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1. Índice
2. Resumen
(uno o dos párrafos con la síntesis del informe final del proyecto)
3. Introducción
(explicación de los componentes del diseño – ítems del 1 al 7 del perfil del
proyecto)
4. Capitulado
4.1. Fundamentación Teórica
4.1.1. Limpieza
La limpieza se define como la ausencia de suciedad. (Realce, 2009) También se
puede decir que la limpieza es Conjunto de operaciones destinadas a eliminar la
suciedad adherida a una superficie, sin alterar a ésta.(Gutiérrez, 2007)
No es lo mismo limpiar un taller en donde solo sería necesario recoger los
artículos tirados y poco más, a limpiar un hospital, donde tendríamos que
conseguir la ausencia de microorganismos infecciosos. (Realce, 2009)
Factores que influyen en el proceso de limpieza:
Tipo de superficie.
Tipo de suciedad.
Tiempo empleado en la operación.
Aplicación de efecto mecánico. (Gutiérrez, 2007)
Tipo de superficie
El piso es el pavimento ya sea artificial o natural que se encuentra en calles,
caminos, rutas o habitaciones. Dentro de una vivienda puede encontrarse una
gran variedad de tipos de pisos.(Tiposde.og, 2012)Los pisos de una casa pueden
dividirse en dos tipos:
Los de superficie blanda, como las alfombras.
Los de superficie dura, comomadera, laminados, vinilo y
linóleo(Armstrong, 2000-2012)
Pisos de superficie blanda
Alfombra
Se caracteriza por transmitir confort y calidez. Una de sus cualidades más
importantes es que ofrecen aislamiento acústico y térmico y además, son
económicos y fáciles de colocar. Los pisos alfombrados no son recomendables
en baños y cocinas ya que el contacto con la humedad los estropea. La
desventaja que presentan estos pisos es que acumulan suciedad, por lo que
se los debe mantener y limpiar constantemente.
De goma
Estos se producen en láminas o baldosas y se caracterizan por su practicidad
y economicidad. Generalmente se los coloca en lugares transitados como
negocios, oficinas o incluso en habitaciones infantiles. Son muy resistentes y
fáciles de colocar.
Pisos de superficie dura
De madera
Estos pisos se caracterizan por su perdurabilidad y por transmitir calidez en
ambientes impersonales y fríos. Estos pisos pueden colocarse en cualquier
habitación de la casa. Su colocación no es sencilla, sino que se requiere tener
ciertos conocimientos sobre el secado y el estacionamiento de la madera ya
que esto condiciona su durabilidad y calidad.
Porcelanatos y cerámicos
Pueden ser texturizados, lisos o sólidos además son a prueba de agua. Estos
pisos se caracterizan por su pesadez y durabilidad. Además de esto, son
fáciles de mantener y son impermeables, por lo que se pueden utilizar en
cualquier ambiente. La desventajas que presentan son que si reciben un golpe
muy fuerte, pueden marcarse, además, en lugares muy transitados se
desgastan y pierden color.
De cemento alisado
Es hormigón compuesto por ligante y agregado fino y grueso. La ventaja que
presenta este tipo de piso es que es fácil de limpiar y permite usos, diseños y
formas muy variadas. La desventaja es que si no se le presta atención a
cuestiones técnicas y es poco protegido puede quebrarse o perder resistencia.
Lo ideal entonces el que lo coloque alguien especializado.
De micro cemento alisado
Es una versión mejorada del anterior y se puede colocar sobre el piso actual
sin necesidad de removerlo. Se caracterizan por su rápida colocación y por
poder ser utilizados en cualquier habitación del hogar, tanto dentro como fuera
del mismo. Es fácil de limpiar y no se quiebra como el de cemento aislado y
ofrece más variedades de colores que este. Es recomendable que este piso
también sea colocado por especialistas.
De piedra
Este es el piso más resistente y duradero. Suelen ser utilizados para patios,
terrazas y balcones, así como también en cocinas y baños. Las desventajas
que presenta es que son fríos, no resultan sencillos de colocar y suelen ser
costosos.
Flotantes
Estos son colocados sin clavos, tornillos ni pegamento, sino que se apoyan las
tablas sobre una superficie lisa y se las encastra. Se colocan rápidamente,
incluso sobre el piso actual. Son resistentes, perdurables, térmicos y
acústicos.
Pintados
Estos pueden encontrarse sobre cualquier revestimiento o piso pulido al que
se le coloca pintura. Las terminaciones que se le pueden dar son: dibujos,
esponjeados, pátinas, guardas, etcétera.
De ladrillo
Estos se hacen con ladrillos de pared. Se caracterizan por ser económicos y
muy decorativos. Se colocan en exteriores como terrazas o patios. Su
desventaja es que se desgastan en zonas muy transitadas.(Tiposde.og, 2012)
Tipo de suciedad
La suciedad se puede definir como un fallo en la colocación o en el orden de una
sustancia determinada.La suciedad o las manchas son un concepto relativo. Se
consideran de diferentes formas según se hable de ellas.
Para clasificar la suciedad debemos prestar atención a su eliminación, pues sólo
de esta manera es posible determinar la suciedad y los procesos de limpieza a
aplicar.
La Sociedad Americana de Testado y Materiales (ASTM American
SocietyforTesting and Materials) en su manual ―Elección de un proceso de
limpieza‖ relaciona la suciedad con los métodos de limpieza más frecuentes, y
así describe en detalle la idoneidad de los métodos de limpieza para la
eliminación de cada tipo de suciedad. (ASTM, 2008)
Podemos hablar de dos tipos fundamentales de suciedades:
Suciedad de origen sólido: el polvo.
El polvo es un conjunto de micro partículas disgregadas que se pueden
encontrar, cubriendo el suelo o en suspensión en el aire, depositándose
sobre los objetos, puede tener diferentes tamaños y diferentes orígenes:
como el polen , restos de hojas trituradas, el humo de los coches, las
calderas de la calefacción, la contaminación atmosférica, etc.
El polvo se elimina fácilmente por barrido húmedo o por aspiración, pero
nunca por barrido seco, ya que lo único que se consigue es poner las
pequeñas partículas en movimiento y éstas pueden llegar a estar en
suspensión en el aire hasta 7 horas, depositándose otra vez en el mismo
sitio o en diferente lugar. Si limpiamos superficies con productos como las
ceras (que tienen gran poder de acumulación de electricidad estática), el
problema aumentaría, pues estas micro partículas que estaban en
suspensión acabarían pegándose a muebles y superficies.(Realce, 2009)
Suciedad de origen líquido:
Suciedad grasa (aceites, grasas animales, algunas pinturas, etc.) y
suciedad no grasa (vino, café, tinta, etc.). Este tipo de suciedad tiene que
ser identificada, solubilizada y posteriormente arrastrada por medio de los
detergentes adecuados.(Realce, 2009)
Para remover este tipo de suciedad se suelen utilizar aspiradoras o a su
vez toallas.
Control del proceso de limpieza y desinfección:
Varios métodos:
Control Visual
Microbiología, tomar muestras de las superficies limpiadas y realizar
cultivo en ellaboratorio para detectar la presencia de microorganismos.
Bioluminiscencia, se basa en la detección de moléculas de ATP.
Figura 1. Aparato para medir la bioluminiscencia
Los inconvenientes de este sistema son:
No diferencia entre el ATP de la materia orgánica y el de
losmicroorganismos.
No permite diferenciar microorganismos.
Detector de residuos proteicos, también conocido como control de
limpieza ―insitu‖, permite detectar residuos orgánicos sobre una
superficie mediante unareacción coloreada (figura 2). (Gutiérrez, 2007)
Figura 2. Equipo insitu
4.1.2. Mecanismos básicos de limpieza
La limpieza se produce por:
Solubilización
La suciedad es adsorbida por el líquido formando una solución.
Emulsión
La suciedad forma gotitas que son transferidas a la solución.
Micelación
La suciedad forma micelas que son transferidas a la solución.
Energía cinética
La suciedad es arrancada de la superficie sólida por la energía cinética de
la solución.(Burchard, 2005)
4.1.3. Robot
La tecnología ha hecho que muchas tareas que son realizadas por operarios
humanos sean realizados por robots que es una maquina provista de sensores y
actuadores que, debidamente programada.(Jose Angulo, 2005)
Un robot es un agente con un cuerpo físico con capacidades motrices y situado
en un entorno real con el que el robot interactúa. La autonomía en un agente de
este tipo requiere de capacidades complejas como trabajar durante largos
periodos de tiempo sin supervisión en entornos dinámicos en los que es imposible
predecir el estado del mismo. (Edison Samaniego,2009)
Existen muchos tipos de robots y diversas clasificaciones. El desarrollo de nuevos
materiales, sensores y chips, está facilitando y abaratando considerablemente la
construcción de robots, haciéndolos cada vez más asequibles para su uso en
tareas cotidianas como limpiar polvo o cortar el césped, llegando a lo que
conocemos como microbot o robot de servicio. Estos robots requieren además
tener programas más inteligentes, ya que deben desenvolverse en ambientes
cambiantes, y con objetos y personas en el mismo recinto. (Jose Angulo, 2005)
Robot de limpieza
Dentro de los robots domésticos actualmente podemos encontrar modelos que
limpian el suelo de oficinas, casas, etc. Actualmente pueden encontrar en el
mercado robots que realizan la limpieza del suelo (figura 3).(J.A., 2003)
Figura 3. Bomba
Los robots de limpieza domésticos deben ser totalmente autónomos. Para realizar
la limpieza las técnicas más utilizadas son la aspiración y el cepillado del suelo.
La navegación entre obstáculos se realiza detectando mecánicamente las
colisiones con los objetos o utilizando sensores para evitar dichas
colisiones.(Robotica, 2009)
4.1.3.1. Estructura general de un robot de limpieza
Se ha hablado de los robots como seres que deben desenvolverse
autónomamente en un entorno.(Jose Angulo, 2005)El entorno de funcionamiento
del robot aspirador es uno de los más difíciles para navegar; las sillas, escaleras y
demás obstáculos, configuran un entorno muy desestructurado. (Tesis del jaimix).
Para su desempeño el robot de limpieza se compone de esqueleto del robot o
parte mecánica, parte eléctrica, sensores, motores, tarjeta de control.(Jose
Angulo, 2005)
4.1.4. Esqueleto del robot o parte mecánica
El armazón de un robot es como el esqueleto de un ser vivo, ya que es el
responsable de soportar al resto de componentes. Las características para la
construcción del armazón son la robustez, tamaño, material, facilidad para el
cambio, etc.(Jose Angulo, 2005).
Entre los materiales más utilizados en la construcción de robots tenemos al acero,
aluminio, etc debido a su composición y propiedades.
Acero
El acero es una aleación de hierro con carbono en una proporción que oscila
entre 0,03 y 2%.
Se suele componer de otros elementos, ya inmersos en el material del que se
obtienen. Pero se le pueden añadir otros materiales para mejorar su dureza,
maleabilidad u otras propiedades.
Características Mecánicas y Tecnológicas (Propiedades del Acero)
• Su densidad media es de 7850 kg/m³.
• En función de la temperatura el acero se puede contraer, dilatar o fundir.
• El punto de fusión del acero depende del tipo de aleación y los porcentajes
de elementos aleantes.
• Su punto de ebullición es de alrededor de 3.000 °C.
• Relativamente dúctil. Con él se obtienen hilos delgados llamados alambres.
• Es maleable. Se pueden obtener láminas delgadas llamadas hojalata.
• Permite una buena mecanización en máquinas herramientas antes de
recibir un tratamiento térmico.
• La dureza de los aceros varía entre la del hierro y la que se puede lograr
mediante su aleación
Clasificación del Acero
• Acero al Carbono
• Acero Aleado
• Acero de Baja Aleación Ultrarresistente
• Acero Inoxidable
Mecanizado del Acero
Para mecanizar el acero se pueden realizar procesos de trabajos en caliente y en
frio.
Proceso de trabajo en caliente
Por trabajo (o labrado) en caliente se entienden aquellos procesos como laminado
o rolado en caliente, forja, extrusión en caliente y prensado en caliente, en los
cuales el metal se caldea en el grado suficiente para que alcance una condición
plástica y fácil de trabajar.
Proceso de trabajo en frío
El trabajo (o labrado) en frío significa la conformación de un metal a baja
temperatura (por lo general, la temperatura del ambiente). En contraste con las
piezas producidas por el trabajo en caliente, las que se labran en frío tienen un
acabado nuevo brillante, son más exactas y requieren menos maquinado.
Acero laminado
El acero laminado es una ―plancha‖ (figura 4), que se utiliza como elemento
estructural, como su nombre lo dice son hechos de acero, pueden ser hechos con
diferentes tipos de acero para aumentar su resistencia o para disminuir su precio.
Características técnicas
Acero estructural de buena soldabilidad, adecuado para la fabricación de vigas
soldadas para edificios, estructuras remachadas, y atornilladas, bases de
columnas, piezas para puentes y depósitos de combustibles.
Figura 4. Acero laminado
Aplicaciones
Construcción de puentes, estanques, estructuras para industrias, edificios, torres
y aplicaciones estructurales en general.
Esfuerzo Fluencia Esfuerzo Tracción Elongación
(Kg / mm2) MPa (Kg / mm2) MPa %
25,5 (mín.) 250 (mín.) 40,8 (min.) 400 (mín.) 20 (mín.)
Tabla 1. Propiedades mecánicas
% C % Mn % Si % P % S
< 0,26 0,80 - 1,20 < 0,40 < 0,04 < 0,05
Tabla 2. Composición Química (Valores típicos)
Espesor E (mm.)
Hasta 20 mm.
(incl.)
Sobre 20 mm. hasta
25 mm. (incl.)
Sobre 25 mm. hasta
50 mm. (incl.)
1,5 X E 1,5 X E 1,5 X E
Tabla 3.Mínimo Radio Interior de Plegado en Frío
(Otero, 2009)
4.1.5. Sensores
El término sensor se refiere a un elemento que produce una señal relacionada
con la cantidad que se está midiendo. Por ejemplo, en el caso de un elemento
para medir temperatura mediante resistencia eléctrica, la cantidad que se mide es
la temperatura y el sensor transforma una entrada de temperatura en un cambio
en la resistencia. Con frecuencia se utiliza el término transductor en vez de
sensor. Un transductor se define como el elemento que al someterlo a un cambio
físico experimenta un cambio relacionado. Entonces, los sensores son
transductores.(Ramos Guillermo, 2005)
Los sensores electrónicos han ayudado no solo a medir con mayor exactitud las
magnitudes, sino a poder operar con dichas medidas. Pero no se puede hablar de
los sensores sin sus acondicionadores de señal, ya normalmente los sensores
ofrecen una variación de señal muy pequeña y es muy importante equilibrar las
características del sensor con las del circuito que le permite medir, acondicionar,
procesar y actuar con dichas medidas. (Mayné, 2003)
4.1.5.1. Funcionamiento de los sensores
Los siguientes términos se emplean para definir el funcionamiento de los trans-
ductores y, con frecuencia, el de los sistemas de medición como un todo.
Intervalo y extensión
El intervalo de un transductor define los límites entre los cuales puede variar la
entrada. La extensión es el valor máximo de la entrada menos el valor mínimo. [1]
Error
El error es la diferencia entre el resultado de una medición y el valor verdadero de
la cantidad que se mide:
error = valor medido — valor real
Exactitud
La exactitud es el grado hasta el cual un valor producido por un sistema de
medición podría estar equivocado. Es, por lo tanto, igual a la suma de todos los
errores posibles más el error en la exactitud de la calibración del transductor. [1]
Sensibilidad
La sensibilidad es la relación que indica cuanta salida se obtiene por unidad de
entrada, es decir salida/entrada.[1]
Error por histéresis
Los transductores pueden producir distintas salidas de la misma cantidad medida
según si el valor se obtuvo mediante un cambio por incremento continuo o por
decremento continúo. Este efecto se conoce como histéresis. La (figura 5)
muestra una salida de este tipo, donde el error por histéresis es la diferencia
máxima en la salida obtenida a partir de valores de incremento y decremento.[1]
Error por no linealidad
Para muchos transductores se supone que en su intervalo de funcionamiento la
relación entre la entrada y la salida es lineal, es decir, la gráfica de la salida
contra la entrada produce una línea recta. Sin embargo, son pocos los
transductores en los que la relación anterior es realmente una línea recta; por
ello, al suponer la existencia de esta linealidad se producen errores. Este error se
define como la desviación máxima respecto a la línea recta. (En la figura 6) se
ilustran los tres métodos y cómo afectan el error respectivo por no linealidad. En
general este error se expresa como un porcentaje del intervalo completo de
salida.[1]
Figura 5.Histéresis
Figura 6. Error por no linealidad utilizando: a) valores externos del intervalo,
b) la incluya todos los valores, c) la mejor línea recta que pase por el punto cero.
Repetibilidad/reproducibilidad
Los términos repetibilidad y reproducibilidad se utilizan para describir la
capacidad del transductor para producir la misma salida después de aplicar
varias veces el mismo valor de entrada. El error que resulta al no obtener la
misma salida después de aplicar el valor de entrada se expresa como un
porcentaje del intervalo total de salida:
Se dice que un transductor para medir la velocidad angular tiene una repetibilidad
de ±0.01% del intervalo total a una velocidad angular determinada.
Estabilidad
La estabilidad de un transductor es su capacidad para producir la misma salida
cuando se usa para medir una entrada constante en un periodo. Para describir el
cambio en la salida que ocurre en el tiempo, se utiliza el término deriva. La deriva
se puede expresar como un porcentaje del intervalo total de salida. El término
deriva del cero se refiere a los cambios que se producen en la salida cuando la
entrada es cero.
Banda/tiempo muerto
La banda muerta o espacio muerto de un transductor es el intervalo de valores de
entrada para los cuales no hay salida .El tiempo muerto es el lapso que
transcurre desde la aplicación de una entrada hasta que la salida empieza a
responder y cambiar.
Resolución
Cuando la entrada varía continuamente en todo el intervalo, las señales de salida
de algunos sensores pueden cambiar en pequeños escalones. La resolución es
el cambio mínimo del valor de entrada capaz de producir un cambio observable
en la salida.
Impedancia de salida
Cuando un sensor que produce una salida eléctrica se enlaza o conecta con un
circuito electrónico, es necesario conocer la impedancia de salida ya que ésta se
va a conectar en serie o en paralelo con dicho circuito. Al incluir el sensor, el
comportamiento del sistema con el que se conecta podría modificarse de manera
considerable.(Ramos Guillermo, 2005)
4.1.5.2. Características estáticas y dinámicas
Las características estáticas son los valores obtenidos cuando se presentan
condiciones de estado estable, es decir, valores obtenidos una vez que el trans-
ductor se asienta después de recibir cierta entrada. Las características dinámicas
se refieren al comportamiento entre el momento en que cambia el valor de
entrada y el tiempo en que el valor dado por el transductor logra su valor de
estado estable. El lector encontrará los siguientes términos:
Tiempo de respuesta
Es el tiempo que transcurre después de aplicar una entrada constante, una
entrada escalón, hasta que el transductor produce una salida correspondiente a
un porcentaje especificado .
Constante de tiempo
La constante de tiempo es una medida de la inercia del censor y de que tan
pronto reaccionara a los cambios en su entrada; cuanto mayor sea la constante
de tiempo más lenta será su reacción ante una señal de entrada variable.
Tiempo de levantamiento
Es el tiempo que requiere la salida para llegar a un porcentaje específico de salida
en estado estable: Es común en el tiempo de levantamiento se refiere al tiempo
que tarda la salida en subir de 10% a 90% o 95% del valor en estado estable.
Tiempo de asentamiento
Es el tiempo que tarda la salida en alcanzar un porcentaje de un valor
determinado, por ejemplo, 2% del valor en estado estable.(Ramos Guillermo,
2005)
4.1.5.3. Clasificación de los sensores
Sensor análogo
Un sensor/transductor es análogo si ofrece una salida que sea análoga y de esta
manera cambia de forma continua y por lo general tiene una salida cuyo tamaño
es proporcional al tamaño de la variable que se está midiendo.
Se clasifican en sensores de luz LDR, sensor de temperatura LM35,
potenciómetros.
Sensor Digital
Son los más sencillos de utilizar ya que devuelven un valor lógico binario o, lo que
es lo mismo, un 0 o un 1. Aun obteniendo el mismo tipo de valores podemos,
clasificarlos en varios grupos según su norma de funcionamiento así tenemos los
sensores mecánicos, ópticos. (Introducción a la robótica)
Sensores Especiales
A medida que se va avanzando en el mundo de la robótica se cada vez más
importante disponer de sensores avanzados para el reconocimiento del entorno
así como actuadores también más sofisticados para responder adecuadamente
no obstante dados los diversos campos que abarca esta ciencia es también cada
vez más difícil tener todos los conocimientos para que un pequeño avance de los
programas no suponga una gran trabajo de investigación. En estos casos suele
resultar muy útil recurrir a pequeños módulos vendidos por empresas listos para
su puesta en marcha, que aumentan en gran medida las posibilidades de
aplicación sin un incremento en la complejidad por parte del diseñador. (Jose
Angulo, 2005)
Se clasifican en sensor de sonido, ultrasónicos, brújulas, cámaras de visión.
4.1.5.4. Sensores ultrasónicos
Basado en los ultrasonidos, el sensor es capaz de detectar cualquier movimiento
u obstáculo dentro de su radio de acción. Ver la figura 1. Una cápsula ultrasónica
emite una señal con una frecuencia en torno a los 40KHz.
Cuando la señal rebota sobre un objeto, es captada por otra cápsula receptora.
Tras amplificar y acondicionar la señal recibida, se genera un impulso lógico de
salida por la conexión OUT (3) de la borna J1. Dicho pulso es activo por flanco
ascendente y tiene una duración aproximada de 0.5 ―.
Mediante el jumper JP1 el sensor puede actuar de forma autónoma o de forma
controlada. Cuando JP1 está cerrado, el circuito queda activado
permanentemente y se emite señal de forma constante. En este caso la entrada
CONTROL (4) debe estar desconectada. Si se abre el jumper JP1, el
funcionamiento del circuito se controla mediante la entrada CONTROL (4) de la
borna J1. Efectivamente, cuando esta entrada se pone a nivel ―1‖ el circuito se
activa en modo normal de funcionamiento. Si la entrada CONTROL se pone a
nivel ―0‖ el circuito deja de emitir señal ultrasónica con lo que únicamente se
captan o reciben ruidos, interferencias, armónicos, etc.., u otras fuentes
ultrasónicas. El radio de acción queda por tanto prácticamente inexistente y
reducida al mínimo. En cualquiera de los casos la sensibilidad del sensor se
ajusta mediante el potenciómetro P1.
El sensor ultrasónico de movimiento MSE-S120 es capaz de generar una señal
lógica cada vez que se detecte un objeto o movimiento dentro de su radio de
acción. Las aplicaciones son numerosas como en automatismos digitales en los
que se procesan señales que provienen de diferentes sensores o transductores,
proximidad de objetos, movimiento de los mismos, etc., en alarmas activadas por
presencia o movimientos provocados por intrusos, en la microbótica, en donde es
necesario que se actúe en función del entorno que rodea al robot.
El circuito dispone de orificios que permiten una flexible instalación y sujeción del
mismo sobre cualquier tipo de estructura.
Figura 7. Fotografía y pines de conexionado del sensor ultrasónico
PARAMETRO VALOR UNIDAD
Dimensiones aproximadas del circuito 70 x 35 Mm
Tensión de alimentación 5 Vcc
Consumo aproximado en reposo 8.5 mA
Consumo aproximado en activación 8.6 mA
Tensión de salida en reposo(―0‖) 0 Vcc
Tensión de salida en activación(―1‖) >3.5 Vcc
CONTROL OUT GN
D
+5 Vcc
Duración aproximada del pulso en activación 1000 mS
Flanco de salida activo ascendente
Radio de acción aproximado 10-250 Cm
Tabla 4 Características técnicas del sensor ultrasónico MSE-S120
Conexionado
Se realiza mediante una borna de 4 contactos con paso 2.54, tal y como se
muestra en la figura 8.
Figura 8. Principio de funcionamiento de un sensor ultrasónico.
Ajustes
El ajuste del sensor ultrasónico de movimiento MSE-S120 permite regular el radio
de acción necesario para disparar la señal de salida. Se realiza mediante el
potenciómetro ajustable P1.
La alimentación de +5Vcc se aplica a través de las conexiones 1 y 2 de la borna.
Con un voltímetro se mide la señal de salida entre las conexiones 2 y 3. Se
recomienda mantener cerrado el jumper JP1. Se realiza la aproximación de
cualquier objeto hacia las cápsulas y se mide el momento en que la señal de
salida sube a nivel lógico ―1‖. Mediante el potenciómetro P1 se ajusta el momento
en que la tensión de salida OUT pasa a ―1‖ en función de la distancia deseada
entre el objeto y las cápsulas.
Puede ser necesario mover ligeramente las cápsulas con objeto de concentrar o
dispersar el haz ultrasónico de la señal emitida/recibida.
Se recomienda que, tras conectar la alimentación, se espere un mínimo de
1000mS antes de procesar la señal OUT de salida. Ello es debido a que el circuito
necesita de ese tiempo para su propia estabilización y durante el cual se pueden
generar falsas señales de disparo.
4.1.6. Actuadores
Se denominan actuadores a aquellos elementos que pueden provocar un efecto
sobre un proceso automatizado, capaces de generar una fuerza a partir de
líquidos, de energía eléctrica y gaseosa. El actuador recibe la orden de un
regulador o controlador y da una salida necesaria para activar a un elemento final
de control.
Los actuadores o accionamientos son una parte muy importante en los sistemas
de control industriales, puesto que son los encargados de regular finalmente la
potencia de la planta o proceso, así como de amplificar las señales de mando de
la misma. (Ramos Guillermo, 2005)
Dependiendo del tipo de energía utilizado para su accionamiento, los actuadores
pueden ser básicamente de tres tipos: eléctricos, hidráulicos y neumáticos(Alex
Posada, 2010)
Actuadores Hidráulicos
Los actuadores hidráulicos, pueden ser clasificados de acuerdo con la forma de
operación, funcionan en base a fluidos a presión. Existen tres grandes grupos
como son de cilindro hidráulico, motor hidráulico, motor hidráulico de oscilación.
Actuadores Neumáticos
Son aquellos mecanismos que convierten la energía del aire comprimido en
trabajo mecánico. Aunque en esencia son idénticos a los actuadores hidráulicos,
el rango de compresión es mayor en este caso, además de que hay una pequeña
diferencia en cuanto al uso y en lo que se refiere a la estructura, debido a que
estos tienen poca viscosidad.
Algunos ejemplos de actuadores hidráulicos y neumáticos son válvulas, servo-
válvulas, cilindros, ventosas de sujeción por vacío y bombas centrífugas. (Ver
figura 9)
Figura 9.a, b y c Actuadores hidráulicos y neumáticosa) Válvulas de propósito general b) Bombas
centrifugas c) cilindros neumáticos
Actuadores Eléctricos
La estructura de un actuador eléctrico es simple en comparación con la de los
actuadores hidráulicos y neumáticos, ya que sólo se requieren de energía
eléctrica como fuente de poder. Como se utilizan cables eléctricos para transmitir
electricidad y las señales, es altamente versátil y prácticamente no hay
restricciones respecto a la distancia entre la fuente de poder y el actuador.
Existe una gran cantidad de modelos y es fácil utilizarlos con motores eléctricos
estandarizados según la aplicación. En la mayoría de los casos es necesario
utilizar reductores, debido a que los motores son de operación continua. Algunos
ejemplos de actuadores eléctricos son relés, contactores, motores, servomotores
y motores paso a paso. (Ver figura 10)
Figura 10. Motor paso a paso
4.1.6.1. Motor eléctrico
Los motores son máquinas muy versátiles que se utilizan principalmente cuando
se requiere el control preciso de la velocidad o de una carga, además suelen ser
acelerados y desacelerados rápidamente. (Ramos Guillermo, 2005)
El motor eléctrico consta de las siguientes partes.
Figura 11. Partes constitutivas del motor DC
Hierro activo
En motores eléctricos, el hierro activo generalmente consta de dos núcleos
cilíndricos de hierro laminado, uno dentro del otro y separados por un espacio de
aire llamado entrehierro. El flujo magnético que pasa de un núcleo al otro a través
del entrehierro forma el circuito magnético. Normalmente el núcleo interno girará y
el externo permanecerá estacionario. En casos especiales sucede lo contrario o
pueden girar ambos núcleos.
Devanados
Los conductores, normalmente de cobre, se localizan cerca de la superficie de
los elementos de hierro activo (núcleos) y en la vecindad del entrehierro. Se
localizan en ranuras o circundan una estructura de polos salientes, y normalmente
están aislados eléctricamente de los núcleos de hierro. Los conductores están
compuestos de bobinas con conexiones externas y aisladas de los núcleos de
hierro. Las bobinas dentro de cada núcleo están conectadas para formar los
diversos circuitos o devanados individuales que llevan corrientes independientes.
La distribución de las corrientes que fluyen en los devanados, alrededor de las
superficies del hierro activo, determina la operación del motor. (Smeaton, 2001)
Hierro inactivo
El hierro inactivo generalmente rodea al hierro activo y a los devanados en la
forma de una armadura y algún tipo de encerramiento en los extremos. La
armadura o estructura sirve para anclar los elementos estacionarios a una
cimentación o base. En el caso de corriente continua, la estructura (a veces
llamada yugo) puede llevar también flujo magnético. Las etapas o encerramiento
de los extremos pueden contener los cojinetes, los cuales colocan en forma
apropiada el elemento rotatorio en relación con el estacionario. Algunas veces los
cojinetes están separados de las tapas de los extremos y van montados en
pedestales que se montan sobre placas, ya sea solas o con cama. El armazón y
las tapas de los extremos también proporcionan diversos grados de protección
para el hierro activo y los devanados. Además sirven para dirigir el aire de
ventilación de manera eficiente para enfriar las partes componentes. (Ramos
Guillermo, 2005)
Cojinetes
Existen cojinetes tipo manguito y tipo antifricción. Los primeros, para motores
horizontales, no están diseñados normalmente para soportar cargas de empuje
externas. (Kosow, 2001)
El funcionamiento de los motores depende de algunos parámetros como son:
Par
El par es la fuerza que tiende a producir rotación, el momento de giro del esfuerzo
tangencial. El par motor en los motores eléctricos es la fuerza giratoria de-
sarrollada por el motor. También se le puede mencionar como la resistencia a la
fuerza giratoria ofrecida por la carga impulsada.
El par motor se expresa en unidades de fuerza y distancia para representar el mo-
mento de torsión.
Velocidad
La velocidad es una medida de la proporción o rapidez del movimiento. Para
motores eléctricos, la velocidad designa el número de revoluciones de la flecha
respecto al tiempo. La unidad que se usa normalmente son las revoluciones por
minuto (r/min).
Potencia
Se produce trabajo mecánico cuando hay movimiento debido a la acción de una
fuerza. La cantidad de trabajo hecho es el producto de la fuerza por la distancia
que se mueve el cuerpo a lo largo de la línea de acción de la fuerza, esto es, las
lb-ft. La cantidad de trabajo hecho es también una medida de la energía
transferida.
Potencia eléctrica
Es la velocidad para hacer el trabajo representada por la cantidad de corriente I
que fluye bajo la influencia y en fase con el potencial de E volts, o sea IxE. Para
motores eléctricos, la potencia eléctrica se puede representar generalmente por la
fórmula
Potencia = kpEIwattsdondekp es una constante representativa del tipo de
máquina implicado. La potencia eléctrica se expresa habitualmente en watts,
kilowatts, megawatts o miliwatts. (Smeaton, 2001)
La potencia mecánica
Se puede medir por el número de gramos peso que pueden elevarse a 1 cm/s, o
por el número de libras levantadas a 1 ft/s. En motores eléctricos, el par
(momento de torsión) está actuando a través de la flecha, que gira a cierta
velocidad (r/min). (Smeaton, 2001)
Servomotores
El término servomotor se aplica, en general, a cualquier motor que, en un sistema
de lazo cerrado, utilice una señal de realimentación para monitorear su velocidad
o posición en ambas direcciones, o, en un sistema de lazo abierto, utilice un
equipo digital para proporcionar las señales de comando precisas que controlan
estas variables.
Figura 22. Servomotor
Los servomotores pueden ser DC o AC, operan con bajos niveles de potencia y
están especialmente diseñados para proporcionar el gobierno preciso de la posi-
ción o la velocidad de objetos en sistemas de control de movimiento.
Los servomotores DC
Operan en forma similar a los motores DC de excitación independiente
convencionales, excepto que sus características constructivas, principalmente la
forma del rotor, son ligeramente diferentes con el fin de obtener un compor-
tamiento dinámico rápido y estable, así como un par de arranque importante.
Pueden ser de rotor bobinado, de bobina móvil, o sin escobillas
En todos estos casos, el movimiento del rotor se origina por la interacción de los
campos magnéticos producidos por unas bobinas o unos conductores con los
campos estacionarios creados por un juego de imanes permanentes.
En el caso del servomotor, las bobinas se alojan en las ranuras de un núcleo de
hierro y sus extremos se conectan a un conmutador. La corriente de excitación de
las mismas se suministra a través de un par de escobillas, como en un motor DC
convencional, excepto que las piezas polares del estator son imanes perma-
nentes, en lugar de devanados de campo.
Típicamente se utilizan estructuras de dos o cuatro polos, aunque también son
comunes servomotores de seis o más polos. La característica velocidad-torque es
similar a la de un motor DC tipo shunt.
En la figura 13 semuestra la sección transversal de un servomotor DC sin
escobillas. En este caso, el campo magnético es giratorio. Asimismo, el rotor está
formado por imanes permanentes y el estator por devanados. La función de
conmutación se realiza electrónicamente, conmutando la dirección de la corriente
del estator a intervalos precisos en relación con la posición del campo magnético
rotatorio. Este tipo de servos combinan las características de los motores AC y
DC, y requieren para su operación de controles electrónicos y dispositivos
internos de realimentación.
Figura 33. Sección transversal de un servomotor DC sin escobillas
Los servomotores AC, por su parte, operan sobre el mismo principio de los mo-
tores monofásicos de inducción o de fase dividida. Al igual que estos últimos, uti-
lizan un rotor enjaula de ardilla y dos juegos de devanados estatóricos
energizados por dos voltajes AC desfasados 90°. Sin embargo, en lugar de
recurrir a un condensador o una bobina para desarrollar la fase auxiliar, el
servomotor AC utiliza un circuito electrónico (drive) para ejecutar esta función,
como se ilustra en la figura 14.
Figura 44. Circuito electrónico de un servomotor
En este caso, la fuente AC principal (Vs) alimenta el devanado principal y el drive
del servomotor. Este último recibe dos señales de entrada: una de realimentación,
proveniente de un transductor, que indica la posición real, y una de comando o
referencia, que indica la posición deseada. El drive compara ambas señales y
produce internamente una señal de error que se utiliza para controlar el valor rms
del voltaje aplicado al devanado auxiliar (Va). Este tipo de servos se utilizan con
potencias desde 1/1500 hp hasta 1/8 hp. Más allá de este rango, son más eficien-
tes los servos DC.
Motores paso a paso
Los motores paso a paso sondispositivos que convierten comandos digitales en
movimientos incrementales de exactitud conocida. En otras palabras, al contrario
de los motores AC y DC convencionales, que operan a partir de voltajes de
entrada aplicados continuamente y producen usualmente un movimiento rotatorio
continuo, los motores paso a paso se mueven en pasos discretos. Puesto que la
marcha a pasos (stepping) ocurre en estricta concordancia con los comandos
digitales de entrada proporcionados, la posición final del eje es siempre
predecible.
Los motores de paso pueden ser de reluctancia variable, de imán permanente o
híbridos, cada uno con sus propias características constructivas y funcionales.
Los motores paso a paso de reluctancia variable son los más económicos. Se
caracterizan por poseer un estator devanado y un rotor de hierro dulce de múlti-
ples polos. El ángulo de paso, determinado por el número de dientes de estator y
el rotor, varía típicamente desde hasta . Este tipo de motores tienen un bajo
torque y una baja inercia de carga.
Los motores paso a paso de imán permanente tienen ángulos de paso entre y
90°. Son más costosos que los de reluctancia variable y operan típicamente a
ratas entre 100 pps (pasos/segundo) y 350 pps. Los mismos emplean usualmente
un estator devanado con un rotor de imán permanente y proporcionan unbajo
torque. La precisión del paso es mayor de ±10°. Algunos utilizan un rotor de disco
plano, localizado entre dos núcleos electromagnéticos en forma de C, para
disminuir su inercia y permitir la operación en altas velocidades.
Los motores paso a pasohíbridos combinan en una sola unidad las características
de los motores de imán permanente y de reluctancia variable. En los mismos, el
estator es devanado y tanto este último como el rotor son dentados. En la figura
15 se muestra la sección transversal de un motor de este tipo. El rotor está
compuesto de uno o más elementos llamados pilas o stacks, cada una provista de
laminaciones cóncavas y convexas, unidas entre sí, que constituyen una es-
tructura en forma de copa. En el espacio vacío entre cada par de copas, se
inserta un imán permanente. Las pilas del rotor están aseguradas a un eje de
acero inoxidable.
Figura 55. Sección transversal de un motor paso a paso híbridos
Este tipo de motores tienen capacidades de torque entre 50 y 2000 oz-in (onzas
por pulgada) o más, ángulos de paso desde 0.5° hasta 15°, precisiones de paso
del orden de ±3% y pueden operar con velocidades superiores a los 1000 pps. La
mayoría son de cuatro fases que forman cuatro polos. Además, puesto que el
ángulo de paso está definido por la geometría de los dientes, la posición del eje
es siempre conocida y pueden ser operados confiablemente en lazo abierto. Sin
embargo, tienden a oscilar al detenerse y su capacidad de manejar cargas
inerciales muy altas es limitada.
Factores que se deben considerar en el empleo apropiado de motores.
Los voltajes y las frecuencias disponibles en el sistema.
Los tipos de otros equipos conectados ya al sistema o que se tengan previstos
para su conexión futura.
Lasirregularidades de voltaje que se pueden tolerar para cada tipo de equipo sin
perjudicar su rendimiento o su vida útil.
Efecto del arranque y la operación del motor sobre los niveles de voltaje en otras
partes del sistema.
Las variaciones esperadas en el voltaje de las terminales del motor y la frecuencia
debida a la operación de otros equipos en el sistema o del motor mismo.
Limitaciones impuestas a la corriente de arranque por el sistema de alimentación
de potencia
La posibilidad de que las necesidades recurrentes de la carga accionada puedan
producir variaciones cíclicas en la entrada del motor, cuyos efectos disturbadores
se reflejarán a través del sistema.
El efecto del factor de potencia y la eficiencia del motor sobre la operación y las
pérdidas del sistema.
La magnitud y duración de la corriente de falla con la que contribuye el motor
durante las condiciones de falla en el sistema.
Cambios en los dispositivos de protección o el equipo de interrupción para pro-
porcionar una protección adecuada al motor o al sistema.
Variaciones de voltaje del sistema. Los sistemas de energía eléctrica constan de
elementos de circuitos que contienen impedancia. El flujo de corriente a través de
estas impedancias se produce caídas de voltaje. Como resultado de ello, los nive-
les de voltaje a través del sistema entero y las terminales del equipo de utilización,
varían con las condiciones de operación del sistema. (Kosow, 2001)
Micros controladores (PIC)
Un micro controlador es un circuito integrado que nos ofrece las posibilidades de
un pequeño computador. En su interior encontramos un procesador, memoria, y
varios periféricos. El secreto de los micros controladores lo encontramos en su
tamaño, su precio y su diversidad. Su tamaño se reduce a unos pocos
centímetros cuadrados.
Un microcontrolador difiere de una CPU normal, debido a que es más fácil
convertirla en una computadora en funcionamiento, con un mínimo de chips
extremos de apoyo. La idea es que el chip se coloque en el dispositivo,
enganchado a la fuente de energía y de información que necesite, y eso es
todo. Un microprocesador tradicional no le permitirá hacer esto, ya que espera
que todas estas tareas sean manejadas por otros chips. Hay que agregarle los
módulos de entrada/salida (puertos) y la memoria para almacenamiento de
información.
0-1Esquema de un microcontrolador
Familias de Micro Controladores:
Los microcontroladores más comunes en uso son:
EL MICROCONTROLADOR 16F628A
Los Microcontroladores PIC (Peripheral interface Controller), son fabricados por la
empresa MICROCHIP Technology INC.
Uno de los microcontroladores más populares en la actualidad es el PIC16F628.
Soporta1000 ciclos de escritura en su memoria FLASH, y 1'000.000 ciclos en su
memoria Eeprom.
Dentro de sus ventajas es su oscilador interno RC de 4MHz, MCLR programable.
Mayor resistencia, comunicación AUSART, etc.
El voltaje de alimentación del PIC16F628 es de 3V. Hasta 5.5 V. como máximo,
tiene 2 puertos, el A y el B que entrega un total de 200mA cada uno, es decir,
25mA cada pin.(Samaniego, 2009)
Empresa 8 bits 12
bits
14 bits 16 bits 32 bits 64
bits
Atmel AVR
Freescale 68HC05.
68HC08.
68HC11,
HCS08
X X 68HC1
2,
68HC1
6
683xx,
68HCS1
2,
68HCS
X12
X
Hitachi, Ltd H8 X X X X X
Holtek HT8
Intel MCS-48.
MS51,
COP8
X X MCS96
.
MXS29
6
X X
National
Semicondu
ctor
COP8 X X X X X
Microchip Familia
10f2xx
Famil
ia
12Cx
x
Familia
12Fxx,
16Cxx.
16FXX
18Cxxy
18FXX
X X
NEC 78K
Parallax
ST ST62,
ST7
Texas
Instruments
TMS370
,
MSPA30
Zilog Z8.
Z86E02
Silabs C8051
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