CONTENIDO TECNOLOGIA 2º AÑO

UNIDAD N° 1

U N I D A D   1°

SISTEMAS  TÉCNICOS  BÁSICOS

   

Los sistemas son un conjunto de elementos en interacción, organizados en función de un objetivo y con fines utilitarios.

Nos enfocaremos en los sistemas que se diferencian en función de la técnica o de la energía vinculada a los mismos. Tenemos así:

1)    Sistemas mecánicos.

2)    Sistemas eléctricos.

3)    Sistemas hidráulicos.

4)    Sistemas neumáticos.

El funcionamiento de los sistemas depende de sus componentes y de la interacción entre los mismos, así como de causas que producen cambios en las magnitudes en juego. Entre las causas podemos reconocer:

1)    LA FUERZA: (En los sistemas mecánicos). En mecánica entendemos por FUERZA cualquier causa capaz de modificar el estado de reposo o de movimiento de un cuerpo.

2)    LA TENSIÓN: (En los sistemas eléctricos). VOLTAJE (fuerza eléctrica) con el que se realiza una transmisión de energía eléctrica.

3)    LA PRESIÓN: (En los sistemas hidráulicos y neumáticos). Acción u efecto de apretar o comprimir. Es la magnitud física que expresa la fuerza ejercida por un líquido o gas en la tubería que lo contiene.

Podemos decir que hay una analogía (equivalencia) entre estas tres magnitudes; por ejemplo: la tensión, que produce una circulación (flujo) de corriente en un circuito eléctrico, es análoga (equivalente) a la presión que provoca un flujo de líquido o de gas en una tubería, o a la fuerza que produce un desplazamiento. Esta analogía permite, que los sistemas en que están involucradas estas magnitudes puedan representarse mediante un mismo modelo, en otras palabras son sistemas análogos, aunque sean diferentes físicamente.

Sistema hidráulico  (líquido de freno de un auto)                                        Sistema eléctrico simple

 Como dije anteriormente en estos cuatro sistemas hay flujos (o desplazamiento) aunque de características distintas en cada caso.

Ø   En los SISTEMAS MECÁNICOS hay desplazamientos de elementos sólidos.

Ø   En los SISTEMAS ELÉCTRICOS hay circulación de corriente.

Ø   En los SISTEMAS HIDRÁULICOS Y NEUMÁTICOS hay flujo de fluidos (líquidos en los primeros y gas en los segundos)

SISTEMAS  MECÁNICOS:

Son sistemas de transmisión de fuerzas y/o de movimientos.

Con referencia al movimiento de los cuerpos es importante plantear algunos aspectos vinculados a este tema. Un cuerpo se mueve, con movimiento acelerado, cuando actúa sobre él una fuerza que lo impulsa; al desaparecer la fuerza, el cuerpo tiende, por inercia, a continuar su movimiento, y teóricamente no se debería detener si no actúa sobre él una fuerza, en sentido contrario, que equilibre su fuerza de inercia.

Un ejemplo cotidiano, es el efecto al que está sometido nuestro cuerpo cuando el vehículo en el que viajamos sufre una frenada o detención brusca, el conductor tiende a continuar con el trayecto rectilíneo y velocidad en el que se desplazaba antes de la detención.

En el caso del automóvil, este hecho explica la necesidad e importancia del uso del cinturón de seguridad, y la existencia de los air-bags (disminuyen los riesgos de lesiones).

Pero la experiencia muestra que todo cuerpo en movimiento, sobre el que no actúa fuerza alguna, excepto la fuerza de inercia, termina deteniéndose, la razón de esta detención es el rozamiento o fricción entre el cuerpo, y la superficie sobre la que se desplaza, o el medio que lo rodea. Es decir, que la fricción genera una fuerza que actúa sobre el cuerpo (sólido) en sentido contrario al movimiento.

ANÁLISIS TÉCNICO DE UN SISTEMA MECÁNICO:

Tomaremos como ejemplo de una máquina mecánica conocida: la bicicleta.

En el sistema bicicleta podemos identificar diversos sistemas, por ejemplo: el sistema de transmisión de la energía (del pedal al piñón), el sistema de control (sistema de dirección –manubrio- y sistema de frenado –frenos manuales-), el sistema estructural (cuadro o armazón de acero), el sistema de protección (guardabarros), el sistema eléctrico (dínamo), etc.

A continuación un cuadro sinóptico del sistema bicicleta. He seleccionado el sistema de transmisión de la energía y el sistema de control, porque abarcan aspectos sustantivos de la bicicleta como vehículo de transporte.

 A continuación se desarrolla una tabla del sistema de transmisión de la energía.

PARTE	FUNCIÓN	MATERIAL Y/O CARACTERISTICAS
Plato manivela. Pedal	Transforman energía muscular en energía cinética.	De acero. Cromado. Rígido, etc.
Cadena	Transmite la energía cinética del plato al piñón.	De acero. Flexible. Resistente, etc.
Piñón	Solidario a la rueda trasera, transmite a ésta su movimiento.	De acero. Seguro, etc.

Tanto el pedal como la cadena o el piñón podrían considerarse subsistemas y analizarlos como tales.

A continuación algunos componentes de los sistemas mecánicos.

Dispositivo para multiplicar o reducir

la velocidad (ruedas planas y correa).

Engranajes planos (conductora y conducida)                          El diametro de cada engranaje menor equivale

al radio del engranaje mayor. Multiplicación de la

velocidad.

ENGRANAJES  O RUEDAS DENTADAS PLANAS:

Se llama engranajes a ruedas provistas, a intervalos regulares, de espacios y salientes llamados dientes.

Dos ruedas dentadas engranadas entre sí constituyen un mecanismo elemental llamado ENGRANAJE.

Una de las ruedas dentadas, la rueda conductora, transmite (mediante presión sobre los dientes) el movimiento de la otra rueda, la rueda conducida (que gira en sentido contrario), el número de giro de las ruedas es inversamente proporcional al número de dientes. En este caso de ruedas dentadas, habló de relación de transmisión, es decir de la relación entre el número de vueltas de la rueda conducida y el número de vueltas de la rueda conductora, es decir variando el diametro de las ruedas se puede aumentar o disminuir la velocidad del movimiento a transmitir en el istema.

La menor de las ruedas dentadas de un engranaje suele llamarse piñón.

ENGRANAJES CÓNICOS:

Efectúan la transmisión de movimiento de ejes que se cortan en un mismo plano, generalmente en ángulo recto aunque no es el único ángulo, pues puede variar dicho ángulo como por ejemplo 45°, 60°, 70°, etc, por medio de superficies cónicas dentadas. Los dientes convergen en el punto de intersección de los ejes. Son utilizados para efectuar reducción de velocidad con ejes en 90°. Estos engranajes generan un ruido relativamente mayor a los engranajes planos. En la actualidad se usan muy poco.

SISTEMAS ELÉCTRICOS:

Los sistemas eléctricos basados en circuitos eléctricos (y circulación de corriente), se utilizan para transmitir señales y/o energía. En los circuitos eléctricos podemos identificar magnitudes, como por ejemplo:

Ø   La tensión (volt), que como he dicho es equivalente a la presión en los sistemas hidráulicos y neumáticos;

Ø   La corriente (ampere) equivalente al flujo del fluido en los sistemas hidráulicos y neumáticos;

Ø   La resitencia (ohm). La resistencia de un conductor (por ejemplo cables) es proporcional a su longitud, e inversamente proporcional a su sección transversal. La resistencia aumenta con la longitud del conductor y con la disminución de su sección o diametro.

Ø   La potencia (watt), igual a la tensión por la corriente.

Ø   La energía (watt-hora), la potencia por el tiempo.

Como fuente de energía la electricidad ofrece muchas ventajas, es facilmente transportable, se puede transformar cómodamente en otras formas de energía (mecánica, térmica, lumínica, química, etc.), es cómoda, es limpia, etc. Pero requiere tener en cuenta condiciones de seguridad.

La tensión para uso familiar es de 220 V (corriente alterna monofásica) y para uso industrial es de 380 V (corriente contínua).

MODELOS ESQUEMÁTICOS DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS:

           

        Circuito en serie                                                                                                         Circuito en paralelo

Una observación muy importante,  es tener en cuenta que la corriente eléctrica siempre recorre el camino más corto de la instalación o circuito. El sentido de circulación de la corriente es el del flujo de electrones (cargas negativas), que se van desplazando en el sentido del polo negativo de la fuente generadora de electricidad.

Teniendo en cuenta que los elementos que conforman el circuito eléctrico (cables, lámparas, etc.) ofrecen una cierta resistencia a la circulación de la corriente eléctrica, podemos señalar las tres magnitudes que definen el comportamiento del circuito y que son:

      La tensión: de entrega de la fuente y que se mide en volt.

      La resistencia: del circuito de utilización y que se mide en ohm.

      La corriente: que circula por el cable y que se mide en ampere.

MODELOS GRÁFICOS DE LOS CIRCUITOS ELÉCTRICOS:

                  CIRCUITO EN SERIE                                           CIRCUITO EN PARALELO

                     CIRCUITO MIXTO

Ø  CIRCUITO EN SERIE: Son los más comunes y constan de una sola línea, en la que se conectan diferentes resisitencias. No existen ramificaciones o derivaciones. En este caso existe caída de tensión eléctrica a medida que la electricidad recorre las suscesivas resistencias (lamparitas, etc.).

Es por ello, que se lo suele utilizar en líneas que unen 2 o 3 tomacorrientes y por lo general en dormitorios, baños y cocinas.

Ø  CIRCUITO EN PARALELO: Constan de líneas secundarias que nacen de un circuito eléctrico principal. En esta ramificaciones secundarias suelen colocarse resistencias y tienen la particularidad que no existe caída de tensión eléctrica, ya que la tensión es CONSTANTE EN CADA UNA DE LAS RAMIFICACIONES.

Este tipo de líneas, suele usarse para alimentar a los diferentes ambientes de una vivienda; también para algunas conexiones internas de diferentes comandos de electrodomésticos.

Ø CIRCUITO MIXTO: Constan de circuitos en serie y en paralelo. Son los más recomendados para uso de viviendas, ya que un correcto diseño del circuito eléctrico garantiza –ante posibles cortes de corriente motivados por cortocircuitos en alguna ramificación de la línea- la continuidad del suministro de energía en el resto de la vivienda y del circuito.

SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA DE UNA CASA

Parte o subsistema	Función	Principio de funcionamiento	Material y/o características
Medidor	Medir el consumo de energía.		Precisión, confiabilidad, etc.
Fusible	Proteger la instalación. Interrumpir la circulación de corriente cuando hay un cortocircuito o una sobrecarga.	El cortocircuito o la sobrecarga genera aumento de corriente y un aumento de la temperatura del cable, el fusible que es de menor sección o temperatura de fusión se funde.	Material de menor sección que el conductor (cable) y/o de menor temperatura de fusión (ej.: plomo, etc.)
Interruptor diferencial (disyuntor)	Proteger a las personas, interrumpir el suministro de energía cuando hay una pérdida a tierra, por ejemplo cuando una persona no aislada de tierra toca un polo de la tensión eléctrica.	Detecta la diferencia de corriente en los dos cables conductores, y actúa si la misma supera un determinado valor, pues indicaría una pérdida a tierra.	Seguridad, confiabilidad, etc.
Llaves	Interrumpir la circulación de corriente.		Seguridad, duración, etc.
Cables	Permitir la circulación de corriente.	Conductibilidad del material del cable.	Material conductor de baja resistividad.
Tomacorrientes	Posibilitar el acceso seguro al suministro de energía eléctrica.		Seguridad, comodidad, etc.
Portalámparas	Asegurar la conexión de la lámpara al circuito eléctrico.		Seguridad, practicidad, etc.

MECÁNICA DE LOS FLUIDOS: Reciben el nombre de fluidos los líquidos y los gases.

Los fluidos se diferencian de los sólidos en que sus moléculas se mueven libremente adaptándose a la forma del recipiente que lo contiene.

Dentro de los fluidos la diferencia entre los líquidos y los gases, es que los primeros no varían de volumen y siempre ocupan la parte inferior de los recipientes que los contienen; en cambio los gases ocupan todo el volumen del recipiente que los contiene, variando su presión, que disminuye si ha aumentado su volumen para adaptarse al recipiente, o aumenta si ha disminuido su volumen.

La capacidad de comprimirse (compresibilidad) es propia de los gases y no de los líquidos, que no puede comprimirse (por lo menos a presiones ordinarias). Debido a esto, normalmente hablamos de aire comprimido, pero no de aceite comprimido, en este último caso hablamos de aceite a presión.

SISTEMAS HIDRAÚLICOS:

Los fluidos, ya sean líquidos o gases son importantes medios para transmitir señales y/o potencias, y tiene un amplio campo de aplicación en las estructuras productivas. Los sistemas en el que el fluido puesto en juego es un líquido se llama sistema hidráulico. El líquido puede ser agua, aceites o substancias no oxidantes y lubricantes, para evitar problemas de oxidación y facilitar el desplazamiento de las piezas en movimiento.

La presión ejercida sobre un líquido se transmite a través del mismo, con la misma intensidad, en todas direcciones. Esto distingue los líquidos de los sólidos, que no transmiten presiones, sino fuerzas.

Los sistemas hidráulicos tienen un amplio campo de aplicación, puedo mencionar, además de la prensa hidráulica, el sistema hidráulico de accionamiento de los frenos, ascensores hidráulicos, el gato hidráulico, algunos comandos de máquinas de fabricación o sistemas mecánicos de aviones, etc., en estos casos el líquido es aceite.

Estos mecanismos constan de una bomba con pistón de diámetro relativamente pequeño, que al trabajar genera una presión en el líquido, la que al actuar sobre un pistón de diámetro mucho mayor, produce una fuerza mayor que la aplicada al pistón chico, y que es la fuerza utilizable.

Los circuitos hidráulicos básicos están formados por cuatro componentes: un depósito para guardar el fluido hidráulico, una bomba para forzar el fluido a través del circuito, válvulas para controlar la presión del fluido y su flujo, y uno o más actuadores que convierten la energía hidráulica en mecánica.

TANQUE                    BOMBA                VÁLVULAS                ACTUADORES

DEPÓSITO

VENTAJAS DE LOS SISTEMAS HIDRÁULICOS:

• El fluido hidráulico actúa como lubricante y además puede transportar el calor generado hacia un intercambiador.
• Los actuadores, aún pequeños, pueden desarrollar grandes fuerzas o pares, y operar en forma continua sin dañarse, etc.

DESVENTAJAS:

• La potencia hidráulica no es tan fácilmente disponible, en comparación con la potencia eléctrica.
• El costo de un sistema hidráulico en general es mayor que el de un sistema eléctrico semejante que cumpla la misma función, etc.

 DISTRIBUCIÓN URBANA DE AGUA POTABLE         DISTRIBUCIÓN DE AGUA POTABLE EN VIVIENDA      

               

                CENTRAL HIDROELÉCTRICA (Combinación de sistemas hidráulico y eléctrico).

SISTEMA NEUMÁTICO:

Los sistemas neumáticos son sistemas que utilizan el aire u otro gas como medio para transmisión de señales y/o potencia. Dentro del campo de la neumática la tecnología se ocupa, sobre todo, de la aplicación del aire comprimido en la automatización industrial (máquinas de ensamblado, empaquetado, etc. en la cadena de producción en serie).

Los sistemas neumáticos se usan mucho en la automatización de máquinas y en el campo de los controladores automáticos. Los circuitos neumáticos que convierten la energía del aire comprimido en energía mecánica tienen un amplio campo de aplicación (martillos y herramientas neumáticas, dedos de robots, etc.) por la velocidad de reacción de los actuadores y por no necesitar un circuito de retorno del aire.

En los sistemas neumáticos, el movimiento del émbolo de los cilindros de los actuadores es más rápido que en los mecanismos hidráulicos. (Por ej.: el taladro y el martillo neumático responden muy bien a esta prestación).

Un circuito neumático básico puede representarse mediante el siguiente diagrama funcional:

COMPRESOR            TANQUE        SECADOR        VÁLVULAS          ACTUADOR                                  

                                    DEPÓSITO      Y FILTRO

Amortiguadores neumáticos

Los actuadores neumáticos, dispositivos que convierten energía neumática en energía mecánica, pueden ser de dos tipos: cilindro neumático (para movimientos lineales) y motor neumático (para movimiento rotatorio continuo).

El aire comprimido puede ser empleado como:

1.    Accionador o motor.

2.    Mando o control.

Dispositivo de airbag:

         Globo aerostático

                                                                                Compresor                           Gato neumático

                                                                                                                                               

Gatos neumáticos

COMPARACIÓN ENTRE SISTEMAS NEUMÁTICOS Y SISTEMAS MECÁNICOS:

v  El aire y los gases son compresibles, mientras que el aceite es incompresible.

v  El aire carece de propiedades lubricantes y siempre contiene vapor de agua, mientras que el aceite funciona como fluido y como lubricador.

v  La presión normal de operación de los sistemas neumáticos es más baja que la de los sistemas hidráulicos.

v  La potencia de salida de los sistemas neumáticos es mucho menor que las correspondientes a los sistemas hidráulicos.

v  En los sistemas neumáticos no se necesitan tubos de retorno, mientras que son necesarios en los circuitos hidráulicos, etc.

Prof. Arq. Ricardo E. CANOSA