2020/05/31
2020 MOD A4 (Videotutorial)
Dibujar las proyecciones diédricas de la figura adjunta y acotar según normativa (sin coeficientes de reducción).
2020/05/16
Componentes de un circuito
Generadores
Son dos las características más importantes que definen tanto a bomba como a compresor:
En los conductores (tubos), al transportar el fluido también hay una pérdida de presión (perdida de carga), que depende de:
Definimos la perdida de carga como la pérdida de presión entre la salida del generador y el punto de utilización.
Como en cualquier otro tipo de sistema/energía, el fin último, es la realización de un trabajo útil, normalmente mediante la transformación de energía.
En los pistones se va a transformar la energía del fluido en energía cinética (movimiento rectilíneo). El fluido al realizar presión sobre el émbolo del cilindro fuerza a éste a desplazarse.
Existen multitud de cilindros, tanto en su forma , como en su funcionamiento interno, diseñados cado uno para su función. Nosotros vamos a estudiar los de uso más común: cilindros de simple y doble efecto.
En la parte derecha tienes una pequeña presentación con las principales características de los cilindros.
En la animación puedes comprobar el funcionamiento de un manómetro Bourdon. El fluído(rosa), hace que se deforme el tubo elástico, que ha su vez mueve el mecanismo de piñones
Tanto los manómetros neumáticos como hidráulicos miden presión relativa, tambien denominada manométrica.Pulsa el botón del , donde podras simular el funcionamiento de un manometro.
En los circuitos hidráulicos el mantenimiento es más sencillo, puesto que los líquidos son bastante menos problemáticos que el aire comprimido, y el único elemento de los anteriores que es necesario, aparte del manómetro, es el filtro para eliminar partículas extrañas del agua.
Como en cualquier otro tipo de circuito, necesitamos un elemento que proporcione energía al sistema. Los compresores y las bombas, son los análogos a la pila en los circuitos eléctricos.
Los compresores son los elementos encargados de comprimir el aire (reducción de volumen), transformando la energía mecánica en energía potencial. Existen dos tipos de compresores: dinámicos (ventilador) y volumétricos (alternativos o rotativos) , de los que estudiaremos sólo los segundos, que se basan en la Ley de Boyle_Mariotte. El aire comprimido se almacena en un depósito (azul imagen) para su posterior uso.
Las bombas hidráulicas son los elementos encargados de impulsar el aceite o líquido hidráulico, transformando la energía mecánica rotatoria en energía hidráulica. Succionan el fluido en una de las cámaras y lo impulsan en la otra. Cuando el fluido encuentra resitencia la bomba empuja (aumenta la presión) hasta vencerla.
Son dos las características más importantes que definen tanto a bomba como a compresor:
- Presión: Medida en bares, indica la presión de trabajo nominal o máxima.
- Caudal: Medida en l/s, indica que cantidad de fluido es capaz de suministrar.
Conductores
Los conductores nos permiten conectar los distintos dispositivos del circuito neumático e hidráulico, además de transportar el fluido (aire o aceite), como ocurre con el cable eléctrico en los circuitos eléctricos.
Como sabrás, un cable eléctrico presenta una cierta resistencia eléctrica que hace que la tensión entre los puntos de conexión disminuya. Generalmente consideramos esta resistencia nula.
Los conductores nos permiten conectar los distintos dispositivos del circuito neumático e hidráulico, además de transportar el fluido (aire o aceite), como ocurre con el cable eléctrico en los circuitos eléctricos.
Como sabrás, un cable eléctrico presenta una cierta resistencia eléctrica que hace que la tensión entre los puntos de conexión disminuya. Generalmente consideramos esta resistencia nula.
En los conductores (tubos), al transportar el fluido también hay una pérdida de presión (perdida de carga), que depende de:
- Longitud del tubo: A mayor longitud, mayor pérdida.
- Diámetro del tubo: A mayor diámetro, menor pérdida.
- Elementos intermedios: Como codos, tes, etc. A mayor número de ellos, mayor pérdida.
- Presión: A menor presión, mayor pérdida.
- Caudal: A mayor caudal, mayor pérdida.
Definimos la perdida de carga como la pérdida de presión entre la salida del generador y el punto de utilización.
Dispositivos de control: válvulas
Las válvulas en neumática e hidráulica son los elementos que permiten direccionar el sentido del fluido, para poder regular el comportamiento del circuíto.
Son los componentes análogos a interruptores, conmutadores, pulsadores, relés ,etc, que permiten controlar el flujo de electrones en los circuitos eléctricos.
En este apartado vas a aprender como es su simbología, y el funcionamiento interno de algunas válvulas de uso común.
Las válvulas en neumática e hidráulica son los elementos que permiten direccionar el sentido del fluido, para poder regular el comportamiento del circuíto.
Son los componentes análogos a interruptores, conmutadores, pulsadores, relés ,etc, que permiten controlar el flujo de electrones en los circuitos eléctricos.
En este apartado vas a aprender como es su simbología, y el funcionamiento interno de algunas válvulas de uso común.
| SIMULADOR DE VÁLVULAS | |
| Valvula 3/2 monoestable pulsador | |
| Valvula 3/2 monoestable pilotada | |
| Valvula 4/2 monoestable pilotada | |
| Valvula 4/2 biestable pilotada | |
| Valvula 5/2 monoestable pilotada | |
| Valvula 5/2 biestable pilotada | |
Dispositivos receptores: cilindros
Como en cualquier otro tipo de sistema/energía, el fin último, es la realización de un trabajo útil, normalmente mediante la transformación de energía.
En los pistones se va a transformar la energía del fluido en energía cinética (movimiento rectilíneo). El fluido al realizar presión sobre el émbolo del cilindro fuerza a éste a desplazarse.
Existen multitud de cilindros, tanto en su forma , como en su funcionamiento interno, diseñados cado uno para su función. Nosotros vamos a estudiar los de uso más común: cilindros de simple y doble efecto.
En la parte derecha tienes una pequeña presentación con las principales características de los cilindros.
Dispositivos Medida: Manómetros
Como en cualquier otro tipo de circuíto,necel sitamos poder medir los parámetros de funcionamiento del circuíto, para comprobar que estes están dentro del rango que hemos calculado, o para conocer porque el funcionamento del circuíto no es el adecuado.
La medida básica en los tanto circuítos neumáticos, como en los hidrúlicos es la presión.El aparato que mide la presión se denomina manómetro.Los manómetros, son dispositivos cilíndricos, con una escala graduada (normalmente en bares o en psi), y una aguja que gira en función de la difrencia de presión entre una estándar y la del circuíto donde queremos medir.
Manómetro hidráulico:
Como en cualquier otro tipo de circuíto,necel sitamos poder medir los parámetros de funcionamiento del circuíto, para comprobar que estes están dentro del rango que hemos calculado, o para conocer porque el funcionamento del circuíto no es el adecuado.
La medida básica en los tanto circuítos neumáticos, como en los hidrúlicos es la presión.El aparato que mide la presión se denomina manómetro.Los manómetros, son dispositivos cilíndricos, con una escala graduada (normalmente en bares o en psi), y una aguja que gira en función de la difrencia de presión entre una estándar y la del circuíto donde queremos medir.
Manómetro hidráulico:
Manómetro Neumático:
Símbolo:
En la animación puedes comprobar el funcionamiento de un manómetro Bourdon. El fluído(rosa), hace que se deforme el tubo elástico, que ha su vez mueve el mecanismo de piñones
Tanto los manómetros neumáticos como hidráulicos miden presión relativa, tambien denominada manométrica.Pulsa el botón del , donde podras simular el funcionamiento de un manometro.
Dispositivos Auxiliares
Básicamente, un circuito mecánico o hidráulico consiste en un compresor o una bomba que da presión a un fluido y lo pone en movimiento, unos conductos por donde el fluido se mueve, unas válvulas que lo distribuyen de un sitio al otro y un cilindro que se desplaza debido a la acción de este fluido. Pero junto a estos constituyentes básicos hay otros que también resultan esenciales para el buen funcionamiento del circuito.
Los elementos auxiliares de uso común en los circuitos neumáticos son:
Básicamente, un circuito mecánico o hidráulico consiste en un compresor o una bomba que da presión a un fluido y lo pone en movimiento, unos conductos por donde el fluido se mueve, unas válvulas que lo distribuyen de un sitio al otro y un cilindro que se desplaza debido a la acción de este fluido. Pero junto a estos constituyentes básicos hay otros que también resultan esenciales para el buen funcionamiento del circuito.
Los elementos auxiliares de uso común en los circuitos neumáticos son:
Silenciador: Se utiliza par reducir el ruido que produce el aire comprimido cuando escapa a la atmósfera.
Secador: Tiene por objetivo, reducir la cantidad de vapor de agua que posee el aire.
Filtro: Tiene por objeto la eliminación del mayor número posible de
partículas de polvo o impurezas que presenta el aire. Durante el
filtrado también se elimina humedad.
Lubricador: Los receptores neumáticos (cilindros y motores), son
elementos mecánicos sometidos a rozamiento, por lo que resulta necesario
su lubricación. Ésta se consigue añadiendo aceite al aire comprimido.
Regulador de Presión: No todos los dispositvos de un mismo circuito
tienen que trabajar a la misma presión. Es más, un circuito no tiene por
qué trabajar a la presión que suministra el compresor. Un regulador nos
permite seleccionar la presión necesaria (siempre menor que la del
compresor).
Estos tres últimos dispositivos suelen formar lo que se denomina unidad de mantenimiento:
En los circuitos hidráulicos el mantenimiento es más sencillo, puesto que los líquidos son bastante menos problemáticos que el aire comprimido, y el único elemento de los anteriores que es necesario, aparte del manómetro, es el filtro para eliminar partículas extrañas del agua.
Magnitudes
Presión
Cuando ponemos en contacto dos sólidos, éstos ejercen entre sí fuerzas de penetración. Ésta depende de dos parámetros:
Aunque la unidad de presión en el S.I. es el Pascal, no es de uso habitual.
Presión en los gases
Los sólidos tienen forma propia, y ocupan un volumen definido ya que las moléculas están fuertemente unidas entre sí. Los gases, no tienen ni forma ni volumen propio, sino que toman la forma y el volumen del recipiente donde están contenidos, debido a que sus moléculas están muy separadas y en continuo movimiento.
La presión se debe a los choques de las moléculas contra la pared del recipiente. Aunque la fuerza ejercida por una molécula es pequeña, el número de choques en una determinada área es grande. Además, las moléculas se mueven en todas direcciones, ejerciendo la misma presión en todas partes del recipiente.
Otra de las características importantes de los gases es su compresibilidad, que permite su reducción de volumen. Cuando reducimos el volumen, aumentamos los choques, y por lo tanto la presión sobre las paredes del recipiente.
El aire comprimido, tiene un comportamiento elástico (acumula energía). En cuanto cesa la acción que provoca la compresión, éste intenta recuperar su volumen inicial (expandirse).
Un gas no tiene ni forma, ni volumen propio.
Presión hidrostática I
Los líquidos no tienen forma pero sí volumen propio.
Vamos a estudiar el caso, en que no existe ninguna solicitación (fuerza) externa sobre el fluido. Se puede comprobar que la presión en un punto cualquiera del fluido depende de tres factores:
La presión hidrostática en un punto del interior de un líquido es directamente proporcional a la densidad del fluido, d, a la profundidad, h, y a la gravedad del lugar, g.
Presión hidrostática II
Vamos a considerar ahora el caso de un fluido sometido a la acción de una fuerza externa (F). Supongamos, como en la animación de la derecha, que tenemos un depósito cubierto con una tapa de peso (P). La tapa tiene una sección s.
Se puede demostrar que, en esta situación, la presión en cualquier punto del fluido es la misma y de valor:
Esta característica es la que aprovechamos para hacer transmisiones hidráulicas, como veremos en el siguiente apartado.
La presión p es igual en todos los puntos del fluido.
Principio de Pascal
Como hemos dicho en el apartado anterior, en un fluido sometido a una fuerza externa, la presión es igual en todos sus puntos. Supongamos un fluido, y dos émbolos desplazables, como se puede ver en la figura:
Supongamos que ejercemos una fuerza F1, sobre el émbolo de menor sección (s1). La presión ejercida por el fluido será: p=F1/s1
Como esta presión es constante en todo el fluido, la fuerza ejercida sobre el émbolo de mayor tamaño valdrá: F2=p*s2
Sustituyendo: F2=F1*s2/s1 y como sabemos que s2>>S1, entonces F2<F1. Es decir, la fuerza ejercida en el émbolo, es inversamente proporcional a la relación de secciones.
El trabajo W=F*d, se debe mantener por lo que d2>d1.
Volumen
El producto de la presión por el volumen debe mantenerse constante:
De lo anterior se deduce, que presión y el volumen son inversamente proporcionales: si aumenta la presión, disminuye el volumen y viceversa.
Velocidad
La velocidad es el espacio que recorre el fluido por unidad de tiempo; se representa por una v y se mide en m/s. v=[m/s]
Muy unido a la velocidad en los fluidos está otra magnitud denominada caudal, que es la cantidad de fluido que se desplaza por unidad de tiempo. Representamos el caudal con la letra Q y lo medimos en m3/s. Q=[m3/s].
v1*s1=v2*s2 por lo que v2= v1*s1/s2. Como s2>> s1, entonces v1>>v2. Esto indica que a mayor sección, menor velocidad, y viceversa.
Pulsa para simular la Esta unidad interactiva requiere la máquina virtual de Java J2RE. en una tubería.
La ley de la continuidad nos dice que un fluido que fluye en una tubería de sección mantiene constante su caudal.
Energía
La energía es la capacidad de un sistema de realizar trabajo. Su unidad en el sistema internacional es el Julio (J), aunque también es de uso común la caloría (cal) o el kWh. La energía que posee un fluido es la suma de tres factores:
Se pude demostrar que EA= EB= EC=cte
En el punto A la energía será: EA= pA*V +m*g*hA+0.5*m*vA2
Al tener un estrechamiento en B, por lo que va a haber un aumento de velocidad (ley de la continuidad) y, al no haber una disminución de altura, debe haber un descenso de presión.
En el punto B la energía sera: EB= pB*V +m*g*hB=A+0.5*m*vB2
Cuando ponemos en contacto dos sólidos, éstos ejercen entre sí fuerzas de penetración. Ésta depende de dos parámetros:
- Fuerza(F): Ejercida por los cuerpos, normalmente el peso. La unidad de medida en el sistema internacional es el Newton (N).
- Superfice(S): De la superficie de contacto de los dos cuerpos. La unidad de medida en el sistema internacional es el m2.
p=F/s=[N/m2]=Pa
Aunque la unidad de presión en el S.I. es el Pascal, no es de uso habitual.
Presión en los gases
Los sólidos tienen forma propia, y ocupan un volumen definido ya que las moléculas están fuertemente unidas entre sí. Los gases, no tienen ni forma ni volumen propio, sino que toman la forma y el volumen del recipiente donde están contenidos, debido a que sus moléculas están muy separadas y en continuo movimiento.
La presión se debe a los choques de las moléculas contra la pared del recipiente. Aunque la fuerza ejercida por una molécula es pequeña, el número de choques en una determinada área es grande. Además, las moléculas se mueven en todas direcciones, ejerciendo la misma presión en todas partes del recipiente.
Otra de las características importantes de los gases es su compresibilidad, que permite su reducción de volumen. Cuando reducimos el volumen, aumentamos los choques, y por lo tanto la presión sobre las paredes del recipiente.
El aire comprimido, tiene un comportamiento elástico (acumula energía). En cuanto cesa la acción que provoca la compresión, éste intenta recuperar su volumen inicial (expandirse).
Un gas no tiene ni forma, ni volumen propio.
Presión hidrostática I
Los líquidos no tienen forma pero sí volumen propio.
Vamos a estudiar el caso, en que no existe ninguna solicitación (fuerza) externa sobre el fluido. Se puede comprobar que la presión en un punto cualquiera del fluido depende de tres factores:
- De la gravedad (g): Medida en m/s2
- De la densidad del fluido (d): Medida en kg/m3
- De la altura (h): Medida en m.
p=d.g.h=[Pa]=[N/m2]
Esta presión es perpendicular a las paredes del recipiente, e igual en cualquier punto a una misma altura.La presión hidrostática en un punto del interior de un líquido es directamente proporcional a la densidad del fluido, d, a la profundidad, h, y a la gravedad del lugar, g.
Presión hidrostática II
Vamos a considerar ahora el caso de un fluido sometido a la acción de una fuerza externa (F). Supongamos, como en la animación de la derecha, que tenemos un depósito cubierto con una tapa de peso (P). La tapa tiene una sección s.
Se puede demostrar que, en esta situación, la presión en cualquier punto del fluido es la misma y de valor:
p= P/s= [Pa]= [N/m2]
Esta característica es la que aprovechamos para hacer transmisiones hidráulicas, como veremos en el siguiente apartado.
La presión p es igual en todos los puntos del fluido.
Principio de Pascal
Como hemos dicho en el apartado anterior, en un fluido sometido a una fuerza externa, la presión es igual en todos sus puntos. Supongamos un fluido, y dos émbolos desplazables, como se puede ver en la figura:
Como esta presión es constante en todo el fluido, la fuerza ejercida sobre el émbolo de mayor tamaño valdrá: F2=p*s2
Sustituyendo: F2=F1*s2/s1 y como sabemos que s2>>S1, entonces F2<F1. Es decir, la fuerza ejercida en el émbolo, es inversamente proporcional a la relación de secciones.
El trabajo W=F*d, se debe mantener por lo que d2>d1.
Éste es el principio de la prensa y el freno hidráulico
Volumen
El volumen es el espacio que ocupa un cuerpo. La unidad de volumen en el sistema internacional es el m3. Existen también otras unidades de uso común, cuyas equivalencias son las mostradas en la tabla:
| m3 | l(dm3) | cm3(cc) | ft3 | |
|---|---|---|---|---|
| m3 | 1 | 103 | 106 | 35,31 |
| l(dm3) | 10-3 | 1 | 103 | 0,04 |
| cm3(cc) | 10-6 | 10-3 | 1 | 3,5*10-5 |
| ft3 | 28,3*10-3 | 28,3 | 28,3*103 | 1 |
Como recordarás, los líquidos son incompresibles (no se puede variar su volumen), pero los gases no. Y, ¿cómo se relacionan presión y volumen? La respuesta la tenemos en la ley de Boyle/Mariotte:
El producto de la presión por el volumen debe mantenerse constante:
P1*V1=P2*V2=cte
De lo anterior se deduce, que presión y el volumen son inversamente proporcionales: si aumenta la presión, disminuye el volumen y viceversa.
Velocidad
La velocidad es el espacio que recorre el fluido por unidad de tiempo; se representa por una v y se mide en m/s. v=[m/s]
Muy unido a la velocidad en los fluidos está otra magnitud denominada caudal, que es la cantidad de fluido que se desplaza por unidad de tiempo. Representamos el caudal con la letra Q y lo medimos en m3/s. Q=[m3/s].
Caudal y velocidad se relacionan: Q=v*s, siendo s la sección en m2/s. Supongamos la tubería de la figura. Como los caudales se tienen que mantener (Q1=Q2), entonces:
v1*s1=v2*s2 por lo que v2= v1*s1/s2. Como s2>> s1, entonces v1>>v2. Esto indica que a mayor sección, menor velocidad, y viceversa.
Pulsa para simular la Esta unidad interactiva requiere la máquina virtual de Java J2RE. en una tubería.
La ley de la continuidad nos dice que un fluido que fluye en una tubería de sección mantiene constante su caudal.
Energía
La energía es la capacidad de un sistema de realizar trabajo. Su unidad en el sistema internacional es el Julio (J), aunque también es de uso común la caloría (cal) o el kWh. La energía que posee un fluido es la suma de tres factores:
- Energía potencial: Debida a la altura a que se encuentre el fluido. Su valor Ep = m*g*h.
- Energía cinética: Debida a la velocidad a que se desplace el fluido. Su valor Ec = 0.5*m*v2.
- Energía Hidrostática: Debida a la presión a la que se encuentra el fluido. Su valor Eh = p*V
En la imagen de la figura, en el tubo hay tres puntos disitintos:
En el punto A la energía será: EA= pA*V +m*g*hA+0.5*m*vA2
Al tener un estrechamiento en B, por lo que va a haber un aumento de velocidad (ley de la continuidad) y, al no haber una disminución de altura, debe haber un descenso de presión.
En el punto B la energía sera: EB= pB*V +m*g*hB=A+0.5*m*vB2
En C, hay una pérdida de altura. Como el tubo tiene la misma sección que en B, para compensar el descenso de altura debe de haber un aumento de velocidad.
En C la energía será: EC= pB=C*V + m*g*hC + 0.5*m*vC2
Evidentemente en la mayoría de las veces vamos a necesitar una bomba como en la fuente de chorro de la figura. En este caso la energía del agua del estanque en el punto A es 0. La bomba va a aportar la energía suficiente en forma de energía cinética en el punto B que posteriormente se transformará en potencial en el punto C.
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Comunicación con el robot
Lenguaje
Recordemos que es el código binario el que nos permite interactuar con la máquina. A los ceros y unos se les llama con el nombre de lenguaje máquina porque son instrucciones que el sistema electrónico es capaz de comprender (pasa o no pasa corriente). Pero sería muy laborioso traducir a ceros y unos las instrucciones que queremos que realice el ordenador. El código nos permite recurrir a un lenguaje mucho más comprensible para nosotros, llamado lenguaje de programación de alto nivel; bajo este código existe un subcódigo encargado de traducir nuestras instrucciones al lenguaje máquina, es decir, a ceros y unos, pero ya no necesitamos conocerlo.
Existen cientos de lenguajes de programación y son muy diversos varíando mucho según su complejidad. A finales de los años 60 se desarrolló un lenguaje sencillo para educación llamado LOGO. Este lenguaje es el que vamos a utilizar en esta unidad didáctica.
Tarjetas controladoras
Las tarjetas de control o controladoras sirven de enlace entre el ordenador y el sistema a controlar o un robot. Reciben las instrucciones del ordenador en forma digital y tienen que convertirlas en señales, normalmente analógicas, que sean comprensibles para el robot; y viceversa, también tienen que recibir las señales del sistema robótico y enviárselas al ordenador para su procesamiento.
Entradas y salidas
El lenguaje de programación o código es la forma que tenemos de comunicarnos con el robot, normalmente a través de un ordenador; los circuitos electrónicos digitales de la máquina le permiten transformar nuestras instrucciones en señales eléctricas.
Recordemos que es el código binario el que nos permite interactuar con la máquina. A los ceros y unos se les llama con el nombre de lenguaje máquina porque son instrucciones que el sistema electrónico es capaz de comprender (pasa o no pasa corriente). Pero sería muy laborioso traducir a ceros y unos las instrucciones que queremos que realice el ordenador. El código nos permite recurrir a un lenguaje mucho más comprensible para nosotros, llamado lenguaje de programación de alto nivel; bajo este código existe un subcódigo encargado de traducir nuestras instrucciones al lenguaje máquina, es decir, a ceros y unos, pero ya no necesitamos conocerlo.
Existen cientos de lenguajes de programación y son muy diversos varíando mucho según su complejidad. A finales de los años 60 se desarrolló un lenguaje sencillo para educación llamado LOGO. Este lenguaje es el que vamos a utilizar en esta unidad didáctica.
Tarjetas controladoras
Las tarjetas de control o controladoras sirven de enlace entre el ordenador y el sistema a controlar o un robot. Reciben las instrucciones del ordenador en forma digital y tienen que convertirlas en señales, normalmente analógicas, que sean comprensibles para el robot; y viceversa, también tienen que recibir las señales del sistema robótico y enviárselas al ordenador para su procesamiento.
Existen diferentes tipos de controladoras pero su apariencia es la de cualquier circuito impreso. Las controladoras necesitan su propia fuente de alimentación.
Entradas y salidas
Las controladores disponen de varias entradas y salidas; éstas pueden ser analógicas o digitales:
- Digitales: Admiten solamente información del tipo pasa-no pasa; permitirán o no el paso de la corriente por el circuito; son adecuadas para conectar elementos del sistema robótico como lámparas, diodos LED o indicadores del funcionamiento de la máquina.
- Analógicas: Permiten regular la cantidad de corriente que pasa (recordemos que las variables analógicas admiten cualquier valor). Serán adecuadas si queremos regular la luz que emite una bombilla, la velocidad de giro de un motor.
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Aplicaciones de los robots
Veamos las principales aplicaciones que tienen los robots en la industria:
- Soldadura: El robot puede soldar ahorrándole al operario el peligro de las altas temperaturas y los vapores tóxicos que se desprenden en el proceso.
- Aplicación de pintura, esmalte y adhesivos: Es un trabajo repetitivo adecuado para que lo haga una máquina en el que además se suele trabajar con productos tóxicos.
- Operaciones de corte: Tornos, fresadoras, taladrados, pulidos, etc. Las máquinas de control numérico permiten llevar a cabo estas operaciones con la máxima precisión y sin riesgo.
- Plantas nucleares: Los robots pueden trabajar en las zonas sometidas a radiaciones.
- Movimiento de piezas: Los robots se encargan de colocar las piezas o los materiales en plataformas, de suministrárselas a las máquinas o de extraer de estas últimas los productos terminados.
- Montaje y ensamblado: Son robots quienes se encargan de piezas muy pequeñas necesitadas de una gran precisión, como pueden ser los componentes eléctricos o electrónicos.
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Arquitectura de un robot
De acuerdo con la estructura de un sistema de control (entrada, control y salida) que hemos estudiado anteriormente, en un robot podemos distinguir los siguientes componentes:
- Sensores: Se encargan de suministrar los datos de entrada y / o de realimentación del sistema.
- Unidad de control: Procesa la información que proporcionan los sensores y toma decisiones de acuerdo con dicha información. Por lo general se trata de la CPU (unidad central de proceso) de un ordenador. En la próxima unidad veremos cómo se programa el robot para darle órdenes.
- Actuadores: Son los elementos que ejecutan las órdenes de la unidad de control. Pueden ser eléctricos, mecánicos, hidráulicos o neumáticos.
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2020/05/15
Sensores Infrarrojos
Si recordamos el espectro electromagnético estudiado en un tema anterior, existía una franja de ondas electromagnéticas cuya frecuencia es muy baja para que nuestros ojos la detecten; son los infrarrojos.
Existen diodos capaces de emitir luz infrarroja y transistores sensibles a este tipo de ondas y que por lo tanto detectan las emisiones de los diodos. Esta es la base del funcionamiento de los mandos a distancia; el mando contiene diodos que emiten infrarrojos que son recibidos por los fototransistores del aparato.
Existen diodos capaces de emitir luz infrarroja y transistores sensibles a este tipo de ondas y que por lo tanto detectan las emisiones de los diodos. Esta es la base del funcionamiento de los mandos a distancia; el mando contiene diodos que emiten infrarrojos que son recibidos por los fototransistores del aparato.
Los diodos de infrarrojos son a simple vista idénticos a los LED, como se puede apreciar en la imagen, y se representan de la misma manera, mientras que el símbolo de los fototransistores es semejante al de los transistores normales pero añadiendo las flechas que representan la luz que reciben. Recordemos que las flechas salen del elemento cuando éste emite luz o radiación infrarroja y entran en él cuando el elemento recibe dicha radiación.
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Sensores Magnéticos
Detecta los campos magnéticos que provocan los imanes o las corrientes eléctricas. El principal es el llamado interruptor Reed; consiste en un par de láminas metálicas de materiales ferromagnéticos metidas en el interior de una cápsula que se atraen en presencia de un campo magnético, cerrando el circuito.
Su símbolo recuerda vagamente al del interruptor convencional:
Pincha en la imagen para ver el vídeo en el que un interruptor Reed es activado por un péndulo magnético
El interruptor Reed puede sustituir a los finales de carrera para detectar la posición de un elemento móvil, con la ventaja de que no necesita ser empujado físicamente por dicho elemento sino que puede detectar la proximidad sin contacto directo. Esto es muy útil cuando interesa evitar el contacto físico, por ejemplo para detectar el nivel de agua de un depósito sin riesgo de cortocircuitos.
Su símbolo recuerda vagamente al del interruptor convencional:
El interruptor Reed puede sustituir a los finales de carrera para detectar la posición de un elemento móvil, con la ventaja de que no necesita ser empujado físicamente por dicho elemento sino que puede detectar la proximidad sin contacto directo. Esto es muy útil cuando interesa evitar el contacto físico, por ejemplo para detectar el nivel de agua de un depósito sin riesgo de cortocircuitos.
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Sistemas de Control
Recordemos que los automatismos y los robots son capaces de iniciar y detener procesos sin la intervención manual del usuario. Para ello necesitarán recibir información del exterior, procesarla y emitir una respuesta; en un automatismo dicha respuesta será siempre la misma pero en un robot podemos tener diferentes comportamientos según las circunstancias. A esto se le llama un sistema de control.
A la información que recibe el sistema del exterior se le denomina de forma genérica entrada o input. A las condiciones que existen en el exterior después de la actuación (o no actuación) del robot se les denomina de forma genérica salida o output.
Existen dos tipos de sistemas de control de un robot: sistemas de control de lazo abierto y sistemas de control de lazo cerrado.
Sistemas de Lazo Abierto
Sistemas de lazo abierto o sistemas sin realimentación. La salida no tiene efecto sobre el sistema.
La mayor parte de sistemas de lazo abierto serán automatismos a los que no podremos llamar en sentido estricto robots porque, al no tener en cuenta la salida, su capacidad de toma de decisiones “inteligentes” es muy limitada.
Un sistema de riego en lazo cerrado, no se detendrá al cabo de un tiempo fijo, sino cuando detecte que se está consiguiendo el objetivo buscado, es decir, que la humedad de las plantas es la adecuada. Y se pondrá en marcha, no a una hora determinada, sino en cualquier momento en que la humedad se sitúe por debajo de un valor determinado.
A la información que recibe el sistema del exterior se le denomina de forma genérica entrada o input. A las condiciones que existen en el exterior después de la actuación (o no actuación) del robot se les denomina de forma genérica salida o output.
Existen dos tipos de sistemas de control de un robot: sistemas de control de lazo abierto y sistemas de control de lazo cerrado.
Sistemas de Lazo Abierto
Sistemas de lazo abierto o sistemas sin realimentación. La salida no tiene efecto sobre el sistema.
Este sería el esquema que los define:
La mayor parte de sistemas de lazo abierto serán automatismos a los que no podremos llamar en sentido estricto robots porque, al no tener en cuenta la salida, su capacidad de toma de decisiones “inteligentes” es muy limitada.
Por ejemplo, un sistema de riego en lazo abierto tiene un temporizador que lo pone en marcha todos los días a una determinada hora; riega las plantas durante un cierto tiempo pasado el cual se interrumpe, con independencia de que las plantas hayan recibido la cantidad de agua adecuada, una cantidad excesiva o una cantidad insuficiente. Se trata de un automatismo, pero no de un auténtico robot.
Sistemas de Lazo Cerrado (Feedback)
Sistemas de lazo cerrado o sistemas con realimentación o feedback. La toma de decisiones del sistema no depende sólo de la entrada sino también de la salida.
El sistema es más flexible y capaz de reaccionar si el resultado que está obteniendo no es el esperado; los sistemas a los que podemos llamar robots casi siempre son de lazo cerrado.
Este sería el esquema que los define:
Sistemas de lazo cerrado o sistemas con realimentación o feedback. La toma de decisiones del sistema no depende sólo de la entrada sino también de la salida.
El sistema es más flexible y capaz de reaccionar si el resultado que está obteniendo no es el esperado; los sistemas a los que podemos llamar robots casi siempre son de lazo cerrado.
Este sería el esquema que los define:
Un sistema de riego en lazo cerrado, no se detendrá al cabo de un tiempo fijo, sino cuando detecte que se está consiguiendo el objetivo buscado, es decir, que la humedad de las plantas es la adecuada. Y se pondrá en marcha, no a una hora determinada, sino en cualquier momento en que la humedad se sitúe por debajo de un valor determinado.
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Sensores de Humedad
Se basan en que el agua no es un material aislante como el aire sino que tiene una conductividad eléctrica; por esa razón el Reglamento de Baja Tensión prohíbe la presencia de tomas de corriente próximas a la bañera, como veíamos en el tema anterior.
Por lo tanto un par de cables eléctricos desnudos (sin cinta aislante recubriéndolos) van a conducir una pequeña cantidad de corriente si el ambiente es húmedo; si colocamos un transistor en zona activa que amplifique esta corriente tenemos un detector de humedad.
El esquema eléctrico muestra una sonda que detectaría la humedad y gracias a los transistores se amplifica la señal para poner en marcha la bomba de riego.
Por lo tanto un par de cables eléctricos desnudos (sin cinta aislante recubriéndolos) van a conducir una pequeña cantidad de corriente si el ambiente es húmedo; si colocamos un transistor en zona activa que amplifique esta corriente tenemos un detector de humedad.
Imagen de un sensor de humedad de fabricación casera
Se representan con este símbolo:
El esquema eléctrico muestra una sonda que detectaría la humedad y gracias a los transistores se amplifica la señal para poner en marcha la bomba de riego.
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Sensores de Temperatura
Los termistores son los principales sensores de temperatura.
Por lo tanto, depende de la temperatura que el termistor permita o no el paso de la corriente por el circuito de control del sistema.
El símbolo y la apariencia de un termistor es:
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