Park) y robtica. Lisp es un lenguaje para procesamiento de listas y manipulacin de smbolos. Prolog es un lenguaje basado en la lgica, para aplicaciones de bases de datos e Inteligencia Artificial. Podemos decir entonces, que los lenguajes de alto nivel, tienen las ventajas de mayor legibilidad de los programas, portabilidad, facilidad de aprendizaje y facilidad de modificacin.

PARA ANALIZAR:

1. Cul es la diferencia fundamental entre los lenguajes de alto nivel y bajo nivel? 2. Investigar analogas y diferencias entre el cdigo mquina y el lenguaje ensamblador. 3. Buscar informacin que permita decidir cules seran los lenguajes de programacin ms apropiados para realizar: aplicaciones para gestin de oficinas, complejos clculos cientficos, un sistema experto en

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medicina, un simulador de vuelo, manipulacin de bases de datos, control de un robot industrial. Sugerencias de ampliacin: Clasificacin de los lenguajes de alto nivel Lenguajes de propsito general:

TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES

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CERMICOS

Vulgar: son aquellos que reciben un tratamiento trmico.

Tcnica: cualquier material compuesto por tomos electronegativos y electropositivos, es decir, materiales con enlaces inicos (tb. Pueden ser covalentes).

Estructura:

La estructura cristalina de los cermicos es muy compleja. Segn su estructura pueden clasificarse en:

Cermicos Cristalinos: incluyen a los silicatos tradicionales y muchos compuestos oxdicos y no oxdicos.

Cermicos NO Cristalinos: Son los vidrios y su ausencia de cristalinidad es obtenida mediante tcnicas especiales de procesado que le confieren grandes propiedades pticas y mecnicas.

Tipos de Materiales Cermicos:

Cermicos de Coccin: Son materiales que mediante un cierto tratamiento trmico adquieren suficiente resistencia mecnica. El producto mas usado es la arcilla(Si O2), es barato y se encuentra de forma natural en abundancia. El proceso de conformado es el moldeo de la arcilla con agua para luego recibir el tratamiento trmico. La produccin de estos materiales est orientada a la loza, ladrillera, porcelana, ... .

Vidrios: Son productos que se obtienen por fusin completa, para conformarlos sin permitir que cristalicen.

Conformado: estos materiales se conforman mediante un tratamiento trmico. La tcnica es calentar el material por encima de la T fusin y luego mantener la estructura lquida a baja T, en ese estado viscoso es cuando se le da la forma deseada. La diferencia entre un vidrio y otro (aparte de las materias primas) es la temperatura a la que se trabaje, cuanta mayor sea, mejores propiedades obtendr.

Propiedades: las mejores propiedades son su transparencia ptica y su sencilla fabricacin.

Propiedades pticas: el elevado coeficiente de refraccin que tiene el vidrio le asegura una ntida transparencia.

Propiedades Mecnicas: El vidrio es un material poco poraz, sus tomos estn fuertemente unidos, y es de ah de donde obtiene su gran resistencia mecnica, pero tambin su alta fragilidad, puesto que la tenacidad de un vidrio es muy pequea. Esta es su gran limitacin.

Propiedades Trmicas: El vidrio es un buen material para soportar altas temperaturas, pero el problema es que los materiales vidrios estn compuestos de otros materiales que con el calor pueden dilatar de diferente manera al vidrio lo que puede provocar fuertes tensiones y romper el sistema.

Procedimientos para Aumentar la Tenacidad de los Vidrios:

Temple: La pieza se calienta hasta una cierta temperatura, entonces se enfra hasta temperatura ambiente mediante un chorro de aire. Debido a este chorro de aire fro la pieza enfra a distintas velocidades en el interior y en la superficie. Llegar un momento en el que la superficie ya adquiera rigidez mientras que en el interior se producen movimientos de contraccin que generan tensiones en la superficie. Como consecuencia esta pieza soporta esfuerzos de compresin en la superficie con esfuerzos de traccin en el interior. Cuando este vidrio rompe, lo hace en mil pedazos.

Laminado: Tambin denominado composite, consiste en aplicar una lmina de polister entre los vidrios. De esta manera si el vidrio rompe, ste se queda pegado al polmero y el sistema permanece estable.

Dilatacin Trmica:

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La dilatacin trmica lleva consigo un aumento de superficie, longitud y volumen lo que trae consigo tensiones que pueden provocar la rotura. Los materiales tienen un coeficiente de dilatacin trmica (), que es una propiedad que indica el grado de dilatacin de un material cuando es calentado.

Existe tambin una ley de dilatacin, que se expresa mediante una funcin no lineal, pero puede considerarse como tal, puesto que el error es despreciable. l = l0 ( 1 + t ).

Cementos:

Son materiales que sirven para sellar, unir, como conglomerantes..., son materiales muy funcionales. Hoy en da sus prestaciones estn muy avanzadas. La idea es conseguir un material barato que mezclado con otro se endurezca. Existen muchos tipos de cementos, el ms importante es el cemento Portland.

Cemento Portland: El cemento Portland se fabrica a partir de materiales calizos, por lo general piedra caliza, junto con arcillas.

Proceso de Fabricacin: Las materias primas se trituran y reciben un tratamiento trmico entorno a los 1600 C en un horno rotatorio, mediante este tratamiento trmico se producen cambios qumicos y el producto resultante se denomina clinker. El clinker obtenido se tritura hasta conseguir un polvo muy fino y se mezcla con yeso para retardar el proceso de fraguado.

Fraguado: El cemento cuando se mezcla con agua forma una pasta y luego se endurece, este proceso de fraguado y posterior endurecimiento ocurre debido a las reacciones qumicas que se suceden entre sus constituyentes. La reaccin de fraguado es exotrmica.

La resistencia a la compresin suele ser hasta 10 veces ms alta que la resistencia a la traccin. Por ello, resulta habitual que se presente con estructuras de metal para reforzar sus esfuerzos. Modificando su composicin mineralgica se puede obtener diversos cementos, segn las necesidades, que endurezcan ms rpido, que sean mas resistentes... .

Materiales Aislantes

Aplicaciones de los Aislantes:

Los materiales aislantes tienen mltiples aplicaciones:

Aislar a los conductores, es necesario para transportar energa.

Para crear condensadores. En ellos se acumula y modula la energa elctrica.

Para fabricar transductores: materiales en los que podemos encontrar una diferencia de potencial producida por una distensin mecnica.

Condensadores:

Su utilidad es la de almacenar energa. Un condensador es cualquier sistema con un electrodo cargado + y otro electrodo cargado - en donde se establece un campo elctrico.

C = Q / V Energa Almacenada = C V2

Condensador Plano: Es el ms bsico y su capacidad slo depende de su superficie y distancia de separacin.

C = (S / D) = constante de proporcionalidad, permitividad del dielctrico

= es debido a la atmsfera (dielctrico) que haya entre las dos pacas y condiciona la capacidad del condensador.

o = permeabilidad del vaco r = / o

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r = permitividad relativa

Polarizacin:

La polarizacin es el proceso de alineamiento de los dipolos. Un dipolo es un sistema de cargas elctricas iguales, contrarias y separadas Al dielctrico cuando se le aplica un campo elctrico se polariza ( se separan las cargas + y - ) y estas se alinean con el campo externo aplicado.

Mecanismos que actan en la Polarizacin:

Electrnica: Los electrones son los primeros afectados dada su escasa masa. Esto quiere decir que con un pequeo campo elctrico se movern rpidamente y se separarn del protn. Este mecanismo de polarizacin se presenta en todos los materiales dielctricos.

Inica: Afecta a los materiales cermicos, dada su gran cantidad de enlaces inicos y separa los cationes en una direccin y los aniones en otra.

Orientacin: Se encuentra en sustancias con momentos dipolares permanentes. En el dielctrico ya est formados los dipolos y ahora se orientan en el sentido del campo elctrico.

Desplazamiento de Cargas: Dado que ningn aislante presenta resistencia infinita (excepto el vaco), existen algunas cargas (aunque pocas) y estas cargas se desplazan formando dipolos.

Dependencia de la Constante Dielctrica a Alta Frecuencia:

En corriente alterna, el campo elctrico cambia continuamente de direccin con el tiempo. Con cada inversin de la direccin, los dipolos intentan reorientarse; un proceso que requiere un tiempo finito. Para cada tipo de polarizacin existe un tiempo mnimo de reorientacin, el cual depende de la facilidad de los dipolos para realinearse. La frecuencia de Relajacin es el recproco de este tiempo mnimo de reorientacin.

Cuando la frecuencia del campo aplicado excede la frecuencia de relajacin de los dipolos (al dipolo no le da tiempo a reorientarse) la constante Dielctrica disminuye. Se produce el denominado fenmeno de Perdida Dielctrica.

Cuando un mecanismo de polarizacin cesa

de funcionar se produce una brusca disminucin de

la constante dielctrica.

Campo elctrico Mximo:

Cuando aplicamos un campo elctrico, los materiales pueden ser ionizados (arrancados electrones), esto se manifiesta mediante la chispa elctrica. Este fenmeno implica que halla que determinar el campo elctrico mximo que puede soportar el material. A esta caracterstica del material se le denomina Rigidez Dielctrica.

Materiales Piezoelctricos:

La piezoelectricidad es un propiedad inusual que presentan algunos materiales cermicos. El ms conocido se en cuarzo y los ms eficaces son los titanatos.

En estos materiales se establece un campo elctrico y se induce la polarizacin bajo la aplicacin de una fuerza mecnica, o viceversa. Los materiales piezoelctricos se usan en transductores, otras aplicaciones ms familiares son: cabezal de tocadiscos, micrfonos, detectores sonar, ...

Materiales Conductores

Tipos de materiales:

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Segn su capacidad para transportar cargas elctricas se dividen en:

Conductores: su valor de conductividad es muy alto. La plata es el mejor conductor y su valor de conductividad est entorno a 6,1 107

Aislantes: su capacidad para transportar energa es prcticamente nula. Sus valores de conductividad son se 10-10 a 10-20

Semiconductores: tienen valores intermedios de conductividad, segn su composicin, pueden ser de dos tipos: Intrnsecos o Extrnsecos. Son de infinita utilidad en la rama de la electrnica. Su conductividad es del orden de 10-6 a 104

La capacidad de transportar energa depende de la composicin qumica y metalrgica del conductor.

Ley de Ohm:

Segn la ley de Ohm, la cantidad de corriente que fluye por un conductor es directamente proporcional a la fuerza electromotriz aplicada al circuito, e inversamente proporcional a la resistencia total del circuito. I = V / R

Conductividad elctrica es la capacidad de un conductor para transportar energa.

Resistencia elctrica (R), est ligada a la conductividad, es la capacidad que posee un material para oponerse al transporte de energa. Es directamente proporcional a la longitud (l) e inversamente proporcional a la seccin (S) del conductor. R = ( l / S )

Resistividad elctrica (), depende de la composicin qumica y metalrgica del material.

Movilidad de los Electrones:

Cuando se aplica un campo elctrico, se ejerce una fuerza sobre los electrones libres; por tanto, experimenta una aceleracin. Todos los electrones libres deben acelerarse si se mantiene el campo elctrico, lo cual producira una corriente que aumenta continuamente con el tiempo. Sin embargo, sabemos que la corriente adquiere un valor constante, lo cual indica que debe existir una fuerza de friccin que contrarreste la aceleracin. Esta fuerza de friccin resulta de la interaccin de los electrones con los defectos de la red cristalina (impurezas, vacantes, tomos intersticiales e incluso vibraciones trmicas). Casa vez que se produce una dispersin el electrn pierde energa cintica y cambia de direccin. Sin embargo, existe un movimiento neto de electrones y este flujo es la corriente elctrica.

El fenmeno de la dispersin se presenta como una resistencia al paso de la corriente elctrica.

Conductividad Relativa:

Para establecer la conductividad de un material con respecto a otro, se necesita un patrn. Para ello surgi la I.A.C.S. International Annealed Coprer Standar : Esta prueba fue realizada a 20 C con cobre recocido y al valor de su conductividad se le asign un 100 % de conductividad. Al partir de esta prueba se experiment con otros materiales para establecer una tabla comparativa.

El cobre es el conductor por excelencia, cunto mayor sea su pureza mayor ser su conductividad. El cobre refinado trmicamente no es apto para la conductividad elctrica sino que para la conductividad trmica. (tubos de calefaccin).

Resistividad Elctrica (slo metales):

Los defectos cristalinos actan como centros de dispersin de los electrones en la conduccin, por lo tanto, al aumentar los defectos aumenta tambin la resistividad. La concentracin se estas imperfecciones depende e la temperatura, la composicin y el grado de acritud de la muestra metlica.

Experimentalmente se ha demostrado que la resistividad de un metal es la suma de las contribuciones de las vibraciones trmicas, de las impurezas y del grado de deformacin pltica. Los mecanismos de

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dispersin actan de manera independiente (unos de otros) y de forma aditiva. Esta el la ley de Matthiessen.

Ley de Matthiessen: T = t + i + d

La Temperatura: hace variar la resistividad de una forma aproximadamente lineal. Un aumento de la T supone un aumento de la resistividad.

Las Impurezas: La composicin del material influye en su resistividad, un aumento de impurezas supone un aumento de la resistividad

La Deformacin Plstica: El aumento de las dislocaciones aumenta la dispersin de los electrones.

Efectos de Temperatura:

Efecto Joule: con energa elctrica se consigue calor. ( W = R I2 = V I )

Lo importante de estos materiales (usados en procesos trmicos) es que a altas temperaturas no se fundan, no se oxiden, ...

Efecto Termoelctrico o Efecto Seebeck: nos permite disponer de un dispositivo para medir altas temperaturas, este dispositivo es elctrico y sumamente estable, se le llama termopar.

El efecto Seebeck dice que si tenemos un conductor con diferentes temperaturas en sus extremos, pues entonces existe tambin una diferencia de potencial

Efecto Termoinico o Efecto Ericsson: cuando calentamos un objeto metlico, se desprenden electrones que quedan alrededor del objeto calefactado. Es el denominado tubo de rayos catdicos.

Materiales Ferromagnticos

Parmetros Magnticos:

H: es el campo magntico externamente aplicado. Intensidad magntico.

B: induccin magntica, representa el campo magntico dentro de un material sometido a un campo H.

: Permeabilidad magntica, es una propiedad especifica del material, indica la medida con que un material puede ser magnetizado, es decir, la facilidad de inducirle un campo B mediante un campo H.

M : vector de magnetizacin, indica la facilidad con que un objeto puede ser imantado.

: Susceptibilidad magntica.

Momento Magnticos:

Las propiedades microscpicas magnticas de un material son consecuencia de las momento magnticos asociados a los electrones.

En cada tomo, los electrones tienen momentos magnticos que se originan de 2 maneras distintas:

Mediante el movimiento orbital del electrn, es decir, el electrn gira alrededor del ncleo describiendo una rbita. Este movimiento alrededor de la rbita genera un momento magntico. (espira)

Mediante el giro del electrn sobre s mismo, generando un momento dipolar en el eje del spin.

Por lo tanto, cada electrn puede considerarse como un diminuto imn que tiene momentos magnticos orbitales y de spin.

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En cada tomo, los momento de un electrn pueden anularse con los momentos de otro electrn, as, el momento magntico neto es el resultado de la suma de los momento magnticos de los diferentes electrones.

Clasificacin se los Materiales:

Los materiales pueden tener distintos tipos de magnetismo. Todos los materiales presentan, al menos, uno de los estados de magnetismo y su clasificacin depende de la respuesta de los dipolos magnticos bajo la aplicacin de un campo magntico externo.

Diamagnetismo: Es una forma muy dbil de magnetismo y persiste slo mientras el campo externo est presente. El momento magntico inducido es muy pequeo y en la direccin opuesta a la del campo externo aplicado. Est presente en todos los materiales, pero no puede ser observado en presencia de otro tipo de magnetismo.

(Cu) B " B0 < 1

Paramagnetismo: Cada tomo posee un momento magntico permanente, pero su orientacin es al azar. En presencia de un campo magntico externo, los dipolos se orientan formando un campo magntico relativamente pequeo. Este tipo de magnetizacin slo dura cuando el campo externo est aplicado.

(Ag) B " B0 > 1

Ferromagnetismo: Es una propiedad que tienen ciertos materiales metlicos, que poseen un momento magntico permanente en ausencia de un campo externo aplicado y manifiestan magnetizaciones permanentes muy fuertes. Estos momentos magnticos permanentes resultan principalmente de los movimientos de spin.

(Fe) B >> B0 >> 1

Cuanto menos campo magntico externo(H) necesitemos para inducir un campo magntico interno(B) mejor, por ello los ferromagnticos son los ms apropiados en el campo del magnetismo. Tanto los materiales diamagnticos como los paramagnticos son considerados no magnticos.

Magnetizacin de Saturacin:

Si aplicamos un campo H llegar un momento en el que la magnetizacin ser mxima y en ese momento todos los dipolos estarn alineados con el campo externo, consiguiendo as un campo inducido(B) tambin mximo. Esto es la magnetizacin por Saturacin.

Histresis Magntica:

El fenmeno de la histresis magntica se produce en los materiales ferromagnticos pero de diferente manera en cada material.

Suponiendo que iniciamos con el material desmagnetizado, le aplicamos un campo H hasta llegar a un Hmax. A continuacin vamos reduciendo progresivamente H, de tal manera que B adquiera una cierta remanencia(Br, magnetismo remanente, indica el valor de la induccin sin H), es decir, realiza un camino de bajada de su magnetizacin distinto al de subida, as es como el material se va a quedar magnetizado sin la aplicacin de un campo H. Se convierte en un imn permanente.

Ahora seguimos aplicando un H pero negativo, es decir, en el otro sentido, hasta que lleguemos a -Hmax ; mientras estamos aplicando este campo negativo llegar un momento en el que la induccin sea nula, la fuerza magnetomotriz(H) que se necesita para anular la induccin se llama fuerza coercitiva(Hc).

Ahora volveremos a reducir el -Hmax hasta volver a poder aplicar un Hmax / Bmax. Como veremos volver a realizar otro camino de regreso.

Si volvemos a repetir el ciclo, volvern a repetirse los caminos, como si fuera una corriente senoidal. Ciclo de Histresis.

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Este fenmeno genera prdidas; prdidas por calor y prdidas por histresis. La magnitud de esta prdida es el resultado del rea descrita por los 2 caminos. La prdida por calor es debido al rozamiento de las partculas cuando se mueven para reorientarse con el campo magntico.

No slo hay un ciclo de histresis, el mismo material tiene varios ciclos y dependen del campo Hmax que le apliquemos, de tal manera que reduciendo progresivamente el Hmax aplicado se reducir tambin el rea hasta conseguir una prdida de nula

Corrientes de Foucault:

Los materiales magnticos pueden tener prdidas de energa producidas por unas corrientes elctricas que se inducen en el material magntico aplicando un campo magntico externo que vara en magnitud y direccin con el tiempo. Estas corrientes se denominan corrientes parsitas o corrientes de Foucault. Es deseable minimizar estas prdidas de energa en materiales magnticos blandos aumentando su resistividad.

Materiales Ferromagnticos Blandos y Duros:

Todos los materiales ferromagnticos y ferromagnticos se clasifican en duros o blando en base a su caracterstica de histresis.

Blandos: Un material magntico blando debe tener alta permeabilidad inicial y una baja fuerza coercitiva. Un material que posea estas propiedades puede alcanzar la saturacin con un campo aplicado relativamente pequeo(fcilmente magnetizable o desmagnetizable) y tener pocas prdidas de histresis. Se usan en dispositivos sometidos a campos magnticos alternantes en los cuales las prdidas deben ser pequeas (transformadores, generadores, motores, circuitos conmutados).

Duros: Un material magnticos duro tiene una remanencia, coercitividad y densidad de flujo de saturacin elevadas, as como un permeabilidad inicial baja y altas prdidas de histresis; de tal manera que es necesario un campo magntico externo aplicado muy grande para magnetizarlo o desmagnetizarlo. Su principal utilidad est en la fabricacin de imanes permanentes(cintas magnticas).

METALES

Tipos de materiales metlicos:

PUROS: Todos los tomos son iguales. Los metales puros se usan cuando necesitamos alguna propiedad singular (un material tenaz y blando, alta conductividad, alta resistividad a la corrosin...)

ALEACIONES: Es una mezcla de tomos en la cual se conservan las propiedades del metal.

Estructura:

Los tomos de los materiales metlicos se presentan de manera ordenada, formando redes cristalinas segn formas geomtricas regulares, los metales suelen cristalizar en tres redes cristalinas tpicas:

Cbica centrada en el cuerpo

Cbica centrada en las caras

Hexagonal compacta

Aleaciones:

Hay cuatro tipos de aleaciones por su naturaleza:

Compuestos Qumicos: los elementos que se alean tienen distinto potencial elctrico.

Compuestos Intermetlicos: los aleantes son capaces de reaccionar entre s formando una estructura cristalina propia inmersa en la base del metal base

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Soluciones Slidas: los tomos del metal aleantes se sitan en la red cristalina del metal base. Las soluciones slidas incrementan enormemente la resistencia mecnica del metal base, se conocen 2 tipos:

Soluciones Slidas de Sustitucin: los tomos del metal base y de los aleantes son similares

Soluciones Slidas Intersticiales: los tomos de los aleantes son pequeos y se alojan en los intersticios de le la red cristalina del metal base.

Aleacin Eutctica: los tomos del metal base y del aleante son muy distintos y no cristalizan en el mismo sistema.

Tratamientos:

Bsicamente son 3 los procesos para su conformado:

I. FUSIN: Fundimos el metal hasta conseguir el metal lquido y despus lo echamos en un molde, esto es lo que se conoce como colada. Una caracterstica comn a este procedimiento es que todas las fundiciones obtenidas tienen poros. Se utilizan varios moldes:

Cera Perdida: se hace la figura en cera, luego se hace el molde sobre la figura en cera y por ltimo se echa el lquido metlico (obras artsticas).

Molde de Arena: est formado por arcilla, arena,... , se usa sobre todo en alcantarillas, bloques de motor... . Este procedimiento tambin se llama moldeo por gravedad.

Molde Metlico: el denominado coquilla, es un moldeo por presin y se usa para metales con bajo punto de fusin.

II. DEFORMACIN: Existen muchos tipos de deformacin.

La deformacin se puede realizar en fro o en caliente y sus propiedad varan mucho segn la temperatura a la que los trabajemos.

Fro: Se considera que trabajamos en fro dependiendo de la temperatura de fusin del metal. A esta T se le conoce como temperatura de recristalizacin.( T REC = 0.4 T F ) 0.33 T F < T REC < T F.

Una estructura trabajada en fro obtiene acritud (adquiere ms resistencia mecnica), pero pierde tenacidad (necesita menos energa para romperse).

III. MECANIZADO: Es un proceso de desgaste que consiste en eliminar el metal que sobra para obtener la pieza. No es un mtodo demasiado efectivo porque deja mucha viruta, la herramienta es cara, es un trabajo lento y la productividad se muestra mermada, es mas bien un sistema de acabados.

En general, las piezas por fusin son las que menos resistencia mecnica tienen y tambin las ms homogneas. Las piezas realizadas por deformacin son las que mas resistencia mecnica tienen.

Formas de Endurecer un Metal o una Aleacin

Son principalmente 6 mtodos:

Tamao del Grano Cristalino: Cuanto mas pequeo sea el tamao del grano la aleacin ser ms resistente (y viceversa).

Constitucin de Disoluciones Slidas:

Por Deformacin: Dndole acritud.

Obtencin en la aleacin de precipitados submicroscpicos:

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Temple: Consiste en el enfriamiento rpido de una aleacin frrea, con suficiente carbono, sumergindola en un medio refrigerante (agua). El material adquiere una gran resistencia mecnica pero se vuelve ms frgil. Despus del temple hay que calentar ligeramente, esto se conoce como revenido. La finalidad del temple no es enfriar rpidamente sino obtener martensita.

Supered: consiste en una reordenacin de los tomos.

PLSTICOS

Son materiales orgnicos y polimricos.

Estructura del Polmero:

El Polietileno (PE) es el ms famoso de todos ellos. El etileno es un gas a T y presin ambientales pero en presencia de un catalizador y en las condiciones apropiadas se transforma en polietileno. Est formado por tomos de carbono e hidrgeno y su construccin es en zig-zag.

Estructura Molecular:

Polmeros lineales: se forman cadenas sencillas.

Polmero Ramificados: la cadena principal est conectada a otras cadenas secundarias.

Polmeros Entrecruzados: las cadenas se unen transversalmente.

Polmeros Reticulados: estn compuestos por unidades trifuncionales (3 enlaces activos) y por ello son muy resistentes.

Cristalinidad de los Polmeros:

La Cristalinidad polimrica consiste en una disposicin molcular ordenada. Las ramificaciones dificultan la cristalizacin. El grado de Cristalinidad del polmero puede variar de prcticamente amorfo a totalmente cristalino. Los polmeros cristalinos son ms resistentes a la disolucin y al ablandamiento trmico.

Polmeros Termoplsticos y Termoestables:

Una forma de clasificar los polmeros es segn su respuesta mecnica frente a temperaturas elevadas.

Termoplsticos: se ablandan al calentarse y se endurecen al enfriarse. Se fabrican con aplicacin simultnea de presin y calor. Su fabricacin es sencilla y barata y su uso est muy extendido. Son relativamente blandos y dctiles. A este grupo pertenecen los lineales y ramificados

Termoestables: se endurecen al calentarse y no se ablandan al continuar calentando. Su fabricacin resulta cara y compleja. Son ms resistentes a la corrosin y mecnicamente pero ms frgiles que los termoplsticos. A este grupo pertenecen los entrecruzados y reticulados.

Polimerizacin:

Es la sntesis de polmeros, transcurre mediante dos reacciones.

Polimerizacin por Adicin: consiste en aadir molculas de forma aditiva formando una cadena (sin ms, uno de tras de otro).

Polimerizacin por Condensacin: se forman los polmeros mediante reacciones qumicas.

Polmeros Elastmeros:

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Son polmeros susceptibles de experimentar deformaciones elsticas grandes y reversibles. Su estructura molcular es entrecruzada y el proceso de entrecruzamiento se denomina vulcanizacin.

Pinturas y Barnices:

Las pinturas estn compuestas, bsicamente, por:

Vehculo: aporta la resistencia mecnica, de naturaleza polimrica.

Pigmento: son partculas inorgnicas responsables del color, la opacidad y de proteger frente agentes externos.

Disolvente: homogeniza la mezcla y aporta fluidez.

Agentes Secantes: facilitan las reacciones qumicas durante el proceso de secado.

Propiedades de los Polmeros:

La resistencia mecnica de los materiales polimricos es relativamente baja y tambin son muy susceptibles a los cambios de temperatura. Su tenacidad es elevada pero no se aprovecha eficazmente dada su falta de resistencia.

Respecto a las propiedades qumicas: los polmeros son muy dbiles (radiacin, corrosin, ...). Se degradan con cierta facilidad.

Respecto a las propiedades elctricas: la mayora de los polmeros son aislantes, aunque su capacidad como aislantes vuelve a estar condicionada por su resistencia mecnica, trmica y qumica.

Aplicaciones:

Sus utilidades estn muy extendidas: industria textil, recubrimientos, adhesivos, pelculas, canalizaciones, ... .

+

En la soldadura, se utilizan ciertos signos en los planos s ingeniera para indicar al soldador ciertas reglas que deben seguir, aunque no tenga conocimientos de ingeniera. Estos signos grficos se llaman smbolos de soldadura. Una vez que se entiende el lenguaje de estos smbolos, es muy fcil leerlos.

Smbolos de soldadura

Los smbolos de soldadura se utilizan en la industria para representar detalles de diseo que ocuparan demasiado espacio en el dibujo si estuvieran escritos con todas sus letras. Por ejemplo, el ingeniero o el diseador desea hacer llegar la siguiente informacin al taller de soldadura:

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El punto en donde se debe hacer la soldadura.

Que la soldadura va ser de filete en ambos lados de la unin.

Un lado ser una soldadura de filete de 12 mm; el otro una soldadura de 6mm.

Ambas soldaduras se harn un electrodo E6014.

La soldadura de filete de 12mm se esmerilar con mquina que desaparezca

Para dar toda esta informacin, el ingeniero o diseador slo pone el smbolo en el lugar correspondiente en el plano para trasmitir la informacin al taller de soldadura

Los smbolos de soldadura son tan esenciales en el trabajo del soldador como correr un cordn o llenar una unin. La American Welding Society (AWS) ha establecido un grupo de smbolos estndar utilizados en la industria para indicar e ilustrar toda la informacin para soldar en los dibujos y planos de ingeniera.

Partes del smbolo de soldadura

1) La lnea de referencia siempre ser la misma en todos los smbolos. Sin embargo, si el smbolo de soldadura est debajo (sig figura) de la lnea de referencia, la soldadura se har en el lado de la unin hacia el cual apuntara la flecha. Si el smbolo de la soldadura est encimada de la lnea de referencia, la soldadura se har en el lado de la unin, opuesto al lado en que apunta la flecha

2) La flecha puede apuntar en diferentes direcciones y, a veces, puede ser quebrada (Sig. figura)

3) Hay muchos smbolos de soldadura, cada uno correspondiente a una soldadura en particular.

4) Se agregan acotaciones (dimensionales) adicionales a la derecha del smbolo si la unin se va a soldar por puntos en caso de la soldadura de filete. La primera acotacin adicional en la (Sig. fig.) indica la longitud de la soldadura; la segunda dimensional indica la distancia entre centros de la soldadura.

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5) La cola quiz no contenga informacin especial y a veces, se pueda omitir.

6) Hay una gran variedad de smbolos complementarios, cada uno un signo deferente.

Combinacin de smbolos y resultados

Algunos smbolos son muy complicados o parecen serlo a primera vista; pero si se estudian punto por punto, no son difciles de entender. El primer punto que se observa en la figura (sig figura) es la parte del smbolo que indica doble chafln (bisel) o doble V. Los chaflanes dobles, o doble V, se preparan en una sola de las piezas de metal, de modo que el trabajo se har como se muestra a continuacin:

A continuacin est el smbolo de soldadura de filete en ambos lados de la lnea de referencia. Pero antes de poder aplicar una soldadura de filete, debe haber una superficie vertical. Por tanto, se rellena el chafln con soldadura como se ve en la sigiente figura.

Despus de rellenar los chaflanes, se aplica la soldadura.. Esta combinacin es poco comn y rara vez se usa. Slo se aplica en donde se requiere resistencia y penetrancia del 100%. Sin embargo, se ha utilizado como ejemplo para mostrar los pasos en la lectura de smbolos. Hay gran nmero de combinaciones que se pueden utilizar, pero los smbolos bsicos de soldadura y los smbolos completamente mostrados en la sig. figura. acabaron la mayor parte de ellas.

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Electrónica de potencia y accionamientos didácticos · • Rapidez de funcionamiento para pasar de un estado a otro. 1. ... tensión de codo. A continuación vamos a ir viendo las