Mecatronica by Jorge Alberto

Mecatrónica Módulo 1 - 4 Fundamentos, Competencia intercultural y administración de proyectos, Técnica de fluidos, Accionamiento y mandos eléctricos

Libro de Texto (Concepto)

Proyecto ampliado de transferencia del concepto europeo para la calificación agregada de la Mecatrónica las fuerzas especializadas en la producción industrial globalizada Proyecto EU Nr. 2005-146319 „MINOS“, Plazo: 2005 hasta 2007 Proyecto EU Nr. DE/08/LLP-LdV/TOI/147110 „MINOS**“, Plazo: 2008 hasta 2010 El presente proyecto ha sido financiado con el apoyo de la Comisión Europea. Esta publicación (comunicación) es responsabilidad exclusiva de su autor. La Comisión no es responsable del uso que pueda hacerse da la información aquí difundida.

www.minos-mechatronic.eu

Colaboradores en la elaboración y aprobación del concepto conjunto de eseñanza:                     

Technische Universität Chemnitz, Institut für Werkzeugmaschinen und Produktionsprozesse, Deutschland – Projektleitung Corvinus Universität Budapest, Institut für Informationstechnologien, Ungarn Universität Stockholm, Institut für Soziologie, Schweden Technische Universität Wroclaw, Institut für Produktionstechnik und Automatisierung, Polen Henschke Consulting Dresden, Deutschland Christian Stöhr Unternehmensberatung, Deutschland Neugebauer und Partner OHG Dresden, Deutschland Korff Isomatic sp.z.o.o. Wroclaw, Polen Euroregionale Industrie- und Handelskammer Jelenia Gora, Polen Dunaferr Metallwerke Dunajvaros, Ungarn Knorr-Bremse Kft. Kecskemet, Ungarn Nationales Institut für berufliche Bildung Budapest, Ungarn IMH, Spanien VUT Brno, Tschechische Republik CICmargune, Spanien University of Naples, Italien Unis, Tschechische Republik Blumenbecker, Tschechische Republik Tower Automotive, Italien Bildungs-Werkstatt gGmbH, Deutschland VEMAS, Deutschland

Concepto conjunto de enseñanza: Libro de texto, libro de ejercicios y libro de soluciones Módulo 1-8: Fundamentos / Competencia intercultural y administración de proyectos / Técnica de fluidos / Accionamiento y mandos eléctricos / Componentes mecatrónicos / Sistemas y funciones de la mecatrónica / La puesta en marcha, seguridad y teleservicio / Mantenimiento y diagnóstico Módulo 9-12: Prototipado Rápido/ Robótica/ Migración Europea/ Interfaces

Todos los módulos están disponibles en los siguientes idiomas: Alemán, Inglés, español, italiano, polaco, checo, húngaro Más Información Dr.-Ing. Andreas Hirsch Technische Universität Chemnitz Reichenhainer Straße 70, 09107 Chemnitz, Deutschland Tel: + 49(0)371 531-23500 Fax: + 49(0)371 531-23509 Email: minos@mb.tu-chemnitz.de Internet: www.tu-chemnitz.de/mb/WerkzMasch oder www.minos-mechatronic.eu

Mecatrónica Módulo 1: Fundamentos Libro de Texto (Concepto) Matthias Römer Universidad Técnica de Chemnitz, Alemania

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Fundamentos

Minos

Índice 1 Matemática técnica

1.1 Reglas aritméticas

1.2 Cálculo con fracciones

1.3 Operaciones aritméticas avanzadas

1.4 Números binarios

1.4.1 Números binarios en el ordenador

1.5 Cálculo con variables

1.6 Cálculo porcentual

1.6.1 Cálculo de intereses

1.7 Geometría

25 27

1.7.1 Ángulos

1.7.2 Cuadriláteros

1.7.3 Triángulos

1.7.4 Funciones trigonométricas

1.7.5 Círculo

1.7.6 Cuerpos

2 Ingeniería física

2.1 Fundamentos de la física

2.1.1 Magnitudes y unidades físicas

2.1.2 Ecuaciones físicas 2.2 Fuerza

2.2.1 Suma de fuerzas

2.2.2 División de fuerzas

2.3 Momento de rotación

48 3

Minos

Fundamentos

2.4 Equilibrio de fuerzas y movimiento acelerado

2.5 La ley de la palanca

2.6 Presión

2.6.1 Transmisión de fuerzas

2.6.2 Transmisión de presión

2.6.3 Ley de los gases ideales

2.6.4 Medios en movimiento

2.7 Tensión

2.8 Fricción

2.9 Distancia, velocidad y aceleración

2.9.1 Movimiento uniforme

2.9.2 Movimiento acelerado

2.9.3 Fuerzas de cuerpos en movimiento

2.10.1 Velocidad angular

2.10.2 Aceleración angular

2.10 Rotación

2.11 Trabajo, energía y potencia

2.11.1 Trabajo

2.11.2 Energía

2.11.3 Ley de conservación de energía

2.11.4 Potencia

2.11.5 Eficiencia energética

2.12 Termología 2.12.1 Temperatura

2.12.2 Dilatación de cuerpos sólidos

2.12.3 Dilatación de los gases

2.12.4 Energía y térmica y capacidad calorítica

Fundamentos

Minos

3. Dibujo técnico

3.1 Fundamentos del dibujo técnico

3.1.1 El dibujo técnico como medio de comunicación de la técnica

3.1.2 Tipos de planos

3.1.3 Formato de papel

3.1.4 Campos de escritura y lista de piezas

3.1.5 Escalas

3.2 Representaciones de planos

3.2.1 Vistas

3.2.2 Tipos y espesores de linea

3.2.3 Acotamientos

3.3 Inscripciones de medidas en dibujos

3.3.1 Lineas de medida, lineas adicionales y cotas

3.3.2 Peculiaridades de la medición

3.4 Acabados de superficies

101

103

3.5 Tolerancia de forma y posición

3.4.1 Mención de las características de la superficie en el dibujo

104

3.5.1 Tolerancias dimensionales

108

3.5.2 Ajustes

111

3.6 Dibujo técnico e informática

113

3.6.1 CAD

113

3.6.2 Máquinas de control numérico

115

Fundamentos

Minos

Matemática técnica

1.1

Reglas aritméticas Las operaciones básicas de la Aritmética son: la adición, la sustracción, la multiplicación y la división. En la adición se suman los números. En la sustracción, la operación inversa a la adición, se van restando. Estas dos operaciones se denominan de suma y resta debido a los signos + y – . Multiplicar es hacer algo repetidas veces mayor. La división, la operación inversa a la multiplicación, consiste en separar un número en partes iguales. Estas operaciones se denominan así porque constan de uno o de dos puntos, y tienen prioridad a las de suma y resta, por lo que deben calcularse con anterioridad.

Importante

En el orden de operaciones la multiplicación y la división preceden a la suma y a la resta. Multiplicar dos números consiste en sumar reiteradamente el primero. Así, 3 + 3 + 3 + 3 tiene el mismo resultado que 4 • 3. En algunas publicaciones se utiliza también el signo * en lugar del punto para la multiplicación. La potencia es el resultado de multiplicar un número por sí mismo varias veces. Así, 3 • 3 • 3 • 3 tiene el mismo resultado que 34. Las potencias tienen prioridad sobre la multiplicación y división. Por eso deben calcularse anteriormente.

Importante

El cálculo de las potencias preceden a la multiplicación y división. El cálculo de paréntesis tiene el nivel de prioridad más alto.

Importante

Ejemplo

En primer lugar se resuelven siempre los paréntesis. 3+5=8 12 – 5 = 7 3 · 5 = 15 20 : 4 = 5 4 + 2 · 3 = 4 + 6 = 10 (4 + 2) · 3 = 6 · 3 = 18

Fundamentos

Observación

Ejercicio

Minos

Las operaciones sencillas se pueden calcular mentalmente. Sin embargo, se usa muchas veces la calculadora. Es importante tener en cuenta que muchas calculadoras simples realizan las operaciones por separado una tras de otra. Otras calculadoras dan la posibilidad de calcular fórmulas completas. Se puede introducir la fórmula y así la calculadora tiene en cuenta las prioridades de cálculo. Sin embargo, de nosotros depende cumplir las reglas matemáticas. Si se usa una calculadora ajena es mejor comprobar primero si obedece ciertas reglas. ¡Solucione el ejercicio número 1 del libro de ejercicios! En la sustracción el segundo valor puede ser mayor que el primero. El resultado es un número negativo, que tiene un menos como signo. Normalmente el signo más puede suprimirse. Para evitar que un signo de cálculo esté detrás de un signo algebraico, se pone el número con el signo algebraico en paréntesis. En la suma y en la resta, cuando dos son iguales, se convierten en un +, y si son diferentes, cambian a un -. Así se calcula cada paréntesis de forma individual

Ejemplo

8 – 14 = – 6 4+(+5)=4+5=9 4–(–5)=4+5=9 5–(+4)=5–4=1 5+(–4)=5–4=1

Ejercicio

¡Solucione el ejercicio número 2 del libro de ejercicios! Cuando hay más sumandos entre paréntesis cada signo tiene que calcularse por separado para poder quitar los paréntesis.

Ejemplo

– ( 5 + 6 ) = – 5 + ( – 6 ) = – 5 – 6 = – 11 –(5–6)=–5+(+6)=–5+6=1 –(a+b+c)=–a+(–b)+(-c)=–a–b–c –(–a+b–c)=+a+(–b)+(+c)=a–b+c

Ejercicio

¡Solucione el ejercicio número 3 del libro de ejercicios!

Fundamentos

Minos

En la multiplicación y en la división también se aplica la regla de los signos, cuando dos son iguales se convierten en un + y si son diferentes cambian a un -.

Ejemplo

( + 5 ) · ( + 6 ) = + 30 ( – 5 ) · ( – 6 ) = + 30 ( + 5 ) · ( – 6 ) = – 30 ( – 18 ) : ( – 6 ) = + 3 ( – 18 ) : ( + 6 ) = – 3

Ejercicio

¡Solucione el ejercicio número 4 del libro de ejercicios! En la adición y multiplicación se puede cambiar el orden de los sumandos o factores respectivamente. A esta regla se la conoce como Ley de conmutativa. Generalmente se puede escribir de la siguiente manera: a+b=b+a a·b=b·a La segunda norma se llama ley de asociación. Significa que cuando hay más operaciones iguales en la adición o multiplicación el orden de los sumandos o factores no importa. Además, en este caso, se pueden quitar los paréntesis. a+(b+c)=(a+b)+c a·(b·c)=(a·b)·c La tercera norma es la propiedad distributiva. La suma de dos o más números, multiplicada por otro número, es igual a la suma del producto de cada número con su factor correspondiente. a·(b+c)=a·b+a·c Cuando hay más sumandos entre paréntesis, se tiene que multiplicar cada sumando. Si se calcula con variables se puede quitar el signo de multiplicación. ( a + b ) · ( c + d ) = a · ( c + d ) + b · ( c + d ) = ac + ad + bc + bd Este cálculo también se puede representar de forma gráfica (Figura 1). La multiplicación de dos elementos (a + b ) y ( c + d ) produce el área de un rectángulo. Cuando se unen los segmentos a y b, así como c y d, se produce de nuevo el rectángulo, que tiene la misma área que el primero.

Fundamentos

Minos

b ·d

a ·c

b ·c

c+ d

a ·d

a+b

Figura 1:

Representación gráfica de la multiplicación

Si aplicamos la ley distributiva al revés, realizamos una exclusión. Cuando varios sumandos tienen el mismo factor, se pueden dejar fuera del paréntesis.

Ejemplo

ab + ac = a ( b + c ) 15x – 5y = 5 ( 3x – y )

1.2

¡Solucione el ejercicio número 5 del libro de ejercicios!

Ejercicio

Cálculo con fracciones Cuando se divide un número determinado en partes iguales no es siempre posible obtener una solución en números enteros. Por ejemplo, si repartimos seis manzanas entre tres personas, cada una recibe dos. Pero cuando tenemos tres personas y una manzana, tenemos que cortarla. Este ejemplo se puede describir de la manera siguiente:

1:3 =

1 3

El numerador representa el número de partes congruentes que se han considerado después de dividir la unidad en tantas partes iguales como indica el denominador

Fundamentos

Minos

Existe la posibilidad de cortar una manzana en seis partes y dar a cada uno de los tres grupos dos trozos. Aritméticamente hemos multiplicado el numerador y el denominador por dos. A esta manera de multiplicar se le llama ampliar fracciones: cuando se multiplican el numerador y el denominador con el mismo número. La amplificación de fracciones es útil para la adición y sustracción de quebrados.

Ejemplo

1 2 3 10 = = = 3 6 9 30 Simplificar fracciones significa dividir el numerador y denominador por un mismo número. Al igual que en la amplificación, el valor de la fracción no cambia. Mediante esta simplificación las cifras de la fracción se disminuyen y la fracción es mucho más clara. Además el cálculo de la fracción se simplifica.

Importante

Ejercicio

¡Con el número 0 no se puede simplificar fracciones! ¡Solucione el ejercicio número 6 del libro de ejercicios! La adición y sustracción de fracciones solo es posible cuando las fracciones tienen el mismo denominador. Para sumar o restar fracciones con denominadores diferentes se deben ampliar las fracciones para obtener los mismos denominadores. Esta manera de proceder se denomina hallar el común denominador. Los números enteros se transforman en fracciones si colocamos el valor del número como numerador y el 1 como denominador. A continuación se suman o restan los numeradores. El denominador no varia.

Fundamentos

Minos

Si el denominador común no se puede obviar, se calcula mediante la multiplicación de los denominadores. para poder multiplicar los dos denominadores. El denominador común no es expresamente el menor, sin embargo el resultado es el mismo.

Ejemplo

1 1 12 1 2 1 2 +1 3 + = + = + = = 2 4 2 2 4 4 4 4 4 14 12 4 2 6 3 1 1 + = + = + = = 2 4 2 4 4 2 8 8 8 4

Ejercicio

En el primer caso la fracción se multiplicó por 2, por lo que el denominador común es 4. En el segundo ejemplo, sin embargo, se aplicó 8 como denominador común, resultante de la multiplicación de ambos denominadores, 2 por 4, y se asignó a las dos fracciones. A continuación el significado se simplificó. . Los dos cálculos demuestran que por ejemplo cuando se suma una media manzana y un cuarto de manzana, el resultado es tres cuartos de manzana. ¡Solucione el ejercicio número 7 del libro de ejercicios! La multiplicación y división de fracciones es más fácil que la adición, porque no se debe determinar un común denominador. Cuando realizamos este cálculo se multiplican simplemente los dos numeradores y los dos denominadores. Además podemos unir la línea divisoria de las dos fracciones. Antes de multiplicar se puede comprobar si se puede simplificar las fracciones resultantes, porque es mucho más fácil operar con números inferiores.

Ejemplo

13 1 1 3 = = 3 4 3 4 4 ¡Solucione el ejercicio número 8 del libro de ejercicios!

Ejercicio

La división se transforma en multiplicación. Para ello se calcula el valor recíproco del divisor. Esto sucede cuando se cambia el nominador por denominador y viceversa. Así, en la división se multiplica con el valor recíproco de la fracción.

Ejemplo

1 3 1 4 14 4 : = = = 3 4 3 3 3 3 9

Ejercicio

¡Solucione el ejercicio número 9 del libro de ejercicios!

Fundamentos

Minos

Ejemplo

Cuando se calculan fracciones con la calculadora se tiene que tener en cuenta que los modelos más simples no ofrecen la posibilidad de introducir las fracciones directamente. Por eso los cálculos tienen que realizarse uno tras otro. 3 = 0,3 2 5 Si se introduce la fracción de la siguiente manera, se obtiene un resultado falso: 3 : 2 · 5 = 7,5 Este cálculo se podría representar de diferente manera como fracción 3 5 = 7,5 2 Para calcular el ejemplo correctamente con la calculadora, se deben introducir los cálculos como sigue: 3 : 2 : 5 = 0,3 Al dividir entre 5 nos encontraremos también esta cifra en el denominador.

Ejemplo

También es posible calcular primero el denominador entero y después realizar la división del numerador entre el denominador. Este modo de operación también es necesario cuando existe una adición en el denominador: 3 = 0,428571... 2+5 En este caso se debe considerar la suma como en un cálculo entre paréntesis. Para ello se debe calcular la suma antes de la división: 3 : ( 2 + 5 ) = 0,428571... La forma calculada de una fracción se denomina fracción decimal. El valor de la fracción decimal se determina por la posición de las cifras por separado. Las cifras a la izquierda de la coma son las unidades, las decenas, las centenas. En cambio a la derecha de la coma están las décimas, las centésimas, las milésimas partes. etc. En el caso de algunas fracciones, como en nuestro ejemplo solo se pueden ver tantos decimales como permite la pantalla de la calculadora. Si se calculan más decimales se ve que los primeros seis decimales se repiten infinitamente tras la coma.

Fundamentos

Minos

Para la representación de estas fracciones decimales periódicas se escribe una línea encima de los números periódicos repetidos. 3 = 0,428571 7 Dependiendo de la precisión que se exija también se puede redondear la fracción. La última cifra que queda no cambia si se trata de un 0, 1, 2, 3 ó 4. Pero cuando el siguiente número es un 5, 6, 7, 8 ó 9, entonces la última cifra se aumenta en 1. El redondeo de una fracción, por ejemplo a dos o tres decimales, tiene el siguiente resultado: 3 ≈ 0,43 7 3 ≈ 0,429 7 El resultado del redondeo no es tan correcto. Por lo general, los números redondeados deberían tener uno o dos decimales más que los números de cálculo. Este redondeo a más decimales dificulta el cálculo inútilmente.

1.3

Operaciones aritméticas avanzadas En las cuatro reglas aritméticas la repetición de la suma de un número concreto conduce a la multiplicación. La multiplicación repetida con el mismo factor conduce al cálculo de potencia. La base o número básico de la potencia es el número por el que se multiplica. Las veces que haya que se deba multiplicar este número depende del exponente, el número escrito detrás la base. En la geometría se calcula el área A de un cuadrado multiplicando los lados a, que tienen la misma longitud, uno con otro. En el cubo se multiplica la base del cubo por la altura para calcular el volumen v. A = a · a = a2 V = a · a · a = a3 Analógicamente se multiplican también las unidades, el área se indica en m2, y el volumen en m3.

Fundamentos

Minos

Ejemplo

Un cubo tiene una longitud lateral de 3 m. ¿Qué volumen tiene? V = 3 m · 3 m · 3 m = 33 m3 = 27 m3 El exponente puede ser también una fracción. Este tema se tratará de forma más detallada en el apartado de raíces. Cuando un exponente es negativo, se puede transformar en un exponente positivo poniendo la potencia en el denominador de una fracción 3-2 = 1/32 = 1/9

Importante

El resultado de cualquier número con exponente 0 es 1.

Importante

El resultado de cualquier número con exponente 1 es exactamente ese número, dado que solo existe un factor.

Ejemplo

26 = 2 · 2 · 2 · 2 · 2 · 2 62 = 6 · 6 60 = 1 61 = 6 6–2 = 1/62 = 1/36

Ejercicio

¡Solucione el ejercicio número 10 del libro de ejercicios!

Fundamentos

Minos

Una importancia especial tienen las potencias en base a 10. Se llaman potencias de diez y se usan en especial para representar números muy pequeños o muy grandes. El cálculo de potencias de diez es muy fácil. El exponente muestra cuantos ceros se colocan detrás del 1. También se puede cambiar la posición de la coma a partir del 1 hacia la derecha, según lo indique el exponente. SIn embargo, con los exponentes negativos la coma se coloca hacia la izquierda. 106 = 1000000 102 = 100 100 = 1 10–2 = 0,01 10–3 = 0,001 Para representar mejor un número pequeño, se hace uso de la potencia diez. El número se muestra con un dígito con más o menos decimales y la potencia de diez indica en cuántos decimales se coloca la coma. También existe la posibilidad de utilizar potencias de base 10 con exponentes divisibles por 3, por ejemplo 3, 6 y 9, al igual que –3, –6 y –9 y se pueden sustituir por estas unidades. Otras unidades por las que se puede utilizar son kilo, mega y giga, al igual que mili, micro y nano.

Ejemplo

125000 = 1,25 · 105 = 125 · 103 0,000125 = 1,25 · 10–4 = 125 · 10–6 1 km = 103 m = 1000 m 1 nm = 10–9 m = 0,000000001 m

Fundamentos

Minos

Ejercicio

¡Solucione los ejercicios número 11 y 12 del libro de ejercicios! No todas las calculadoras disponen de la función para cálculo de potencias. Los dispositivos que realizan operaciones más avanzadas se denominan calculadoras científicas. Para realizar cálculos con potencias con los exponentes comunes 2 y 3 se utilizan, normalmente, las teclas x2 y x3. Para introducir otros exponentes se usa la tecla xy. Para las potencias en base a 10 se dispone de la tecla EXP. Dependiendo del modelo de la calculadora, la potencia en base a 10 se muestra o en una pantalla aparte, o con el número de delante de la potencia con menos decimales.

Ejercicio

¡Familiarícese con las operaciones avanzadas de su calculadora e introduzca los números de los ejercicios anteriores!

Fundamentos

Minos

Solo se pueden sumar potencias cuando las bases y el exponente de las potencias en los sumandos son iguales. Este aspecto se debe tener en cuenta sobre todo cuando la base de una potencia es una variable. 2x2 + 5x2 = 7x2 1,5a7 + 3,6a7 = 5,1a7 La multiplicación de las potencias solo es posible cuando la base o el exponente son iguales. Con la misma base se suman los exponentes, en cambio con el mismo exponente se multiplican los valores de la base. an · am = a(n+m) an · bn = (a · b)n Al igual que en la multiplicación, en la división de potencias con la misma base se restan los exponentes uno de otro. Cuando los exponentes son iguales se dividen los valores de la base.

am = a(m –n) an a an = n b b

A la hora de elevar las potencias se multiplican los exponentes uno con el otro. De esta forma también se pueden expresar números extremadamente grandes o pequeños.

Ejemplo

(am)n = am•n x2 · x3 = (x · x) · (x · x · x) = x(2+3) = x5 x5 · x–2 = x(5–2) = x3 x5 · y5 = (x · y)5 a12 = a12–(–8) = a20 –8 a

Fundamentos

Minos

Ejercicio

¡Solucione el ejercicio número 13 del libro de ejercicios! Cuando se quiere calcular la longitud del lado de un cuadrado, del cuál se conoce solo su área, se debe extraer la raíz. Este cálculo se denomina también extracción de la raíz o radicación. Por ejemplo, si el cuadrado tiene un área de 4 m2, la longitud de uno de sus lados es de 2m. En este caso se ha calculado la raíz cuadrada. El cálculo se representa de la siguiente manera: 4 =2 Por tanto, para calcular la raíz de un número se tiene que determinar qué número resulta de su propia multiplicación. Este cálculo no es tan fácil, por eso la calculadora dispone de una tecla de extracción de raíz. Una raíz también se puede representar como potencia. En lugar del signo radical se escribe el exponente de la potencia como fracción. El exponente también puede tener la forma de otras fracciones. La raíz cúbica juega un papel muy importante . Con ella se calcula la longitud del lado de un cubo con un volumen conocido.

Ejercicio

27 = 271/3 = 3

¡Solucione el ejercicio número 14 del libro de ejercicios!

1.4

Fundamentos

Minos

Números binarios En nuestro sistema numérico usamos las diez cifras del 0 al 9. Los números mayores se componen de más cifras. Lo más importante en este proceso es el orden de las cifras. Los números se califican, de izquierda a derecha, de unidades, decenas, centenas, etc. Las cifras correspondientes a centenas se multiplican por 100, las de decenas por 10. Si se representa con una unidad resulta en un número entero. 325 = 3 · 100 + 2 · 10 + 5 = 3 · 102 + 2 · 101 + 5 · 100 Este modus operandi es evidente para nosotros porque tenemos diez dedos a las manos, con los que también podemos sumar. Además del sistema decimal, hay también otros sistemas numéricos. Por ejemplo, una docena consta de 12 unidades individuales. Un día consta de 12 horas por 2 y una hora de 60 minutos, al igual que un minuto tiene 60 segundos. Antes de que comience un minuto, tendrán que haber pasado 60 segundos. Los ordenadores utilizan el sistema binario para realizar sus operaciones. En este sistema nos encontramos con solo dos cifras o estados, el 0 y el 1. Para evitar errores, el 1 se suele representar también como L. Este sistema numérico tiene la ventaja de que los dos estados pueden describir con una corriente eléctrica, que circula o no circula. También si una memoria está activa o no. No existen más posibilidades. Dado que los números binarios constan solo de dos cifras, sus combinaciones son muchos más largas que las del sistema decimal. Si comparamos los dos sistemas, nos encontraremos con la siguiente representación:

Decimal

Dual

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

0 1 10 11 100 101 110 111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111

Fundamentos

Minos

También en los números binarios el lugar de las cifras determina su valor. Sin embargo, en este sistema se utiliza una potencia de base 2, por eso se llaman números binarios. En vez del número decimal 6 en el sistema binario se escribe: 110 = 1 · 22 + 1 · 21 + 0 · 20 = 1 · 4 + 1 · 2 + 0 · 1 Como podemos ver, las posiciones de derecha a izquierda tienen las valencias 1, 2, 4, 8, 16 etc. Si se desea transformar un número decimal a un número binario, se divide el número entre 2 y se apunta el resto. Se continúa con el proceso hasta que el resultado de la división sea 0. Los números anotados del resto constituyen el número binario de forma invertida. Transformación del número decimal 29 en un número binario: 29 14 7 3 1

dividido entre 2 dividido entre 2 dividido entre 2 dividido entre 2 dividido entre 2

14 7 3 1 0

resto 1 resto 0 resto 1 resto 1 resto 1

Para la determinación del número binario se escribe el resto al final del cálculo y se obtiene el resultado 11101. Como vemos, las cifras decimales impares tienen siempre un 1 al final de la transformación a números binarios. Esto se debe a que los números impares divididos entre 2 cuentan siempre con el 1 de resto.

Ejercicio

¡Solucione el ejercicio número 15 del libro de ejercicios! Para transformar un número binario en un número decimal, se debe determinar el valor de cada posición. Se suman los valores con la cifra 1 y los demás se ignoran por el momento. Como ya hemos mencionado, estos son los valores con base 2. El valor que se encuentra más a la derecha es el 20, es decir 1. Para la transformación del número binario 11001 se procede de la siguiente manera: 1 1 0 0 1

Ejercicio

24 = 23 = 22 = 21 = 20 =

16 8 4 2 1

16 8 0 0 1

Total:

¡Solucione el ejercicio número 16 del libro de ejercicios!

1.4.1

Fundamentos

Minos

Números binarios en el ordenador Durante el uso de ordenadores normalmente no se entra en contacto con los números binarios. A menos que se quiera hacer un programa o o programar un controlador lógico programable, un PLC. Por supuesto siempre es mucho mejor si estamos al tanto del modo de trabajar de los ordenadores. Un número binario con un valor se califica de bit. . Un bit puede tener el valor 0 ó 1. Ocho bits forman un byte. Con estos ocho números se pueden describir valores de 0 hasta 255. En el sistema binario esto representa 8 ceros y 8 unos respectivamente. Cada letra y cada cifra del sistema decimal se representa en el ordenador en forma de bytes. El código ASCII (American Standard Code for Information Interchange) decide qué número binario corresponde a las diferentes letras. Por ejemplo la A mayúscula corresponde al número binario 01000001 o al número decimal 65. Dado que los números binarios pueden ser muy largos, en la informática se utiliza otro sistema más avanzado. Un byte se representa en dos grupos de cuatro bits. Estos grupos de cuatro bits se denominan nibbles. Con un nibble o con cuatro bits se pueden representar 16 valores diferentes. Para describir un nibble en un signo se usa el sistema hexadecimal. En el sistema hexadecimal, el número 16 es la base, al contrario del sistema decimal, en el que el 10 es la base. A causa de que el sistema hexadecimal necesita 16 signos distintos, se utiliza además de las cifras 0 hasta el 9, las letras A hasta la F. Para evitar confusiones se escribe muchas veces una h minúscula detrás del número. Las cifras representadas mediante un Byte se utilizan en los siguientes sistemas numéricos de la forma que vemos a continuación: Sistema binario Sistema hexadecimal Sistema decimal

0000 0000 00 0

hasta 1111 1111 hasta FF hasta 255

Fundamentos

Minos

En la informática se originan ciertas cifras mediante el uso de números binarios que resultan de potencias con base a 2. Así tenemos por ejemplo: 2 6 2 7 2 8 2 9 210

= = = = =

64 128 256 512 1024

Estos valores se pueden encontrar especialmente en un módulo de memoria. Este es el motivo por el cual una tarjeta de memoria tiene 512 MByte y no 500. Las unidades constituyen una particularidad para número de cantidades grandes. En el sistema decimal se utiliza el valor 1000 para expresar un kilo. Así tenemos 1000 metros, que es igual a 1 kilómetro. En el procesamiento de datos 1024 byte es igual a 1 kilobyte. Para evitar confusiones se puede usar, en el procesamiento de datos, las unidades kibi y mebi para el kilo binario y el mega binario. Pero en la práctica estas unidades casi no se utilizan. En caso de duda se debe comprobar si una unidad, por ejemplo, kilo significa 1000 ó 1024. Normalmente la unidad kilo de bits significa 100 y de bytes, 1024. .

Ejemplo

La tasa de bits de un RDSI conexión de teléfono equivale a 64 kbit/s, que es exactamente 64.000 bit/s, y no 65.536 bit/s, el resultado de la multiplicación 64 • 1024. Un disco duro moderno, por el contrario, con 400 gigabyte cuenta con 400 mil millones de bytes. Dado que el ordenador utiliza internamente el sistema binario muestra una capacidad de 372,5 GiB. Sin embargo, los fabricantes de discos duros prefieren el valor 400 en vez de 372,5.

1.5

Fundamentos

Minos

Cálculo con variables Con variables se pueden representar leyes universales mediante fórmulas. Para las variables se utilizan letras. Si sustituimos las variables con valores concretos se pueden calcular un resultado concreto para muchos casos individuales. Por ejemplo, la fórmula para calcular el área de un rectángulo es: A=a·b A sustituye el área y a y b representan las longitudes de los lados del rectángulo. Si sustituimos a y b por ciertos valores podremos hallas la superficie del rectángulo. Con las variables a y b se procede exactamente igual que con los números. De la misma manera se aplican la reglas de cálculo, como la multiplicación y división preceden a la suma y a la resta; o las pautas para poner paréntesis. Solamente podremos calcular un resultado si sustituimos las variables por valores concretos. Si resolvemos una ecuación, solamente un valor debe ser conocido y así obtener un resultado concreto. Por ejemplo, para calcular el área con una ecuación se conocen las longitudes de los lados y así calculamos dicha dimensión. También puede suceder que solamente se conozca el área y la longitud de un lado, y la del otro es desconocida, por lo que se debe calcular esta última. En este caso cambiamos el orden de la fórmula para que la magnitud que se calcula se encuentre aislada a un lado de la ecuación. La combinación de números, variables y los signos aritméticos en un lado de ecuación se denominan términos. El valor desconocido se introduce con una x. El proceso de trasposición de la ecuación también es conocido como despejar la x. Se consigue haciendo la misma operación aritmética a los dos lados de ecuación, así a con los dos términos. Esta operación se escribe a la derecha de la ecuación y se separa de la ecuación con una línea vertical Al final del proceso el valor desconocido x tiene que estar a la izquierda del signo de igualdad.

Fundamentos

Minos

1.6

Ejemplo

Ejejrcicio

a = b + x a – b = x x =a–b

|–b

a = b – x a + x = b x =b–a

|+x |–a

x : a x

= b =b·a

|·a

a : x a a : b x

= b = b · x =x =b

|·x |:b

¡Solucione el ejercicio número 17 del libro de ejercicios!

Cálculo porcentual En el día a día nos topamos con muchos valores que están indicados en porcentajes. Vemos como se indica en porcentajes la subida o caída de los precios o la densidad de población de una edad determinada. El valor, al que se refiere el por ciento, indica la parte de esta cifra dentro de 100. No se hace una referencia al valor absoluto.

Ejemplo

Una botella con una capacidad de un litro tiene un contenido de 60 %. Otra botella con una capacidad de 2 litros contiene 40 %. Sin embargo, la segunda botella tiene más líquido que la primera. La capacidad de un litro de la botella corresponde a 100 %, por eso el 60 % del líquido son 0,6 litros. 1 litro : 100 % = 0,6 litros : 60 % La botella de dos litros contiene 40 %. Los dos litros representan el 100 %, por eso 40 % son 0,8 litros. 2 litros : 100 % = 0,8 litros : 40 % En el cálculo porcentual siempre se toma el valor 100 %. Según el tipo de tarea uno de los tres valores es desconocido, que se puede calcular después de la correcta trasposición de la ecuación.

Ejercicio

¡Solucione el ejercicio número 18 del libro de ejercicios!

1.6.1

Fundamentos

Minos

Cálculo de intereses Cuando se presta dinero, normalmente se debe pagar por este préstamo ciertos intereses. Los intereses se indican en porcentaje. Este porcentaje determina, cuántos intereses se deben pagar en un año por el valor de 100€.

Ejemplo

Si se paga 12.000 euros de intereses por un crédito de 100.000 euros, ¿cuál es el porcentaje de los intereses? El 100 % de la suma prestada son los 100.000 euros. Se debe de calcular el porcentaje de los 12.000 euros 100 % : 100000 Euro = x % : 12000 Euro Después de la trasposición de la ecuación se puede calcular el valor de los intereses del 12 % Para simplificar el cálculo se puede suprimir el 100%. Entonces se calcula el porcentaje de los intereses dividido entre el total del crédito. x = 12000 Euro : 100000 Euro = 0,12 EL resultado se debe multiplicar finalmente por el 100% que hemos dejado atrás, lo que es igual al 12 %. Si realizamos este cálculo con la calculadora se realizará la multiplicación por 100% si, después de dividir, pulsamos la tecla del tanto pro ciento en vez del igual. Antes de usar una calculadora desconocida debemos comprobarla con un ejemplo simple. Con el cálculo de los intereses compuestos se tiene en cuenta los intereses durante de más de un año.

Ejemplo

Si tenemos en una cartilla de ahorro 1000 Euro durante 5 años con un tipo de interés del 3 %, así tendríamos, después de haber multiplicado por 5 años, un crédito de tan sólo 1150.

Fundamentos

Minos

Sin embargo sucede que después del primer año tenemos 1030 euros en nuestra cartilla a los que se le aplicará el segundo año el 3 %. El cálculo se realiza normalmente según la siguiente fórmula, donde G0 supone el capital inicial y Gn es el capital después de n años. Z representa el interés y n el número de años. Gn = G0 (1 + z/100)n EN cinco años con el 3 %, después de haber introducido los valores, obtenemos el siguiente resultado: G5 = 1000 Euro · (1 + 3/100)5 G5 = 1000 Euro · (1 + 0,03)5 G5 = 1000 Euro · 1,035 G5 = 1159,27 Euro La diferencia en comparación con el resultado anterior no es tan grande, con un plazo de vencimiento más largo e intereses más altos se notaría una diferencia mayor. Con una tasa de interés del 3 % dura aproximadamente 24 años hasta que la cantidad se ha doblado. Sin embargo, si no se le añaden los intereses acumulados, se tardaría 33 años. Si se devuelve un crédito con la misma cuota, se necesitaría al principio una gran parte de esta tasa para pagar los intereses. Con el resto se disminuiría el crédito. Solamente con el plazo del tiempo se disminuirán los intereses y con cada reembolso se pagará una gran parte del crédito.

Ejercicio

¡Solucione el ejercicio número 19 del libro de ejercicios!

1.7

Fundamentos

Minos

Geometría Para la introducción a la geometría tenemos que explicar algunas definiciones. Un cuerpo experimenta una dilatación en tres direcciones. Tiene longitud, ancho y altura y, por lo tanto, es tridimensional. Una superficie se dilata solamente en dos dimensiones. La superficie de un cubo, por ejemplo, consta de varias áreas. Una línea es una arista del cubo. Experimenta una dilatación en una sola dirección. Un punto no tiene dilatación, es infinitamente pequeño. Se puede entender como intersección entre dos líneas. La recta es además del punto un concepto básico de la geometría. Se define a través se una línea que pasa por dos puntos, sin principio ni fin. Dos rectas en un mismo plano pueden cruzarse como mucho en un solo punto. Una excepción sería si las dos rectas se encuentran solapadas. Sin embargo, si estas dos rectas no se cruzan, entonces se llaman paralelas. Un rayo es también una línea infinita. Al contrario que una línea infinita el rayo tiene un punto de partida. El otro extremo es infinito. Un tramo, al igual que una recta, transcurre sobre dos puntos, sin embargo estos dos puntos delimitan la longitud de la recta. Un tramo es además la distancia más corta entre dos puntos.

1.7.1

Ángulos Si dos rayos empiezan en un punto común, forman así un ángulo. Si un rayo se gira alrededor de un punto común hasta que está encima del otro rayo, la medida de esta vuelta indica el ángulo. Los dos rayos son llamados también lados del ángulo. Se subdivide un círculo en 360 partes, que se llaman grados. Un ángulo de 360° es un ángulo completo. Un ángulo entre 0° y 90° es ángulo agudo. Un ángulo obtuso tiene entre 90 y 180 grados. Si los dos lados se encuentran perpendiculares uno sobre otro se denomina ángulo recto. Tiene un valor de 90°. Si los dos lados están directamente en frente, se crea un ángulo llano de 180°. Ángulos con un valor entre 180° y 360° son ángulos cóncavos

Minos

Fundamentos

ángulo agudo spitzer Winkel

ángulo llano Wink gestre ckter el

ángulo recto rechter Wink el

ángulo cóncavo überst um pfer Wink el

ángulo obtuso stum pfer Wink el

ángulo completo Voll w inkel

Imagen 2: Clasificación de los ángulos

Ángulo de paso Stufenwink el

Ángulo alterno W echs elwinkel ángulos de lineas Winkel an sich schneidenden Gerad cruzadas

Ángulos horizontaentgegengeset zt les lie gende W inke

Imagen 3: Ángulos en rectas cruzadas

Si dos rectas se cortan, se forman cuatro ángulos independientes. Los dos ángulos, que están situados uno enfrente del otro, tienen el mismo tamaño y forman 180°. Si una recta cruza entre dos paralelas, se forman en total ocho ángulos distintos. Tanto el ángulo ... como los opuestos son siempre iguales. Los ángulos opuestos forman conjuntamente siempre 180°.

1.7.2

Fundamentos

Minos

Cuadriláteros Un cuadrilátero está determinado por cuatro puntos, de los que solo dos pueden encontrarse en una misma recta. Los cuadriláteros se diferencian según la posición y de la longitud de los lados . El cuadrado tiene sus cuatro lados iguales. Los lados que están uno enfrente del otro son paralelos. Todos los ángulos de un cuadrado comprenden 90°. El área del cuadrado se calcula según la longitud de sus lados. A es la superficie y a la longitud lateral. A = a2 Para calcular el perímetro se suman los cuatro lados. Dado que dos lados tienen la misma longitud, se puede calcular de la siguiente manera: U=4·a La diferencia entre el rectángulo y el cuadrado es que en el rectángulo solamente los lados opuestos son iguales. Para calcular la superficie se multiplican estos dos lados. A=a·b Para calcular perímetro se suman las longitudes de los cuatro lados. Dado que hay dos lados iguales se podría proceder de la siguiente manera: U = 2a + 2b

Ejemplo

Se debe cubrir una habitación con revestimiento de suelo. La habitación mide 6 m de largo por 4 m de ancho. ¿Cuántos metros cuadrados se necesita? ¿Cuántos metros de arista para los bordes de la moqueta se necesitan para toda la habitación, sin tener en cuenta las puertas? A=a·b A = 6 m · 4 m A = 24 m2 U = 2a + 2b U = 2 · 6 m + 2 · 4 m U = 12 m + 8 m U = 20 m Se necesitarán 24 m2 de revestimiento y 20 m de arista para la moqueta.

Fundamentos

Minos

cuadrado Quadrat

rectángulo Rechteck

trapecio Trapez

rombo Rhomb us

deltoide D rachenviereck

paralelogramo Rhombo id

deltoideVi cóncavo konkaves ereck

Imagen 4: Tipos de cuadriláteros

Además de los cuadrados y rectángulos hay otros cuadriláteros. Los paralelogramos son en general cuadriláteros cuyos lados son paralelos. El cuadrado y el rectángulos pertenecen también a este grupo. Los lados del rombo, al igual que los del cuadrado, son exactamente iguales. Sin embargo, los ángulos del rombo no son ángulos rectos, tienen un valor diferente a 90°. En un trapecio solamente los lados opuestos son paralelos. Los cuatro lados pueden tener una longitud diferente. Por el contrario el deltoideo tiene los lados vecinos de la misma longitud. Ningún lado es paralelo a otro. Es la forma típica de cometas clásicas para niños. Además un cuadrilátero puede ser cóncavo. Significa que un vértice se encuentra hundido dentro del cuadrilátero. La mejor posibilidad de calcular la superficie de estos cuadriláteros es separarlos en triángulos y calcular el área de estos triángulos. Para calcular el perímetro se suman los cuatro lados.

Ejercicio

¡Solucione el ejercicio número 20 del libro de ejercicios!

1.7.3

Fundamentos

Minos

Triángulos Tres puntos, que no están en una recta, determinan un triángulo. Estos tres puntos se califican de A, B y C, a los lados opuestos al correspondiente punto se les asigna la letra minúscula a, b y c. Los ángulos del triángulo reciben las letras griegas: α (alpha), β (beta) y γ (gamma).

La suma de los tres ángulos internos es igual a 180°.

Importante

Los triángulos se clasifican según su forma. El triángulo acutángulos tiene todos sus ángulos menores a 90°. Por el contrario, un triángulo obtusángulo tiene un ángulo obtuso. Un triángulo rectángulo tiene un ángulo recto. Para estos triángulos se cuentan con reglas matemáticas especiales. Si un triángulo tiene dos lados de la misma longitud, es un triángulo isósceles. Si un triángulo tiene tres lados de la misma longitud, es un triángulo equilátero. También sus ángulos interiores tienen la misma abertura, es decir 60°. Una línea que sale de un punto anguloso perpendicularmente hasta el lado opuesto se denomina altura h. Dado que se pueden medir tres alturas a partir de tres puntos anguloso, se les asigna la letra del lado en el que estén, es decir ha, hb y hc.

C γ b

ángulo agudo ángulo recto ángulo obtuso spitzwinkligrech twinkligst um pfwinklig

isósceles equilatero glei chschenklig gl eichseitig

Imagen 5: Formas de triángulos

Fundamentos

Minos

En un triángulo isósceles la altura separa los dos lados del triángulo en dos partes iguales. La superficie de un triángulo comprende la mitad del producto de la altura y del lado en el que se encuentre la altura: A =

Ejemplo

1 1 1 h a = h b = h c a b 2 2 2 c

Un triángulo tiene un lado c de 5 cm. Su altura hc comprende 4 cm. ¿Cuál es el área del triángulo? 1 h c 2 c 1 A = 4 cm 5 cm 2 A = 10 cm 2 A =

Dado que la altura siempre se encuentra perpendicular a un lado, la altura separa el triángulo en dos triángulos rectos. Hemos mencionado que hay ciertas reglas matemáticas para estos triángulos, por lo que supone siempre una ventaja separar el área en dos triángulos rectos.

Importante

En un triángulo rectángulo el lado opuesto al ángulo recto se califica de hipotenusa. Los otros dos son los catetos. En el triángulo rectángulo se aplica el teorema de Pitágoras. Esta regla indica que el cuadrado de la hipotenusa es igual a la suma de los cuadrados de los dos catetos. Se puede representar de la manera siguiente: c2 = a2 + b2

Ejemplo

En un triángulo rectángulo, un cateto tiene 3 cm y el otro 4 cm. ¿Qué longitud tiene la hipotenusa? c2 = a2 + b2 c2 = 32 cm2 + 42 cm2 c2 = 9 cm2 + 16 cm2 c2 = 25 cm2 c = 5 cm La hipotenusa comprende 5 cm.

Ejercicio

¡Solucione el ejercicio número 21 del libro de ejercicios!

Fundamentos

Minos

Imagen 6: teorema de Pitágoras

Ejemplo

Un triángulo isósceles tiene dos lados a y b con una longitud de 13 cm. El lado c mide 10 cm. ¿Qué superficie tiene? Al principio se tiene que calcular la altura. Para eso, se separa el triángulo isósceles en dos triángulos rectángulos. La hipotenusa del triángulo rectángulo tiene una longitud de 13 cm y un cateto tiene la mitad del lado c, así 5 cm. Esta parte se califica de d. Por medio del teorema de Pitágoras se puede calcular la altura. a2 = hc2 + d2 hc2 = a2 – d2 hc2 = 132 cm2 – 52 cm2 hc2 = 169 cm2 – 25 cm2 hc2 = 144 cm2 hc = 12 cm Con la altura y la longitud del lado c se puede calcular el área.

1 h c 2 c 1 A = 12 cm 10 cm 2

A =

A = 60 cm 2

Minos

1.7.4

Fundamentos

Funciones trigonométricas Para los cálculos de triángulos rectángulos se pueden usar las funciones trigonométricas seno, coseno y tangente. A la hora de calcular otras funciones trigonométricas debemos separar los triángulos en triángulos rectángulos. Al igual que la hipotenusa, los catetos se denominan de forma diferente. El cateto adyacente es cateto, que junto con la hipotenusa se utiliza para calcular el ángulo. El cateto es el cateto que se forma para el cálculo considerando el ángulo. El cateto opuesto está en el lado opuesto a este ángulo. El seno de un ángulo se calcula con el cateto opuesto dicidido por la hipotenusa. cateto opuesto G egenkat hete sin α = hipotenusa H ypotenuse Para calcular de nuevo el ángulo del seno de éste se utilizaba antes una tablas a modo de consulta. Hoy en día este proceso se realiza mucho más rápido con la calculadora. Sin embargo, las funciones trigonométricas solo se encuentran en calculadoras científicas.

ase ntuesnu e o t pyop

hiH α

Ankathete cateto

Imagen 7: Funciones trigonométricas de triángulos

cateto opuesto G egenkathete

Para calcular el seno de un ángulo de 30° se tiene que introducir primero el valor 30 y después pulsar la tecla SIN. El resultado es correcto si la calculadora muestra 0,5. A la hora de realizar el cálculo inverso del seno al ángulo tenemos diferentes opciones. Normalmente se debe pulsar ARC SIN o ARC SIN o SIN–1. Después de haber introducido el valor 0,5 y pulsar la tecla correspondiente el resultado será 30°.

Fundamentos Ejemplo

Minos

Un triángulo rectángulo tiene una hipotenusa de 5 cm. El cateto opuesto al ángulo mide 3 cm de largo. ¿Qué abertura tiene el ángulo?

cateto opuesto Gegenkathete hipotenusa Hypothenuse 3 cm sin α = 5 cm sin α = 0,6 α ≈ 36,9° sin α

Un triángulo rectángulo tiene un ángulo de 50°. El cateto opuesto es de 8 cm. ¿Qué longitud tiene la hipotenusa?

cateto opuesto Gegenkathete hipotenusa Hypothenuse 8 cm sin 50° = c 8 cm c = sin 50° c ≈ 10,44 cm

sin α

Además podemos realizar otro cálculo trigonométrico del cateto adyacente y la hipotenusa.Esta función trigonométrica se denomina coseno. cos α

cateto adyacente Ankat hete = hipotenusa H ypotenuse

La tercera función trigonométrica más importante es la tangente. La tangente de un ángulo se calcula de la división del cateto opuesto y de la adyacente. tan α

Ejercicio

cateto opuesto G egenkat hete = cateto adyacente Ankathete

¡Solucione el ejercicio número 22 del libro de ejercicios!

Fundamentos

Minos

1.7.5

Círculo El radio determina el círculo. El radio va directamente desde el centro del círculo a la circunferencia. El diámetro es exactamente el doble del radio. El número π se obtiene de la longitud de la circunferencia y la longitud de su diámetro. Esta letra se pronuncia como P. Es un número irracional, lo que significa que decimales infinitos después de la coma, en los que no se encuentra ninguna regularidad. Las primeras cifras del número π son: 3,1415926535. Para realizar cálculos de una forma más práctica se toman 2 ó 4 decimales. La fórmula para calcular la circunferencia de un círculo es: U

= π d = 2 π r

El número π se utiliza también para hallar el área de un círculo. La fórmula para calcular este área es: A =

Ejemplo

1 π d2 = π r2 4

La longitud de la circunferencia de un círculo es 20 cm. ¿Qué longitud tiene el diámetro? ¿De qué tamaño es el área del círculo? Redondee el decimal después de la coma en dos cifras. U

= π d

U π 20 cm d = 3,1416 d ≈ 6,37 cm d =

1 π d2 4 1 3,1416 6,372 cm 2 A = 4 A =

Ejercicio

≈ 31,87 cm 2

¡Solucione el ejercicio número 23 del libro de ejercicios!

1.7.6

Fundamentos

Minos

Cuerpos Un cuerpo se extiende en tres dimensiones. Está además rodeado por una superficie. La capacidad del cuerpo es su volumen. Un cubo está delimitado por seis cuadrados del mismo tamaño. La superficie del cubo comprende: A = 6 · a2 Dado que los lados del cubo tienen la misma longitud, el volumen se calcula de la siguiente manera : V = a3 El cubo es una forma especial de paralelepípedo rectangular. En un paralelepípedo rectangular los respectivamente dos áreas enfrente son rectángulos iguales. En un paralelepípedo rectangular las áreas apuestas son rectángulos de igual tamaño. Por eso la superficie del exterior es la suma de las seis áreas en total. A = 2 (a · b + a · c + b · c) Para calcular el volumen se multiplican las tres superficies de los lados. V=a·b·c En un cilindro las dos áreas opuestas son círculos. Los dos círculos se conectan mediante el área de la superficie. La superficie del cilindro se calcula por medio de las áreas de los dos círculos. Los círculos y la superficie lateral se pueden calcular a través del perímetro del círculo y la altura del cilindro. El volumen de un cilindro se calcula, también desde el área del círculo y la altura del cilindro.

Ejemplo

Un cilindro tiene un diámetro de 5 cm y una altura de 20 cm. ¿Qué superficie y volumen tiene el cilindro? En primer lugar se calculan el área y el perímetro del círculo. 1 π d2 4 1 A = 3,1416 52 cm 2 4 A =

A = 19,635 cm 2 U U U

= π d = 3,1416 5 cm = 15,708 cm

Fundamentos

Minos

Del cálculo del perímetro del círculo y de la altura del cilindro se calculará la superficie lateral. AM = U · h AM = 15,708 cm · 20 cm AM = 314,16 cm2 El área total se obtiene de la suma de los dos círculos y la superficie lateral. AZyl = 2 · AKr + AM AZyl = 2 · 19,635 cm2 + 314,16 cm2 AZyl = 353,43 cm2 El volumen se determina con la multiplicación del círculo con la altura. VZyl = A · h VZyl = 19,635 cm2 · 20 cm VZyl = 392,7 cm3 Al contrario que el cilindro, la prisma no tiene área con forma de círculo, sino superficies de tres, cuatro o más esquinas. Por lo tanto, es el octaedro con ángulos rectos cono áreas, un caso excepcional del prisma. La bola, es un cuerpo en el que todo el área tiene la misma distancia desde el centro. A la distancia del área desde el punto medio se le llama radio. El área del círculo se calcula con la siguiente fórmula: A = 4 · π · r2 El volumen de una esfera es:

Ejercicio

4 V = π r3 3 ¡Solucione el ejercicio número 24 del libro de ejercicios! Además de estos podemos encontrar otros tipos de cuerpos. Sin embargo no podemos tratarlos todos en este tema.

Fundamentos

Ingeniería física

2.1

Fundamentos de la Física

2.1.1

Magnitudes y unidades físicas

Minos

Se denomina magnitud física a la propiedad conmensurable de un objeto físico. Estas magnitudes físicas se pueden relacionar mediante operaciones de física. Además, dichas magnitudes están compuestas de una medida y una unidad. El Sistema Internacional de Unidades Básicas ha determinado siete magnitudes para la Física. Estas unidades SI (del francés: Système International d‘ Unités)se encuentran en el siguiente recuadro:

Magnitud básica Basisgröße

Longitud

Masse

Masa

Kilogramo Kilogramm

Tiempo Zeit

Segundo Sekunde

Amperio Ampere

Kelvin Kelvin

Mol

mol

Candela

Intensidad Stromstärke

Símbolo de la unidad Einheitszeichen

Metro Meter

Länge

Unidad básica Basiseinheit

Temperatura Temperatur Cantidad de sustancia Stoffmenge intensidad luminosa

Lichtstärke

Cuadro 1:

Candela

Unidades SI

A partir de estas unidades básicas se pueden formar otras magnitudes.

Ejemplo

La velocidad se compone de distancia y tiempo. En un determinado espacio de tiempo se recorre cierta distancia. Es por esto que su unidad es m/s. La aceleración es el cambio de velocidad en un determinado espacio de tiempo. La unidad que la describe es m/s2.

Fundamentos

Minos

Dado que los valores de los números pueden ser muchas veces muy altos o muy bajos se utilizan ciertos prefijos. Estos prefijos se colocan delante de las unidades de medida y se utilizan, sobre todo, en cantidades de mil. Los prefijos más importantes se encuentran en la siguiente tabla:

PREFIJO V orsatz

VorSÍMBOLO satzzeichen

FACTOR Faktor

Nano

0,000 000 001

Mikro

0,000 001

Milli

0,001

Kilo

1000

Mega

1 000 000

Giga

1 000 000 000

Cuadro 2:

Prefijos de las unidades SI

Ejemplo

Una carretera se extiende a lo largo de una distancia de 5,8 km. Un kilómetro corresponde a 1000 m. Por consiguiente, la carretera tiene una longitud de 5800 m. Se recomienda que estas magnitides físicas se representen con la menor cantidad de cifras posibles después de la coma.

Ejercicio

¡Solucione el ejercicio número 25 del libro de ejercicios! Para obtener otras magnitudes físicas, las diferentes unidades básicas se combinan con fórmulas matemáticas. Para que estas fórmulas tengan validez general se sustituyen las magnitudes por letras. La letra F se utiliza para la fuerza y la M para la masa. Aunque no debemos confundir esta unidad con los metros, que se representan mediante una m minúscula. El término dimension establece la referencia a la magnitud básica. El ancho o el radio tiene la dimensión de longitud y se les asigna la unidad metro. Además, hay magnitudes físicas que no tienen dimensión porque sus unidades han ido desaparenciendo por medio de la simplificación y así se utiliza el 1. Por ejemplo, una magnitud sin dimensión es el coeficiente de la resistencia al aire.

2.1.2

Fundamentos

Minos

Ecuaciones físicas A las ecuaciones matemáticas en las que se utilizan magnitudes físicas se las denomina ecuaciones de magnitudes. Por ejemplo, la fuerza se calcula según la fórmula Fuerza = Masa · Aceleración. Una vez hayamos sustituido las magnitudes por letras obtendremos la siguiente ecuación F=m·a Si sustituimos a continuación las letras por valores podremos calcular la fuerza. Las unidades se deben anotar siempre e incluirlas siempre en el cálculo. Así podemos comprobar nuestras operaciones, ya que conocemos la unidad del resultado.

Ejemplo

F=m·a F = 1 kg · 10 m/s2 F = 10 kg · m/s2 F = 10 N En la física no se pueden realizar operaciones sin unidades. En este caso el resultado es solamente un valor y no está claro qué unidad se representa realmente. En una fuerza 10 no podemos saber si hablamos de Newton o de Kilonewton.

Fundamentos

Minos

2.2

Fuerza La fuerza se representa mediante la F. La unidad es Newton, abreviado N. La fuerza se necesita para acelerar una masa determinada. En una fórmula se puede representar de la siguiente manera: F=m·a Se necesita un Newton para acelerar una masa de un kilogramo con una velocidad de un metro por segundo cuadrado. F=m·a F = 1 kg · 1 m/s2 F=1N

Ejemplo

¿Qué masa ejerce/tiene una fuerza un Newton hacia abajo, si tenemos esta masa en la mano? La aceleración de gravedad que influye en la masa es de 9,81 m/s2. m=F/a m = 1 N / 9,81 m/s2 m = 0,1019 kg

Importante

Para describir una fuerza de forma completa, se necesitan todos los valores, es decir, el tamaño, la situación y la dirección.

F1 = F2 F1 ≠ F3

Imagen 8: Representación gráfica de fuerzas

Fundamentos

Minos

Normalmente la fuerza se representa de forma gráfica mediante una flecha. El largo de la flecha simboliza el valor de dicha fuerza. La situación de la fuerza en el espacio se determina según la dirección y el origen de ésta. A la hora de representar una fuerza como un vector normalmente se coloca una flecha sobre la letra F. En inglés, sin embargo, encontramos una raya debajo de esta letra. Los vectores de fuerza se pueden extender a lo largo de su línea de efecto. La flecha representa la dirección en la que se ejerce la fuerza. Sin embargo, no pueden desplazarse de forma paralela ya que el origen de éstos cambiaría. La fuerza F1 que vemos en la imagen corresponde a la fuerza F2, en su acción, ya que ambas fuerzas guiadas a una dirección común. Por otro lado, la fuerza F3 actua de forma diferente a la F1, ya que esta es aplicada a otro punto de ataque.

2.2.1

Suma de fuerzas Se puede dar el caso en el un cuerpo es sometido a diferentes fuerzas. Todas ellas pueden resultar en una sola. Esta fuerza se denomina fuerza resultante. Cuando las fuerzas se encuentran en la misma línea de efecto, es muy fácil unirlas. Simplemente sumando sus valores. La flecha resultante tiene la longitud de ambas fuerzas juntas. Si la dirección de las fuerzas es opuesta se resta la fuerza menor de la fuerza mayor. La flecha resultante es menor que la flecha mayor en un principio.

F3 = F1 +F2

Imagen 9: Suma de fuerzas

Fundamentos

Minos

En lo que concierne a los vectores, estos siempre se suman unos con otros, incluso si las dos flechas representan sentidos opuestos. Esto sucede porque la forma gráfica de los vectores contiene no solo el valor sino también la dirección. Gráficamente hay dos posibilidades para describir la suma de varias fuerzas que parten de un punto común. Una de ellas consiste en unir los vectores. Colocamos en extremo inicial del segundo vector en la punta del primer vector. Si unimos el extremo inicial del primer vector con la punta del segundo obtenemos otro vector de fuerza como resultado. En la segunda posibilidad se forma un paralelograma de fuerzas mediante los vectores. Los lados nuevos se encuentran paralelos a cada uno de los vectores de fuerza. El punto de partida de la fuerza resultante está en el mismo origen de fuerza que los dos vectores, el punto final se obtiene del punto de intersección de los dos lados unevos del paralelogramo. De nuevo en este caso la longitud del vector representa la fuerza resultante.

F1 F3

F1 F3 = F1 +F2 F2

Imagen 10: Suma gráfica de fuerzas

Fundamentos

Minos

Si se ejercen diferentes tipos de fuerza en puntos distintos de un cuerpo, entonces, antes de realizar la suma, se tiene que alargar la línea de efecto hasta que se encuentre un punto de intersección común. Después realizaremos la suma como ya hemos visto. Si tenemos dos tipos de fuerzas que no se encuentran paralelas hay siempre un punto de intersección. sin embargo, esto no sucede con tres o más fuerzas. Para sumar todas estas fuerzas se alargan primero dos vectores hasta que encuentren un punto en común y finalmente se suman. La fuerza que resulta de dicha operación se hace coincidir con una tercera fuerza, y, después, se suman.Si se da el caso volveremos a sumar este resultado con otra fuerza. Tenemos que tener en cuenta que la fuerza resultante contiene además las dos fuerzas que resultan del paralelogramo. Además, no se pueden formar otros paralelogramos con ellas.

F1 F1,2

F1,F2,F3

F1,2 = F1 +F2

F1,2,3 F1,2

F1,2,3 = F1 +F2 + F3 Imagen 11: Representación gráfica de muchas fuerzas

Fundamentos

Minos

Esta foma de suma no se puede aplicar en fuerzas paralelas, ya que las líneas de efectos no tiene un punto en común. Si queremos sumar fuerzas que se encuentran paralelas tenemos que hacer uso de dos fuerzas auxiliares. Estas fuerzas deben ser igual de largas pero sus sentidos deben ser opuestos. Además, deben tener su origen en el punto de partida de ambas fuerzas paralelas. Ya que tienen la misma longitud, se compensan a causa de sus sentidos opuestos. Por eso su suma siempre es cero. Ahora se suman la fuerza normal y la adicional. Ya que las fuerzas resultantes no son paralelas, tienen un punto de intersección común y se pueden sumar. Si se tienen que sumar más fuerzas paralelas, se realizará la operación de dos en dos.El resultado se sumará luego a una tercera fuerza. Además podemos utilizar la fuerza adicional hacer estos cálculos, que se anulan mutuamente. La suma de más fuerzas se realiza siempre según este principio.

F1,2

F1,h

Imagen 12: Suma gráfica de fuerzas paralelas

F2,h

2.2.2

Fundamentos

Minos

División de fuerzas La operación inversa a la suma de fuerzas es la división de fuerzas. Esta operación se utiliza para saber proporción de fuerza se encuentra en una determinada dirección. Al contrario que en la suma, en la división se sabe en qué direcciones tienen que actuar las fuerzas. Un vestor de fuerza está representado en un sistema de coordenadas con un eje X y un eje Y. Debemos determinar la magnitud de las fuerzas en dirección X y en dirección Y. Para calcular estas fuerzas, se alargan los ejes X e Y hasta que se cruzan con el principio y el final del vector de fuerza. De esta forma se crea un cuadrado en que el vector se cruza en las dos esquinas opuestas. Los dos lados del cuadrado que parten del origen del vector representan la proporción de fuerza en dirección X y en dirección Y. La longitud de varias líneas determina la magnitud de las fuerzas en ambas direcciones.

Ejercicio

¡Solucione los ejercicios número 26 y 27 del libro de ejercicios!

eje Y

Y-Achse

eje X X-Achse

Imagen 13: División gráfica de fuerzas

Minos

2.3

Fundamentos

Momento de rotación Una fuerza puede actuar sobre un cuerpo móvil exactamente en el centro de gravedad. En este caso el cuerpo experimentará una aceleración. Si la línea de acción de una fuerza no cruza sobre el centro de gravedad de un cuerpo móvil libre, entonces girará, debido a la fuerza ejercida. Ese giro viene ocasionado por el momento de rotación que se crea por el efecto de la fuerza ejercida. El momento de rotación es el producto de una fuerza y de la distancia de la línea de efecto de esa fuerza hasta el punto de gravedad de un cuerpo. La línea de fuerza se encuentra perpenticular respecto a la distancia del centro de rotación. La unidad del momento de rotación se calcula a partir de la multiplicación de la fuerza y la distancia y viene dada en newtonmetro. El momento de rotación se calcula mediante la siguiente ecuación: Momento de rotación = Fuerza · Brazo de palanca M=F·l

F M

Imagen 14: Momento de rotación

Fundamentos Ejemplo

Minos

Un tornillo tiene que apretarse con un momento de torción de 40 Nm. El destornillador mide 200 mm. ¿Con qué fuerza se tiene que apretar el destornillador para conseguir el momento de rotación que se necesita? M=F·l F=M/l F = 40 Nm / 0,2 m F = 200 N Con el destornillador tiene que ejercerse una fuerza de 200 N. Si se utiliza otro destornillador con un largo de 400mm, solamente se necesitaría una fuerza de 200 N. Sin embargo, serían necesarios 400 N si el destornillador tuviera solo 100 mm de largo. El momento de rotación se consigue aplicando no solo una fuerza. Sin embargo estas fuerzas tienen que encontrarse todas en el mismo plano. Por ejemplo, imaginemos que en vez de usar un destornillador usamos una llave de cruz para apretar o aflojar tuercas. Mientras se tira de una de las palancas, se ejerce presión en el otro lado. De esta forma podemos ver que si se producen varios momentos de rotación el momento de rotación resultante es igual a la suma de estos.

Ejercicio

¡Solucione los ejercicios número 28 hasta 30 del libro de ejercicios!

Imagen 15: Suma de momentos de rotación

Minos

2.4

Fundamentos

Equilibrio de fuerzas y movimiento acelerado Sobre un cuerpo se pueden ejercer distintas fuerzas y momentos de torsión al mismo tiempo. Sin embargo, el cuerpo se quedará quieto si todas las fuerzas y momentos de rotación se compensan. Esta condición de equilibrio la podemos representar de la siguiente manera: El resultado de todas las fuerzas en conjunto debe ser 0. F1 + F2 + ... = 0 La suma de todos los momentos de rotación debe ser también 0. M1 + M2 + ... = 0 Cuando la fuerza ascensional y la fuerza de la masa de un globo se compensan la una a la otra, este globo si subirá ni bajará. Tampoco se moverá hacia un lado si no hay viento que lo empuje.

Imagen16: Equilibrio de fuerzas

2.5

Fundamentos

Minos

La ley de palanca Una palanca es un cuerpo fijo que puede girar sobre su propio eje.Con una palanca se puede cambiar la dirección o la magnitud de una fuerza. para que la palanca se encuentre en equilibrio si como mínimo actúan dos fuerzas sobre ella. Mediante cada una de esas fuerzas se ejerce un momento de rotación alrededor de un punto de rotación. La palanca solamente está en equilibrio si la suma de los momentos de rotación ejercidos por las fuerzas es igual a 0.

Ejemplo

En una balanza hay un peso que se encuentra a una distancia de 20 cm del punto de rotación. Al otro lado de la balanza se encuentra un peso que ejerce una fuerza de 5 N. Éste último se encuentra a 50 cm del punto de rotación. ¿Qué fuerza ejerce la carga? FL · lL = FG · lG FL = FG · lG / lL FL = 5 N · 0,5 m / 0,2 m FL = 12,5 N La carga ejerce una fuerza de 12,5 N.

Ejercicio

¡Solucione el ejercicio número 31 del libro de ejercicios!

lL FL

lG FG

Imagen 17: Palanca de una balanza

Minos

2.6

Fundamentos

Presión Los gases y los líquidos que están en un recipiente ejercen presión en las paredes de éste. Así se define presión como la fuerza que se ejerce sobre una determinada área. Esta norma se denomina Ley de Pascal. p=F/A Presión = Fuerza / Área De las unidades de fuerza y área surgen las unidades de presión correspondientes, que se representan mediante N/m2. Para simplificar esta unidad se utiliza el Pascal. 1 Pa = 1 N/m2 La presión ejercida de un Pascal es muy ligera. La presión atmosférica es aproximadamente 100.000 veces mayor que esta presión. Por eso, muchas veces la presión se indica en kilopascales o megapascales. 1 000 Pa = 1 kPa 1 000 000 Pa = 1 000 kPa = 1 MPa = 1 N/mm2

Imagen 18: Principio de Pascal

Fundamentos

Minos

Aparte de las unidades SI, la unidad bar es muy usada en el sector técnico. Un bar corresponde aproximadamente a la presión atmosférica de la Tierra. 1 bar = 100 000 Pa = 10 N/cm2 La presión atmosférica es una presión absoluta. Se mide en un espacio sin presión. La presión atmosférica se representa mediante la unidad patm. Atm significa atmósfera. La presión atmosférica fluctúa dependiendo del tiempo en un espectro de 960 mbar hasta 1040 mbar. En el sector técnico muchas veces se indican presiones en forma de sobrepresiones. La e de pe significa excedens, que significar exceder. Si fijamos un manómetro a un recipiente mostrará la sobrepresión. Sin embargo, si es negativa se califica de depresión. En la superficie de la Tierra podemos encontrar hasta un bar de depresión. Para realizar operaciones se tiene que utilizar las presiones absolutas pabs. Éstas nunca serán menores a 0.

4 p [bar] 3

pe = 2bar

pabs =3 bar

pam b =ca.1 bar pe =– 0,4 bar

pabs =0,6 bar

Imagen 19: Presión absoluta y sobrepresión

Fundamentos

Minos

Al contrario que las antiguas unidades ata y atü, la unidad bar no determina si se trata de una presión absoluta o una sobrepresión. En caso de ambigüedad se debe valorar de qué tipo de presión se trata.

Ejemplo

Un cilindro tiene un pistón con un diámetro de 32 mm. La presión aplicada equivale a 6 bar. ¿Qué fuerza se ejerce sin considerar las pérdidas? Un pistón circular con un diámetro de 32 mm tiene un área de aprox. 8 cm2. p=F/A F=p·A F = 6 bar · 8 cm2 F = 60 N/cm2 · 8 cm2 F = 480 N El cilindro ejerce una fuerza de 480 N con una presión de 6 bar.

2.6.1

Ejercicio

¡Solucione los ejercicios número 32 y 33 del libro de ejercicios!

Transmisión de fuerzas Cuando hablamos de transmisión de fuerzas nos referimos a una aplicación práctica de La Ley de Pascal. En un recipiente cerrado tenemos un gas o un líquido. En las dos aperturas, que son distintas, se encuentran dos émbolos. Si hacemos fuerza con los dos émbolos se produce presión interna en el recipiente. Si los dos émbolos tienen tamaños distintos, tenemos que ejercer una fuerza mayor sobre el émbolo más grande y así lograr el equilibrio de fuerzas. La transmisión de fuerzas posibilita que de una fuerza menor ejercida sobre un pequeño émbolo se produzca una fuerza mayor sobre el otro émbolo. Las presas hidráulicas, por ejemplo, cumplen este principio. Tal y como se describe en la Ley de Palanca, el émbolo de menor tamaño experimentará mayor elevación que el cilindro más grande. Si queremos que el émbolo mayor también realice largo recorrido movemos el pequeño repetidas veces. Cuando baja se succionará más y más líquido.

Fundamentos

Minos

Para la transmisión de fuerzas se usa la siguiente fórmula: p = F1 / A1 = F2 / A2 Se puede instalar un émbolo suplementario en un recipiente. Este émbolo independiente tiene a cada lado un área del mismo tamaño. De esta forma el émbolo se mueve de igual forma, ejerciendo la misma presión en ambos lados. Este tipo de émbolos se utiliza como medio para separar presiones e impedir que se mezclen diferentes tipos de líquidos.

Ejemplo

El émbolo de menor tamaño tiene un área de 5 cm2 y el mayor de 50 cm2. Sobre el pequeño se ejerce una fuerza de 100 N. ¿Qué fuerza actúa sobre émbolo mayor, si no consideramos las pérdidas? F1 / A1 = F2 / A2 100 N / 5 cm2 = F2 / 50 cm2 F2 = (100 N / 5 cm2) · 50 cm2 F2 = 1000 N Dado que el área es diez veces más grande, se ejerce una fuerza diez veces más grande que sobre el émbolo mayor.

F1 < F2 A1 < A2

Imagen 20: Transmisión de fuerzas

Minos

2.6.2

Fundamentos

Transmisión de presión La transmisión de presión es también una aplicación de la Ley de Pascal. Supongamos que tenemos un émbolo independiente con dos áreas distintas. Tanto en la construcción como en la imagen el espacio intermedio debe tener una abertura de ventilación para evitar reservas de presión. Para que exista un equilibrio de fuerzas en los émbolos debe haber más presión en la superficie de menor tamaño que en los émbolos mayores. De lo contrario , una pequeña presión aplicada a una superficie grande es suficiente para generar una presión más alta en la superficie pequeña. La transmisión de presión se calcula de la siguiente forma: F = p1 · A1 = p2 · A2 La transmisión de una presión puede ser utilizada por ejemplo cuando se aplica aire comprimido a la superficie grande con el fín de producir una presión considerablemente más grande en la superficie pequeña, la cual actúa en un fluido hidráulico.

A1 p1

> <

Imagen 21: Transmisión de presiones

A2 p2

Fundamentos Ejemplo

Minos

El émbolo mayor tiene un área de 50 cm2 y el menor una de 5 cm2. Sobre el émbolo mayor se ejerce una presión de 5 bar. ¿Qué presión actúa sobre el émbolo menor, si no consideramos las pérdidas? p1 · A1 = p2 · A2 5 bar · 50 cm2 = p2 · 5 cm2 p2 = 5 bar · 50 cm2 / 5 cm2 p2 = 50 bar Debido a que el área es diez veces mayor, se ejerce sobre esta superficie una presión diez veces más grande de 50 bar.

2.6.3

Ejercicio

¡Solucione el ejercicio número 34 del libro de ejercicios!

Ley de los gases ideales Los líquidos tienen un cierto volumen. Los gases por el contrario siempre ocupan el espacio que está disponible. La fómula para realizar operaciones con estos gases viene relacionada con la presión, la temperatura y el volumen. El aire se puede considerar como gas ideal. p1 V1 p2 V2 = T1 T2 Cuando se usa esta fórmula se tiene que tener en cuenta que la presión debe ser presión absoluta, al igual que la temperatura. En este apartados los valores vienen dados en Kelvin, con lo que en ciertas ocasiones tendremos que realizar algunos cálculos previos. Si la presión, la temperatura y el volumen, mientras un cambio de estado, se mantienen igual en el gas, entonces los cálculos son mucho más sencillos. Si la temperatura es constante utilizaremos la siguiente fórmula: p1 · V1 = p2 · V2 Si el volumen es constante, entonces aplicaremos esta fórmula: p1 / T1 = p2 / T2 En el caso de que no cambie la prensión, entonces se aplicará esta otra fórmula: V1 / T1 = V2 / T2

Fundamentos

Minos

Ejemplo

Se comprimen 8 m3 de aire ambiente en un volumen de 1 m3. El aire succionado tiene una temperatura de 20 °C. Debido a la compresión la temperatura aumenta a 50 °C. ¿Qué presión tiene el aire comprimido? p1 V1 p2 V2 = T1 T2 p2 1m 3 1bar 8 m 3 = (273 + 50)K (273+ 20)K p2 =

1bar 8 m 3 (273+ 50)K (273+ 20)K 1m 3

p2 =

8 m 3 323 K bar 1m 3 293 K

p2 = 8,82 bar La presión calculada es una presión absoluta. Si al aire comprimido está en un recipiente, la sobrepresión es solo de unos. 7,8 bar. Si el aire comprimido se enfría a una temperatura ambiente de 20 °C después de la compresión, la presión disminuirá un poco. ¿Qué presión tiene el aire después del descenso de temperatura? El volumen no se cambia. p1 / T1 = p2 / T2 8,82 bar / 323 K = p2 / 293 K p2 = 8,82 bar · 293 K / 323 K p2 = 8 bar Debido al descenso de temperatura, la presión del aire comprimido baja a una presión absoluta de 8 bar, lo que supone una sobrepresión de 7 bar.

2.6.4

Fundamentos

Minos

Medios en movimiento Cuando un líguido o un gas fluye por una cañería, la velocidad de curso de una determinada corriente depende del perfil transversal de la tubería. Cuanto menor es este perfil, más rápido debe fluir este medio. La relación entre velocidad de flujo y persil transversal se describe mediante la ley de continuidad y se representa según la siguiente fórmula: v1 · A1 = v2 · A2 Después de que se haya alcanzado una velocidad alta en un paso estrecho la velocidad de flujo disminuye. La cantidad de energía no varia si no se conduce más energía hacia adentro o se emite hacia fuera. Dado que la alta velocidad de la energía en movimiento de este medio aumenta, disminuye respectivamente la energía de presión. La presión pude llegar a disminuir tanto, que ningún medio saldría por una abertura en el paso estrecho. Este efecto se utiliza, por ejemplo, en eyectores para crear depresiones en ventosas.

A1 v1

A2 v2

Imagen 22: Ley de la continuidad

Minos

2.7

Fundamentos

Tensión El término tensión se emplea en este apartado con relación a cuerpos sólidos. No debemos confundirlo con la tensión eléctrica. Cuando se hemos analizado las fuerzas o momentos de fuerza sobre determinados cuerpos hemos visto que los cuerpos rígidos no se deforman cuando están expuestos a cargas. Sin embargo, esta afirmación se cumple solamente cuando estos cuerpos tienen una determinada solidez. Los efectos de ciertas cargas ejercidas por fuezzas o momentos de fuerzas se denominan tensiones. Esta carga se realiza sobre una superficie determinada. La fuerza que se ejerce debido a esta carga junto a la tensión se encuentran en una dirección determinada. Por normal general se aplica: Tensión = Fuerza / Área La unidad resultante se expresa mediante N/mm2. Se distinguen dos tipos fundamentales de tensión mecánica. La tensión normal σ actúa verticalmente, es decir normal, sobre el área. Dicha área riene un corte transversal específico S. Los casos típicos en los que se producen tensiones normales se deben a cargas producidas por presión, tracción o flección. Así utilizamos la siguiente fórmula: σ=F/S Por el contrario la tensión producida por cizalladura τ actúa en el mismo área como la sección transversal observada. Estas tensiones se producen debido a cizalladuras o torsiones. Para calcular esta tensión se utiliza la siguiente fórmula: τ=F/S Las tensiones no solo aparecen en cuerpos sólidos, sino también en líquidos o gases.

Fundamentos Ejemplo

Minos

Tenemos que colgar 600 kg de un tornillo con un gancho. El tornillo con una rosca de M8 se deduce de la tabla de características de materiales con una tensión permitida de 400 N/mm2 . El corte trasversal más fino es de 30 mm2. Podrá el gancho con el perso? σ=F/S F=σ·S F = 400 N/mm2 · 30 mm2 F = 12000 N El tornillo puede soportar una carga de fuerza de 12000 N. A continuación, se calcula la fuerza del peso. La gravedad la vamos a redondear en10 m/s2. La fuerza dividia entre la masa comprende: F=m·g F = 600 kg · 10 m/s2 F = 6000 N La masa actúa con una fuerza de 6000 N sobre el tornillo. Esta fuerza es la mitad de la máxima permitida. Así, el tornillo aguantará el peso. El factor de seguridad tendrá en este caso 600 kg con el valor 2.

Minos

2.8

Fundamentos

Fricción Si dos cuerpos conectados se mueven en dos direcciones contraria se produce una fuerza de fricción entre ellos. esta fuerza se produce en la dirección contraria a la de movimiento. Es por ello que la fricción actúa como impedimento entre dos cuerpos. La fuerza de friccón se representa como FR. Su magnitud depende, por un lado, de la fuerza con la que los cuerpos rozan la superficie. Esta fuerza se ejerce de forma perpenticular a la superficie, por ello se considera fuerza normal FN. La fuerza de fricción, al igual que la fuerza normal, se expresa en Newton. Por otro lado la fuerza de fricción depende del estado de la superficie. Este valor se determina mediante el coeficiente de fricción µ. Este valor se aplica siempre a las dos superficies, y por consiguiente, no se puede aplicar a una sola superficie. El coeficiente de fricción indica en qué medida se pueden deslizar dos superficies, la una con la otra. Si se produce un mayor coeficiente de fricción el rozamiento es mayor, y, con ello, el correspondiente deslizamiento se produce de forma más costosa. El coeficiente de fricción no consta de ninguna unidad. Para calcularlo utilizamos la siguiente fórmula. FR = µ · FN La magnitud de las superficies puestas en contacto no tiene importancia a la hora de considerar la magnitud de fricción. Sin embargo, a partir de la fuerza de fricción puden actuar otras fuerzas. Por ejemplo, la fuerza de

Dirección de movimiento Bew egungsr ich tung FR

Tabla Reibfl äche Imagen 23: Fuerza de fricción

Fundamentos

Minos

Un tipo especial de fricción es la adherencia. Esta fricción actúa entre dos cuerpos conectados, que se mueven en direcciones contrarias. La adherencia dificulta el movimiento de estos cuerpos y su coeficiente de rozamiento se representa mediante µ0. El término adherencia puede resultar confuso, ya que existe movimiento. Tampoco se produce ningún cambio de energía o calor. Por eso se suele utilizar solamente el término adherencia. La fricción de deslizamiento es otro tipo de fricción. Actúa cuando dos cuerpo se rozan y se deslizan el uno con el otro. Al igual que en la fricción, el coeficiente de fricción se representa mediante µ. La fricción de deslizamiento es siempre menor que la adherencia. Por eso, los cuerpos deslizantes no pueden parar en una pendiente, una vez que están en movimiento. Otras formas de fricción son, por ejemplo, la resistencia de rodadura o la fricción de drill, que actúa cuando una esfera se mueve sobre una superficie. La fricción actúa también en líquidos y gases. Pero esta fricción es menor que la fricción entre sólidos. Por esta razón, se utilizan lubricantes para reducir la fricción entre sólidos.

Ejemplo

El remolque de una tranvía tiene frenos que se bloquean para que las ruedan no continúen en movimiento. Se debe arrastrar un vagón que ejerce una fuerza de 80 kN sobre las vías. De nuestras tablas de consultan obtenemos los valores de coeficiente de fricción 0,15 de adhesión y 0,1 para el deslizamiento de acero sobre acero. ¿Qué fuerza se necesita para mover el vagón y para seguir arrastrándolo? FR = µ0 · FN

FR = µ · FN

FR = 0,15 · 80 kN

FR = 0,1 · 80 kN

FR = 12 kN

FR = 8 kN

Se tiene que empujar el vagón con una fuerza de 12 N para moverlo. Después se necesita solo una fuerza de 8 kN para seguir arrastrándolo.

Ejercicio

¡Solucione el ejercicio número 35 del libro de ejercicios!

Minos

2.9

Fundamentos

Distancia, velocidad y aceleración A través del movimiento un cuerpo cambia de lugar en un determinado periodo de tiempo. La velocidad determina la rapidez con la que el cuerpo se desplaza de lugar a lugar. El término aceleración se utiliza para designar el cambio de velocidad.

2.9.1

Movimiento uniforme Un movimiento uniforme se caracteriza por ser un movimiento rectilíneo uniforme. Un cuerpo se mueve a una velocidad constante. Así el cuerpo recorre espacios iguales en el mismo espacio de tiempo. Según la primera ley de Newton un cuerpo se mueve con un movimiento rectilíneo cuando la suma de las fuerzas ejercidas es igual a cero. Cuando se realiza un movimiento puramente regular no se produce ninguna rotación de éste sobre su propio eje. La velocidad se calcula según la siguiente fórmula: Velocidad =distancia / tiempo v=s/t En el ámbito de la Física el tiempo se expresa con segundos y la distancia con metros. Por esta razón la unidad de la velocidad es el metro/ segundo o m/s. Sin embargo, normalmente se indica la velocidad en km/h. En ciertas ocasiones también en m/Min. Cuando nos referimos a unidades de física es mejor evitar estas medidas. Para el cambio de velocidades de m/s en km/h se usa el factor 3,6. 1 m/s = 60 m/min = 3600 m/h = 3,6 km/h Para el cambio de valores de m/s a km/h se tiene que multiplicar por 3,6. En caso contrario se tiene que dividir los valores en km/s por 3,6 para mantener el resultado en m/s.

Fundamentos Ejemplo

Minos

Un coche recorre durante cuatro horas una distancia de 360 km. ¿Con qué velocidad uniforme se mueve el coche? El resultado se debe indicar en m/s. v=s/t v = 360 km / 4 h v = 90 km/h v = 90 km/h / 3,6 = 25 m/s El coche se desplaza a una velocidad de 90 km/h. Lo que corresponde a 25 m/s.

2.9.2

¡Solucione el ejercicio número 36 del libro de ejercicios!

Ejercicio

Movimiento acelerado Si se ejerce una determinada fuerza sobre un cuerpo se modifica su velocidad. A esta modificación se la califica de aceleración. El cambio de velocidad puede acarrear una velocidad mayor o menor. La acerelación negativa se denomina desceleración. En el caso más sencillo la aceleración no se modifica en un determinado espacio de tiempo. Se trata de un movimiento acelerado. Este movimiento se calcula de la siguiente forma: Acelaración = cambio de velocidad / espacio de tiempo a = ∆v / ∆t Dado que la velocidad se divide por el tiempo la unidad resultante es m/s2. La aceleración de la gravedad es un caso especial. Se calcula de la gravedad que emiten los cuerpos. En la superficie de la Tierra existe una aceleración normal de la gravedad de 9,81 m/s2. También la rotación es un movimiento acelerado. Sin embargo, en este caso no se modifica la velocidad sino la sentido de dirección del movimiento.

Fundamentos

Minos

Ejemplo

Un paracaidista salta de un avión. ¿Qué velocidad alcanza el paracaidista después de tres segundos, si no tenemos en cuenta la resistencia del aire? Para realizar esta operación redondeamos la intensidad del campo gravitarorio a 10 m/s2. La velocidad se debe indicar en m/s y km/h. a = ∆v / ∆t ∆v = a · ∆t ∆v = 10 m/s2 · 3 s ∆v = 30 m/s = 108 km/h Después de 3 segundo el paracaidista hubiera alcanzado una velocidad de 30 m/s o 108 km/h. Sin embargo, debido a la resistencia del aire no se llega a alcanzar este valor plenamente. En este ejemplo se parte de que la velocidad inicial es 0. Pero un cuerpo puede también cambiar su velocidad en forma de aceleración o deceleración.

Ejemplo

Un tren de alta velocidad tiene una velocidad de 144 km/h o 40 m/s. Acelera durante de 20 segundos a una aceleración de 0,5 m/s2. ¿Qué velocidad final alcanza? ∆v = a · ∆t ∆v = 0,5 m/s2 · 20 s ∆v = 10 m/s = 36 km/h La velocidad aumenta de 10 m/s ó 36 km/h a en total 50 m/s ó 180 km/h.

Ejercicio

¡Solucione el ejercicio número 37 del libro de ejercicios!

Fundamentos

Minos

Si la velocidad en un principio es cero y la aceleración es uniforme, en lugar del cambio de la velocidad y el intervalo, se puede usar la velocidad final y el tiempo total para así calcular la aceleración. La fórmula se aplica de la siguiente manera: a=v/t o v=a·t Para el movimiento uniforme tenemos la siguiente fórmula: v=s/t Si la cambiamos por la distancia resulta: s=v·t Dado que la velocidad se modifica, desde la velocidad inicial 0 hasta su valor final, con una aceleración constante, se puede considerar la velocidad a la mitad de tiempo como valor del medio. Por eso se puede calcular la distancia recorrida de un movimiento uniforme de la siguiente manera: s = 1/2 · v · t Si se sustituye la velocidad por la multiplicación de la aceleración y el tiempo, se puede calcular la distancia recorrida: s = 1/2 · a · t2

Ejemplo

Un coche acelera en diez segundos de 0 a 100 km/h. ¿Qué distancia ha recorrido en este tiempo? s = 1/2 · v · t s = 1/2 · 100 km/h · 10 s s = 1/2 · 27,8 m/s · 10 s s = 139 m Mientras el coche acelera se ha recorrido una distancia de 139 m.

Ejercicio

¡Solucione el ejercicio número 38 del libro de ejercicios!

Minos

2.9.3

Fundamentos

Fuerzas de cuerpos en movimiento Isaac Newton describió, por primera vez, los principios de los movimientos. Por esta razón se los denomina Leyes de Newton. La primera Ley de Newton es el principio de la inercia y en ella se describe lo siguiente: Un cuerpo persevera en su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme en tanto que la suma de las fuerzas que le influyen sea cero. Esto significa que un cuerpo continúa en movimiento uniforme con una velocidad regular si no hay ninguna fuerza externa que actúe sobre él. El valor y la dirección de la velocidad no cambian. Esta ley se puede interpretar en el sentido contrario: La causa de cada cambio de movimiento es el efecto de determinadas fuerzas. De forma simple podríamos decir que la fuerza es la causa de la aceleración. Las fuerzas que se ejercen sobre un cuerpo pueden ser también la fuerza de la gravedad o la fuerza de fricción. La relación entre el cambio de aceleración y la fuerza se describe mediante la segunda ley de Newton: El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz impresa y ocurre según la línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime. Así se entiende que si ejercemos una fuerza dos veces mayor sobre un cuerpo se produce una aceleración también de la misma magnitud. El factor de proporción para la relación entre fuerza y aceleración se ejerce de forma constante sobre cada cuerpo. Esta magnitud es la masa del cuerpo. De esta forma se obtiene la siguiente fórmula: masa = Fuerza / aceleración m=F/a Lo que es lo mismo: F=m·a Como ecuación: 1 N = 1 kg · 1 m/s2

Fundamentos

Minos

Se necesita una fuerza de un Newton para acelerar un cuerpo con una masa de 1 kg a 1 m/s2. A esta relación se la denomina también Ley del efecto de las fuerzas. La gravedad empuja a todos los cuerpos hacia el centro de la Tierra. Con esto nos referimos a un tipo de aceleración llamada aceleración de la gravedad o intensidad del campo gravitarorio. La intensidad del campo gravitatorio se representa mediante la letra g, en vez de la letra a, que simboliza el valor general de la aceleración. La gravedad ejerce un valor sobre la Tierra de 9,81 m/s2. Para simplificar el cálculo podemos redondear esta cifra a 10 m/s2. El peso, que se representa con la letra P, es la fuerza de gravedad que actúa sobre un cuerpo. Así representa el producto de la masa del cuerpo y de la intensidad del campo gravitarorio. P=m·g Normalmente se utiliza el término peso cuando en realidad se quiere decir masa. Así, por ejemplo, se representa el peso de los cuerpos con la unidad de la masa kg. En el ámbito de la Física se recomienda utilizar el término fuerza de peso. Un cuerpo con una masa de un kilogramo ejerce en la superficie de la Tierra una fuerza de 9,81 N debido a la intensidad del campo gravitatorio. P=m·g P = 1 kg · 9,81 m/s2 P = 9,81 N Es decir, una masa de 1 kg ejerce aproximadamente un peso de 10 N.

Ejemplo

¿Qué fuerza de peso tiene un cuerpo con una masa de 100 kg en la superficie de la luna? en la luna la intensidad del campo gravitatorio es de 1,6 m/s2. FG = m · g FG = 100 kg · 1,6 m/s2 FG = 160 N El cuerpo ejerce un peso de 160 N sobre la superficie de la luna.

Ejercicio

¡Solucione el ejercicio número 39 del libro de ejercicios!

Minos

2.10

Fundamentos

Rotación Si un cuerpo sólido se mueve alrededor de un centro de rotación, todos los puntos del cuerpo se mueven en una órbita alrededor del centro de rotación. La distancia entre un punto del cuerpo y el centro de rotación se conoce como Radio de un círculo. Si un punto gira alrededor de un centro, una línea lo atravesará en un periodo de tiempo determinado, formando un ángulo, que se medirá como radián. El ángulo ϕ, necesario para la descripción de la rotación, puede calcularse mediante la longitud del arco s y el radio r del círculo. ϕ=s/r En realidad, el ángulo no tiene ninguna unidad, ya que, si dividimos una longitud por otra, las unidades se suprimen. Sin embargo, para el ángulo se aplica la unidad radián, representada mediante rad. Si la longitud del radio de una parte de la circunferencia s es igual de larga que el radio r, entonces el ángulo tiene un valor de un 1 rad. Por analogía, un punto P se mueve exactamente 1 rad alrededor del centro de rotación, si la longitud del arco corresponde al radio de la circunferencia.

D rde ehachse Eje revolución

Imagen 24: Radián

Radio r r Radius

Arco de circunferencia Kreisbogenstück s

Punto PunktPP

Fundamentos

Minos

Para una rotación completa un punto tiene que recorrer la distancia que corresponde a la circunferencia del círculo. La circunferencia tiene una longitud de 2 · π · r con relación al radio. Es por esto que el valor de la rotación completa es de 2 · π rad. Si sustituimos π por 3,14 obtendremos un resultado de 6,28 rad. La rotación se representa de la siguiente manera: s=2·π·r

Ejemplo

Un neumático tiene un diámetro de 0,5 m. ¿Qué distancia recorre un punto de la superficie del neumático, si el neumático realiza una rotación de tres cuartos? D = 0,5 m

r = 0,25 m

s = 0,75 · 2 · π · r s = 0,75 · 2 · π · 0,25 m s = 1,18 m El punto de la rueda recorre una distancia de 1,18 m. Otra posibilidad para expresar los valores de los ángulos es el uso de la unidad Grado. Si separamos un círculo entero en 360 partes, entonces un ángulo que represente un cuarto del círculo tendrá un valor de 90°. Al contrario que con la unidad Radián, esta distribución de ángulos en grados no se clasifica dentro de las unidades SI. Sin embargo, su uso está aceptado de forma general. Apliquemos las siguientes conversiones: 1° = 2 · π / 360° ≈ 0,0175 rad 1 rad = 360° / (2 · π) ≈ 57,3°

Ejercicio

¡Solucione el ejercicio número 40 del libro de ejercicios!

Fundamentos

Minos

2.10.1 Velocidad angular En el movimiento rectilíneo la velocidad es la distancia recorrida durante un determinado periodo de tiempo. De esta forma, la rotación del segmento angular sustituye el segmento de distancia. Así la velocidad angular ω de un cuerpo rotando uniformemente es el cociente del ángulo de rotación ϕ y el período temporal t. Como en la velocidad o aceleración, se usa el símbolo delta Δ para diferenciar entre distancia y tiempo. ω = ∆ϕ / ∆t de esta forma, la velocidad angular es rad/s. Dado que un ángulo no tiene ninguna dimensión, la velocidad se indica muchas veces en 1/s.

Ejemplo

Un motor eléctrico tiene un número de revoluciones de 750 vueltas por minuto. ¿Cómo es su velocidad angular? ω = ∆ϕ / ∆t ω = 750 · 360° / 60 s ω = 4500° 1/s ω = 2π · 12,5 1/s El motor tiene una velocidad angular de 2π · 12,5 1/s.

Fundamentos

Minos

2.10.2 Aceleración angular La velocidad de ángulo tampoco es siempre constante. Puede aumentar o disminuir. El término aceleración angular denomina el cambio de la velocidad del ángulo. La aceleración angular uniforme es el cambio de velocidad angular en un periodo concreto de tiempo. En este caso la aceleración angular se puede calcular según la siguiente fórmula: α = ∆ω / ∆t La unidad de aceleración angular es rad/s2 o 1/s2. La aceleración angular es positivas si el número de revoluciones aumenta. por el contrario, si disminuye, entonces será negativa.

Ejemplo

Un mecanismo de control con un gancho debe girar para deternerse de tal forma que después de 0,3 segundos alcance una velocidad de 3 rad/s. ¿Cómo es la aceleración angular? α = ∆ω / ∆t α = 3 rad/s / 0,3 s α = 10 rad/s2 Se necesita una aceleración angulaar de 10 rad/s2 para alcanzar la velocidad angular deseada dentro del espacio de tiempo indicado.

Ejercicio

¡Solucione el ejercicio número 41 del libro de ejercicios!

Fundamentos

Minos

2.11

Trabajo, energía y potencia

2.11.1 Trabajo En la Física se emplean los términos trabajo, energía y potencia en parte de forma distinta al lenguaje común. Por esta razon es posible que muchas veces los confundamos. Si arrastramos una caja por el suelo realizaremos un trabajo en términos físicos. El trabajo realizado aumenta cuando mayor sea la distancia recorrida y la fuerza empleada. Se trabajo se calcula mediante la siguiente fórmula: Trabajo = Fuerza · Distancia W=F·s La unidad del trabajo se deduce de su fórmula, es decir Newton metro Nm. Sin embargo, en vez del Newton metro utilizamos la unidad Julio, J. Realizamos un trabajo de un Julio si empujamos un cuerpo a lo largo de un metro con la fuerza de un Newton. En el sector de la Técnica, un trabajo de un Julio es muy poco. por eso frecuentemente se usa la unidad kilovatio por hora kWh. Para convertir estos valores hacemos uso de la siguiente fórmula: 1 kWh = 3,6 · 106 J = 3 600 000 J 1 J = 2,778 · 10–7 kWh

Ejemplo

Un palet de madera con sus respectivas piezas pesa 100 kg. Debe de elevarse unos 20 m. El valor de rozamiento entre el palet y el suelo es de 0,5. ¿Qué fuerza de tracción se necesita?, ¿qué trabajo tiene que realizarse? F = µ · FN = µ · m · g = 0,5 · 100 kg · 9,81 m/s2 F = 490,5 N Se necesita una fuerza de tración de 490,5 N. W=F·s W = 490,5 N · 20 m W = 9810 J Se realiza un trabajo de 9810 J ó 9,81 kJ.

Fundamentos

Minos

Si movemos un cuerpo verticalmente hacia arriba se realiza un trabajo de elevación. En este caso podemos sustituir la fuerza por la fuerza del peso. Para el cálculo del peso se usa la masa del cuerpo y la intensidad del campo gravitatorio de la Tierra. La distancia recorrida es la altura a la que se eleva el cuerpo. W=P·h W=m·g·h

Ejemplo

Un montacargas tiene una masa total de 1000 kg. Debe elevarse a una altura de 25 m. ¿Qué trabajo de elevación se necesita? W=m·g·h W = 1000 kg · 9,81 m/s2 · 25 m W = 245,25 kJ Si tensamos un muelle la fuerza aumenta con la longitud de tensión. Si se usa un muelle estándar la elásticidad aumenta de forma proporcional a la longitud de tensión. La fuerza media necesaria para tensar el muelle es exactamente la mitad de la fuerza máxima al final de la longitud de tensión. De aquí se deduce la siguiente fórmula:

Ejemplo

W = 1/2 · Fmax · s Un aparato de deportes tiene un muelle que puede tensarse hasta 0,6 m. la fuerza necesaria para esa tensión es de 400 N. Este ejercicio debe repetirse hasta 50 veces. ¿Qué cantidad de trabajo se debe emplearse? W = 1/2 · Fmax · s W = 1/2 · 400 N · 0,6 m W = 120 J Para tensar el muelle una sola vez se hace un trabajo de 120 J. Así, para 50 veces se hace un trabajo de: W = 50 · 120 J W = 6000 J = 6 kJ

Fundamentos

Minos

Como ya sabemos, para acelerar una masa se necesita una fuerza determinada. La fórmula es: F=m·a la distancia que debe ser recorrida para acelerar a una velocidad determinada se calcula mediante la siguiente fórmula: s = 1/2 · v2 / a Si aplicamos estas dos fórmulas al trabajo obtenemos el trabajo de aceleración: W=F·s W = 1/2 · m · v2 El trabajo que se necesita para la aceleración de un cuerpo a una velocidad determinada depende de la masa y de la velocidad que debe ser alcanzada. La aceleración no se utilizar para llevar cabo este cálculo. Lo que significa que la rapidez en la que se alcanza la velocidad final no es importante. Si aceleramos durante más tiempo, pero con menor intensidad se necesitará la misma cantidad de trabajo que si aceleramos muy rápido en menos tiempo. La velocidad final es el factor más decisivo. De todas maneras, todavia no hemos tenido en cuenta otro tipo de influencias, como por ejemplo la fricción. Una locomotora con una masa de 100 t debe acelerar a una velocidad de 90 km/h. ¿Qué cantidad de trabajo debe emplear? W = 1/2 · m · v2 W = 1/2 · 100 t · (90 km/h)2 W = 1/2 · 100000 kg · (25 m/s)2 W = 1/2 · 100000 kg · 625 m2/s2 W = 31,25 MJ = 8,68 kWh Se requiere de un trabajo de 31,25 MJ o 8,69 kWh para la aceleración.

Ejercicio

¡Solucione el ejercicio número 42 del libro de ejercicios!

Fundamentos

Minos

2.11.2 Energía Para ejecutar un trabajo debemos disponer de energía. Mientras se ejecuta un trabajo se acumula la energía en el cuerpo. De esta manera consideramos energía como capacidad para realizar un trabajo. La energía no se puede medir directamente, por lo que se calcula mediante el trabajo realizado. Para la energía utilizaremos la misma unidad que para el trabajo, es decir, la unidad SI Julio. Aún así se suele representar en kWh. La energía puede producirse de diferentes formas. La energía potencial y cinética son las más importantes en la mecánica clásica. Para elevar un cuerpo en contra de la fuerza de gravedad de la Tierra se tiene que ejecutar trabajo. A continuación, el trabajo se acumula en forma de energía potencial en el cuerpo. En este caso, la energía potencial es de igual valor que el trabajo realizado al elevar el cuerpo. Epot = m · g · h La energía acumulada en el cuerpo después de haber realizado esta acción se puede volver a utilizar para ejecutar más trabajo. Dado que el almacenamiento de energía se produce por haber elevado cierto objeto, podemos denominarla también energía almacenada.

Ejemplo

En una central hidroeléctrica se bombea el agua del depósito inferior al depósito superior. El depósito superior se encuntra a 150 m por encima del depósito inferior. ¿Qué energía potencial se acumula por metro cúbico? Un metro cúbico de agua tiene una masa de 1000 kg. Epot = m · g · h Epot = 1000 kg · 9,81 m/s2 · 150 m Epot = 1,47 MJ Epot = 0,409 kWh Por cada metro cúbico de agua se almacena una energía potencial de1,47 MJ o 0,409 kWh.

Fundamentos

Minos

Cuando aceleramos también debemos realizar trabajo. Después de la aceleración el trabajo ejecutado se almacena en el cuerpo como energía cinética. El valor de la energía cinética es igual al del trabajo ejercido para acelerar. La energía cinética se calcula mediante la siguiente fórmula: Ekin = 1/2 · m · v2 A la hora de calcularla debemos indicar la velocidad al cuadrado, igual que en el trabajo de aceleración. Esto implica que si doblamos la velocidad, el valor de energía acumulada se cuadruplica. El valor de la aceleración no se aplica en este cálculo.

Ejemplo

Un coche con una masa de 1.500 kg va con una velocidad de 90 km/h. ¿Cuál es su energía cinética? ¿y a una velocidad de 180 km/h? Ekin = 1/2 · m · v2 Ekin = 1/2 · 1500 kg · 252 m2/s2 Ekin = 468,75 kJ Y en el segundo caso: Ekin = 1/2 · 1500 kg · 502 m2/s2 Ekin = 1875 kJ Durante una velocidad de 90 km/h la energía cinética es 468,75 kJ, y durante de 180 km/h es de 1875 kJ. La energía cinética también está presente en las rotaciones. Además de la energía potencial y cinética, muy importantes en mecánica, hay otros tipos de energía. La energía térmica es el movimiento des organizado de átomos aislados o moléculas de una materia. La energía química se encuentra presente en los enlaces de átomos y moléculas. La energía eléctrica y magnética se produce en dichos campos. Pero aquí no vamos a contemplar estas formas de energía.

Ejercicio

¡Solucione el ejercicio número 43 del libro de ejercicios!

Fundamentos

Minos

2.11.3 Ley de la conservación de la energía En los ejercicios anteriores realizamos cálculos de energías potenciales y cinéticas. Ahora veremos que es posible transformar una forma de energía en otra sin que se modifique la cantidad de energía total. La ley de la conversación de la energía de la mecánica clásica dice que la suma de la energía potencial y energía cinética siempre es constante. E = Epot + Ekin = constante En primer lugar descartamos la fricción. Aunque si la tomamos en cuenta, una gran parte de la energía se transformará en calor. En general la ley de la conversación de la energía dice que en sistema aislado la cantidad total de energía siempre no se modifica. esto implica que en un sistema cerrado no se puede producir o destruir energía. Solamente se puede transformar de un tipo a otro. Así vemos que en un sistema cerrado no se produce ningún tipo de intercambio entre energía, materias o información con el medio ambiente, es decir, que no tiene lugar ninguna acción recíproca.

Ejemplo

Un coche circula por un camino recto con una velocidad de 90 km/h, Si el coche sube una montaña con el motor apagado y toda su energía cinética se transforma en energía potencial. ¿Qué altura puede alcanzar el coche? Epot = Ekin m · g · h = 1/2 · m · v2 g · h = 1/2 · v2 h = 1/2 · v2 / g h = 1/2 · 252 m2/s2 / 9,81 m/s2

Fundamentos

Minos

2.11.4 Potencia En el término trabajo no se tiene en cuenta la velocidad. Si incluimos el tiempo en el trabajo que se realiza, entonces tendremos la potencia. La potencia se define como cantidad de trabajo realizado por unidad de tiempo. Potencia = trabajo/ tiempo P = W / ∆t La unidad de la potencia es el Julio por segundo. Sin embargo, utilizaremos vatio W. Se necesita una potencia de un vatio para hacer un trabajo de un julio durante un segundo. En el sector técnico se utiliza normalmente potencias de kilovatio. Mediante pequeñas propulsiones se pueden producir potencias en calidad de milivatio. La unidad CV no se incluye en el sistema de unidades SI. Sin embargo se utiliza constantemente en el día a día. La conversión se corresponde con: 1 CV = 0,735 kW 1 kW = 1,36 PS Si se sustituye en el cálculo de la potencia el trabajo por el cálculo de la fuerza y distancia, se obtiene siguiente fórmula para calcular la potencia: P=F·v Así se puede calcular la potencia por el producto de la fuerza y la velocidad. Para tirar un remolque a una velocidad de 90 km/ha se necesita una fuerza de 500 N. ¿Qué potencia se necesita?

Ejemplo

P=F·v P = 500 N · 25 m/s P = 12,5 kW Se necesita una potencia de 12,5 kW.

Ejercicio

¡Solucione el ejercicio número 44 del libro de ejercicios!

Fundamentos

Minos

2.11.5 Eficiencia energética La eficiencia energética viene dada por la relación entre la potencia emitida y recibida. El rendimiento se presenta por medio de la letra griega. η = Pab / Pauf La eficiencia energética es una magnitud física sin dimensiones. Para poder indicar su porcentaje se multiplica por 100. La eficiencia energética nunca puede ser menor de 0 ó mayor de 1 (ó 100 %). La parte que falta se considera como perdida, aunque en realidad se ha transformado en calor. Si consideramos muchas máquinas que trabajan una detrás de la otra se multiplicará la eficiencia energética de todas ellas juntas. La eficiencia energética total siempre es menor que el menor rendimiento calculado de forma individual. Para dispositivos térmicos, tales como estaciones de suministro de calor, una parte del calor realmente perdido puede ser utilizada para otras funciones, tales como la generación de calor de distrito. Esto incrementa el facto de eficiencia total, el cual es indicado en éste caso como un factor de eficiencia de facilidad.

Ejemplo

Un matillete de taladrar eléctrico tiene un consumo de poder de 900 W. La cantidad de poder prodicida tiene como total 540 W. Cuál es factor de eficiencia del dispositivo? η = Pab / Pauf η = 540 W / 900 W η = 0,6 La eficiencia energética tiene un valor de 0,6 ó 60 %.

Minos

2.12

Fundamentos

Termología

2.12.1 Temperatura La temperatura de un cuerpo sólido, un líquido o un gas supone la media de energía de los átomos o moléculas independientes. Normalmente la temperatura se indica en grados Celsius °C. La temperatura se define mediante los valores 0°C, el punto de fusión, y 100 °C, el punto de ebullición del agua. Este paso de estado sólido a estado líquido o estado gaseoso se establece con una presión de 1013,25 mbar. Esta presión se identifica al igual como presión normal. El intervalo entre el punto de fusión y el punto de ebullición se divide en cien parte iguales . Si la temperatura se indica en °C , se utilizará en la fórmula t. Si nos guiamos por el sistema de unidades SI, utilizaremos entonces la letra T. La unidad de temperatura es el Kelvin K. La temperatura más baja viene dada por el valor 0 K. Por esta razón, el movimiento de átomos y moléculas independientes es igual a cero. El valor de temperatura de 0 K se corresponde con –273,15 °C. En la escala de grados Celsius no existe un nivel de temperatura inferior. La diferencia entre temperatura coincide si comparamos las dos unidades. Entre el punto de fusión y el punto de ebullicón del agua hay una diferencia de 100 K. Así podemos calcular el valor de la temperatura para el punto de fusión de 273,15 K, y de ebullición de 373,15 K. La conversión de valores se realiza mediante la siguiente fórmula: T = t + 273,15 Donde vemos T se coloca una K , y en t, °C. Si buscamos un resultado que no sea tan exacto pordemos redondear esta cifra a 273. En Física se indica la diferencia de temperatura en K, aunque normalmete se utilizan los grados Celsius. La unidad Kelvin se necesita, sobre todo, para realizar ciertos cálculos. En esta unidad solamente se aceptan valores positivos. Trabajar con °C siempre puede provocar ciertos errores.

Fundamentos Ejemplo

Minos

El punto de ebullición del Nitrógeno se produce a –195,8 °C. ¿Qué temperatura es en Kelvin? T = –195,8 °C + 273,15 T = 77,35 K El nitrógeno cambia del estado líquido al estado gaseoso a una temperatura de 77,35 K.

2.12.2 Dilatación de cuerpos sólidos Cuando los cuerpos sólidos se calienta se produce una dilatación en todas direcciones. Normalmente es muy importante como se comporta la longutud del cuerpo en el cambio de temperatura. El calculo del cambio de longitud se realiza mediante la siguiente fórmula: ∆l = α · l0 · ∆T En esta fórmula α es el coeficiente de dilatación, que depende del material, l0 es la longitud inicial y Δ T es la diferencia de temperatura. Podemos encontrar el coeficiente de dilatación de otros materiales en las tablas de consulta y se indica en 1/K.

Ejemplo

El raíl de una vía ferroviaria tiene una longitud de 20 m. Su temperatura aumenta a 30 K debido al calientamiento del sol. El coeficiente de dilatación de hierro es de 0,0000123. ¿En qué medida se ha modificado su longitud? ∆l = α · l0 · ∆T ∆l = 0,0000123 1/K · 20 m · 30 K ∆l = 0,0074 m = 7,4 mm EL raíl se dilata un total de 7,4 mm durante el calentamiento.

Fundamentos

Minos

2.12.3 Dilatación de los gases Los gases también se dilatan cuando se calientan simpre y cuando su volumen se lo permita. Si el volumen permanece inalterable, entonces aumenta la presión del gas. El cambio de volumen a presión constante se puede calcular de la misma manera que el cambio de longitud en los sólidos. Para ello utilizamos la siguiente fórmula: ∆V = γ · V0 · ∆T El cambio del volumen se calcula mediante el coeficiente de dilatación, el volumen inicial y la diferencia de temperatura. A diferencia de los sólidos, todos los gases se dilatan casi de la misma manera. Por eso, en la práctica, se puede usar el siguiente valor para el coeficiente de dilatación: γ = 1/273,15 1/K = 0,003661 1/K Sin embargo, según esta fórmula un gas que tiene una temperatura de 0 K, tendría también un voumen cero. Por esta razón tomamos el valor γ para los gases ideales que no cambian a estado líquido a bajas temperaturas. En la práctica, los gases se consideran casi siempre gases ideales, sobre todo el aire

Ejemplo

En una habitación tenemos 50 m3 de aire. LA temperatura del aire aumenta en 20 K. ¿Cuánto aire tiene que salir de la habitación para que la presión se mantenga constante? ∆V = γ · V0 · ∆T ∆V = 0,003661 1/K · 50 m3 · 20 K ∆V = 3,661 m3 Si el aire se calienta 20 K el volumen aumenta 3,661 m3. Como ya hemos mencionado, cuando los gases se calientan aumenta la presión, siempre y cuando el volumen no se altere. Para ello utilizamos la siguiente fórmula: ∆p = γ · p0 · ∆T Esta fórmula se aplica sobre todo a los gases ideales.

Fundamentos

Minos

2.12.4 Energía térmica y capacidad calorífica Cuando calentamos un cuerpo se le inyecta energía. La energía se almacena en el cuerpo siempre y cuando la temperatura no varíe. El cuerpo también desprende energía para poder refrescarse. La energía términa que se encuentra en un cuerpo se representa con la letra Q, y, al igual que las demás, se indica en Julios o kWh. La cantidad de energía que es necesaria para calentar un cuerpo sepende del material de éste, de su masa y de la cantidad del cambio de temperatura. Para ello utilizamos la siguiente fórmula: Q = c · m · ∆T La capacidad calorífica específica c depende del material del cuerpo. Tiene la unidad J/(kg•K). Su fórmula correspondiente es: C = Q / ∆T = c · m

Ejemplo

¿Cuánta energía es necesaria para calentar un kilogramo de agua de 20°C a 70°C? La capacidad calorífica específica de agua es de 4180 J/ kgK. Q = c · m · ∆T Q = 4,18 kJ/kgK · 1 kg · 50 K Q = 209 kJ Para calentarla se necesitan 209.

Ejercicio

¡Solucione el ejercicio número 45 del libro de ejercicios!

Minos

Fundamentos

Dibujo técnico

3.1

Fundamentos del dibujo técnico

3.1.1

El dibujo técnico como medio de comunicación de la Técnica Hoy en día los productos no se fabrican por una sola persona, sino que se distribuyen en un amplio campo de trabajo. Durante el desarrollo los productos son esbozados por distintos departamentos y fabricados en distintos talleres. La producción puede llevarse a cabo incluso en distintos talleres. Los componentes son piezas normalizadas y también se pueden adquirir a ciertos proveedores. Para evitar malentendidos se debe mantener una comunicación clara y fidedigna entre el personal y los departamentos. Pese al uso de la informática moderna el dibujo técnico juega un papel muy importante en la comunicación y transmisión de información. El dibujo técnico posibilita la representación de una pieza tridimensional según las medidas originales bidimensionales. Todos los datos necesarios para la producción están contemplados en el dibujo técnico. Por ejemplo dentro de este área encontramos: – – – – – –

medidas y tolerancias, datos de superficie, materiales utilizados, tratamiento térmico, protección anticorrosiva, instrucciones de montaje.

Para que cada técnico u operario pueda entender estos datos, deben amplicarse, dentro del dibujo técnico, ciertos reglamentos. Este reglamento se conocen como estándares del dibujo técnico. A través de esta normalización se posibilita la estandarización de las tareas repetitivas. Dentro de estas tareas encontramos: – Elaboración de dibujos técnicos, – Determinación de normas, modelos y tamaño de piezas normalizadas, – Determinación de medida de acoplamiento, – Determinación de procesamiento de ensayo, – Determinación de denominaciones.

Fundamentos

Minos

Esta normativa representa el reglamento en el ámbito del dibujo técnico. Mediante su uso se posibilita el intercambio de información y productos. Podemos dintinguir diferentes normas con distintos campos de aplicación. Normas DIN El Instituto Alemán de Normalización (asociación registrada) establece las normas DIN. Los contenidos se desarrollan por varios comités de normativa, en los que representantes de la industria, la investigación y representaciones de intereses de administraciones participan en conjunto. Estas normas Din se pueden adquirir en la editorial Beuth. Normas ISO Las normas ISO son válidas en el ámbito internacional. Se han desarrollado por parte de la Organización Internacional para la Estandarización. El Instituto Alemán de Normalización es socio de la ISO en representación de Alemania. A través de las normas ISO, se promueve el trabajo conjunto en el área técnica.A parte de las normas técnicas, hay, por ejemplo, también normas para la gestión de calidad, por ejmplo el ISO 9000. Normas EN El Comité Europeo de Normalización es responsable de las normas europeas.Las normas DIN EN son válidas ante todo en Europa Occidental. Se han elaborado considerando las normas ISO y se aplican en todos sectores técnicos, excepto en la electrotécnica y telecomunicación. El Comité Europeo de Normalización Electrotécnica y el Instituto de Normas de Telecomunicaciones son responsables de estos dos últimos sectores.

3.1.2

Tipos de planos Los requisitos de un determinado proyecto pueden ser muy diferentes. Por este motivo se diferencia entre distintos tipos de diseños. Estos tipos de dibujos los podemos encontrar en DIN 199, apartado 1. La distinción puede acontecer según distintos aspectos. A continuación vamos a explicar los aspectos más corrientes. Los términos específicos no se explican de forma detallada.

Minos

Fundamentos Tipo de representación Según el tipo de representación se distingue entre bocetos y planos. Los bocetos no tienen ninguna escala. Muchas veces se realizan a mano. Se los dibuja normalmente con un lápiz. Por el contrario un plano es una representación gráfica que consta de líneas. Todos los planos que se necesitan para la representación o producción de un objeto se resumen en un juego de planos. Tipo de fabricación/ ejecucción En primer lugar se distingue entre el dibujo original y sus reproducciones. El original es el modelo de las reproducciones y así la versión del plano vinculante. El original se puede elaborar según la manera clásica con lápiz o tinta china. Sin embargo, hoy en día los planos se diseñan con programas informáticos. También aquí tenemos que tener en cuenta que las modificaciones del diseño se realicen en el plano original. Contenido del plano El plano en completo representa una máquina, una instalación o una herramienta ya montada. El plano de grupos muestra, según una escala, la situación espacial y la forma de las partes que forman ese grupo en concreto. Una parte en concreto sin su situación espacial con respecto a otra parte se representa mediante un plano de detalle. Función del plano En un boceto se muestran partes de las que todavía no se sabe exactamente cómo van a ejecutarse. Las cotas para la producción de una parte o de su montaje vienen dadas en el plano de ejecución. El plano de ejecución se divide en planos de detalle para el procesamiento y para los planos de ensamblaje, que sirven para llevar a cabo los procesos de montaje. los planos de taller muestran la pieza en su estado final pero no cintiene todos los datos para su producción. Además se distinguen planos para la realización de ofertas y planos para la creación de patentes.

3.1.3

Fundamentos

Minos

Formato de papel La norma DIN 476 determina la disposición de los formatos de papel. El formato de partida es A0, un rectángulo con un área de 1 m2. La relación entre los dos lados es 1 : √2, así el lado mayor es 1,4142 veces más grande que el lado menor. Los formatos de papel se establecen en DIN 67771 T6. . Si se divide el formato A0 por la mitad se obtienen dos partes iguales,que forman el segundo formato más grande, el A1. Si se continúa dividiendo resultan los demás formatos A2, A3, A4, A5, A6, y otros más pequeños. Para escribir o para imprimir un folio normal se utiliza A4. Los formatos de los folios individuales se redondean a milímetros enteros. Así los tamaños son los siguientes: A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7

841 x 1189 mm 594 x 841 mm 420 x 594 mm 297 x 420 mm 210 x 297 mm 148 x 210 mm 105 x 148 mm 74 x 105 mm.

A0 841x1189 mm

A1 A4 A3 A6

A7 Imagen 25: Formatos del papel

Fundamentos

Minos

Se puede usar los formatos de papel vertical u horizontalmente. El tamaño A4 se usa preferentemente en formato vertical. Además de los formatos de papel de la serie A, hay una serie B, C y D. Los formatos de la serie B se calculan por el medio geométrico de la serie A. Así el formato B0 se obtiene del formato A0 y el formato doble 2A0. De esta manera B0 es: B0 = √A0 x √2A0 B0 = √(841 mm x 1189 mm) x √(1189 mm x 1682 mm) B0 = 1000 mm x 1414 mm. La serie C se forma del medio geométrico de lados iguales de los mismos formatos de la serie A y B. C0 = √(faz pequeña) A0 x B0) x √(faz grande) A0 x B0) C0 = √(841 mm x 1000 mm) x √(1189 mm x 1414 mm) C0 = 917 mm x 1297 mm. Finalmente la serie D se produce del medio geométrico de los valores del formato A y los siguiente valores de los formatos B más pequeños. D0 = √A0 x √B1 D0 = √(841 mm x 1189 mm) x √(707 mm x 1000 mm) D0 = 771 mm x 1091 mm En total, con los mismos valores, el formato B es mayor que el formato A. Los formatos C se encuentran entre la serie B y A. Los formatos de la serie D son los menores.

Ejemplo

B0 = 1000 x 1414 mm C0 = 917 x 1297 mm A0 = 841 x 1189 mm D0 = 771 x 1091 mm B4 = 250 x 353 mm C4 = 229 x 324 mm A4 = 210 x 297 mm D4 = 192 x 272 mm Los formatos en Norteamérica se miden en pulgadas.

3.1.4

Fundamentos

Minos

Campos de escritura y lista de piezas Para todos los planos técnicos se establecen campos de escritura . Este campo de escritura se especifica siempre en la parte inferior a la derecha. El campo de escritura principal tiene un ancho de 187 mm y una altura de 55 mm. Estas medidas las determina la norma DIN 6771, parte 1. Desde el año 2004 este DIN se ha sustituido por DIN EN ISO 2700. En la parte izquierda del campo de escritura principal se registran las modificaciones. Además se añade la fecha de modificación y el nombre del trabajador. El campo superior de mayor tamaño está a libre disposición. En la parte inferior del centro se escribe el nombre de la empresa. En la superior se escribe la fecha de la elaboración y el nombre del trabajador, al igual que la fecha de inspección y del trabajador responsable de ella. Por encima se encuentran otros campos para posibles anomalías permitidas y para la superficie de la pieza. En la parte derecha del campo de escritura se encuentra el número de plano. Y a su derecha se añade de cuántas hojas consta el plano.

Área de destino (Verwendungsbereich)

Variación (Zul. bw. A )admisible

Área (O berfläche)

Escala M aßstab

Peso (G ewicht)

(Semiproducto W erkstoff ,H albzeug) (Pieza R ohtei l-N r) bruta (Número M odell -oder G esenk-N r) de modelo

fecha Datum

Nombre N am e

denominación ( Benennung)

Adapt. Bearb. Verif. G epr.

Norma N orm

Empresa creadora del dibujo (Fir ma des Zeichnun gsers tell ers)

est . cambios Zust Änderung

fecha Dat um

Nom

N am e

Origen

(U rspr.)

papel Bl att

número de dibujo ( Zeichnun gsnu mm er)

elaborado por

(Ers.f.:)

elaborado (Ers.d.:) mediante

Bl.

Imagen 26: Encabezado del plano

Minos

Fundamentos Más arriba se apunta la denominación de la pieza dibujada. El material de la pieza se escribe en la casilla superior. Arriba del todo, en la parte derecha del recuadro, se encuentra la escala y a su derecha el peso de la pieza. En caso de que se necesite otras casillas para introducir más información se pueden añadir otros campos. Las piezas individuales de un módulo de construcción o del producto completo se citan en las listas de piezas. Se pueden encontrar en los planos generales encima del campo de escritura o se las representa de forma especial. Las listas de piezas incluyen, al igual que los planos, determinados campos de escritura. Para listas de pieza de formato A se usan folios del formato A4 ó A3 en vertical. En los campos se escriben los siguientes datos: – – – – – –

Posición, Cantidad, Unidad, Denominación, Número de serie, Observaciones

Las listas de piezas del formato B solamente se reproducen en el formato A4 en horizontal. En los campos se escriben los siguientes datos: – – – – – – – –

Posición, Cantidad, Unidad, Denominación, Número de serie, Material, Peso en kg/unidad, Observaciones.

3.1.5

Fundamentos

Minos

Escalas A la hora de delinear piezas normalmente no es posible reproducirlas en tamaño real. Un edificio entero no se puede plasmar en papel, o, por el contrario, las piezas de un reloj pueden ser tan pequeñas que no se podría reconocer ninguna de ellas. En otros casos simplemente no tendría sentido representarlas a tamaño real. Para representar objetos grandes en un dibujo, se los dibuja reducidos. Por el contrario, los objetos pequeños se agrandan. Para la ampliación y la reducción existen escalas fijas. De esta manera se usa el mismo patrón para planos de ampliación y de reducción. Las escalas se normalizan de acuerdo con DIN ISO 5455. Su valor es siempre un múltiplo decimal de 1, 2 und 5. Las piezas que se dibujan a tamaño real tienen la escala 1:1. Lo que significa que cada milímetro de dibujo corresponde a un milímetro del original. La reducción de objetos de grandes dimensiones puede realizarse en 1:2. Así un milímetro del dibujo corresponde a dos milímetros del original. De esta manera el plano corresponderá a la mitad del tamaño real. A modo de ejemplo podemos usa las siguientes escalas: Tamaño real:

Ejercicio

1:1

Reducción:

1:2 1:20 1:200

1:5 1:50 1:500

1:10 1:100 1:1000

Ampliación:

2:1 20:1 200:1

5:1 50:1 500:1

10:1 100:1 1000:1

¡Solucione el ejercicio número 46 del libro de ejercicios!

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Fundamentos

3.2

Representaciones de planos

3.2.1

Vistas Cuando se delinean los planos no basta con representar solo una cara, dado que no es suficiente para reflejar todos los datos necesarios. Este objeto debe constar en diferentes vistas. La representación de las diferentes vistas acontece si doblamos de forma ficticia una pieza en una hoja de papel. Según sea su posición se tomará la vista siempre desde arriba. En primer lugar se toma la vista frontal. Las dos vistas laterales se originan cuando nos imaginamos el objeto sobre la hoja a la izquierda y luego a la derecha. La vista superior se dibujo en la parte inferior. Si estos datos no son suficientes se puede añadir la vista posterior desde la derecha y la vista inferior desde arriba. Aún así se facilitarán solamente las vistas que contengan datos adicionales que hasta ahora no habían sido representados. Cada divergencia de la representación original tiene que indicarse siempre.

Imagen 27: Vistas

3.2.2

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Tipos y espesores de línea En el dibujo técnico se aplican diferentes espesores de líneas, al igual que podemos encontrar distintos tipos. Así conseguiremos que sean claras y bien definidas. Independientemente del formato del plano, se utilizan solamente dos espesores. Aparte de estos dos, se conoce un tercer tipo de espesor que se aplica a la rotulación. El grupo de líneas 1 se utiliza en un plano de formato A1. Su espesor viene dado en 1,0 mm. Para las líneas más finas se usa el espesor 0,5 mm. Para los rótulos se toma 0,7 mm. En un plano de formato A4 se utiliza el grupo de línea 0,5. Así tienen las líneas más gruesas un 0,5 mm de espesor, y las finas, 0,25 mm. Las líneas de los rótulos tienen un espesor de 0,35 mm. Para hacer los bordes más visibles se utilizan líneas llenas y gruesas. La profundidad del filete y la púa de la rosca también se dibujarán con esta línea. Las líneas llenas y finas se emplean para delinear cotas o líneas auxiliares. Los grabados también se realizan con líneas llenas y delgadas, al igual que el fondo de rosca. Las líneas llenas e irregulares son también finas. Son usadas para demarcar el trazado de una cruz. las líneas de trazos cortos se utilizan para contornos ocultos, y así, no visibles y son también delgadas. Las líneas centrales son líneas de trazos y puntos. También los círculos graduados de engranaje o los círculos de agujeros se representan de esta manera. Estas líneas son también finas. Sin embargo, una línea gruesa de trazos y puntos indica, por ejemplo, un sistema térmico que se quiere integrar en el proyecto. Además hay líneas de trazos y dobles puntos, que, por ejemplo, representan el límite de piezas móviles.

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3.2.3

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Acotamientos No todas las dimensiones de un cuerpo son visibles. Para poder representar los contornos interiores debemos acotar una pieza. Las superficies que se han dividido son de trazos finos. Dado que los contornos de los cortes representan el límite del cuerpo, se dibujan con una línea llena y gruesa. Los esgrafiados se realizan siempre en un ángulo de 45°. Si varias superficies cortadas chocan entre sí, entonces se debe dibujar el esgrafiado en el ángulo opuesto, o, por el contrario, se debe cambiar las líneas del esgrafiado. Todas las superficies acotadas de todas las áreas cortadas que forman parte de un cuerpo se sombrean de la misma manera. Sin embargo, en el caso de uqe no se identifique con claridad el corte, entonces debe anyadirse una línea de corte en una vista sin cortes. Para este ejemplo utilizamos una línea de trazo y punto ancha. Para la línea del trazado de corte se dibujan flechas fuera de la pieza. Estas flechas representan la dirección desde la que se observa el área cortada. A cada flecha se le designa una letra. Si la línea de intersección no es recta, sino opuesta, se tienen que representar también los pliegues.

Imagen 28: Esgrafiado

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Con la representación del corte se determina la dirección de la vista. Así, por ejemplo, el corte A-B significa que el dibujo del corte representa la pieza cortada siguiendo la línea de intersección, a las que se les han asignado las letras A y B. Sin embargo, no se representan todas las piezas que pertenecen al montaje. Por ejemplo, no se cortan: – – – – – – –

Tornillos, tuercas y arandelas Remaches y pernos Ejes Bolas o rodillos de rodamiento Lengüetas de ajuste y clavijas Dientes de ruedas dentadas Nervaduras o nervios

También se puede dibujar solo una parte de la pieza de forma cortada. El área cortada puede acotarse por una línea central o una línea a mano alzada.

Sección A-B

Imagen 29: Acotamientos

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3.3

Fundamentos

Inscripciones de medidas en dibujos Un dibujo debe contener, además de la representación de la pieza, diferentes proporciones. Las leyes se normalizan mediante DIN 406. Las dimensiones principales son la longitud, ancho y la altura. Como dimensiones de fabricación se tomarán simplemente aquellas que se necesiten para la producción. Las medidas que son necesarias para la acción de conjunto de varias piezas se califica de cotas de función y medidas de acoplamiento. Las cotas de inspección son las medidas que se tiene que ensayar.

3.3.1

Líneas de medida, líneas adicionales y cotas A la hora de registrar las cotas en el plano se utilizan las líneas de dimensiones (medida). Para ello se emplean líneas llenas estrechas. Sin embargo, no se puede utilizar líneas intermedias o contornos como líneas de medida.Las líneas de medida deben estar 10 mm alejadas del cuerpo. Una línea de medida puede dibujarse 7 mm alejada de la otra. Al final de las líneas de medidad se dibujan flechas de medidad. Son flechas llenas y estrechas. La longitud de la flecha de medidad corresponde al quíntuplo del grosor de la línea. Pero también se pueden usar trazos oblicuos o puntos como fin. Sin embargo, en un dibujo se puede usar solo un típo de acotación de las líneas de medida. Las líneas de medida se dibujan en el contorno del cuerpo que debe medirse. Si no es posible se usan líneas auxiliares/adicionales de medida, que sirven para aplazar o alargar las líneas de medida en paralelo. Las líneas de medida auxiliares deben sobresalir en 2 mm por encima de las líneas de medida. Sin embargo, nunca debemos trazalas de una vista a otra. Para la inscripción de las medidas se utiliza la norma DIN 6776. Las cotas se introducen junto a las líneas de medida. Todas las medidas se indican en mm. por este motivo en el dibujo técnico no se conocen unidades concretas. Cuando las cotas junto a las líneas de medida deben introducirse de derecha a izquierda o desde la parte inferior. Las cotas que se hayan modificado y que no se ajusten a la escala se subrayan. Las cotas de inspección se senyalan mediante un círculo. En los planos hechos por medio del programa CAD encontramos cotas introducidas sobre las líneas de medida. Además, las flechas pueden

3.3.2

Fundamentos

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Peculiaridades de la medición Con líneas de medida y líneas adicionales se puede acotar fácilmente cantos rectos. Sin embargo, para contornos redondos y esferas se necesitan otras reglas de medición. En los radios se escribe la letra R delante de la cota. La flecha de medida indica la dirección del contorno redondo. El otro extremo de la flecha debe cruzar el centro del círculo. Solamente se dibujará el centro del círculo si realmente es necesario para la producción. Si la representación del contorno redondo no se puede reconocer usaremos entonces el símbolo Ø como cota. Si el centro del círculo se encuentra demasiado lejos como para poderlo representar en el plano entonces se reduce la línea de medida mediante un corto desplazamiento perpenticular. En radios pequeños el intervalo entre el centro y el radio no basta para indicar la flecha de medida y la cota. En este caso se añade la flecha de medida y la cota fuera al radio. Normalmente no se pueden identificar los radios de los bordes en el plano. Por eso se los dibuja sin centro. Así se indica solo la flecha de medida con la cota para el radio del borde que se quiere representar. En esferas se escribe el signo de diámetro Ø enfrente del número la cota. Pero si el centro no se representa, se usa en lugar de esto la letra R.

Imagen 30: Medidas de contornos redondos

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Fundamentos El área de los rectángulos se puede marcar con cruces diagonales. Es especialmente necesario cuando este área tiene que ser perceptible y no lo es. Para la cruz diagonal se usan líneas llenas estrechas. Si se utilizan dos áreas opuestas de rectángulos en una parte circular para colocar una llave de tuercas, entonces se indicará el ancho de la llave mediante SW. Algunas piezas tienen áreas oblicuas. En el caso del cono las áreas de sección transvesal circular cambian uniformemente. El cambio uniforme de una sección transversal prismática se califica como disminución. Como ejemplo tenemos un cuerpo piramidal. El desnivel es el cambio de un solo lado de la sección transversal. La medición puede realizarse mientras se indica el ángulo o la relación de elevación. Según la DIN 254 se debe usar los siguientes conos: Conos desmontables: 1:3 1:5

9° 27´ 44´´ 5° 42´ 38´´

Conos de retención automática: 1:10 1:20 1:30 1:50

2° 51´ 45´´ 1° 25´ 56´´ 0° 57´ 17´´ 0° 34´ 23´´

Cuando se usa una indicación de la relación de elevación se escribe un triángulo enfrente de los números. Este triángulo tiene que indicar en la dirección de la inclinación.

100

3.4

Fundamentos

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Acabados de superficies Durante la fabricación de una pieza más o menos profunda se producen ranuras, estrías o desniveles. La cualidad se determina por la cantidad y la profundidad de estos desniveles. El término rugosidad describe la cualidad de la superficie. Una superficie lisa consta de muchas ranuras pequeñas. Cuanto más profundas sean estas ranuras y, así, más grandes, peor es la calidad de la superficie. La profundidad de los desniveles se denomina profundidad de rugosidad Rt y representa la distancia del alto de la ranura hasta su punto más profundo. La rugosidad viene dada en µm, es decir, en milésimas de milímetros. Pero esta indicación de rugosidad corresponde solo a la profundidad. Dado que la superficie contiene un gran número de desniveles, se resumen todas las particulares relativas a la rugosidad a un valor. La norma DIN 4768 contiene dos magnitudes para medir la rugosidad. La rugosidad media Ra indica el promedio aritmético de todas las rugosidades a lo largo de una distancia determinada. Así se suman todas las rugosidades y, a continuación, se divide la suma por la cantidad de rugosidades. Las rugosidades que son muy profundas y que raramente aparecen no tienen tanta importancia en estas operaciones. Para calcular el promedio de profundidad de rugosidad Rz , la distancia determinada es dividida en cinco distancias parciales iguales. La profundidad de rugosidad de cada distancia medida se suman, después se dividen entre el numero de medidas. También se puede indicar los valores de rugosidad media Raen categorías de rugosidad N. Un valor más alto de categoría de rugosidad significa que la superficie es más rugosa. Los siguientes valores de rugosidad media Ra corresponden a las categorías de rugosidad: Valor de rugosidad medioRa (in µm)

N° de categoría de rugosidad:

50 25 12,5 6,3 3,2 1,6 0,8 0,4 0,2 0,1 0,05 0,025

N12 N11 N10 N9 N8 N7 N6 N5 N4 N3 N2 N1

101

Minos

Fundamentos Las diferentes cualidades de la superficie resultan de los diferentes procesamientos de fabricación. Los siguientes valores de rugosidad media Ra nos dan algunos ejemplos. Los valores que se encuentran entre paréntesis se utilizan solamente en condiciones de producción especiales. Formas de muestra: Fundición de molde de arena Fundición bajo presión Fundición fina

12,5 - 50 3,2 - 50 (0,8) 1,6 - 3,2 (6,3)

Conformaciones: Forjado en estampa Embutición profunda Extrusión

(0,8) 3,2 - 12,5 (25) (0,2) 1,6 - 3,2 (6,3) (0,8) 3,2 - 12,5 (25)

Separación: Cilindrar Refrentado Limar Taladrado Lijado

102

(0,2) 0,8 - 12,5 (50) (0,4) 0,8 - 12,5 (50) (0,4) 1,6 - 12,5 (25) (1,6) 6,3 - 12,5 (25) (0,1) 0,4 - 3,2 (12,5)

3.4.1

Fundamentos

Minos

Mención de las características de la superficie en el dibujo Las superficies se marcan con símbolos según la DIN ISO 1302. El símbolo indica el grado de rugosidad de la superficie, como se ha tratado y, por ejemplo, si se ha pintado o no. El símbolo básico que solamente es comprensible con complementos se presenta en forma de gancho. Si el gancho esta cerrado en la parte superior, significa que se requiere una elaboración de recepción del material. Así la superficie tiene que producirse mediante torneado, fresado, acepillado o similares. El símbolo de una elaboración sin arranque de viruta de una superficie tiene un círculo dentro del gancho. De esta forma se produce la elaboración como apisonado, forjado o fundición. Los símbolos básicos se complementan con otros datos. Estos datos se añadirán a diferentes sitios del símbolo básico. a b c d e f

Rugosidad media Ra en µm o categoría de rugosidad N Método de fabricación, tratamiento de la superficie, revestimiento Trazo de referencia Dirección de estrías Datos de producción adicionales en mm Otros valores de medida de rugosidad

Normalmente se añade el símbolo de rugosidad directamente al área que corresponde. Sin embargo, esto no es siempre posible. En este caso se coloca una línea llena estrecha del símbolo de calidad de la superficie hasta la superficie de la pieza y se le añade con una flecha.

e d

b c (f)

G tallado eschli ff en R z 0,8

Imagen 31: Símbolos de la calidad de la superficie

103

Fundamentos

Minos

Además, se puede anyadir solo el símbolo básico en la superficie sin algunos complementos y dotarlo de un breve comentario. Encima del recuadro se pone esta explicación corta y enfrente el símbolo completo.

3.5

Tolerancia de forma y posición Los símbolos del acabado de la superficie corresponden a la rugosidad de la superficie exterior de una pieza. A la hora de producir surgen también ciertas diferencias con respecto a la forma original y la posición de los componentes de la pieza. Tanto la tolerancia de forma como la de posición, en cambio, se corresponden con el orden de posición de los cuerpos. Éstas determinan la retcitud de una superficie, con qué ángulo se encuentran colocadas ciertas piezas, o si las perforaciones están en la posición correcta. Estas tolerancias se reflejan en el plano siempre y cuando sean relevantes para el proceso de producción o debido a su función. Las tolerancias son además muy importantes a la hora de intercambias determinadas piezas.

Rectitud G eradheit

0.02 A

Ángulo R echtrecto w inkli chkeit

0.02 A

Llanura Ebenheit

0.02 A

Inclinación N eigung

0.02 A

Redondez Rundheit

0.02 A

Posición Position

0.02 A

Forma cilíndrica Zylin derfor m

0.02 A

Concentricidad Konzentri tät

0.02 A

Perfil de la linea Profil einer Linie 0.02 A

Simetría Symm etrie

0.02 A

Perfil del área Profil einer Fläche

0.02 A

Paralelismo Paralleli tät

0.02 A

Imagen 32: Símbolos de las características toleradas

104

Transcurso Lauf Transcurso total G esam tlauf

0.02 A 0.02 A

Fundamentos

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Las tolerancias de forma determinan de qué manera surgen las diferencias respecto a una forma determinada. Dentro de esta tolerancia podemos encontrar la rectitud, la planicidad, la redondez, la cilindridad, la forma de línea y la forma de superficie. Las tolerancias se indican en un cuadro. A la izquierda se encuentra el símbolo correspondiente de la tolerancia de forma. A la derecha se indica el valor númerico de la diferencia. Una flecha señala a qué forma de tolerancia se le aplica el valor de tolerancia. La redondez representa el valor de tolerancia que determina la diferencia entre la dimensión real de la pieza y la dimensión de dos círculos concéntricos que están uno dentro del otro. El intervalo entre estos dos círculos se define mediante el valor de tolerancia. Lo mismo sucede con la planicidad, en la que se determina la distancia de dos superficies paralelas según el valor de tolerancia que posean. La superficie total debe contener el valor tolerado de cada superficie por separado. La cilindridad muestra dos cilindros, uno dentro del otro, y la distancia a la que se encuentran mediante los valores de tolerancia. La superficie cilíndrica de la pieza debe encontrarse, al igual que en la planicidad, entre ambos cilindros. De esta forma los valores de tolerancia se corresponden con la diferencia de un eje con respecto a la rectitud, y la diferencia de una línea o superficie arqueada con respecto a la forma de una línea o a la forma de una superficie.

ámbito de tolerancia Toleranzrahmen valor de tolerancia Toleranz w ert símbolo Sym bol 0.25 referencia Bezug

Área Toler ierte tolerada Fläche

0.16

sección transversal tolerada Toler ier ter Kreisq u erschnitt

Imagen 33: Tolerancia de batido axial y simple

105

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La tolerancia de paralelidad, la tolerancia de rectangularidad y la de inclinación forman parte de las tolerancias de orientación. Si es necesario se añaden letras en el cuadro de tolerancias, a la derecha, que indican la relación con respecto a la superficie. La tolerancia de paralelidad determina la posición de una línea en una superficie de referencia. Así, por ejemplo, una perforación no se realiza de forma exactamente paralela respecto a una superficie llamada A. La tolerancia de dirección determina la tolerancia máxima de desviación entre el eje de la perforación y la línea de perforación ideal. Las dos líneas paralelas en el recuadro simbolizan la tolerancia de paralelidad, el número indica la gama de tolerancia en milímetros y la letra marca la superficie de referencia. De esta forma, la tolerancia de rectangularidad determina en qué sector tiene que encontrarse la superficie vertical y hasta qué punto puede discrepar de la rectangularidad correspondiente. El símbolo correspondiente indica dos líneas situadas de forma perpenticular la una respecto a la otra. La tolerancia de inclinación es válida para ángulos que no son rectangulares. Corresponde a la tolerancia de rectangularidad solo en el contexto del ángulo concreto. Su símbolo muestra dos líneas que forman una acutángulo la una con la otra.

0.2 C C A

Bild 34:

106

0.4 A

Tolerancias de paralelidad y rectangularidad

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Dentro de las tolerancias de situación encontramos la de posición de un punto. Por esta razón, el centro de una perforación tiene que estar dentro del círculo, que tiene el diámetro del valor indicado. El centro del círculo de tolerancia se encuentra en la posición ideal que se determina en el plano. Las tolerancias de concentridad y coaxialidad forman parte también de las tolerancias de situación. Éstas se refieren al eje de un árbol que debe situarse en un lugar concreto. Además, a este grupo pertenece también la tolerancia de simetria, que determina, por ejemplo, qué distancia puede haber de una ranura al centro de una pieza. Las tolerancias de oscilación se aplican a las piezas en movimiento de rotación. Cuando un árbol gira alrededor de un eje de referencia A-B, la desviación del giro no puede superar el valor indicado. La tolerancia de batido simple determina el valor para la superficie al final de la pieza que está en movimiento.

0.3

8.0

12.0

0.06 A-B

0.06 C

Imagen 35: Tolerancias de situación y oscilación

107

Fundamentos

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3.5.1

Tolerancias dimensionales La fabricación se piezas no acontece de forma exacta debido a motivos económicos y técnicos. Las desviaciones son válidas según sean los requerimientos definidos. Estos requerimientos se conocen como tolerancias dimensionales. Para ello utilizamos las tolerancias generales correspondientes a la norma DIN 7161. Los valores de las desviaciones se amplican, en este caso, a todo el plano. La medida que se determina en el dibujo se califica de medida nominal N, la desviación con respecto a esta medida se conoce como A. En la tabla encontramos los valores para las medias límites superiores e inferios junto a dimensiones nominales y las clases de tolerancias.

Ejemplo

En el cuadro del plano de una pieza determinada se indica la tolerancia general „media“. La pieza mide 150 mm, con lo que su dimensión nominal es de 150 mm ± 5 mm = 149,5 ... 150,5 mm. Los valores se calculan de la siguiente forma: Valor nominal + cota superior = cota máxima 150 mm + 0,5 mm = 150,5 mm Valor nominal + cota inferior = cota mínima 150 mm + (–0,5 mm) = 149,5 mm Cota máxima – cota mínima = Tolerancia dimensional 150,5 mm – 149,5 mm = 1,0 mm

über Área del valor de 0,5 a 3 de 3 a 6 s Nennmaen ßbereich 0,5 bi s 3 bi nominal mm

clase deeran tolerancia Tol zkl asse

in mm

über 6 bi s 30

de 30 a 30 bi s 120

de 6 a 30

über 120

über de 400 a 400 bi s 1000 1000

über 400

f (fino) f(f ein)

0,05

0,1

0,15

0,2

0,3

m (medio)

0,1

0,2

0,3

0,5

0,8

g g(grueso) (grob)

0,15

0,2

0,5

0,8

1,2

mg grueso) sg(muy (sehr grob)

–

0,5

1,5

m (mitt el)

Imagen 36: Desviación límite de medidas de longitud sin tolerancias

108

de 120 a 120 bi s 400

Fundamentos

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En el caso de que solamente se indiquen medidas individuales con su correspondiente tolerancia, en lugar de la medida total, entonces, los valores se introducen a la derecha. La cota límite se encuentra en la parte superior, mientras que la inferior, debajo de ésta. +0,3

78 –0,2

medida superior obereslímite Grenzma ß medida inferior untereslímite Grenzma ß medida nominal N ennmaß

Así se puede indicar diferentes indicaciones de tolerancia. Por esta razón su número es limitado. El sistema de tolerancias ISO posibilita este proceso de acuerdo con la norma DIN 7151, en la que la dependencia del valor nominal se determina en 20 clases de tolerancias y 13 tipos de valores nominales. Las tolerancias fundamentales ISO más importantes se indican en la siguiente tabla. Los valores de tolerancia se indican en μm.

Ejemplo

Un eje un diámetro de 60 mm. La tolerancia se determina según IT6. El valor de la tabla es 19. La tolerancia comprende 19 µm = 0,019 mm.

ISOClase deanzklasse tolerancia ISO-Toler

IT2

IT3

IT4

IT5

IT6

IT7

IT8

IT9

debi 10s a18 18

110

debi 18 30 s a30

2,5

130

2,5

100

160

120

190

140

220

100

160

250

ISOEscala de tolerancia ISO-Toler anzre ihe

über10

Área de valor nominal N ennm aßbere ichnimm

über18 über30

debi 30 a 50 s 50

über50

debi 50 80 s a80

über80

debi 80sa120 120

deüber 120 a120 180

bis 180

IT10 IT11

Imagen 37: Tolerancias fundamentales ISO (solo una parte)

109

Fundamentos

Minos

La tolerancia determinada según su clase se conoce también como campo de tolerancia. Este valor determina el tamaño del sector pero no su posición, lo que significa que también es posible, que las desviaciones se produzcan en dos direcciones con diferente tamaño. La posición de la clase de tolerancia se indica también en categorías. Estas clases se identifican mediante letras. Para tolerancias de medidas interiores, como perforaciones, se utilizan letras mayúsculas. Las tolerancias delas cotas exteriores, como árboles, se indican al contrario en letras minúsculas. Para las medidas interiores se aplica la posición de la zona de tolerancia: Posición de zona de tolerancia A hasta G medida interior > valor nominal Posición de zona de tolerancia H medida interior ≥ valor nominal Posición de zona de tolerancia J hasta JS medida interior < o > valor nominal Posición de zona de tolerancia K hasta ZC medida interior < valor nominal Para cotas externas se aplica: Zona a hasta g Zona h Zona j hasta js Zona k hasta zc

medida interior (diámetro)

medida exterior< valor nominal medida exterior ≤ valor nominal medida exterior > o < valor nominal medida exterior> valor nominal

medida exterior Außenma ß ( W(eje) ell e)

Innenmaß (Bohrung)

valor N ennnominal

ma ß

Imagen 38: Localización de campos de tolerancias

110

Fundamentos

Minos

Una completa indicación de tolerancias consta de dimensión nominal, tolerancia fundamental y la posición de zona de tolerancia. Para evitar confusiones, las indicaciones de tolerancias de medida interior se indican con mayúsculas, que se colocan en el borde, al lado de la dimensión nominal. Las dimensiones externas se representan en minúscula, en la parte inferior. Los valores de tolerancias que corresponden a las indicaciones y las dimensiones se pueden obtener de las tablas correspondidas.

Ejemplo

Para realizar una perforación y un eje de 45 mm de diámetro se amplican los siguientes valores de tolerancias: 45H7

45h6

Ambos valores de 45 mm representan el valor nominal. La H de la parte superior y la h de la inferior determinan la situación del campo de tolerancia. La tolerancia base de perforación es 7 y del árbol es 6. Si perforamos con el valor 45 mm, la situación del campo de perforación indica que los valores reales de 0 a +25 µm pueden desviarse del valor nominal. Según estos valores la perforación puede tener una medida de 45,000 hasta 45,025 mm. Los valores del árbol de 45 mm se pueden desviar de su valor nominal de 0 a –16 µm. Con lo que resulta una circunferenica de 44,984 bis 45,000 mm.

3.5.2

Ajustes En primer lugar, los valores de tolerancia son solo válidos para determinadas piezas. Sin embargo, si se acoplan varias piezas debemos tener en cuenta las tolerancias correspondientes. Dos valores de tolerancia forman juntos un ajuste. Por ejemplo, en el caso del árbol, se tiene que tener en cuenta si se aprovechan todos los valores de tolerancia, el árbol casi siempre es menor que el taladro y solo en un caso tiene exactamente el mismo diámetro como el taladro. Dependiendo de la combinación de los correspondientes tolerancias será más fácil acoplar dos piezas. Se diferencia entre ajuste móvil, ajuste indeterminado y ajuste prensado. En el ajuste móvil el taladro siempre es mayor que el eje. En el ajuste indeterminado dependerá del árbol, si será mayor o menor que la perforación. Si el árbol es mayor que la perforación entonces se denominará ajuste prensado.

111

Fundamentos

Minos

diámetro> Bohrung >ejeWelle ajuste con juego Spielpassung

diámetro Bohrung≈≈ejeWelle ajuste indeterminaÜ bergangspassung do

diámetro< Bohrung <ejeWelle ajuste con apriete Preßpassung

Imagen 39: Ajustes

Dado que existen tantas posibilidades de combinación de tolerancias de ajustes, en la práctica se usa solamente un pequenyo número de ajustes que se prefiera. También los podemos encontrar en las tablas a modo de consulta.

Ejemplo

Los ajustes móviles son: D10/h9 F8/h6 H7/h6

juego muy amplio, aplicado a máquinas agrícolas juego sensible, Kulissensteine en guías las piezas se deslizan si se las mueve con la mano

Los ajustes indeterminados son: H7/n6

Las piezas se pueden desplazar con fuerza mínima, se utiliza en pasadores del pistón

Los ajustes con aprieto son: H7/r6 H8/u8

112

Las piezas se juntan con mucha fuerza, se utiliza en casquillo - cojinete La unión solo es posible mediante ditalación o retracción.

Fundamentos

3.6

Dibujo Técnico e Informática

3.6.1

CAD

Minos

CAD corresponde a la abreviatura de Computer Aided Design (en Español Diseño Asistido por Ordenador). A causa del desarrollo de la técnica informática hoy en día no es usual hacer dibujos con lápiz o tinta china. Un puesto de trabajo CAD consta de un ordenador y una pantalla. Para que se pueda representar una parte tan grande cómo sea posible, la pantalla debe ser lo más grande posible. Además de los típicos accesorios de introducción de datos como el ratón y el teclado se pueden encontrar tabletas digitalizadoras. Se puede dibujar con el ratón o un lápiz especial encima de este aparato. Los datos se conservan en el disco duro. Muchos ordenadores están integrados a la red, así que el establecimiento de copia de seguridad puede encontrarse en servidores especiales. Los dibujos pueden ser impresos por impresoras de formato grande o de plotters. Pero no se permite hacer cambios en la versión de papel, sino solamente en la versión digital. El uso de los programas CAD facilita considerablemente el proceso de dibujo. Por un lado se pueden dibujar puntos, líneas y curvas facilmente con pocos clicks. Por otro lado, se pueden también dibujar de forma rápida diferentes curvaturas, para las que se necesita modelos anteriores. Se puede ampliar o empequeñecer, desplazar o duplicar, girar o borrar fácilmente el dibujo completo o partes de éste. Se puede invalidar etapas erróneas de trabajo y así es más fácil probar soluciones diferentes. El uso de bibliotecas prefabricadas simplifica dibujar piezas según la norma. También se puede rayar automáticamente. El programa apunta durante la medida las cotas correspondientes. Además se pueden insertar las piezas estándares de la empresa o grupos de construcción en el plano. Sin embargo el disenyo de planos simple no es la única ventaja del CAD moderno. Además, muchas veces se pueden representar construcciones en tres dimensiones. Los dibujos de dos dimensiones pueden realizarse facilmente con estas versiones. También se puede hacer cálculos adicionales con los modelos tridimensionales.

113

Minos

Fundamentos Por ejemplo de esta manera se puede calcular la masa de una pieza. Se calcula la actitud durante la carga según el método de los elementos finitos. En la industria automovilística se examina el comportamiento en caso de accidente. La posibilidad de mover a varios lados puede ser muy útil. Así se puede probar por ejemplo la influencia de diferentes alumbrados. La combinación de diferentes componentes puede observarse en maquetas móviles hechas por ordenador. Los programas CAD bidimensionales se orientan según vectores. Así, el punto de partida y el punto final de una línea se determinan por puntos. El programa calcula la línea entre el punto final y el punto de partida. Por eso una ampliación de una línea representará aún así una línea. Al contrario que los programas de edición digital de imágenes que trabajan en formato píxel. Si se amplia estos dibujos digitales a un tamaño muy grande se notará la estructura del píxel. Los programas CAD trabajan con distintos niveles. Se pueden ocultar algunos niveles para obtener, por ejemplo, un dibujo complejo más visible. Así se pueden colocar todas las acotaciones a un nivel aparte. Hasta que no se necesite las acotaciones, no tienen que estar visibles en el plano. Los programas CAD con 2 1/2 D se utilizan predominantemente en el sector de la arquitectura. Se dibujan áreas en representaciones isométricas. Con ello se producen resultados parecidos a los de los programas tridimensionales, mientras la capacidad necesitada del ordenador es mucho menor. Los programas con representaciones tridimensionales producen modelos de situaciones en el espacio. Los modelos más simples son los modelos de alambres, que se necesitan para cálculos adicionales. En los modelos de superficie se describen estas superficies de forma matemática, mientras que en los modelos de volúmenes se determina además las cotas de las superficies. En las producciones asistidas por ordenador, en inglés CAM (Computer Aided Manufacturing), se agregan datos suplementarios para la fabricación a los datos del plano. Estos datos se traspasan directamente a la máquina de producción para que pueda aplicarlos.

114

3.6.2

Fundamentos

Minos

Máquinas de control numérico Las máquinas de control numérico también se conocen como máquinas de NC (Numerical Control), lo que significa que toda la información, por ejemplo las medidas, los números de revoluciones y avances, se determinan en números en la máquina-herramienta.. Los movimientos particulares de la máquina son ejecutados independiente uno tras otro después de que hayan sido inscritos en el programa. En el sistema de control numérico antiguo este programa se almacenaba en cintas perforadas. Sin embargo, la distribucción CNC moderna ya no usa las cintas perforadas. CNC significa Computerized Numerical Control. Se introducen los datos necesarios directamente en la pantalla de una máquina o se cargan los datos con un suporte de datos en el mando de la máquina. Las máquinas-herramienta con distribucción DNC se conectan en red con más ordenadores. DNC significa Distributed Numerical Control e indica que los ordenadores pueden estar en sitios distintos. Dado que los programas para la distribucción tienen que desarrollarse a base de dibujos técnicos, se tiene que tener en cuenta algunas peculiaridades. Sistemas de coordenadas Los puntos particulares de las piezas se indican en coordenadas. En principio se distinguen dos sistemas de coordenadas.

Coordenadas polares Polarkoordinaten

Coordenada cartesiana Karte sische Koordinaten

Imagen 40: Sistemas de coordenadas

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Minos

Fundamentos Los dos sistemas de coordenadas tienen un punto cero, desde el cuál se indican las demás coordenadas. La diferencia entre los dos sistemas de coordenadas es el método de determinación de la distancia a un cierto punto. En las coordenadas polares, se indica la distancia al punto cero y el ángulo entre la línea de conexión y el eje. Por el contrario en la coordenadas cartesianas o también en las cooredenadas rectangulares la distancia al punto cero se determina mediante la distancia de los dos ejes. El punto cero debe de ser colocado en un lugar apropiado con respecto a la pieza de trabajo. Esto puede ser por ejemplo un borde o el eje central de un orificio de taladro. En la dimensión absoluta todas las dimensiones parten desde el punto cero de las coordinadas. Así la medida indica la distancia al origen de las coordenadas. Si en una cierta vista solo se ve un punto cero de coordenadas, no se debe dibujar las líneas de cota hasta el punto cero.

Imagen 41: Dimensión absoluta

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Fundamentos

Minos

En una dimensión en aumento se dibuja todas las dimensiones fuera de la pieza. Todas estas dimensiones parten también del punto cero. Este método de acotación posibilita economizar espacio. En ese caso los valores de dimensión se giran a 90°. En la dimensión en aumento, también conocida como dimensión de incremento el punto final de la cota anterior en el comienzo de la siguiente cota. Es decir, la acotación se desarrolla de una cota a otra en forma de cadena de cotas. Si se encuentran en una cadena de cotas varias distancias con los mismos valores, se pueden simplificar. En este caso, se asienta solo una vez la medida y se agrega el número de repeticiones. Normalmente se debe usar si es posible solo una forma de acotación. Pero en algunos casos es más razonable usar diferentes sistemas de acotación.

Imagen 42: Registro de medida en aumento

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Minos

Fundamentos

Imagen 43: Dimensi贸n en aumento

Cuando se introducen las medidas se pueden tambi茅n usar diferentes sistemas de coordenadas para cotas independientes. La flecha de cota hace referencia al punto cero a los se que refieren estas dimensiones. Pero el uso de varios sistemas de coordenadas dificulta la programaci贸n. Por eso se debe evitar.

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Fundamentos

Minos

Si no se tiene suficiente espacio para todas los valores de las cotas, se puede también usar tablas de coordinadas y números de posición. Los números de una coordinada constan de dos cifras, entre ellas se pone un punto. El primer número indica el número del sistema de coordenadas y el segundo es un número sucesivo de varios puntos de este sistema de coordinadas. Por ejemplo, el número de posición 2.4 significa que se trata del cuarto punto del segundo sistema de coordinadas. Los números de posición se escribe en tablas. Las ejes de coordinadas se denominan con mayúsculas, así A, B y C, si se refieren a tres coordinadas. En el caso de que se usen varios sistemas de coordinadas, se escribe detras la letra una cifra. Así se reciben indicaciones como A1, B1, A2 y B2. Además de las coordinadas de varios puntos se recogen otros datos en la tabla, como por ejempo el diámetro de perforación, roscado, etcétera. Los sistemas de coordinadas se diferencia también en sistemas principales y sistemas subordinados. Los sistemas principales no dependen uno de otro y además cada de ellos tiene su propio punto de origen de coordenadas. Por el contrario, los sistemas subordinados se conectan con un sistema principal en una determinada dimensión. Por eso el punto de origen de las coordenadas del sistema subordinado tiene que ser acotado desde el punto de origen de las coordenadas del sistema principal.

Ejercicio

¡Solucione los ejercicios número 47 y 48 del libro de ejercicios!

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Fundamentos

Tabla Origen

Imagen 44: Tabla de coordenadas

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coordenadas d. de rosca

Mecatrónica Módulo 2: Competencia intercultural (parte 1) Libro de Texto (Concepto) Christian Stöhr Christian Stöhr Unternehmensberatung, Alemania

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Índice 1 Introducción al entrenamiento intercultural 1.1 Introducción 1.2 Objetivos del seminario

5 5 5

2 ¿Qué es cultura? 2.1 Definición de cultura 2.2 Elementos de la cultura 2.2.1 Elementos de la cultura - cultura material 2.2.2 Elementos de la cultura – instituciones sociales 2.2.3 Elementos de la cultura – la humanidad y el universo 2.2.4 Elementos de la cultura – estética 2.2.5 Elementos de la cultura – lengua 2.3 El modelo Iceberg de la cultura

6 6 6 7 7 8 8 9 9

3 Fundamentos de la cultura 3.1 Estereotipos y generalizaciones culturales 3.2 Generalización de la cultura – las dimensiones culturales de Geert Hofstede 3.2.1 Índice del individualismo 3.2.2 Índice de la distancia del poder 3.2.3 Índice de evasión de la incertidumbre 3.2.4 Índice de masculinidad 3.2.5 Índice de orientación a largo plazo 3.3 Los límites del modelo de Hofstede 3.4 La escala de las dimensiones de la cultura de Geert Hofstede según países

11 11 12 14 16 18 20 22 22 23

4 Características de la cultura 4.1 La percepción de tiempo y prioridades 4.1.1 El entendimiento secuencial de tiempo 4.1.2 El concepto sincrónico del tiempo 4.2 El origen del estatus 4.2.1 El estatus conseguido 4.2.2 El estatus atribuido 4.3 Comunicación directa contra comunicación indirecta 4.3.1 Comunicación directa / culturas con contexto alto 4.3.2 Comunicación indirecta / culturas con contexto bajo

26 26 27 28 30 30 31 32 33 33

5. Trabajar en el extranjero 5.1 Sufrir un choque cultural 5.1.1 El choque cultural 5.1.2 Métodos para el manejo del choque cultural 5.2 El proceso de adaptación cultural 5.3 Evitar el uso de los criterios de „Referencia propia“ 5.4 Observaciones

35 35 35 35 36 37 37

Referencias

Minos

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“...la barrera más grande para el éxito económico es la cultura.” Edward T. Hall y Mildred Reed Hall

„ La cultura es una capa muy fina, pero muy importante, con la que se debe de tener cuidado para no rasgarla. En el fondo las personas de diferentes culturas son iguales y actúan de la misma manera. Asegurese de enteder sus costumbres básicas y muestre interés, así como la disposición de aprender las diferencias entre ambas de sus culturas“ Mike Wills

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Introducción al entrenamiento intercultural

1.1

Introducción

Minos

La expansión de la economia goblal está cambiando la naturaleza fundamental de los gobiernos, negocios, organizaciones y poblaciones. En resúmen, las personas están cada vez menos encerradas por los límites nacionales, se estan volviendo parte de una red internacional e independiente. Hoy, más que núnca, el éxito de los negocios requiere de una conciencia intercultural, y de una hábilidad de comunicación intercultural. La conciencia intercultural es una de las áreas más importantes del conocimiento, el cual las compañias y las personas que están trabajando en el exterior deben tener para poder progresar y tener éxito en el mercado. El trabajar, reunirse, negociar, socializar con colaboradores ó clientes que pertenecen a otras culturas puede ser un campo minado. Una frase en falso ó un malentendido pueden atrasar muchos meses de trabajo o arruinarlo. Al fin y al cabo, el entendendimiento y la percepción de las diferencias culturales promueven una comunicación clara, rompen barreras, crean confianza, refuerzan apegos, amplían horizontes y consiguen resultados tangibles en términos de negocio y de trabajo.

1.2

Objetivos del seminario El objetivo del seminario es maximizar el potencial de los participantes en la ámbito internacional y prepararlos para estancias de trabajo en el extranjero. Esto significa que los participantes del seminario aprenderán y entenderán: - cómo la cultura influye en la visión del mundo y en la forma de actuar, - qué problemas surgen sí personas de diferentes culturas interactúan unos con otros, - cómo se puede analizar una cultura para la estancia en el extranjero, - cómo se pueden minimizar equivocaciones y conflictos potenciales en la comunicación profesional intercultural, - cómo se evita un choque cultural. En total los participantes van a mejorar sus capacidades interculturales.

Definición

La capacidad intercultural es la facultad de comunicarse con éxito con personas de otras culturas, en un sentido más estricto, es la facultad de establecer una interacción bilateral satisfactoria con personas de otras culturas. Ésta habilidad puede ya existir a una temprana edad, ó se puede desarrollar y mejorar bajo un esfuerzo consciente y sistemático.La base para una comunicación intercultural satisfactoria es la capacidad emocional en conjunto con una sensibilidad intercultural.

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Minos

¿Qué es cultura?

2.1

Definición de cultura

Importante

Definición

La cultura es “el software del cerebro”. Es lo que nos programa para pensar, hablar, actuar y sentir de la manera como lo hacemos. (Hofstede, 1989)

Definición

La cultura es una serie de símbolos interrelacionados que son aprendidos, compartidos e impuestos, los cuales proveen de orientaciones para los miembros de una sociedad. Estas orientaciones, conjuntamente, proveen de soluciones a problemas que todas las sociedades tiene que resolver, sí es que quieren seguir existiendo. (Terpstra y David, 1985)

Definición

La cultura es una multitud de conceptos ó creencias, que un grupo de personas comparten y que ayudan al individuo a decidir qué es, qué puede ser ,cómo sentir , qué hacer y cómo algo se tiene que hacer. (Goodenough, 1996)

Definición

Cultura es una configuración de comportamientos aprendidos y de resultados del comportamiento de los elementos componentes, de los cuales son compartidos y transmitidos por los miembros de una sociedad en particular. (Linton, 1945)

¡No existe la definición de cultura!

Estas definiciones comparten características en común. Las culturas, como sistemas de comportamiento y costumbres, son transmitidas de una generación a la siguiente. Las reglas, el idioma, la religión, los sistemas familiares, la recreación y la educación que un grupo de personas comparte, provee estabilidad y seguridad en la vida cotidiana. Cuando la gente está unida por creencias y prácticas en común, se entienden los unos a los otros y en ese mismo momento es mundo que los rodea toma sentido.

2.2

Importante

En el contexto de este seminario la cultura tiene dos aspectos, que se deben de tomar en cuenta: 1. ¡ La cultura se aprende! 2. ¡La cultura es interiorizada y olvidada, en el sentido que uno deja de ser consciente de su existencia como un comportamiento aprendido!

Elementos de la cultura Cada definición subraya diferentes aspectos de la cultura, sin embargo, estos comparten algunos elementos generales de la cultura, los cuales pueden variar de un país a otro: 1. Cultura material 2. Instituciones sociales 3. La humanidad y el universo 4. Estética 5. Idioma

2.2.1

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Elementos de la cultura - cultura material Definición

La cultura material consta de dos componentes: 1. el grado de aptitud tecnológica de una cultura y 2. su productividad ó cómo las personas usan sus aptitudes y logros . Hay ciertas cosas que la gente proveniente de países con un alto nivel de desarrollo tecnológico puede tomar como obvias, y éstas mismas no lo seran en países con un bajo desarrollo tecnológico. En dichos países, la gente no esta necesariamente familiarizada con conceptos como mantenimiento preventivo. La productividad de un país puede influenciar el tipo de productos que existen en el lugar. Algúnos productos puede que no esten disponibles debido a que la gente no los puede pagar, o simplemente por que ahí no se pueden usar.

2.2.2

Ejemplo

Rudolf, un mecánico alemán en Rumanía, estaba feliz de encontrar una tienda, dónde habia cuatro fotocopiadoras. La tienda estaba abierta, pero por desgracia todos los aparatos estaban estropeados. “¿Cómo puede ser esto posible?, preguntó. “¡Cuatro fotocopiadoras y todas estan estropeadas! ¿Qué les pasa?, agregó, cuando dejaba la tienda. Rudolf estaba molesto, por que las medidas de mantenimiento, que conoce de Alemania no existen en este país.

Elementos de la cultura – instituciones sociales Definición

La forma en la que la gente se relaciona entre sí varia de cultura a cultura, y de país a país. La educación, la organización social y las estructuras políticas juegan un papel que no debe de ser subestimado dentro de las interacciones. La organización social influye en el papel del individuo, en su estatus y la importancia y estructura de la familia. Las mujeres tienen diferentes papeles y derechos en diferentes países. Tanto el nivel como la calidad de una educación formal también varian entre diferentes culturas. En algunos países la educación básica ,e incluso a veces la secundaria y la terciaria, es gratuita o sólo cuesta una pequeña cantidad de dinero, mientras que en otros países, una buena educación es costosa, por lo tanto el nivel y calidad de educación que una persona puede obtener está directamente ligada a la fortuna y estatus de los padres.

Ejemplo

En algunos países es absolutamente normal para un hombre tener una superior femenina, y uno se encuentra un porcentaje más grande de mujeres que tienen un puesto ejecutivo en comparación a otros países, donde es común que los hombres que tienen una mujer como jefe se sientan muy incomodos. Además, en algunos países como Alemania la formación para un trabajo cualificado es, por tradición, de un nivel alto y se ha ganado un alto estatus, mientras que en otros países es mas o menos obligatoria una educación universitaria con el fin de tener éxito.

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2.2.3

Elementos de la cultura – la humanidad y el universo Definición

La religión cae dentro de esta categoría, junto con los sistemas de creencia, los valores y la superstición. Las creencias religiosas, y algunas veces incluso hasta las supersticiones, pueden ser lo suficientemente fuertes para ejercer un impacto poderoso en las percepciones y acciones de un individuo. Mientras que en algúnos países la religión promueve la igualdad entre las personas, en otros hace totalmente lo contrario. El estatus y el papel de un individuo dentro de la sociedad puede ser definido dependiendo de dónde ha nacido, etc. La religión juega un papel importante para mantener y reforzar ciertasformas de ver del mundo. La religión de una persona puede determinar que tipo de comida está permitda a consumir (por ejemplo, no puerco, no res, sólo alimentos cosher) y la forma que puede vestir ( las mujeres deben de cubrir sus cabezas, los hombres deben de usar barba). Éstas situaciones son más obvias en algúnas religiones mas que en otras (islam, ortodoxos, judíos). Otros conceptos pueden también jugar un papel tan importante como los valores humanos. ¿Qué concepto del tiempo tienen? ¿Qué adaptables son a cambios? Es importante que una persona, que va a un país extranjero, entienda cómo estas cosas influyen en la forma de actuar de los otros y cómo deben de influír en su própia forma de actuar.

2.2.4

Ejemplo

Tomás es católico. Vive en una ciudad grande y cada domingo va a misa. Nunca se pone de punta en blanco, por que en su iglesia no se da mucha importancia a la vestimenta. Durante una estancia en otro país sus amigos le invitan a ir a misa, queda con ellos en la iglesia. Debído a que en éste país siempre hace mucho calor y nunca ha visto a la gente vestida muy elegante, decide ponerse sus pantalones cortos buenos y una camisa. Sin embargo, núnca logra entrar a la iglesia, ya que al verlo sus amigos en pantalones cortos, lo mandan de vuelta a casa. No sería apropiado de su parte atender a misa vestido de esta forma.

Elementos de cultura – estética

Definición

Esta categoría contiene arte, folclores, música, espectáculos así como los bailes típicos de una cultura, que por supuesto pueden variar mucho. Es muy útil estudiar estas expresiones, ya que a través de ellas, uno puede obtener contextos muy válidos.

Definición

Por ejemplo, en el arte uno puede comenzar a ver cómo es que la cultura define la belleza. A través del teatro uno puede aprender acerca de la percepción de la vida y los problemas que son considerados de importancia. Y el folclore con frecuencia, puede explicar las tradiciones de hoy en día.

2.2.5

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Minos

Elementos de cultura – lengua

Definición

La lengua es la forma primaria de la comunicación. Aprender un idioma no sólo significa el estudiar como se traducen partes concretas de un idioma a otro. Cada idioma tiene sus propias “connotaciones” y ligeras variaciones en ciertos significados, los cuales no existenen de la misma manera en la lengua materna. El no saber como se utiliza para poder expresarse puede llevar a una frustración enorme y un descontento.

Ejemplo

La palabra „gay“ puede significar en el inglés americano que una persona es homosexual, también puede significar que esta contenta. Por eso se usa muy raramente en el último sentido. Además en el portugués se pueden encontrar un número extraordinario de groserias y los portugueses las usan muy usualmente. Por el contrario, en el sueco uno encuentra muchas menos palabras altisonantes, y la comunicación por lo general es mucho más cortés.

2.3

El modelo Iceberg de la cultura Se puede comparar la cultura con un iceberg. El iceberg consta de una parte pequeña que es visible por arriba de la superficie del agua y una parte mucho mas grande que no es visible por debajo de la superficie del agua. Así es la cultura, algunos aspectos son perceptibles de una forma mucho mas sencilla, pero existe otra parte, que es mucho más grande y que está más oculta. Sin embargo existe una conexión entre la parte visible y la parte invisible. Aquellos aspectos o partes de la cultura que son visibles y se dejan ver en los comportamientos de las personas, son afectados por las partes invisibles, tales como los valores, las creencias, actitudes, pensamientos y sentimientos. En las relaciones interculturales, con frecuencia la gente interpreta el comportamiento de otros de acuerdo a sus propias categorias - sus propias creencias y valores. Con ello, el comportamiento del otro puede parecer muy extraño, pero uno no debe de olvidar, que probablemente tiene sentido para esta persona, simplemente por que es consecuente con sus valores y creencias. Entonces, cuando decimos que el comportamiento de alguien „no tiene sentido“, a lo que realmente queremos decir , es que este comportamiento contradice a lo que nosotros pensamos que esta persona cree y piensa. Para poder entender de dónde proviene una forma concreta de actuar y porque una persona actúa como actúa, se tienen que estudiar sus valores y sus actitudes.

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Minos

Parte visible de la cultura (forma visible de actuar, idioma, aspecto)

Parte invisible de cultura (espectativas, actitudes, valores, normas, costumbres)

Dibujo 1: Modelo Iceberg de la cultura

Ejemplo

Rudolf de Alemania y Gaia de Italia tienen una cita a las siete de la tarde. Rudolfo esta puntual en lugar dónde de la cita, pero Gaia no está ahí. Ella llega una hora más tarde. Rudolf califica su forma de actuar como una falta de respeto o de informalidad, por que él interpreta su forma de actuar con sus propios valores y convicciones. Pero en realidad las personas de Italia tienen otra concepción del tiempo y Gaia actuó sólo según sus valores, convicciones y costumbres.

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Fundamentos de la cultura

3.1

Estereotipos y generalización la cultural

Minos

Los estereotipos culturales y generalizaciones culturales son dos conceptos de pensamiento generalizado acerca de otras personas. Aunque puede que parezcan similares, existen diferencias cruciales. Ésto tiene una relevancia muy importante en la comunicación intercultural.

Definición

Un estereotipo cultural es la aplicación de una generalización previamente establecida a todas personas de un grupo cultural ó la generalización de algunos individuos de un grupo. Un estereotipo es una generalización rígida, que algunas veces se le llama “endurecimiento de categorías”. (Bennett, 1998)

Definición

Generalización cultural es la tendencia de una mayoría de personas de un grupo cultural a tener ciertos valores y convicciones, y actuar según un modelo determinado de conducta. Es una hipótesis que se basa en las experiencias sobre comportamientos predominantes o tendencias centrales de un grupo de personas. (Bennett, 1998)

Ejemplo

Importante

Definición

Hay otros conceptos que son muy importante en este contexto:

Definición

Etnocentrismo es la idea de que lo que se presenta en la propia cultura de una persona representa la forma más natural y la mejor manera de hacer las cosas.

Definición

El relativismo cultural dice que no se puede juzgar o valorar a las culturas sólo de una perspectiva única o absoluta, étnica o moral. Las valoraciones son relativas al fondo de donde provienen. Ningún valor cultural, ético ó moral puede ser juzgado como un todo, una inherencia, superioridad o inferioridad a comparación de otros.

Estereotipos A los ingleses, les encanta el pescado y las patatas fritas. Los franceses comen mucho queso. Los alemanes siempre son puntuales.

Generalizaciones A muchos ingleses, les encantan pescado y patatas fritas. Muchos franceses comen mucho queso. Los alemanes tienden a ser puntuales.

Aunque necesitamos de generalizaciones para tener acceso a otras culturas, es problemático hacer estereotipos, ya que siempre hay muchas opiniones, otros comportamientos y creencias. Una Generalización cultural siempre significa que es muy probable que algunos humanos de una cultura actúen o piensen de cierto modo, pero nunca todas las personas de ésta cultura. ¡Nadie representa todas las características que son atribuidas a un país en particular! Siempre hay subgrupos y subculturas (por ejemplo basados en sexo, edad, agrupación étnica y profesional), cuyas características no corresponden a las de la mayoría de la sociedad.

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3.2

Definición

El pluralismo cultural es un contexto, en donde existe más de una cultura dentro de una determinada sociedad. El pluralismo cultural es la interacción social y política de personas con diferentes modos de vivir y de pensar que se encuentran dentro de una misma sociedad. Ésto implica, en una forma ideal , el rechazo al fanatismo, prejuicios y racismo, y estar a favor del respeto a tradiciones culturales de otras personas.

Generalización de la cultura – las dimensiones culturales de Geert Hofstede Como se ha mostrado en los capítulos previos, la cultura es un fenómeno complejo, con numerosos aspectos y facetas. A causa de una estancia en el extranjero, se vuelve necesario que uno se prepare para la adaptación a otra cultura, se necesita de un modo simple para reflexionar sobre la cultura, esto incluye algúnos elementos que están asumidos como de una alta relevancia y dejan a un lado otros que pueden ser menos importantes. Este enfoque significa, que uno desarrolla un modelo de cultura, el cual ofrece información simplificada, sin embargo útil, acerca de la cultura. Geert Hofstede desarrolló un modelo muy popular. Éste modelo se basa en uno de los estudios empíricos, mas grandes que han sido realizados, sobre las diferencias culturales en diferentes países, él le preguntó a la gente acerca de sus valores y creencias. De los complejos resultados que consiguió, condensó la complejidad de la cultura a 5 conceptos: 1. Individualismo 2. Distancia del poder 3. Evasión de incertidumbre 4. Masculinidad 5. Orientación de largo plazo Según Hofstede, las formas más significantes en las que las culturas difieren son en cómo ellas ven y reaccionan a estos cinco conceptos.A primera vista esto puede parecer un poco extraño.¿Cómo puede ser posible el describir a una cultura en particular con tan sólo 5 conceptos? La razón es que éstos conceptos son muy fundamentales, ellos son con frecuencia la fuente dentras de un gran rango de un valores, creencias y actitudes concretas y muy frecuentemente puede ser remontada la forma de acutuar de las personas a uno de estos conceptos, ó la combinación de dos de ellos. Debido a que los conceptos identificados por Hofstede resultan frecuentemente ser elementos escenciales de una diferencia cultural, son un instrumento de bastante ayuda para el conflicto de entendimiento entre indivuos ó grupos de diferentes origenes culturales. Como primer planteamiento ofrecen una estructura para pensar acerca de las culturas y analizarlas, lo cual puede ser usado como una preparación para una estancia en el extranjero.

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En pocas palabras estas dimensiones significan: ndividualismo: El grado a partir del cual la gente piensa que se debe de cuidar o ser cuidado por ellos mismos, por sus familias o por las organizaciones a las que pertenece. Distancia del poder: El grado de desigualdad entre la gente, que la población de un país, considera como normal. Evasión de incertidumbre: El grado en el cual la gente de un país prefiere situaciones estructuradas y previsibles sobre situaciones no estructuradas. Masculinidad: El grado a partir del cual una cultura es propicia a la dominación, a la asertividad y a la adquisición de posesiones materiales. Al contrario de una cultura que es más inclinada a la gente, a las sensaciones y a la calidad de la vida. Orientación de largo plazo: Los valores a largo plazo son orientados hacia el futuro, como el ahorro y la persistencia. Por el contrario, los valores a corto plazo son orientados hacia el pasado y el presente, como el respeto por la tradición y la cumplimiento de las obligaciones sociales. Si se planea trabajar en el extranjero, es útil fijarse en las dimensiones de la cultura de este país para recibir información previa sobre lo que se puede esperar de las interacciones con gente de este país. En los siguientes capitulos se explicará a detalle las dimensiones a detalle y el libro se referirá a algunos fenómenos, que se puede explicar con la ayuda de las dimensiones. Además el libro ofrece consejos que se deben de tomar en cuenta cuando se quiere trabajar en un país donde se tiene valores diferentes en las dimensiones dadas a las de las propias.

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3.2.1

Índice de individualismo (IDV) Definición

El individualismo se refiere a la dimensión con la que las personas prefieren actuar más como individuos que como miembros de grupo. ¿Están enfatizados los derechos de un individuo o los de un grupo? ¿Tienden las personas a preocuparse por ellos mismos y por sus propias familias ó existe un marco social, en donde las personas diferencian entre el grupo „nosotros“ y otros grupos y además esperan que su grupo „nosotros“ los tenga en mente? Personas de culturas con un valor alto en la dimension del individualismo tienden a pensar en categorías de „Yo“. Ellos enfocan sus intereses a destinos individuales , personales y los éxitos aspirados. Muchas veces las relaciones con otras personas son relativamente flojas. Las personas de una sociedad con un alto individualimo encuentran natural el expresarse y el descubrir sus propias cualidades únicas.

Ejemplo

El individualismo prevalece por ejemplo en los EE.UU., Australia, Gran Bretaña, los Países Bajos, Canadá, Alemania y Italia. Las sociedades colectivistas se encuentran del otro lado de esta dimensión. Las personas de estas culturas piensan más en la categoría de „nosotros“ y el interés del grupo es de suma importancia. En culturas colectivistas las personas tiene la preferencia de estar grupos y quieren estar en contacto con otros, además de que tienen una relación y una responsabilidad muy fuerte con su familia . La gente tiende a sentirse como miembro de diferentes grupos. La conformidad es esperada y se ve de una forma positiva.

Ejemplo

El colectivismo se encuentra en muchos países de América del Sur y también en China, Bulgaria y Romanía.

Dibujo 2: Distribución del índice de individualismo

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Observaciones con respecto al trabajo en países con otro IDV: Para países con un IDV alto: - Como un individuo se espera que uno trabaje de forma autonoma y use su porpia iniciativa. Uno no puede depender del grupo para respuestas. - La forma de comunicación es comparativamente muchas veces directa y orientada a las tareas. - El ambiente de negocio depende mas o menos de relaciones y contactos personales. Se puede separar muy bien el negocio de la vida privada. - Empleados o subordinados esperan la oportunidad de trabajar en proyectos o solucionar problemas de una forma autónoma. Se tomará de una forma negativa el entrometerse en exceso en su trabajo. - Para la gente no es inusual esforzarse y sobresalir. Eso puede ser por ejemplo en una reunión, presentaciones o dentro del trabajo de grupo. - Se debe de entender que se tolerarán una cierta magnitud de expresiones individuales, tales como el comportamiento,el aspecto, etc. Para países con un IDV bajo: - Muchas veces la familia tiene un papel muy importante, algunas veces está por encima del trabajo. - Se comunica muchas veces de una manera indirecta. Los conflictos serán tratados de una forma muy cuidadosa. - Los elogios deben de ser preferentemente al equipo de trabajo en lugar de a los personas individualmente, de lo contrario puede ser desagradable. - Los ascensos se basan en la antigüedad y experiencia , no en rendimiento y éxito. - La toma decisines puede ser un proceso lento, ya que se tendrá que consultar a toda la gente que constituye la jerarquía.

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3.2.2

Índice de distancia del poder (PDI) Definición

La „distancia poder“ abarca la jerarquía con respecto a la posición de las personas en la sociedad. La distancia poder se refiere a la dimensión de desigualdad, que es aceptada por la gente de un país. ¿Se consideran a todos los individuos fundamentalmente iguales, ó se consideran como naturales y dadas las clases ó el poder?. Con relación al trabajo, uno se debería preguntar como se ve el proceso de tomar decisiones en una empresa. ¿Deberían de tener todos un mismo nivel, ó se considera que los superiores son capaces de tomar decisiones por sí mismos? Si un país tiene un valor alto, se reconocerá al poder como una parte natural de la sociedad y la posición de un individuo no tiene que ver muy poco con sus capacidades o sus logros. La gente no tiene mucho problema en áreas como la diferencia de clases, los sueldos, ó la distribución del poder , y el poder puede que cuente más que la ley. Incluso puede que la religión castigue o promueva la desigualdad. Las autoridades tienden a demostrar abiertamente su estatus.

Ejemplo

Como ejemplos pueden estar muchos países árabes, latinoamericanos y africanos, además de Rusia, Eslovenia y Rumania. También Polonia, Francia y Bélgica indican un valor alto comparativo. Desigualdades signficantes en éstas áreas son generalmente inaceptables ó indeseables en países con una distancia poder baja. El poder no es considerado que sea dado naturalmente, éste debe de tener razones naturales, de lo contrario, la gente en estos países tienden a pensar que las personas deben de tener los mismos derechos y la posición de un individuo en la sociedad debería de ser mucho más conectada a sus habilidades y competencias.

Ejemplo

Los valores de diferencia de poder son bajos en países como los EE.UU., Australia, Alemania, Gran Bretaña, además de los países escandinavos.

Dibujo 3: Indice de distribución de distancia del poder

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Observaciones con respecto al trabajo en países con otro PDI Para países con un PDI alto: - Se debe de tratar a los superiores con respeto y raramente debe de contradecirseles. - La relación con los empleados debe de ser a distancia y los superiores deben de actuar de una forma autoritaria con los empleados. Uno no debe de discutir en cada decisión que se va a tomar. - Las instrucciones para la gente con la que se trabaja deben de ser precisas y explícitas. - Se debe de fijar plazos y subrayarlos. - No se espera que los subordinados tome la iniciativa. - Uno debe de esperar encontrar más burocracia.

Para países con un PDI bajo: - Los superiores no serán tratados generalmente con tanto respeto ó deferencia como en los países con un alto indice de distancia poder. - El protocolo y la etiqueta tienen menos importancia y la gente quiere conocerse de una manera más informal. - Las relaciones con subordinados debe de ser más cercana. - Otros deben ser envueltos en las tomas de decisiones. - Se deben de evitar juicios sobre la gente en base de su aspecto físico, su comportamiento, privilegios o símbolos de estatus.

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3.2.3

Índice de evasión de incertidumbre (IEI) Definición

La evasión de incertidumbre es el grado en el cuál los humanos de cierta cultura prefieren situaciones estructuradas con reglas claras, leyes y reglamentos que situaciones no estructuradas. La evasión de incertidumbre aplica por ejemplo al grado de disposición de las personas a correr riesgos, ó cuantos detalles quisieran discutir los meimbros de un equipo en la planeación de un seminario. Tambien concierne a la cantidad de espacio para el cambio, la improvisación, o dejar que las cosas se den por si mismas ( y quizás las cosas resulten mejor o peor de lo esperado). En países con un alto grado de índice de evasión de incertidumbre la incerteza se considera como algo negativo. Las cosas que son nuevas o diferentes se consideran como algo problematico ó peligroso. La gente de estas culturas puede sentirse amenazada por situaciones ambiguas y trataran de evadirlas estipulando reglas, con altas regulaciones u otras medidas de seguridad. La gente tiende a preferir estructura, precisión y formalidad. Estos países son a menudo muy homogéneos y más cerrados con respecto cambios e innovaciones.

Ejemplo

Se encuentra un alto grado de evasión de incertidumbre en los países de América Latina, Rusia, Japón, Grecia, Portugal y en los países germanohablantes. Si el grado de índice es bajo en un país, la evasión se considera como algo normal y natural. Uno se encontrará muy probablemente con personas que se toman las cosas con más calma y que no son tan rígidas, que están dispuestas a tomar riesgos y que generalmente están más abiertos a los cambios e innovaciones. El nivel de regulación es mucho mas bajo , dichos países son comparadamente jovenes y mucho mas diversas debído a olas de inmigración.

Ejemplo

Países con un grado bajo de índice de evasión de incertidumbre son por ejemplo: las EE.UU. y Gran Bretaña, Dinamarca, Suecia además de China y Singapur.

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Dibujo 4: Distribución del índice de evasión de incertidumbre

Observaciones con respecto al trabajo en países con otro IEI: Para países con un IEI alto - Tomará tiempo introducir nuevas ideas y formas ó métodos innovadores. Un innovador tiene que ejercer mucha cautela y paciencia antes de que sus nuevas propuestas se tomen en cuenta. - Uno tiene que estar preparado para tratar con sistemas altamente burocraticos. - De ser posible se debe de incluir a los colegas nativos en el proyecto para permitirles un sentimiento de entendimiento y disminuir el nivel de inseguridad. - Las instrucciones, propuestas, presentaciones y respuestas a preguntas tienen que ser altamente precisas y las atribuiciones definidas claramente. - Declaraciones deben de ser corroborados por hechos sutentables y estadísticas.

Para países con un IEI bajo: - Se debe de mostrar flexibilidad y estar abierto a nuevas ideas e innovaciones. - Se debe de estar preparado para poner acuerdos rápidamente en práctica, ya que se espera que se realicen lo más pronto posible. - Los empleados deben de tener autonomía y espacio para ejecutar tareas por sí solos con pautas y recursos ofrecidos para apoyarlo en la ejecución de dichas tareas.

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3.2.4

Índice de masculinidad (MAS) Definición

No se debe de entender masculinidad y feminidad como las categorías biológicas masculino y femenino. Estos se refieren en realidad a los papeles sociales y a las categorías que las personas tienen en una sociedad. Algunos valores son considerados como „masculinos“, tales como por ejemplo la capacidad de imponerse, el éxito,competitividad, la aspiración a la riqueza y orientación al rendimiento. Otros son considerados „femeninos“,tales como la solidaridad, las relaciones y la calidad de vida. El grado en lo que los valores „masculinos“ son más importante que los „femeninos“ indica el índice de masculinidad. En sociedades con una alta prioridad de vida masculina se tiende a ser vistos en logros, retos, acumulación de riqueza y expanción. Uno vive con el fin de trabajar. Los hombres y las mujeres tienen diferentes roles predefinidos en la sociedad y los conflictos en la mayoria de las veces son resueltos por medio de formas agresivas.

Ejemplo

Países europeos, como Eslovaquia, Alemania, Austria, Hungría y Suiza indican un alto grado en el índice de masculinidad, así como Japón. En países femenino (con un valor bajo de masculinidad) se da mas importancia a los valores como la familia, las relaciones y la calidad de vida. Se trabaja para vivir. Los hombres y las mujeres son considerados con los mismos derechos. Los conflictos se resuelven más gentilmente y se solucionan a través de la negociación.

Ejemplo

Los países escandinavos, los Países Bajos y España indican un valor bajo en este índice.

Dibujo 5: Distribución del índice de masculinidad

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Observaciones con respecto al trabajo en países con otro MAS: Para países con un MAS alto: - Es muy probable que se espere que los empleados hagan más sacrificios, como jornadas de trabajo mas largas, vacaciones más cortas y la posibilidad de mas viajes. - Asuntos de negocios puede ser discutidos en cualquier momento, incluso en eventos sociales. - Preguntas personales no deben ser hechas en situaciones de negocios. - Las personas no esta generalmente interesadas en desarrollar amistades intimas. - En este ambiente la forma más eficaz de comunicación es directa, concisa, precisa y sin emociones. - Para juzgar a otras personas la gente toma mas encuenta el puesto profesional que la familia ó los contactos. - La autopublicidad es una parte aceptada por la cultura económica en este ambiente de competencia.

Para países con un MAS bajo: - La gente estima su tiempo libre, tiene como prioridad a la familia y toma vacaciones largas. - Por general no hay horas extras. - En conversaciones sociables (de negocios) la conversión trivial es más sobre la vida de la gente y los intereses, que a temas netamente comerciales. - Las preguntas personales son normales y no son molestas. - En los negocios la confianza vale más que las ganacias esperadas,etc. -

El nepotismo es aceptado y observado como positivo. Las personas muestran abiertamente sus preferencias hacia las relaciones cercanas.

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3.2.5

Índice de orientación a largo plazo (OLP) Esta dimensión no fue sistemanticamente desarrollada por Hofstede. La dimensión es básicamente el resultado de un segundo estudio chino, pero en el cual no incluye a todos los países de la encuesta original de Hofstede. Además, esta dimensión subraya aspectos que son relevantes para la comparación del mundo occidental y oriental, pero no tan adentrado en el contexto europeo. Por lo tanto, no se trata de una forma tan a detalle este contexto como los otros.

Definición

La orientación a largo plazo se refiere el grado en que una sociedad basa sus decisiones en las tradiciones y eventos del pasado, en metas a corto ó inmediato plazo, ó en lo que se persive como deseable para el futuro. Un valor alto en el índice de orientación a largo plazo indica que el país se dedica a obligaciones a largo plazo y con respecto a las tradiciones. Por lo general la gente es persistente, ahorradora y tiene pudor. Clasifica a las relaciones por estatus y tiene en cuenta este orden.

Ejemplo

Varios ejemplos para esta categoría son Japón, China y la India. Un valor bajo a largo plazo significa que el país no fortalece el concepto de a largo plazo en la parte tradicional. En esta cultura el cambio puede ocurrir de una forma más rápida, porque las tradiciones y las obligaciones de largo plazo no representan ningún obstáculo para el cambio.

3.3

Ejemplo

Ejemplos para esto son los EE.UU, África Occidental y Gran Bretaña.

Los límites del modelo de Hofstede El modelo de Hofstede ha sido apreciado por su base empírica. Casi ningún otro estudio o teoría de la cultura puede presentar una base cuantitativa parecida. Por otro lado, el modelo no explica porqué existen sólo cinco dimensiones y porqué justamente estas dimensiones deben ser consideradas como los componentes fundamentales de la cultura. Además, el modelo no toma en cuenta el cambio cultural, esto implica que la cultura es estática en lugar de dinámica y por lo tanto, porqué ó cómo el desarrollo cultural no puede ser explicado dentro de el modelo. Asi mismo el modelo de Hofstede ha sido criticado por haberse enfocado sólo en las culturas como un fenómeno a nivel de nación, no tomando en cuenta la diversidad cultural que prevalece dentro de las sociedades más modernas - para subculturas, culturas mixtas y el desarrollo individual, por la divergencia cultural, las características generacionales, étnicas, regionales, u otros subgrupos.

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Minos

Igualmente, la descripción de las dimensiones , en ciertos momentos, tiene el peligro de el valorar implicitamente que algunas culturas son mejores que las otras. Sin embargo el modelo puede ser usado como instrumento útil para la los preparativos de una estancia en el extranjero. Por ello se presentan los valores de Hofstede de la escala de las dimensiones de cultura en las siguientes páginas y ofrecen instrumentos útiles para información, que un trabajador ha de esperar en un país extranjero. No obstante uno tiene que ver los límites de este modelo, como se ha mencionado anteriormente.

3.4

La escala de las dimensiones de cultura de Geert Hofstede según países

PDI

... Índice de distancia del poder

IDV

... Índice de individualismo

MAS ... Índice de masculinidad IEI

... Índice de evasión de incertidumbre

OLP ... Índice de orientación a largo plazo

País Mundo árabe Argentina Australia

PDI 80 49 36

IDV 38 46 90

MAS 52 56 61

IEI 68 86 51

Austria Bélgica Brasil Canadá Chile China Colombia Costa Rica

11 65 69 39 63 80 67 35

55 75 38 80 23 20 13 15

79 54 49 52 28 66 64 21

70 94 76 48 86 30 80 86

República Checa Dinamarca Africa del Este Ecuador

35 18 64 78

58 74 27 8

45 16 41 63

74 23 52 67

OLP

65 23 118

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Minos

Continuación de las dimensiones culturales de Geert Hofstede

País

PDI

IDV

MAS

IEI

El Salvador Finlandia Francia Alemania Grecia Guatemala Hong Kong Hungria

66 33 68 35 60 95 68 46

19 63 71 67 35 6 25 80

40 26 43 66 57 37 57 88

94 59 86 65 112 101 29 82

India

Indonesia Iran Irlanda Israel

78 58 28 13

14 41 70 54

46 43 68 47

48 59 35 81

Italia

Jamiaca Japón Malasia México Países Bajos Nueva Zelanda Noruega Pakistan

45 54 104 81 38 22 31 55

39 46 26 30 80 79 63 14

68 95 50 69 14 58 8 50

13 92 36 82 53 49 50 70

Panamá Perú Filipinas Polonia Portugal

95 64 94 68 63

11 16 32 60 27

44 42 64 64 31

86 87 44 93 104

OLP

96 61

44 30 20 0

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Minos

Continuación de las dimensiones culturales de Geert Hofstede

País Singapur Africa del Sur

PDI 74 49

IDV 20 65

MAS 48 63

UAI 8 49

LTO 48

Corea del Sur España Suecia Suiza Taiwan Tailandia Turquia Reino Unido EE.UU. Uruguay Venezuela

60 57 31 34 58 64 66 35 40 61 81

18 51 71 68 17 20 37 89 91 36 12

39 42 5 70 45 34 45 66 62 38 73

85 86 29 58 69 64 85 35 46 100 76

Africa del Oeste

33 87 56 25 29

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Minos

Características de la cultura Después de la presentación del planteamiento general de Hofstede, el cuarto capítulo trata de características concretas de las culturas, las cuales se espera que influyan en el comportamiento en el ambiente de trabajo, y por lo tanto debe de ser considerado al dirigirse a un nuevo país.

4.1

Importante

Es importante tener en cuenta que cada una de las dimensiones, que son presentada en el siguiente parte, representan un continuo con tendencias hacia una o a la otra dirección – y no una dicotomía. Las cualidades variadas que crean cada una de estas dimensiones pueden que no sean consistentes del todo, pero como un todo tendran generalmente una tendencia hacia un extremo o el otro del continuo.

La percepción del tiempo y prioridades El modelo de culturas sincrónicas y secuenciales fue establecido por E. T. Hall. A primera vista el tiempo parece a ser un concepto simple. Sin embargo, todas las culturas tienen una concepción única de tiempo y sus manera de usarlo. Algúnas culturas tienden a venerar tiempo y tratarlo como un recurso disponible y escaso. En otros países, el tiempo es más flexible y el llegar a una cita despúes de la hora quedada ó el tomarse mucho tiempo para comenzar a trabajar es considerado como algo normal y aceptable. Las diferencias en los conceptos del tiempo basadas en las diferencias culturales pueden ser categorizadas de acuerdo a si es que son secuenciales ó sincrónicas, refiriendose a la forma en la que el tiempo está estructurado en una cultura. Generalmente uno puede ver el entendimiento personal del tiempo como un continuo con un entenidmiento secuencial del tiempo en un extremo y un entendiemiento sincrónico del tiempo en el otro extremo. Los dos puntos serán explicados en las siguiente páginas.

4.1.1

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El concepto secuencial de tiempo Definición

La distribución secuencial del tiempo significa el hacer las cosas una por una, es decir, donde una cosa le sigue a la otra, donde diferentes tareas tienen su tiempo asignado. El tiempo es visto como algo dado y las personas son la variable. Las necesidades de las personas son ajustadas para cubrir con las demandas del tiempo (horarios, fechas de entrega, etc.). El tiempo es cuantificable y una cantidad límitada de este es una variable. Las personas hacen una cosa en determinado tiempo y la terminan antes de comenzar otra, sin importar las circunstancias. Para culturas secuenciales tiempo es muy concreto y tangible. Sobre el tiempo se habla como sobre un recurso: „gastar tiempo“, „desperdiciar tiempo“ y „ahorrar tiempo“. Tiempo es percibido como lineal, se extiende como una línea del pasado,pasando por el presente hasta el futuro. El timpo es usado como una herramienta para estructurar a el día y para decidir los niveles de importancia , por ejemplo el no tener tiempo para ver a alguien. Las personas con un concepto secuencial del tiempo tienden a:

Ejemplo

hacer una cosa una por una,

concentrarse en el trabajo,

tomar compromisos de tiempo (plazos, fechas) en serio ,

tienen muy poco contexto y necesitan mucha información,

estar comprometidos a su trabajo,

atenerse muy seriamente a los planes,

se preocupan por no interrumpir a los demás; siguen las reglas de la privacidad y la consideración,

demuestran gran respeto para la propiedad privada, muy rara vez piden algo prestado o prestan algo.

enfatizan la prontitud,

estan acostumbrados a las relaciones a corto plazo.

Países típicos, donde la mayoría de la gente tiene conceptos secuenciales de tiempo son Alemania, los EE.UU, Suiza, Suecia, Noruega y Dinamarca.

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Minos

4.1.2

El concepto sincrónico del tiempo Definición

La organización sincrónica representa al polo opuesto: diferentes actividades se hacen al mismo tiempo, existe un alto nivel de contacto con la gente, lo que implica poner más énfasis en relacionarse con los demás que el seguir un horario. El tiempo es percibido como un sirviente y una herramiente para las personas. Siempre se encuentra mas tiempo dismponible y la gente nunca esta demasíado ocupada. Muy frecunetemente las personas tienen que hacer varias cosas al mismo tiempo, como lo requieran las circustancias. No es necesario terminar algo antes de comenzar con otra cosa, ni siquiera terminar un negocio con una persona antes de comezar a negociar con otra. El tiempo sincrónico no es visto tanto como un recurso y así puede ser comparado más con un punto que con una línea. Las personas con un concepto sincrónico de tiempo tienden a:

Ejemplo

hacer varias cosas al mismo tiempo,

distraerse fácilmente e interrumpe a otros,

considerar los compromisos de tiempo como un objetivo de ser posible a alcanzar,

tener un contexto grande y tener mucha información,

estar comprometidos a la gente y a las relaciones humanas,

cambiar de planes fácilmente y frecuentemente,

estar mas preocupados con las personas a la que son cercanos a ellos (amigos, socios cercanos) que con la esfera privada,

basar la prontitud de las cosas con respecto a la relación que se tenga con la otra persona,

tener tendencia a construir relaciones que duran toda la vida.

Concepto sincrónicos del tiempo se encuentran sobre todo en Asia, Arabia, así como en países de América del Sur y Europa del Sur, incluida Francia.

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Minos

Observaciones con respecto al trabajo en países con otro concepto del tiempo: „Es imposible saber cuántos millones de dólares han sido perdidos en negocios internaciones, debido a que las personas secuenciales y sincrónicas no se entienden entre sí ó ni siquiera pueden distinguir que existen dos tipos de sistemas de tiempo“ (E.T. Hall y M. Hall, 1990)

Importante

Si es que llegan a existir diferentes percepciones del tiempo entre miembros de diferentes culturas, esto puede que se activen los sentimientos y evaluaciones los cuales pueden causar malentendidos. Para países con un concepto secuencial: -

El manejo de citas, agendas, horarios, toma de decisiones, planeación de tiempo, entre otras cosas, son generalmente manejadas con mucha precisión; por ejemplo se tiene que cumplir con la agenda, las juntas se tienen que programar con tiempo y la puntualidad es muy importante.

Las relaciones son valoradas de acuerdo con criterios prácticos y con orientación al futuro - las relaciones que no parecen de ayuda para futuras metas de negocios pueden que sean desechadas.

Ascensos se basan la mayoría de las veces en logros reciente y probables éxitos en el futuro próximo.

A menudo uno se puede encontrar con diferentes perscepciones del tiempo incluso en los diferentes departamentos de una empresa. Empleados de la contabilidad y del sector TIC piensan con frecunecia de una forma secuencial y orientados en el presente. Muchas veces esta gente tiene problemas con desafíos que se tienen que trabajar en conjunto con varios departamentos de la empresa.

Para países con un concepto sincrónico: -

El manejo de citas, agendas, horarios, toma de decisiones, planeación de tiempo,etc. son normalmente menos precisos en términos de establecimiento de fechas, plazos límite, puntualidad ó de con cuánto tiempo de anticipación se organizan las juntas.

La gente tiende a ser más orientada en el grupo. Se consideran a las relaciones como profundas y de largo plazo, que abarcan el pasado, el presente y el futuro; a si mismo busca relaciones de negocios que ofrecen esta orientación.

Los empleados tienen a valorar las relaciones a largo plazo dentro del trabajo. Los ascensos pueden ser basados bajo un criterio subjetivo liagada a la red de relaciones.

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4.2

Ejemplo

A menudo se encuentra difetentes precepciones de tiempo dentro de diferentes departamentos de una empresa. Los empleados de marketing o publicidad piensan a menudo de una forma sincrónica, que se le puede atribuir a su función con orientación sincrónica. En general son mejores para integ rarse en un equipo que se compone de gente de distintos departamentos, ya que ellos son capaces de hacer distintas cosas al mismo tiempo.

La expresión „12.00“ puede referir a las 12 en punto, pero además a las 12 y media o aun más tarde. Ocurre de igual forma para plazos límite.

El origen de estatus El origen de estatus se refiere a la forma en cómo las personas logran su rol ó estatus en un país ó en una organización , de igual forma sus obligaciones y responsabilidades que estan conectadas con un estatus en específico. Este concepto está relacionado con algunas cualidades del índice de distancia de poder y del índice de individualismo de Hofstede. Sin embargo hay algunos aspectos, que no son incluidos en estas dos dimensiones. Por ello, el origen de estatus es tratado en un capítulo en particular. El estatus existe en todas las sociedades, pero la manera de aprovecharlo, conseguirlo y reaccionar varía de una cultura a otra. Aqui se le denomina a los dos polos como estatus conseguido y estatus atribuido. Otros autores se refiere a culturas orientadas a las acciones y culturas orientadas al ser (Kluckhohn y Strodtbeck, 1961).

4.2.1

El estatus conseguido En culturas con estatus conseguido corresponde a culturas orientadas a las acciones, en donde el estatus se gana y no depende tanto a la edad. Las cualidades interempresariales que contribuyen a logros son más valoradas que las cualidades externas, las personas son admiradas y respetadas por sus logros personales, pero en especial por sus logros y acitvidades profesionales. El conseguir puestos ejecutivos es posible a través de un gran trabajo arduo y de contribuciones a una empresa o una comunidad. La gente es contratada generalemente en base a un record de logros perscibidos y no tanto en base a los antecedentes y conexiones familiares ó personales y tampoco de la escuela a donde uno asistió.

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Además, el estatus no es algo fijo y este puede ser perdido si uno deja de tener logros, por ejemplo éste se pasaría a otra persona. Cada quien crea su propio estatus y dependiendo de las circunstancias , este también puede cambiar rápidamente. En estos países es habitual que la gente de estatus más alto no se dirija con una actitud superior hacia las personas de un estatus más bajo. Los titulos tienen un valor mínimo y no es común el enfatizar, hablar acerca ó poner mucha atención a el estatus. Los EE.UU, los países escandinavos, Gran Bretaña e Irlanda forman parte de este tiempo de países.

4.2.2 El estatus atribuido

Definición

En culturas con estatus atribuido, ó en culturas orientadas al ser ,el estatus se basa en cualidades externas a la empresa, como por ejemplo: la clase social, el nivel de educacion , profesion, edad, riqueza, educacion o genero. Si uno cumple con las caracteristicas externas correctas, el estatus es adquirido automaticamente y por lo tanto dificil de perder. La gente está muy consciente de su estatus y no debe de actuar de forma que esten por arriba o por abajo de lo que otros esperan de su estatus. Los titulos son importantes y deben de ser siempre usados. En comparación existen muy pocas posibilidades para conseguir un estatus a causa de rendimientos y éxitos.

Ejemplo

El estatus atribuido se encuentra por ejemplo en la India, Francia, Corea y Japón.

Observaciones con respecto al trabajo en países que tienen otro origen de estatus: Para países con estatus conseguido: - - - - -

Hay jerarquías, pero ellas son menos formales y evidentes, En el negocio los modales pueden ser mas flexibles, por ejemplo la genete utiliza el nombre ya que la gente ve como innecesario el mostrar deferencia a un colega de un rango mas alto. Los ejecutivos pueden adoptar un papel de mentores. Ellos son un punto de referencia y guian las personas que supervisan, con el fin de desarrollar sus habilidades y mas tarde que puedan desarrollar sus tareas con una minima orientacion. Los subordinados pueden poner en duda las decisiones de su superior, En general la informacion pasa fácilmente por los diferentes niveles de jerarquía. Por ejemplo, es posible dirigirle la palabra a una persona de otro departamento que tiene un estatus superior para llegar a un acuerdo, para recibir consejos o retroalimentaciones. 31

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Minos

Para países con estatus atribuido: - - - - -

4.3

Las jerarquías que definen los papeles, prácticas y procesos son en general más rígidas. Por ejemplo, los empleados tienden a concentrarse solamente a sus propias responsabilidades y generalmente no ofrecen sugerencias a sus superiores. La formalidad en el ambiente laboral es normalmente alta, por ejemplo, la gente se dirige generalmente entre si usando titulos y apellidos. Gente con diplomas profesionales, tales como doctores, arquitectos y abogados esperan que se refieran a ellos por su titulo profesional. Es esperado que los gerentes den instrucciones claras y que den todas las respuestas. Se espera de ellos que tengan experiencia, conocimientos y que sean capaces de lidiar con problemas de una forma efectiva. En general los empleados no ponen las decisiones del superior en duda. Normalmente la informacion fluye lentamente, ya que se espera de los empleados que solo se dirijan directamente a su supervisor y no , por ejemplo, a personas con un estatus mas alto de otro departamento.

Comunicación directa contra comunicación indirecta La comunicación, la transmisión y recepción de informacion, es un componente fundamental de la cultura. En ambos procesos de mandar y recibir mensages, la comunicacion pasa a traves de un „filtro“ cultural. Al comunicarse es casi imposible el no incluir al menos algun contenido cultural, ya sea directamente en las palabras que se dicen, en la forma en que se dice o en las señales no verbales que las acompañan. Los mensajes recibidos pasan por un filtro de las condiciones culturales de uno mismo, lo que significa que el mismo mensaje puede ser interpretado de muchas maneras diferentes por personas de diferentes culturas, y de una forma distinta que la persona que lo comunica se refiere.

Definición

La informacion que rodea un evento es el contexto, el cual se refiere a la cantidad de entendimiento innato y la mayoria de las veces inconsciente, de la que se puede esperar de una persona en una situacion de comunicacion en particular. El contexto puede ser categorizado como alto o bajo y esta relacionado al estilo de comunicacion, el cual puede variar en una catidad significativa de una cultura a otra.

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4.3.1 Comunicación directa / culturas con contexto bajo

Definición

Las culturas con un contexto bajo tienden a ser lógicas, lineales, orientadas a las acciones y a menundo heterogeneas e individualistas. Son apreciadas la lógica, la sinceridad y los hechos. Las decisiones son basadas en hechos verificables en lugar de intuiciones. Lo dicho se pone en la práctica. Por lo general la gente no sabe mucho del otro y hay sólo muy pocas suposiciones posibles acerca de la otra persona. No pueden acogerse al contexto, es decir no se pueden fiar de algo, que en una situación siempre fue hecho o dicho, tampoco comunicarse de una forma no verbal, para poder darse a entender. En su lugar, ellos se tiene que valer más de una comunicacion verbal y que sus palabras sean interpretadas literalmente. La meta principal de la mayoría de las comunicaciones es el recibir ó el dar información, de este modo uno encuentra mas estilos de comunicación directa.

Ejemplo

Los países típicos con contexto bajo son los EE.UU, Alemania, Suiza y los países escandinavos.

4.3.2 Comunicación indirecta / culturas con contexto alto

Definición

Las culturas con un contexto alto tiender a estar orientadas a las relaciones, son colectivistas, intuitivas, pensativas y también homogeneas. Estas culturas , más que a los logros induviduales, le dan preferencia a la harmonía del grupo y el consenso. Las personas de ésta cultura estan gobernadas mas por la intuición y los sentimientos, que por la razón. Esto signifíca que las personas de este típo de culturas enfatizan las relaciones interpersonales. El desarrollar confianza es un primer paso muy importante para cualquier cooperación. Las personas de culturas con un contexto alto tienden a tener redes amplias de información y muchas relaciones cercanas y personales. A causa de que éstas culturas tienen a ser colectivistas, la gente trabaja en estrecha cooperación y sabe lo que otros saben. El destino principal de intercambio de información es mantener la armonía y no poner a nadie del grupo en ridículo. Las palabras tienen menos importancia que el contexto, el cual incluye el tóno de voz de quien esta hablando, las expresiones faciales, gestos, postura y de hecho el historial familiar y su estatus. La gente tiene una gran idea desarrollada y refinada de cómo se dan la mayoría de las interacciones y cómo las otras personas actuarán en una situación en concreto. El mensaje transmitido, en un momento dado, consiste de poca información y la mayoría de la información ya es conocida por las personas que lo comunican.

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Minos

Por ello, han desarrollado un estilo indirecto de comunicación.Tienen una menor necesidad de ser explícitos y dependen de menos palabras para transmitir el significado, y especialmente en el significado literal de las palabras habladas, pero más en la comunicación no verbal.

Ejemplo

Se considera a los países asiáticos, árabes, muchos países africanos, así como los países mediterráneos como culturas con alto contexto.

Observaciones con respecto al trabajo en países con contextos y estilos de comunicación diferentes:

Importante

Algunas veces la forma de cómo se dicen las cosas, en lugar de lo que se dice, es lo que comunica el mensaje importante. Si uno es una persona directa que está trabajando en una país con una comunicación indirecta, puede parerecer que ambas partes están hablando dos lenguas totalmenente distintas, aunque estén hablando el mismo idioma. Estilos de comunicación diferentes signifícan una posibilidad alta de malentendidos o malinterpretaciones. Entonces, en la comunicación entre culturas es especialmente importante el estar alerta de ambor tipos de mensajes, los explicitos y los sutiles ó escondidos. Para ello se necesita de un alto grado atención. Para países con contexto bajo / comunicación directa: - - -

Para expresarse de una manera clara, se debe de usar palabras precisas y esperar que se entiendan de una forma literal. De las negaciones surgen muchas veces contratos explícitos. Para tomar decisiones, la gente quiere y necesita a menudo de mucha información de trasfondo. Quieren saber todo. Por ejemplo, una persona con alto contexto puede considerar a una persona con bajo contexto como alguien que habla demasiado, que es demasiado precisa y que da información innecesaria.

Para países con alto contexto / comunicación indirecta vale: - - -

Pueden resultar malentendidos a causa de que no se toma en cuenta los diferentes estilos de comunicación con respecto al alto ó bajo contexto, Las personas tienden a basar sus decisiones con menos información de trasfondo, que es disponible en cierto tiempo, debído a que se han mantenido al tanto con el proceso de lo que se está haciendo . Para aprender el uso de comunicación indirecta se pueden usar siguientes técnicas:

1. El uso del si restringido para decir no. 2. La narración de una historia para decir no de una manera indirecta. 3. El cambio del tema para no tener que decir no. 4. Hacer una pregunta para dar una respuesta negativa. 5. El retorno a un asunto anterior de la discusión para señaliza una discrepancia. 34

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Minos

Trabajar en el extranjero El último capítulo trata de problables problemas emocioales y prácticos, a los que un trabajador en un país extranjero tiene que enfrentarse. Además, ofrece al lector algúnos consejos para que él pueda enfrentarse estos desafíos.

5.1

Sufrir un choque cultural

5.1.1

El choque cultural Con la ayuda de la cultura se puede definir quiénes son las personas, sus creencias y cómo se comportan. Trabajar en el extranjero significa ir a un sitio, dónde nuestras propias reglas pueden que no sean válidas. Eventualmente se tiene que aprender de nuevo la manera „correcta“ de comer, hablar, actuar etc. Geert Hofstede lo explica diciendo que el choque cultural „ nos retrocede al estado mental de un bebé.“

Definición

Trabajar en el extranjero significa que uno se tiene que acomodar a una nueva cultura. Incluso cuando una cultura parece ser muy similar a la de nuestro país natal, puede que existan diferencias significativas. El experimentar dichas diferencias pueden dar pie a la depresión, sentimientos de soledad, ansiedad, temor, retraimiento, abandono e incluso resentimientos contra la nueva cultura. A esto se le llama un „choque cultural“. Un choque cultural ocurre cuando de repente ya no funciona las suposiciones que tenemos acerca de cómo funciona el mundo.

5.1.2

Métodos para el manejo de un choque cultural Si usted es enviado a trabajar en el extranjero y experimenta un choque cultural, usted puede utilizar una variedad de métodos ó estrategias para salucionar activamente los problemas emocionales que son parte de un choque cultural: 1.

2. 3. 4. 5. 6. 7.

Entender que un choque cultural es una parte normal del ajustarse a una nueva cultura. Usted es uno entre muchos; no es el primero ni el último que pasara por estos problemas. Sea paciente con su nuevo ambiente, la adaptación cultural necesita tiempo. Aprenda el idioma y no tenga vergüenza llevar consigo un diccionario. Si la gente sabe que usted lo intenta, a menudo lo ayudaran más. Inscribase en el gimnasio, una institución ó una organización, ó tome clases. Todas estas cosas le proporcionaran de oportunidades para que interactue más con otras personas. Sea realista. No todos los humores se basan en la cultura. En casa usted pasó también por días difíciles. Pongase en contacto con personas clave, que puedan ayudarle. Antes del viaje informese lo más bien posible sobre la nueva cultura.

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Minos 8.

5.2

Celebre cada paso que usted ha superado en el proceso de adaptación. También los éxitos pequeños ayudan a sentirse bien y facilitan los próximos pasos.

El proceso de la adaptación cultural El proceso de ajustamiento que uno enfrenta al momento de adaptarse a una nueva cultura (el cual toda persona lo enfrenta, ya sea en mayor o menor medida) se puede describir en términos de fases. Geert Hofestede describe estas fases de la siguiente forma: Fase 1: Durante la primer fase, la gente esta entusiasmada de vivir en una nueva cultura y le gustan las diferencias que experimenta. Esto se puede comparar con lo que la gente experimenta cuando visitan un país extranjero durante las vacaciones. Fase 2: Eventualmente la novedad y la emoción le dan paso a las frustraciones y desafíos diarios a la hora de tratar de funcionar con normalidad en una nueva sociedad. Aqui es cuando comienza el choque cultura. La gente puede sentir que no son entendidos, y puede que hasta tengan dificultad en encontrar las cosas más „comunes“ que estan buscando. Además, el recién llegado ya no es tratado como un honorable huesped y esperan de él que haga cosas por sí mismo. La frustración que acompaña a estos cambios, pueden dar rápidamente paso a sentimientos aterradores y retraimiento. Fase 3: Aquí es el comienzo de la etapa de adaptación. Puede que la gente siga enfrentándose a la frutración, pero aprenden a funcionar de una manera más efectiva con el contexto de la nueva cultura. Esta fase puede necesitar gran esfuerzo para que se logre. Fase 4: Se llega a esta fase, cuando el recien llegado a alcanzado un estado de anímo estable, lo que significa que el o ella se ha ajustado permanentemente a la cultura. Eso no significa necesariamente, que el o ella prefiera esta cultura, más bien significa que el o ella ha alcazado un nivel de entendimiento del porqué la gente de la otra cultura actúan como actúan, además de que es capaz de funcionar con un nivel razonable de éxito con ese contexto.

5.3

Competencia intercultural - Libro de texto

Minos

Evitar el uso del criterio de „refencia propia“ La tendencia de usar los propios valores y creencias como un marco de referencia, del cual el juzgar una situación es una norma más que una excepción. Este fenómeno es tan común que el antropólogo J.A. Lee acuñó el término de criterio de „referencia propia“ ,para describirlo. Esta tendencia puede ser tan fuerte que puede impedir el proceso de adaptación cultural. Lee describe un proceso que consta de cuatro pasos y que ayuda identificar las diferencias culturales, que probablemente pueden acabar en problemas. Después de entender esta circunstancia, se pueden tomar medidas, que pueden ser útiles para solucionar estos problemas. Los pasos son siguientes:

5.4

En primer lugar analice la situación respecto a sus propias rasgos culturales, costumbres y valores.

Después analice la situación respecto a los rasgos culturales, costumbres y valores del nuevo país.

Y ahora, aísle en esta situación la influencia del criterio de „referencia propia“ y enfoque exactamente cómo el criterio influye en su vista a la situación.

Redefina la situación, pero esta vez sin la influencia del criterio de „referencia propia “ y actue de una manera a la que todos beneficie.

Observación Lo más importante de los primeros pasos en una nueva cultura es la observación. La observación perceptiva le ayudará a uno a obtener información necesaria y perspectivas para comprender a una cultura diferente y para adaptar su propio comportamiento a las situaciones. Las siguientes preguntas van a ayudarle conseguir soluciones, que le permitan adaptar su comportamiento efectivamente al nuevo entorno:

Comportamiento de diferencia de poder - - - - -

¿Cómo tratan los empleados a sus jefes? ¿Cómo tratan los jefes a sus empleados? ¿Se encuentra indicaciones de que el superior delega su autoridad ó la retiene a el? ¿Hay indicaciones de que los empleados toman la iniciativa o que esperan por instrucciones? ¿Con quién almuerza la gente? ¿Come solo con sus semejantes o hay una mezcla de jerarquías?

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El manejo de tiempo - - - - -

¿La gente llega puntualmente al trabajo? ¿Quién es puntual y quién no? ¿Qué pasa cuando una persona que está conversando recibe una llamada? ¿Cómo actúa una persona que llega con dos personas que ya están charlando? ¿Comienzan las juntas puntualmente? ¿Cuanto tiempo tiene que esperar la gente que tiene una cita?

Estilos de comunicación - - - - - -

¿Cómo se manejan con conflictos? ¿Cómo se expresan divergencias de opiniones? ¿Cómo se comunican malas noticias o reflexiones negativas? ¿Qué importante parece salvar la cara? ¿Cómo actua la gente en sus conversaciones, de una forma directa ó indirecta? ¿Tiene el puesto un alto ó un bajo contexto?

Comunicación no verbal - - - - -

¿Cómo viste la gente? ¿Cómo se saluda la gente por la mañana? ¿Qué normas para entrar o salir de la oficina de otra persona? ¿Mantiene la gente contacto visual durante una conversación? ¿Qué tan lejos del otro se para la gente al hablar?

Normas de trabajo - - - - -

¿La gente toca directamente el tema de trabajo ó hablan más sobre cosas generales? ¿Trabaja la gente con mas interacción con sus colegas ó trabaja de una forma más independiente? ¿ Se trata a la mujer de una forma diferente que a los hombres? En caso positivo, ¿de qué manera? ¿Qué comportamiento de personal es reconocido? ¿Qué actitud parece prevalecer con respecto a las reglas y procedimientos; cuál es la necesidad de seguirlas?

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Minos

Referencias Libros y artĂculos Bennett, M. (Ed.) (1998): Basic Concepts of Intercultural Communication. Yarmouth, Maine. Intercultural Press Ghauri, P. N. ; Usunier, J. C. (Eds.): International Business Negotiations. Oxford. Redwood Books Hall, E. T. ; Hall, M. R. (1987). Hidden Differences: Doing Business with the Japanese. New York. Doubleday Hall, E. T ; Hall, M. R., Mildred R. (1990): Understanding Cultural Differences. Germans, French and Americans. Yarmouth, Maine. Intercultural Press Hofstede, G. (1997): Cultures and Organizations: Software of the Mind (2nd ed.). New York. McGraw-Hill Hofstede, G. (2001): CultureÂ´s Consequences (2nd ed.): Comparing Values, Behaviors, Institutions and Organizations Across Nations. Thousand Oaks. Sage Kluckhohn, F. ; Strodtbeck, R. (1961): Variations in value orientations. Evanston. Row Peterson Lee, James (1966): A Cultural Analysis in Overseas Operations. Harvard Business Review (March-April). 106-114 Linton, R. (1945): The Cultural Background of Personality. New York Terpstra, V. ; David, S.K. (1991): The Cultural Environment of International Business (4th ed.) Southwestern Publishing Mautner- Markhof, F. (Ed.) (1989): Process of International Negotiations. Westview Press. Boulder Peace Corps (n.d.): Culture Matters. Washington. ICE

Internet http://www.geert-hofstede.com http://www.kwintessential.co.uk

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Competencia intercultural - Libro de texto

Agradecimiento Conducta social, competencia internacional es un modelo autónomo del seminario de mecatronica, que fue desarrollado en el proyecto MINOS y promovido por la Comisión Europea. Hay muchas personas que han contribuido con este trababajo. El autor agradece a las siguientes personas por sus aportes, complementaciones y revisión del material: Andre Henschke, Geert Hofstede, Marcus Carson, Tom Burns, Ulrike Gampig, Viola Krynksi. Además, me gustaría agradecer a las empresas que me permitieron poner el material a prueba y mejorarlo a través de la experiencia práctica, los cuerpos de paz por su intenso trabajo previo en el campo intercultural y a la Comisión Europea por su contribución financiera.

Mecatrónica Módulo 2: Administración de proyectos (parte 2) Libro de Texto (Concepto) Andre Henschke Henschke Consulting Dresden, Alemania

www.minos-mechatronic.eu

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Índice 1 Tendencias en trabajos de proyecto 1.1 Trabajos de proyecto en el pasado 1.2 Fases del desarrollo de la dirección de proyectos 1.3 Origen de los principios de la organización de proyectos 1.4 Los nueve campos de conocimiento de la dirección de proyectos

5 5 5 6 7

2 Un proyecto – condiciones y características 2.1 DIN 69 901

3 Tipos de proyectos 3.1 Proyectos de inversión 3.2 Proyectos de investigación y de desarrollo 3.3 Proyectos de organización 3.4 Plan de estructura de un proyecto 3.5 Características de la dirección internacional de proyectos 3.5.1 Objetivo de una internacionalización 3.5.2 Tipos de metas de internacionalización 3.5.2.1 Metas de internacionalización económicas y no económicas 3.5.2.2 Objetivos defensivos y ofensivos en la internacionalización 3.5.2.3 Objetivos orientados por recursos, productos y ventas 3.5.3 Efectos de la sociología en el campo de dirección internacional de proyectos

10 11 11 12 13 13 13 14 14 16 16 17

4 Horizonte de planeación y objetivos en la gestión del proyecto 4.1 Dirección de proyecto operativa 4.2 Dirección táctica de proyectos 4.3 Gestión estratégica del proyecto

18 18 18 18

5 Un proyecto y sus fases 5.1 Idea del proyecto e inicio del proyecto 5.2 Definición del objetivo y del proyecto 5.3 Estudio de viabilidad 5.4 Encargo del proyecto y Kick Off 5.5 Clasificación general y definición de las tareas del proyecto 5.6 Estructuración detallada 5.7 Planeación del proyecto 5.8 Supervisión del proyecto 5.9 Análisis del proyecto 5.10 Grupos de proceso de dirección del proyecto 5.10.1 Grupo de proceso de iniciación 5.10.2 Grupo de proceso planificación 5.10.3 Grupo de proceso realización 5.10.4 Grupo de proceso de control 5.10.5 Grupo de proceso de terminación

19 20 20 20 21 21 21 22 23 23 23 24 24 25 25 25

6 Organización de proyecto 6.1 Organización pura del proyecto 6.2 Organización jerárquica (coordinación del proyecto) 6.3 Organización matriz 6.4 Resumen: Carcterísticas de organización del proyecto

26 26 27 28 29

Minos

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7 Dirección de proyecto 7.1 Director del proyecto 7.1.1 Campo de responsabilidad del director del proyecto 7.1.2 Tareas de un director del proyecto 7.1.3 Requisitos personales del director del proyecto 7.1.4 Competencia mínima de un director de proyecto 7.2 El equipo del proyecto

30 30 30 31 31 32 33

8 Planificación del proyecto 8.1 Planeación del objetivo 8.2 Aspectos de la planeación 8.3 Arreglos de los proyectos 8.4 Tipos de planeación de proyectos 8.5 Técnicas e instrumentos para la planeación de proyectos 8.6 Método de diagrama de precedencias (PDM) 8.6.1 Objetivo del método de diagrama de precedencias 8.6.2 Historia del método de diagrama de precedencias 8.6.3 Fundamentos del método de diagrama de precedencias 8.6.4 Otros conceptos del método de diagrama de precedencias 8.6.5 Ejemplos del método de diagrama de precedencia 8.6.6 Tipos del método de diagrama de precedencia 8.6.7 Ventajas del método de diagrama de precedencia 8.6.8 Desventajas del método de diagrama de precedencia 8.6.9 Hítos

34 34 36 36 37 38 40 40 42 42 45 46 48 49 49 50

9 Pasos para el éxito del proyecto

10 Dirección de riesgos

Referencias

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Tendencias en trabajos de proyecto

1.1

Trabajos de proyecto en el pasado

Minos

La construcción de templos antiguos, el descubrimiento de continentes desconicidos, el desarrollo de métodos y tecnologías revolucionarias han sido siempre proyectos audaces de mentes creativas, las cuales, en un tiempo determinado, trajeron a la luz resultados, incluso teniendo sólo una escala de recursos restringidos. La estructuración mas exacta para el logro de una meta, con una buena razón, se pueden encontrar dentro del sector militar. El translado de material, suministro y las tropas han sido un reto complejo desde tiempos antiguos. Los problemas, métodos, instrumentos y niveles de dirección de un proyecto son cosiderablemente bien conocidos y documentados. Sin embargo la meta debería ser el establecer y extraer una base de conceptos y terminologías. Varios institutos y asociaciones de dirección de proyectos (asociaciones PM, por sus siglas en ingles „Project Managment“) están tratando de lograr esta meta. En particular se tiene que mencionar el Instituto Americano de Dirección de Proyectos (PMI, por sus siglas en ingles), el cual publicó PMBOK (Project Management Body of Knowledge) la literatura básica en el idioma ingles para la dirección de proyectos. Mucha de la siguiente información que se refiere al PMBOK, en sí, por su gran estructura, muestra claramente las características de proyectos y de la dirección de proyectos. Los estandares DIN 69900-1, DIN 69900-2 ,DIN 69901 hasta 69905 especialmente para Alemania. El estandar ISO 10006:2003 es una guia internacional para la dirección de calidad.

1.2

Fases del desarrollo de la dirección de proyectos Las fases del desarrollo de la dirección de proyectos se pueden dividir en 3 fases principales: -

Fase de la dirección del proyecto inconsciente (desde la antigüedad hasta el principio de la Edad Moderna)

- Fase de la planificación consciente de proyectos singulares (tiempo de los descubridores, Edad Moderna hasta el principio del siglo XX). - Fase de la dirección planificada y organizada de proyectos desde 1980.

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Minos

Ejemplo

Las legiones del Imperio Romano fueron mucho mas estructuradas y especializadas que sus enemigos, así pudieron lograr la victoria para Roma en muchas batallas. El análisis bien planeado y bien enfocado del poder pudo llevarlos a la victoria. En el año 53 a.C. Cayo Julio César, con tan sólo 50,000 soldados venció a un ejercito de 320,000 y se convirtió en el conquistador victorioso de Galia. Este es sólo un ejemplo de las oportunidades ofrecidas por el uso bien calculado de los medios. El 5 de Diciembre de 1757 Federico II el Grande derrotó al ejercito austriaco que era tres veces más grande. Esta victoria no fue resultado de una diferencia de números, sino de la aplicación óptima de poderes.

1.3

Origen de los principios de la organización de proyectos Importante

El primer trabajo del trabajo planeado y complejo de las operaciones militares de los tiempos modernos, „De la guerra“, fue publicado en 1832, por un oficial prusiano llamado Carl von Clausewitz. Sus teorias son enseñadas hasta la fecha en univesidades élite como la Universidad de Harvard y muchas otras. La capacidad de transmitir sus ideas a la economia provee de una base importante también a la dirección de proyectos. Hoy en día casi todos los planes en la economia , administración pública, investigación, la politica y la educación son también hechos por equipos de proyectos. También las empresas realizan formulaciones más pequeñas e internas a través de equipos de proyectos. Especialmente se pueden solucionar problemas más complejos e interdisciplinarios de una forma fácil con la ayuda de la dirección de proyectos. La cantidad de proyectos ha aumentado rápidamente en los úlimos años. Pero la dirección de proyectos no es un arma de milagros. Es un intrumento complejo que puede ser usado eficientemente. La dirección de proyectos existe en su mayoria, en las mentes. Con frecuencia la gente es por si misma parte de los puntos débiles y factores de riesgo, por que la dirección exitosa de un proyecto depende en su mayoria del líder de una empresa que tenga competencia (social).

Direcciรณn y organizaciรณn de proyectos - Libro de texto

1.4

Minos

Los nueve campos de conocimiento de la direcciรณn de proyectos La direcciรณn de proyectos consiste bรกsicamente de los siguientes campos prรกcticos o cientรญficos ( de acuerdo con el Project Management Institute): La direcciรณn de integraciรณn: Los diferentes elementos de ciertos proyectos son coordinados aqui. Tener en cuenta, en todo momento, los estรกndares de la direcciรณn de proyectos, facilita esta tarea. La administraciรณn de contenido y alcance (Scope Management): La direcciรณn del marco de proyecto ( tambiรฉn: administraciรณn de contenido y alcance) se encarga de lograr las metas propuestas. Sin embargo, no se encarga sรณlo de la orientaciรณn al resultado con respecto a los objetivos iniciales, sino que tiene como tarea en particular, el incluir desviaciones de estas metas en el proyecto , que durante el proceso del proyecto se manifestarรกn, al igual que inducir un nuevo plan correspondiente. Administraciรณn del tiempo: Estรก enfocado a mantener los marcos de tiempo y debe de incluira todos los grupos implicados. El plan de proyecto es mรกs que nada, un instrumento de comunicaciรณn. Administraciรณn de gastos: Tiene como objetivo el cumplimiento del presupuesto. Para esto es necesario llevar una cuenta de los gastos que se vayan haciendo. Eventualmente se tienen que hacer contramedidas. Administraciรณn de calidad: La administraciรณn de calidad especรญfica del proyecto abarca la estandarizaciรณn de los procesos de direcciรณn del proyecto, la documentaciรณn del trabajo y los resultados y una administraciรณn de medidas adecuada. Direcciรณn del personal: Corresponde a la distribuciรณn eficiente de los recursos con respecto a las habilidades y la capacidad disponible, ademรกs del desarrollo del trabajo en equipo. Direcciรณn de comunicaciรณn: A menudo se refiereal 50% del trabajo en un proyecto e incluye a todas las personas implicadas, se tiene que considerar ademรกs, la administraciรณn de cambios (Change Management).

Minos

Dirección y organización de proyectos - Libro de texto Dirección de riesgos: Es específico para la dirección del proyecto. Incluye análisis de riesgo, medidas preventivas y planes de emergencia. Es especialmente importante en el caso de proyectos complejos. Dirección de logística: Se encarga del trabajo en conjunto y la cooperación con los socios y porveedores. Consejo importante: Los campos se trabajan de la misma forma, como equivalentes de la dirección general, pero se refieren a los térmninos específicos del proyecto. La dirección de un proyecto, através de cualidades específicas para un proyecto (unicidad de la producción del producto, restricciones temporales, la orientación de la parte implicada y la forma iterativa de proceder) procesos de la dirección de proyectos especiales (vea los grupos de proceso de la dirección de un proyecto), puede ser considerablemente diferente de la dirección general.

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Un proyecto – condiciones y características

2.1

DIN 69 901

Definición

Minos

De acuerdo con DIN 69 901, un proyecto es: „Un plan que básicamente se caracteríza por su unicidad de las condiciones en su totalidad“ Es la sucesora de la DIN 69900 „Método de diagrama de precedencias“ (PDM ‘Precedence Diagram Method‘), el cual abarcó estos términos por primera vez. Asimismo, conceptos de la dirección de proyectos son definidos en las DIN 69902, 69903 y 69905. Este espacio de normas deberá de ser presentado. Condiciones: -

Tiene que existir un objetivo previsto.

- El comienzo y el final del proyecto tendrá que ser definido. - Un proyecto debe ser limitado temporal, financieramente y personalmente ó de otra forma. -

Tiene que presentar un proyecto independiente delimitado en comparación a otros proyectos.

- La organización específica del proyecto. -

La designación de tareas tiene que ser nueva y compleja.

Una variedad de diciplinas están involucradas.

Ésto significa que: -

Los proyectos terminan con la consecución de la meta.

Un proyecto consta de varias actividades que están relacionadas mutuamente, también conocidas como tareas o procesos.

Estas tienen que ser realizadas con el fin de lograr un propósito en particular, o parcial. En suma, los procesos son procesados en un cierto órden (prioridad) con la ayuda de recursos asignados ( medios de aplicación) tales como los recursos humanos y medios de trabajo que la dirección de proyectos puede mantener en las condiciones básicas dadas, como tiempo, presupuesto y resultado.

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Minos

Características:

Limitación temporal

Objetivo previsto (propósitos de material, de plazo y de costos, mensurabilidad, así como porpósitos especiales)

Carácter único (sin trabajo rutinario)

Estructuración (fases, secciones, procesos/unidades de trabajo)

Organización específica para el proyecto

Tipos de proyectos Para fines prácticos se lleva a cabo una vasta división de los tipos de proyectos, como una difereciación a partir de las objetivos que se proveeran en el proyecto: - Proyectos de inversión - Proyectos de investigación y de desarrollo - Proyectos de organización Esto tiene sus ventajas, ya que para éstos tipos de proyectos uno puede pedir ayuda a las fases de modelos existentes de proyectos estándares.

Definición

Modelo de fase de proyectos es una presentación estandarizada del desarrollo del proyecto, que es estructurado en etapas temporales, que se puede denominar inequívoco y que representan un resultado parcial del proyecto entero. Otra posible división es: -

Proyectos en un sistema de trabajo (de tipo organizacional) por ejemplo: introducción de un sistema de dirección de caliadad ó un nueva unidad electronica de tratamiento de datos.

- Proyectos sobre un objeto de trabajo (de clase técnico) por ejemplo: el desarrollo de un prototipo - Proyectos en el sitio de la empresa (plantas de fabricación, fabrica) por ejemplo: Modificación de un sistema de almacén a un almacén de grandes cantidades (High-bay warehouse) completamente automático.

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3.1

Minos

Proyectos de inversión Los proyectos de inversión se destacan por la gran cantidad comparable de precios de compra de productos de alta calidad.

Definición

Estos productos se caracterizan por una gran vida de uso y normalmente sólo se compran una vez. Los sectores típicos para los proyectos de inversión son las bienes raíces, grandes arreglos técnicos, todo tipo de productos especiales dirigidos a un grupo de clientes target individual. Los proyectos de inversión deben de ser planeados con ciudado y tienen que ser llevados a cabo en terrenos de su tamaño y del rango financiero para la empresa. A comparación con los proyectos de investigación y proyectos de desarrollo, en el caso de los proyectos de inversión siempre se decide sobre soluciones de compra, sólo dentro de las modificaciones ofrecidas por el equipo del proyecto. Además no ocurre un cambio en el objeto de inversión. Los proyectos de inversión requieren un extenso equipo de proyecto (vea capítulo 7, equipo de proyecto).

3.2

Proyectos de investigación y de desarrollo Los proyectos de investigación y los proyectos de desarrollo muestran la forma más intensa en planeación y la forma de control intensa de la dirección de proyectos.

Definición

Un proyecto de investigación y de desarrollo está caracterizado por la meta de desarrollo de un nuevo método, un nuevo sistéma ó una nueva aplicación. Además, la conversión del resultado se encuetra como un producto industrial, como un método o como un software ó una estructura en primer plano. Los proyectos de investigación, al igual que los de desarrollo, se llevan a cabo con mas frecuencia en los campos de investigación y de desarrollo de las empresas. El desarrollo de nuevos materiales de construcción en la industria y también la construcción de de nuevos vehículos también pueden contar dentro de ésta área. Especialmente en los institutos especializados de investigación aplicada ( en Alemania en la Sociedad Fraunhofer) gran cantidad de proyectos de investigación y proyectos de desarrollo son en su mayoria realizados paralelamente por un empleado. Además un empleado puede ocupar diferentes posiciones en diferentes proyectos. Especialmente en el caso de proyectos de investigación y proyectos de desarrollo la frecuente coordinación del desarrollo del proyecto es importante. A causa de que todos los miembros del equipo del proyceto (véase capítulo 7 “equipo del proyecto”) acceden a los resultados de los otros miembros del proyecto, se tienen que tomar las decisiones importantes con el equipo completo. Más tarde un cambio de la dirección tomada sólo es posible con mucho esfuerzo.

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3.3

Proyectos de organización Los proyectos de organización son de los proyectos más frecuentes.

Definición

Los proyectos de organización están señalados, através de su aplicación a un desarrollo dentro de la estructura de una organización extendida con la meta, los recursos de la estructura de una organización en un determinado tiempo, para conducir y dirigir el alcance de una meta específica. El uso de recursos son retirados de la estructura organizacional existente durante el desarrollo del proyecto. Los proyectos de organización tienen actividades concretas de la gente para los contenidos. Le puede concerinir la construcción de un puente, al igual que la realización de una reubicación de una dirección de un edificio a otro. Los proyectos de organización son normalmente fáciles de planear. A diferencia de los proyectos de investigación y de desarrollo, en los proyectos de organización la necesidad de ponerse de acuerdo se presenta al principio del proyecto.Si la planificación al principio del proyecto (véase capitulo 5 ‘Un proyecto y sus etapas‘) serán suficientes pocas discusiones de estatus durante la duración del proyecto. Estas reuniones constatan solo el progreso y solo intervienen en caso de emergencia en el desarrollo del proyecto. Por lo general los proyectos de organización no tienen un riesgo financiero, a causa de que se pide antes de realizar el proyecto ofertas y confirmaciones vinculantes sobre las capacidades necesarias.

Importante

La integración del nivel directivo es importantes en proyectos que se extiende a estructuras de organización. A menudo esta integración puede evitar problemas de coordinación que muchas veces aparecen entre diferentes instituciones y sectores. Por eso se debe integrar personas con competencia decisoria de todos los sectores e instituciones en el equipo de proyecto, también si éstas personas no participan en la realización práctica del proyecto.

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3.4

Minos

Plan de estructura de un proyecto La planificación de un proyecto es un componente fundamental para el éxito del proyecto. Muchas veces se encuentran diferentes empleadores de diferentes departamentos la primera vez en un equipo de proyecto y tienen muy poca experencia con respecto al desarrollo de un proyecto. Por eso, es muy útil hacer una presentación grafica del desarrollo de proyecto. Del mismo modo las etapas de proyectos puede ser dependientes de etapas anteriores del proyecto. Por lo tanto la conclusión del siguiente paso se retrasa (véase capítulo 8, “desarrollo de proyecto”).

Imagen 1: Plan de estructura de proyecto

3.5

Características de la dirección internacional de proyectos

3.5.1

Objetivo de una internacionalización Si una empresa decide dar el paso de ir al extranjero y así ampliar su actividad comercial mas allá de las fronteras nacionales los objetivos definidos son decisivos. Vale como objetivo de internacionalización , asi como objetivo general de la empresa, que ésta primero pueda construir las bases de una evaluación de éxito de actividades internacionales. Cuando la empresa vaya a operar adecuadamente, a saber en cuanto a: - Contenido (¿Qué se debe conseguir con la actividad comercial en el extranjero?) - Extensión (¿Qué tanto se deberá de aspirar?), -

Inclusión temporal (¿Cuándo se quiere conseguir el propósito?)

- Relación al segmento (¿En qué grupos de países se quiere conseguir el propósito, respectivamente se trata de países en general o de un país como objetivo en específico?).

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3.5.2

Tipos de metas de internacionalización Principalmente se pueden clasificar las metas de una actividad comercial en el extranjero. Los criterios para ello pueden ser , por ejemplo, los que se han tomado a continuación: - La clasificación de metas económicas y no económicas además de - La diferenciación de metas de origen defensivo u ofensivo y - La demarcación entre metas de internacionalización orientadas en recursos, productos y mercado.

3.5.2.1 Metas de internacionalización económicas y no económicas Un objetivo típico económico de la actividad comercial internaciónal es la ambición a la obtención de beneficios. Se aspira a saldar efectos negativos en los ciclos conyunturales nacionales con la ayuda de negocios en el exterior. De la ambición de obtener beneficios se basan por ejemplo las siguientes actividades:

Exportación al extranjero, si la producción nacional es más económica.

Traslado de la producción a países más rentables, si no se puede subir el precio para mantener el margen de beneficio.

Elevación de la producción a causa de la venta en el extranjero, por eso efectos de regresión en la producción, es posible bajar el precio.

Absorción del excendente de los consumidores en países, donde el producto ofrecido es una innovación.

Estabilización del volumen total de ventas de la empresa por medio de la entrega varios mercados, que no dependen de los mismos ciclos coyunturales.

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Otros objetivos económicos son dados en objetivos con orientación de seguridad y crecimiento, con que la comparación de una disminución de participación en el mercado nacional ó la participación en un crecimiento dinámico en el mercado extranjero , por lo tanto una orientación de volumen de ventas es el centro de atención con un mecanismo de seguridad. Los objetivos de una empresa orientados a la seguridad se les da seguimiento , entre otras cosas, através de las siguientes medidas y/o se dejan notar através de las siguientes metas de contenido: -

El encuentro del riesgo de perdidas en el interior por ejemplo a causa de un acortamiento inesperado del ciclo de durabilidad de los productos.

Mantenimiento y ampliación de la posición en el mercado en el extranjero a causa de más compromiso.

Compensación de la reducción de la cuota de mercado a causa de más competencia en el mercado interior.

Seguir al cliente principal en el extranjero.

Objetivos orientados hacia el crecimiento se manifestan: -

en la expansión y prolongación del ciclo de durabilidad de los productos.

en la participación del crecimiento dinámico de los mercados exteriores,

en la consecución de objetivos de crecimiento, que por ejemplo no se puede conseguir en el mercado interior a causa de reglamentos regulan la competencia y

importantes objetivos no económicos de la internacionalización consisten en la ambición de prestigo o en el seguimiento de necesidades de influencia y poder.

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3.5.2.2 Objetivos defensivos y ofensivos en la internacionalización Objetivos defensivos La internacionalización tiene un carácter defensivo, si una empresa comienza a producir en el extranjero ya sea para estabilizar su posición de mercado, la cual se encuentra en peligro, o si sigue a la competencia al extranjero para compensar desventajas en la competencia. Objetivos ofensivos Empresas que quieren usar ventajas de competencia, por ejemplo en la forma de ventaja tecnológica, en la comparación internacional o que quieren aspirar a la prolongación de los ciclos de duración de sus productos tienen objetivos ofensivos en la internacionalización.

3.5.2.3 Objetivos orientados por recursos, productos y ventas

Los objetivos de internacionalización orientados a los recursos se dan en el aseguramiento del abastecimiento de recursos naturales.

Los aspectos orientados a la producción son el centro de atención, si se asume el proceso de producción puede ser más barato en el extranjero.

Los objetivos orientados en la venta son dados si la empresa sigue a sus clientes principales al extranjero.

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3.5.3 Efectos de la sociología en el campo de dirección internacional de proyectos En el dialógo entre diferentes culturas la comprensión de las diferencias es una condición importante para realizar un proyecto en común con éxito. En este contexto la comunicación a nivel humano tiene una gran importancia. El campo de la sociologia se encarga este campo de actividad (veáse también módulo de MINOS „Comportamiento social, competencia internacional“).

Definición

La sociología ( un término técnico del latín „socius“ - compañero- y la palabra griega „lógos“ - palabra-) describe y examina las relaciones estructurales, funcionales y de desarrollo de una sociedad. El conocimiento de las condiciones básicas sociológicas cumple un componente importante e integrativo dentro de los rangos de aplicación en la dirección de proyectos, ya sea por ejemplo: -

la puesta en marcha de máquinas e instalaciones

trabajo en relación con la búsqueda de errores en caso de avería

la coordinación de un equipo internacional de proyecto

la dirección de negociaciones

Además de las competencias profesional se necesita de un alto grado de tolerancia de frustración, esto significa la capacidad individual de compensar decepciones o aplazar necesidades sin ponerse agresivo o depresivo. Por lo demás la dirección internacional de proyectos da la posibilidad de trabajar en un ambiente de trabajo muy interesante y siempre actual. La especialidad de investigación de mentalidad trata de la problemática del diálogo entre diferentes culturas.

Definición

Mentalidad (lat. Mens, espíritu) describe los modelos de conducta y maneras de pensar que prevalecen en un grupo de gente (por ejemplo de una población de un país o de un grupo de profesionales). Así tal grupo puede ser, por ejemplo, en general más bien receptivo, desconfiado, arraigado etc. La percepción de estas formas de pensar por personas ajenas es muchas veces la causa de generalizaciones que se manifestan en tópicos, prejuicios y estereotipos. Por otro lado se puede usar el término mentalidad como fundamento de un comportamiento de normas en agrupaciones sociales.

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Minos

Horizonte de planeación y objetivos en la gestión del proyecto

4.1

Dirección de proyecto operativa

Definición

La dirección de proyectos operativa respresenta a la clásica (implementada) dirección de proyecto. El horizonte de aplicación y planeación es el equivalente del horizonte de planeación de tareas operacionales usuales y secuencias operacionales. Usualmente en el contexto de la dirección de proyecto operacional los tres tipos de proyectos son convertidos (proyectos de inversión, proyectos de organización, proyectos de investigación y de desarrollo).

4.2

Dirección táctica de proyectos A diferencia de la dirección de proyectos operacional, se encontrarán iniciadores de la dirección táctica de proyectos en la dirección media.

Definición

La dirección táctica de proyecto cubre por lo tanto, cambios de nivel de departamento y no le corresponde la realización de objetivos operacionales. Por ejemplo la compra e instalación de un nuevo procesador de datos (EDP) en un sector empresarial, la fusión de dos departamentos o la reestructuración de la organización empresarial pueden ser objetivos de este tipo de proyectos.

4.3

Gestión estratégica del proyecto La dirección estratégica del proyecto representa un instrumento fundamental de dirección en la organización empresarial específica y organización de la dirección de cada empresa.

Definición

La gestión estratégica del proyecto forma un vínculo entre las objetivos empresariales estratégicos y la gestión operativa del proyecto. Así la gestión estratégica del proyecto da un marco, en lo que se puede realizar eficientemente un gran número de proyectos según las normas fijadas. El objetivo de la gestión estratégica del proyecto es superar deficiencias de las organizaciones convencionales y jerárquicas con ayuda de un procedimiento sistemático especialmente en: -

la reacción a planteamientos del problema que abarca varios sectores de la organización

el proceso de determinación

- la superación de conflictos.

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Minos

Un proyecto y sus fases Los proyectos son con frecuencia divididos en fases, que subrayan el procedimiento iterativo en la dirección del proyecto. Usualmente las fases del proyecto terminan con hitos definidos. En general las fases de modelo son especificas y orientadas al proyecto del producto o la industria.

Definición

Un hito será denominado como un nivel definido de trabajo, respectivamente como una conversión de una fase de proyecto. Este hito está fijo a una fecha y representa un punto de prueba para todos los involucrados. En caso de que los resultados parciales no fueran conseguidos en la fecha fijada ó en su caso tienen algun error, en ciclo de trabajo del proyecto se interrumpirá y tendrá que volver a ser retomado cuando estos errores se hayan resuelto. Por lo tanto, los hitos son un instrumento muy importante durante la planeación de un proyecto. Por un lado, el uso frecuente de hítos puede entorpecer el desarrollo del proyecto, debido a los altos costos de consulta .Por otro lado, la falta de uso de hítos conlleba un alto riesgo de errores. Los planes de proyectos dirigidos en línea, en donde el estado del proceso de actualización de cada persona involucrada puede ser examinado, son para el director de proyecto la forma más rápida de la realización de un proyecto eficiente. Se pueden definir nueve fases de un proyecto Una fase de proyecto es una selección temporal del transcurso de un proyecto, la cual está apartada esencialmente de otras secciones. -

Idea del proyecto e inicio del proyecto

Definición del objetivo y del proyecto

Estudio de factibilidad

encargo del proyecto y Kick Off

Clasificación general y definición de los objetivos del proyecto

Clasificación detallada

Plan del proyecto

Supervisión del proyecto

Análisis del proyecto

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Minos

A continuación se trata a detalle con las fases individuales del proyecto. Es bueno tener en cuenta que no cada proyecto debe de contener todas las fases previamente mencionadas. También el desarrollo de las fases del proyecto son distintas en cada proyecto.El arreglo de las fases del proyecto se tiene que enteder por medio de linea de guía , la cual no puede ser cambiada de su orden, pero se puede cambiar en su desarrollo. El arreglo completo de todas las fases representa, sin embargo, la implementación más segura del proyecto. Es importante que el director del proyecto realice la planificación de las fases del proyecto. La integración de todos los miembros del equipo del proyecto se tiene que llevar a cabo junto con las fases individuales , por ejemplo la programación. Un instrumento para la prevensión de errores es encontrado particularmente en la dirección de riesgos.

5.1

5.2

5.3

Idea del proyecto e inicio del proyecto Importante

El proyecto es provocado por una idea, una definición de problema, una solicitud o como continuación de otro proyecto. En esta fase tienen lugar discusiones sobre el sentido y la utilidad. Además se llevan a cabo los primeros contactos con los futuros compañeros de proyecto.

Definición del objetivo y del proyecto Importante

En esta fase se definen los objetivos reales, los objetivos de la fecha de termino, objetivos de costo y algunos objetivos especiales. Un plan con las especificaciones del equipo requerido surge, en donde los objetivos son tan detalladamente especificados que una lista de tareas necesarias y recursos necesarios (personas, medios) es posible. Un presupuesto es necesario.

Estudio de viabilidad Importante

Particularmente con grandes proyectos es necesario clarificar primero si es que un proyecto es realmente realizable dentro de las bases de los objetivos dados. La empresa puede realizar, por ejemplo, un estudio de viabilidad ó puede descubrir mediante una consulta si es que puede funcionar o no. Esta fase es realmente importante, ya que a estas alturas el peligro de futuros conflictos durante la realización del proyecto, puede ser reducido y las posibilidades de los propósitos fijados tambien pueden ser estudiadas.

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5.4

5.5

5.6

Minos

Encargo del proyecto y Kick Off Importante

El cliente da en este momento la órden para el proyecto. La compañia elige al director del proyecto y crea un equipo de proyecto. En la llamada fase „Kick off“ toda la información del proyecto es transmitida de todos los campos posibles hacia el equipo. Todos los involucrados compilan las funciones y las especifícan obligatoriamente.

Clasificación general y definición de las tareas del proyecto Importante

En este punto el proyecto entero es dividido en pasos individuales. Dependiendo del tamaño del proyecto trata de un subproyecto o procedimiento de colección. Es importante que las subunidades estén separadas, al final de esta fase a una subunidad se le llama hito. Durante el arreglo el director del proyecto tiene que estar seguro que no existen interferencias personales o de contenido.

Estructuración detallada Importante

Los procesos de colección se convierten en esta fase en unidades individuales de trabajo , los llamados, procedimientos. Que tan bruta o detallada sea esta división depende del tipo de proyecto, los trabajadores del proyecto y de la capacidad de control durante el desarrollo. La planificación del desarrollo y la fijación de fechas da hasta cierto punto las reglas para la realización del proyecto. Aparte de esto la planificación del desarrollo y la fijación de fechas forma la información el fundamento crucial para muchas otras planificaciones y la respuesta a varias preguntas durante la apreciación del proyecto. Por ejemplo: - ¿ En qué parte del proyecto se encuentran libertades de desarrollo tecnológico o inseguridades en la evaluación del proyecto, qué consecuencias pueden resultar? - ¿Dónde y en que magnitud se presentan las inseguridades temporales, qué consecuencias pueden resultar? - ¿Qué eventos importantes -los llamados hitos- se pueden observar durante el desarrollo del proyecto y cuándo? - ¿Cuándo (y con qué magnitud) resultan los costos y gastos durante el desarrollo del proyecto y sabiendolo que referencias financieras tienen que ser derivadas? - ¿Cuándo y en qué cantidad tiene que estar disponibles los recursos (por ejemplo personal, maquinas, herramientas, fondos operacionales, plantas y dispositivos, en suma, materiales de consumo), para que el plan de trabajo se pueda llevar a tiempo?

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Minos

La agenda es una previsión esencial de planificación para todos los participantes del proyecto. Además sirve como mira para el análisis de la mejora del proyecto durante la realización.

5.7

Planeación del proyecto Importante

Ahora se tiene que especificar la dependencia cronológica entre los procedimientos del trabajo individual. Proceso de planificación - En este momento sólo se podrá realizar la etapa cuatro, sólo después de que la etapa dos haya concluido, pero al mismo tiempo que la etapa tres. En esta fase cada procedimiento del trabajo recibe las siguientes clasificaciones debido a la fina estructuración:

- Duración de cada fase del trabajo → Fijación de fechas

→ Planificación de recursos

- las gastos resultantes → Planificación de los gastos

- Recursos necesarios (personal y material de trabajo)

En esta fase de planificación pueden aparecer los siguientes problemas,los cuales se tendran que solucionar: - conflictos de horarios -

es posible que se generen cuellos de botella de los recursos debido a la doble asignación de tareas.

Los planificadores del proyecto deberán de planificar tiempos reservados para los posibles problemas. Un resultado de las metas de planificación del proyecto puede ser adaptado y cambiado, si la planificación lo requiere.

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5.8

Minos

Supervisión del proyecto Después del comienzo del proyecto, el director del proyecto tiene como tarea el supervisar cada progreso. En el caso de todos los cambios de tipo temporal o material ó con respecto a los costos, el director de proyecto tiene que revisar el plan de proyecto. Se hacen reuniónes regularmente para mantenerse informados. El director del proyecto le da reportes al cliente acerca del progreso del proyecto. Normalmente en ésta fase surgen situaciones de conflicto , aquí es demandado por completo el compromiso del director de proyecto.

5.9

Análisis del proyecto Después que el cliente recibe el resultado final, se tiene que llevar a cabo un examen completo del proyecto bajo los siguientes criterios: - ¿Se consiguió el objetivo (objeto, duración, costes)? - ¿Qué tan grandes fueron las desviaciones del plan de proyecto? - ¿La planificación fue muy optimista? - ¿El desarrollo fue organizado óptimamente? - ¿Los participantes reaccionaron correctamente a los conflictos? - ¿Cómo funcionó la comunicación en el equipo y al cliente? - ¿Cómo fue el ambiente laboral? - ¿La documentación del proyecto es útil y suficiente como Base de experienca?

5.10

Grupos de proceso de dirección del proyecto Si los procesos de dirección del proyecto son prescindidos, se puede juntar los procesos de dirección del proyecto en grupos de proceso Se pueden formar los siguientes grupos de proceso: - grupo de proceso de iniciación - grupo de proceso de planificación - grupo de proceso de realización - grupo de proceso de control - grupo de proceso de terminación

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Minos

5.10.1 Grupo de proceso de iniciaciรณn

Definiciรณn

Importante

En el grupo de proceso iniciaciรณn se encontrarรก el proceso de iniciaciรณn. Se llevarรก acabo al inicio del proyecto y luego de nuevo para cรกda inicio de cรกda fase del proyecto. Algรบnos objetivos importantes son: -

La distribuciรณn de la informaciรณn necesaria, para que se trabaje efectivamente desde el principio.

- La falta de interรฉs en las fases tempranas del proyecto, puede traer consigo mas tarde (caras ) dificultades, por lo tanto las metas y las funciones de la fase respectiva son clarificadas. -

La informaciรณn acerca del proyecto es intercambiada y actualizada en el archivo.

Se examina el proyecto o en su caso la siguiente fase del proyecto en todas sus partes y conexiones ( no en todos sus detalles).

Un acuerdo entre todas las personas involucradas se tiene que lograr lo mas pronto posible.

En el caso para todos los grupos de proceso, los proceso se repiten e interactuan entre sรญ. La representaciรณn secuencial es una simplificaciรณn.

5.10.2 Grupo de proceso planificaciรณn

Definiciรณn

Durante la planificaciรณn se recapitula todos los pasos del proceso del proyecto รณ la respectiva fase del proyecto. Si es necesario, se examinan alternativas y se eligen. El proceso mรกs importante de la direcciรณn de proyectos en los grupos de proceso de planeamiento son: - Planificaciรณn contenido y dimension - Definiciรณn contenido y dimension - Definiciรณn de los procesos - Establecimiento de los resultados del proceso - Planificaciรณn de necesidad de sustitutivo - Cรกlculo de la duraciรณn del proceso - Cรกlculo de los costes - Planificaciรณn de la gestiรณn de riesgos - Desarrollar la agenda de trabajo - Planificaciรณn de los gastos - Disposiciรณn del plan de proyecto Para eso existen un par de procesos de ayuda, como por ejemplo planificaciรณn de la calidad, planificaciรณn de aprovisionamiento, etc.

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Minos

5.10.3 Grupo de proceso realizaciรณn

Definiciรณn

Por realizaciรณn se entiende la coordinaciรณn de los empleados y otros recursos y sus filiaciรณn a los procesos en el plano del proyecto para conseguir el objetivo del proyecto. A este proceso le pertenece la liberaciรณn del paquete de trabajo. La realizaciรณn de procesos auxiliares, como por ejemplo aseguramiento de calidad, sistemas de informaciรณn, desarrollo del equipo o selecciรณn de proveedores, etc.

5.10.4 Grupo de proceso de control

Definiciรณn

Este grupo de proceso trata de la supervisiรณn continua de alcanzar la meta propuesta del proyecto. En el grupo de proceso de control existen dos procesos principales: - Sistema de reporte , para la colecciรณn y distribuciรณn de los logros del proyecto y - El control integrado de modificaciones, para coordinar los cambios. Los procesos principales serรกn apoyados por una multitud de procesos auxiliares, tales como procesos de compra para peticiones y otros tipos de resultado, control de fechas y costos y monitoreo de riesgos.

5.10.5 Grupo de proceso de terminaciรณn

Definiciรณn

El proceso final trata de la finalizaciรณn y el final administtrativo del proyecto. El primero se preocupa por la finalizaciรณn apropiada del contrato, del pago, las conclusiones administrativas son una cuestiรณn de la finalizaciรณn interna de un proyecto en una empresa. A esto le corresponde: reporte final, talleres de lecciones aprendidas y (de acuerdo a PMI muy importante) llenar la โ base de datos con informaciรณn historica de proyectosโ , con el fin de poner el conocimiento adquirido a otros proyectos futuros ( y directores de proyecto) a su disposiciรณn.

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Minos

Organización de proyecto La selección de la persona responsable del proyecto y los miembros del proyecto es de una suma importancia para el éxito del proyecto. También la decisión sobre la forma de organización del proyecto tiene que ser presentada. Las formas de organización se ofrecen a sí mismas en principio:

6.1

Organización pura del proyecto Definición

Esta forma de organización es frecuentemente usada en caso de muy grandes proyectos. Este equipo de trabajo es creado particularmente por una linea de organización de departamentos. Los trabajadores del proyecto son subordinados al director del proyecto. El director posee el poder completo de decisión y tiene la resposibilidad del proyecto. Ventajas: El director del proyecto tiene toda la autoridad. Por lo tanto la responsabilidad está claramente regulada y el proyecto se puede dejar correr. En el caso de conflictos, los involucrados pueden reaccionar rápido, debido a que las vias de comunicación son cortas. Todos los miembros del equipo se identifican fuertemente con el proyecto. Una consecuencia es la alta motivación. Desventajas: Al agrupar a los miembros del proyecto, el director del proyecto depende de las ganas de cooperar de la linea de organización. Se tiene que nombrar a los sustitutos para los miembros definidos del proyecto. Con la reintegración de los trabajadores del proyecto dentro de la linea de organización posteriormente a la conclusión del proyecto puede ocasionar problemas. Esto significa: Por un lado una perdida del „saber como“ (Know-How) del proyecto. Por el otro los miembros actuales del proyecto tienen frecuentemente problemas para reordenarse de nuevo dentro de la linea de organización. Además existe el peligro que el equipo se quede parado aislado y le haga falta de cooperación con las divisiones especializadas.

Imagen 2: Organización pura del proyecto 26

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6.2

Minos

Organización jerárquica (coordinación del proyecto) Definición

La estructura de organización funcional se mantiene dentro de éste tipo también. Esta es suplementada únicamente por la función de equipo y la coordinación de proyectos. La coordinación de proyectos posee, sin embargo, sólo la función de aconsejar. Ventajas: Se tiene un alto grado de flexibilidad con repecto al de personal, porque los empleados pueden trabajar al mismo tiempo dentro de diferentes proyectos. Se puede intercambiar información y experiencias fácilmente. No se necesita mucho de cambios organizativos. Desventajas: Nadie se siente responsable del proyecto global. Si se genera algún problema existe un tiempo largo de reacción. Hay dificultades para encontrar soluciones a través de los departamentos, por que nadie se siente responsable.

Imagen 3: Coordinación de proyecto

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Minos

6.3

Organización matriz Definición

Esta forma representa una mezcla de una organización pura de un proyecto y de la coordinación de lineas en proyectos. Una característica fundamental es que la responsabilidad de la dirección de departamento y la dirección del proyecto están divididas. Por lo tanto el director del proyecto recibe la responsabilidad completa del proyecto , pero no tienen el poder completo del dirección de los trabajadores del proyecto. Esto se mantiene dentro de la linea de organización de departamentos y son integrados ocasionalmente dentro de un equipo de proyecto. Ventajas: El uso del personal puede ser flexible. Por medio del conocimiento especializado de la empresa, este puede ser aplicado dependiendo los propositos y posteriormente transmitido. La consecuencia por lo tanto es la sinergia, por que los trabajadores de diferentes departamentos trabajan en conjunto. Además se desarrolla una gran seguridad para los trabajadores del proyecto, ya que no se les extrae de la linea organizacional. Los empleados no tendrán problemas para integrarse nuevamente en su área original después de haber concluido el proyecto. La resonsabilidad es dividida en responsabilidad del proyecto y responsabilidad técnica. Desventajas: Pueden ocurrir conflictos de autoridad entre las lineas de organización y el director del proyecto con respecto a las prioridades y los recursos, con relación a las tareas en general y a las tareas diarias, ya que estas están ligadas a las personas respobles de las lineas. Esto significa, que se tienen que acordar sus tareas diarias. Por otro lado, están sumergidos dentro de la organización del proyecto. Por lo tanto, los procedimientos del proyecto se tienen que llevar a cabo dentro de un determinado tiempo.

Imagen 4: Organización de matriz 28

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6.4

Minos

Resumen: Características de organización del proyecto Importante

La organización del proyecto tiene diferentes características: - El tiempo de la organización está limitada al tiempo de duración del proyecto. - Los miembros del equipo de proyecto serán librados (parcialmente) de otras tareas. - La posición jerarquica del equipo de trabajo es independiente a la posición que se tiene en la empresa. - La combinación cualitativa y cuantitativa del equipo puede cambiar en el transcurso de la realización del proyecto.

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Minos

Dirección de proyecto

7.1

Director del proyecto

7.1.1

Definición

Los campos de responsabilidad y las tareas del director del proyecto: El director del proyecto es nombrado por el autorizado para ello ( por ejemplo los gerentes o un cliente externo) durante todo el transcurso del proyecto. El estará lleno de responsabilidades. Las tareas y competencias dependen siempre individualmente del proyecto, la estructura de la empresa o del cliente. La siguiente numeración procede de una organización de proyecto de matríz , en la cual el director del proyecto tiene sólo autoridad profesional.

Campo de responsabilidad del director del proyecto El campo de responsabilidad del director del proyecto incluye: - Control de costos y observación del presupuesto - Cumplimiento de los plazos - La obtención de los objetivos principales - Dirección de conflictos - La responsabilidad técnica y material para el equipo del proyecto - El control de las actividades del proyecto - La observancia de las lineas guía, procedimientos e instrucciones de trabajo - Comunicación con el equipo y con el cliente - La preparación y ejecución de las discusiones del proyecto - La producción y actualización del plan del proyecto

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7.1.2

Minos

Tareas de un director del proyecto Los tareas del director del proyecto son: - la colaboración en la definición del objetivo - nombramiento de suplentes en la coordinación del equipo - cooperación durante la formación del equipo - la distribución de tareas dentro del equipo - el monitoreo del progreso del proyecto - la definición de los hítos del proyecto - el control continuo para verificar que los margenes de costo y las fechas estipuladas se han ido cumpliendo - la representación del proyecto hacia afuera - proveer de armonía necesaria internamente y externamente - arreglo de medidas necesarias de cursos de entrenamiento - la toma de decisiones y toma de medios para que el equipo esté de acuerdo - proveer reportes de estatus del proyecto - la documentación y administración del proyecto - La recalculación del proyecto

7.1.3

Requisitos personales del director del proyecto Debido a las tareas y resposabilidades que el director tiene sobre proyecto, el director debe de cumplir con ciertas competencias y facultades: - autoridad técnica - competencia de dirección - competencia social - facultades comunicativas - facutad de motivación - disposición a delegar

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Minos

- disposición de cooperación - ver relaciones - talento de organizador - capacidad economica y empresarial intelectual - iniciativa propia - creatividad - decidido - capacidad negociadora - capacidad de imponerse - dinamismo

7.1.4

Competencia mínima de un director de proyecto Importante

Debido a que el éxito del proyecto depende crucialmente de la personalidad del director del proyecto, la dirección debe de poner una atención especial a ella. Con el fin de evitar malos entendidos por adelantado, tiene que ser siempre aclarado si el director sólo obtiene el poder de instrucción técnico o también diciplinario. Competencias de mínimas: Para la realización sin dificultades del proyecto el director del proyecto necesita como mínimo cierta autoridad: - El debe de participar en la definición del objetivo del proyecto. - Recibe un derecho de intervención en el nombramiento de los responsables profesionales. - Tiene un derecho de información, facultad de dirección y el derecho de decisión con relación al proyecto. - El puede delegar partes de las tareas.

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7.2

Minos

El equipo del proyecto El equipo, que trabaja en un proyecto, se compone normalmente de: - el director del proyecto - miembros permantentes del proyecto - miembros temporales del proyecto - personas o empresas, que le ofrecen servicios al proyecto De acuerdo con la lista previa, se pueden definir en grupos de proyecto cerrados o abiertos. En el caso de un grupo de proyecto cerrado, tiene que ver con un número de trabajadores determinado, que participan desde el principio hasta el final del proyecto. En un equipo de proyecto abierto los trabajadores del proyecto cambian dependiendo en el estatus que se encuentra el proyecto. Por ejemplo, la cooperación de la programación puede ser necesaria dentro del equipo de proyecto sólo en fases determinadas.

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Planificación del proyecto Definición

Por planificación de proyecto se entiende como la adquisisión sistemática de información sobre las futuras secuencias operacionales del proyecto y su anticipación mental de actuación necesaria dentro del proyecto. En un pricipio el trabajo con éxito del proyecto depende de una planeación cuidadosa y decidida. Existe un dicho que diche: „ si uno comete un error al planear, usted mismo esta planeando su propio fracaso“. La planeación del proyecto especifica los objetivos, que mas tarde serán la base de la supervisión y control del proyecto, además, permite la comparación de valores nominales y actuales , reconoce las desviaciones e introduce medidas de corrección.

8.1

Planeación del objetivo Definición

La planeación del objetivo cubre el camino desde la creación de la idea del proyecto hasta la aprobación del objetivo del proyecto. Las metas tienen que ser guiadas desde los requerimientos del entorno hasta el objeto del proyecto y considerar los efectos del objeto del proyecto en el entorno. ( El entorno del proyecto y el análisis de las partes intersadas ´Stakeholder´ - aquellos interesados, involucrados, cliente prospecto-) Sólo con la claridad sobre la situación actual puede desarrollar los objetivos del proyecto y especificarlos. Las metas son guias y criterios para las bases del proyecto. Los objetivos tiene que cumplir con cuatro funciones sustanciales: 1. Función de orientación 2. Función de selección 3. Función de coordinación 4. Función de control Las metas del proyecto consisten de tres componentes: 1. Resultados 2. Fecha de fin del proyecto 3. Costos del proyecto Los tres componenetes están ligados en una relación competitiva y por lo tanto se tienen que ver en conexión. Esta conexión puede ser explicada en un triangulo de metas „mágico“.

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Minos

Imagen 5: los tres polos de la dirección de proyectos Metas referidas al objeto del proyecto y la expiración:

→ Las metas de objeto del proyecto ( objetivos de resultado) → Las metas del transcurso del proyecto ( objetivos de proceso) Fundamentalmente tiene sentido una división de objetivos obligatorios y objetivos deseados. Objetivo obligatorios :

el conseguirlo es imprescindible!

Objetivos deseados:

es bueno conseguirlo!

Los líos de metas se mantendrán en catálogos de metas. No pueden ser siempre designados a detalle al principio del proyecto. Sólo en el transcurso del proyecto, si los resultados ya están presentes, se puede detallar los objetivos del proyecto.

Definición

Las demandas más importantes del establecimiento de los objetivos son: - La definición de los objetivos debe de tener lugar una solución tan neutral como sea posible. - Los objetivos deberán de ser , de ser posible, mensurables y operacionales.

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8.2

Aspectos de la planeación Planear significa entre otras cosas, el recurrir a las experiencias. Exactamente ésto es sólo posible en los nuevos proyectos. El peligro, de cometer errores, es grande. Es necesario un procedimiento particularmente cuidadoso. Es de recomendarse el considerar los siguientes asperctos: - Definir exactamente el objetivo del proyecto ( propósitos principales y objetivos secundarios). - Proveerse de documentos, en donde el proyecto sea exactamente analizado (secuencia operacional lógica). - Planeación dinámica ( poner al día los documentos iterativos, incluyendo realizaciones, cambios y efectos).

8.3

Arreglos de los proyectos Existen dos posibilidades de arreglos durante el arreglo de proyectos: - Método de „Top-Down“ - (de arriba hacia abajo) - Método de „Bottom-Up“ - ( de abajo hacia arriba) Dependiendo el tipo de proyecto y la planeación, la persona responsable deberá decidirse por una de las dos técnicas.

Definición

Método de „Top-Down“ En éste método el planeador del proyecto comienza con el borrador ( Top = arriba). Subsecuentemente, cáda subpunto del borrador será subdividido hasta el llegar a los procesos individuales (Down = hacia abajo). Aquí el planeador crea primero los arreglos de la estructuración que posteriormente se llenaran de procedimientos.

Definición

Método de „Top-Down“ Este método funciona exactamente alrevés, es decir, de abajo hacia arriba. Este tiene sentido cuando todos ó casi todos los procesos individuales están en una lista desordenada conocida y presente. Aqui la persona responsable tiene sólo que buscar estructuras de trabajo para la fecha final de los procedimientos. Frecuentemente algunos arreglos auxiliares extras son necesarios, dependiendo del departamento, centro de costos y tipo de productos.

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Imagen 6: estrategias „top-down“ y „bottom-up“

8.4

Tipos de planeación de proyectos Los siguientes planes son necesarios y tienen que ser documentados dentro de un plan de proyecto: Estructura del plan (fase y estructura del plan de proyecto):

→ ¿Cómo está el proyecto estructurado? Desarrollo y plan de tiempo:

→ ¿Cómo se tiene que desarrollar el proyecto? → ¿Qué fechas son válidas para el proyecto? Plan de recursos:

→ ¿Qué recursos son necesarios? Plan de costos:

→ ¿Qué costos son necesarios? Programa financiero: → ¿Cómo se financía el proyecto (cómo se cubren los costos)?

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8.5

Técnicas e instrumentos para la planeación de proyectos Los métodos más comúnes de la planeación de proyectos son:

Definición

El plan de estructura del proyecto (estructuración) es una estructuración muy importante del proyecto, por lo tanto, la estructuración de un proyecto en subproyectos, procedimientos colectivos y procesos individuales serán una condición para tener una planeación transparente de un proyecto y supervición del proyecto. El instrumento más efectivo para ello es el de la estructura de descomposición de trabajos (EDT). En inglés este procedimiento es conocido como „Work Breakdown Structure (WBS)“. Existen estructuras de descomposición de trabajo orientadas a objetos, orientadas a las funciones y orientadas a funciones y objetos (vease en la ilustración). Con una EDT orientada a los objetos se pretende planificar en las soluciones bases; con la ETD orientada a la función se prentede planear en los procedimientos básicos. Con la construcción de una casa, el planeados „cavará la fase de los cimientos“ en una EDT orientada al objeto indicada como „cimiento“, en una EDT orientada a las funciones será indicada como „cimentar“.

Creación del trabajo básico 100

Imagen 7: EDT orientado a objetos

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Control

Imagen 8: EDT con orientaci贸n a las funciones

Imagen 9: EDT con orientaci贸n a objetos y funciones

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8.6

Método de diagrama de precedencias (PDM) Definición

El término cubre „todos los procedimientos para el análisis, planificación, control y monitoreo de desarrollos en la base de teoría gráfica, donde se pueden considerar el timpo, costos, recursos y otras posibles variables medidas“ (DIN 69900, parte 1). Un diagrama de precedencias es la „ representación gráfica o tabular del desarrollo o dependencia.“ (DIN 69900, parte 1). El método de diagrama de precedencias aplica en particular a planes de proyecto, es en el contexto de la dirección de proyectos, por lo tanto, un método de la planeación de proyectos.

8.6.1

Objetivo del método de diagrama de precedencias Definición

El objetivo de método de diagrama de precedencias es la planificación de las relaciones lógicas entre los procedimientos y las situaciones temporales de los procedimientos, como una base del acuerdo de la meta y para el cambio a la orientación de acción en el proyecto respectivo. El método de diagrama de precedencias representa la base de los instrumentos de comunicación, como los hítos, gráfica de Gantt. El uso del método de diagrama de precedencias responde a cuatro preguntas importantes: - ¿Cuánto va a durar todo el proyecto? - ¿Que riesgos están implicados? - ¿Qué actividades críticas del proyecto pueden atrasar el proyecto entero, si no se obtienen a tiempo? - ¿Está el proyecto dentro del horario, se terminará a tiempo o más tarde? - ¿Si se termina antes de tiempo, que se puede hacer, cómo se puede acelerar el proceso al costo más mínimo? El concepto del método de diagrama de precedencias está basado en la experiencia que un par de actividades, las cuales forma el camino más largo de la red, determinan el proyecto entero. Si estas actividades „criticas“ son reconocidas prontamente, se podrá entonces tambien tomar contramedidas. La dirección se puede concentrar en las actividades críticas. Las actividades que no son críticas pueden ser espontáneas, sin que afecten todo el proyecto.

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Importante

Minos

El método de diagrama de precedencias representa una ayuda, que sirve sobre todo para los siguientes propósitos: - Las conexiones lógicas de un proyecto pueden ser presentadas claramente. Desde el comienzo hasta el final. - Para todos los procedimientos del proyecto se puede desarrollar un programa de trabajo, con la ayuda del método de diagrama de precedencias. - Un camino crítico y cuellos de botella en los recursos, los cuales pueden poner en peligro el apegarse a la fecha de término, pueden ser fácilmente identificados. - Los diagramas de precedencia forman la base para el control actual del proyecto.

Importante

Dentro del método de diagramas de precedencia uno puede diferenciar dependiendo de cuatro subtareas: - Planificación estructural: Análisis de los procedimientos y relaciones. - Planificación de tiempo: Valores actuales son asignados a los procedimientos (ventanas de tiempo) y por este medio se puede calcular la duración del proyecto. - Planificación de costos: Determinación de los costos por cáda pro cedimiento y los costos del proyecto en total. - Planificación de capacidad: Planificación de los instrumentos necesarios de producción La base para el desarrollo y planificación del tiempo puede ser el plan de estructura del proyecto.

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8.6.2

Historia del método de diagrama de precedencias Ya al final del siglo XIX se utilizaban medios de ayuda para la planificación de proyectos. Todavia no existian los diagramas de precedencia, pero con la gráfica de barras de Gantt se usaba un diagrama como ayuda para la planificación de proyectos. Pero sólo con el método de la ruta crítica (CPM) o PERT (Técnica de revisión y evaluación de programas) , que se desarrolló en 1956, uno habla del método de diagrama de precedencias. A la técnica se le llama método de diagrama de precedencias, por que el diagrama de circulos y flechas en estos planes, con proyectos con muchos procedimientos, aparecen en forma de red. Estas técnicas tuvieron un gran éxito después de su desarrollo. Por lo tanto, por ejemlo, los marinos estadounidenses ganaron tiempo (aprox. 2 años) durante la preparación y monitoreo del proyecto de misiles Polaris con la aplicación de nuevos procedimientos. Antes de la expansión del uso de computadoras, los diagramas de precedencia eran dibujados todavia con lápiz o eran hechos con la ayuda de chapas de acero pintadas e imanes. Esto tenía la ventaja de que uno podía transferir cambios de las condiciones del proyecto en aquél tiempo rápido a la planeación del proyecto, sin que se tuviera que dibujar el plan de proyecto otra vez.

8.6.3

Fundamentos del método de diagrama de precedencias Procedimiento

Definición

Un procedimiento dentro del contexto del método de diagrama de precedencias es una unidad definida de trabajo, la cual es comenzada en un deteminado tiempo y terminada en un momento posterior determinado. Expresado de una forma más general: “ Un procedimiento es un elemento con expiración , el cual describe cierto acontecimiento.“(DIN 69900, parte 1) En el método de diagrama de precedencias uno habla de “procedimiento“, en contraste con la terminología de la dirección de proyectos, la cual prefiere la designación de “paquete de trabajo“ como una unidad de planificación. Los procedimientos son usalmente secciones del transcurso de un proyecto; en casos excepcionales del proceso de espera una expiración no tiene lugar. Un procedimiento puede ser conectado con otros procedimientos: Por ejemplo primero se tendría que terminar el procedimiento “ ponerse las calcetas“ antes de que pueda comenzar el procedimiento “ponerse los zapatos“. Estas dependecias serán explicadas más adelante a detalle.

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Tales procedimientos poseen una característica substancial, su duración. La tarea del método de diagrama de precedencias es el determinar, con consideración de la duración de los procedimientos individuales y con la consideración de su interdependecia, de cuando los respectivos procedimientos tienen lugar. El proceso de contar comienza dependiendo ya sea de los procedimientos de comienzo y se establece firmemente la fecha de inicio más próxima del siguiente procedimiento (planificación hacia adelante), ó con el último procedimiento de la red (no tiene mas sucesores), y establece firmemente las ultimas fechas de completación de los procedimientos de cáda caso (planificación hacia atrás). Como resultado de la combinación de ambos métodos, saliendo con una fecha de comienzo y de finalización determinada, las siguientes cuatro características importantes provienen de cáda procedimiento muy independiente de su duración: El inicio más temprano (FAZ) ( de la planificación hacia adelante) El término más temprano (FEZ) (de la planificación hacia adelante con una duración respectiva) El inicio más tardío (SAZ) ( de una planificación hacia atrás y una duración respectiva) El término más tardío (SEZ) ( de una planificación hacia atrás) Fechas de un procedimiento Vi, j: FAZ: Fecha más cercana para del comienzo de un procedimiento Vi,j = FZi FEZi, j: Fecha más cercana del término de un procedimiento Vi, j: FAZi, j + Di, j SEZi, j: Fecha más lejana del término de un procedimiento Vi, j = SZj ( bajo el apego a la fecha del finalización del proyecto) Margen de tiempo

Definición

De varias fechas se pueden calcular dos tipos de margen de tiempo dentro del diagrama de procedencias:

Definición

El margen general GPi de un procedimiento i es calculado por la diferencia de SAZi (Fecha más lejana de inicio de i) y FAZi (fecha más cercana de inicio de i) , o para SEZi ( fecha mas lejana para el término de i) y FEZi ( fecha mas cercana para el término de i). El margen general muestra cuanto se puede extender un procedimiento sin que el término del proyecto se ponga en peligro: GPi: SAZi - FAZi = SEZi - FEZi

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Definición

El libre margen es el tiempo, el cual no pone en peligro el comienzo más pronto posible ó el final del sucesor. (Formalmente: todos los procedimientos de seguimiento pueden ser acompletados en la fecha más cercana). Se puede desarrollar sólo si almenos dos procedimientos determinados se encuentran con el mismo sucesor. Su cálculo es una “secuencia normal“ ( final- comienzo) através de la diferencia del pronto término del procedimiento comtemplado y del pronto comienzo de su sucesor. Con una secuencia inicial (comienzocomienzo) temprano, con una secuecia final (fin- fin) de la fecha de la finalización más tardia de los procedimientos. Ejemplo de la secuencia inicial:

A PF= FAZ (pasada) -FEZ bij = distancia mínima temporal entre procedimiento i y procedimiento j SI = cantidad de sucesores del procedimiento i Margen de tiempo libre hacia atrás (FRP) FRPi = SZj - SZi -Di, j

Definición

Intervalo máximo de tiempo del procedimiento puede ser aplazado sólo sin que el ponga en peligro a todo el proyecto, en caso de que todos los procedimientos terminen hasta la última fecha posible. Margen de tiempo independiente (UP) UPi, j = max{0, FZj - SZi - Di,j}

Definición

Intervalo máximo de tiempo puede ser aplazado si todos los procedimientos precedentes terminan hasta la última fecha posible y los siguientes procedimientos deberán de comenzar en la primera fecha posible. De práctica importancia la ruta crítica se encuentra en primera fila, y en segundo lugar se encuentra el FP. La ruta crítica

Definición

La ruta crítica se define como en encadenamiento de aquellos procedimientos, para los cuales sus cambios temporales se aplazan de fecha de finalización del diagrama de precedencias (llamese la fecha de finalización de todos los procedimientos sin sucesión). Esta se determinará en un diagrama de precedencias através aquellas cadenas de actividades individuales, las cuales en su total presentan la mayor duración y para su margen de tiempo libre equivale a cero. Las actividades, que se encuentran en la ruta crítica, determinan la duración total del proyecto y por lo tanto, se encuentran bajo particular observación de la dirección del proyecto. Todas las otras actividades pueden ser aplazadas o alargadas en el marco de su margen de tiempo, sin que cambien la duración total del proyecto.

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8.6.4

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Otros conceptos del método de diagrama de precedencias Evento

Definición

Un evento es la intervención de una situación definida en un desarrollo. Los eventos representan fechas , en las cuales ciertos procedimientos parciales son finalizados o están otros por comenzar, por lo tanto , el comienzo y el fin de un procedimiento son eventos. Un evento no tiene una expansión temporal. Relaciones:

Definición

Las relaciones marcan una dependencia lógica entre eventos o procedimientos. Con la secuencia de dos procedimientos A y B existen cuatro posibilidades: Final - Comienzo: B puede haber comenzar, tan pronto como A haya terminado. ( Relación I/O ó secuencia normal) Comienzo-Comienzo: B puede comenzar, tan pronto como A haya comenzado. (Relación AA ó secuencia inicial) Comienzo-Final: B puede finalizar, tan pronto como A haya comenzado. (Relación AE ó secuencia de brinco) Final - Final: B puede finalizar, tan pronto como A haya finalizado (Relación EE ó secuencia final) Estructura de expiración: La estructura de expiración de un método de diagrama de precedencias es representado por el total de las relaciones.

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8.6.5

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Ejemplos del método de diagrama de precedencia El trabajo con diagramas de precedencia puede ser dividido en: El borrador como descomposición de las tareas del proyecto en procedimientos o eventos con consideración de conexiones lógicas y causales. El borrador es la parte más importante y a se vez más difícil del trabajo, ya que en el dependen que el resultado de la planificación tenga importancia o no. El análisis de tiempo en forma de una estimación de la duración de un procedimiento (y/o duración entre dos eventos). Una buena estimación de tiempos es la segunda tarea más importante, y tambien difícil. El logro de reconocimiento del borrador y la estimación de tiempo son mucho más grandes que la calculación del diagrama de precedencias con la determinación de la ruta crítica y las reservas de tiempo. La supervisión de proyecto en las correcciones del método de diagrama de precedencia y el monitoreo del progreso del proyecto. Con una aplicación comprensiva también serán posibles los análisis de costos y recursos. Antes de proveer el diagrama de precedencias, se tienen que medir, dentro de una tabla, las dependecias frecuentes de los procedimientos individuales y su duración. Nr. procedimiento 1 Inicio 0 2 Tarea AA 3 Tarea BB 4 Tarea CC 5 Meta 0

Procedimiento 1 4 5

Duración Preceso Sucesor 2 y 3 1 4 1 5 2 5 3 y 4

Posteriormente se desarrolla el plan de precedencias, donde cáda procedimiento es anotado gráficamente dentro de una pequeña caja ( nudo de diagrama de precedencias). En posiciones definidas se anotarán una descripción, al igual que la duración, el inicio más temprano, el inicio más tardío, el final más temprano y el final más tardío. Además se reservaran campos para los márgenes totales y para los márgenes libres.

Nombre MT

MT = Márgenes totales ML = Márgenes libres FB = inicio más temprano FE = término más temprano SB= Inicio más tardío SE = término más tardío

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Las cajas individuales por procedimiento están conectadas por medio de flechas, las cuales indican una dependencia entre los procedimientos. Debido a que las cadenas cíclicas no están permitidas, los procedimientos individuales se pueden ordenar en su sucesion temporal necesaria, de izquierda a derecha, los caminos paralelos se encuentran dentro de ellos.

Ahora uno tiene que calcular los márgenes de tiempo. Para esto, uno comienza con el inicio más temprano del primer evento y se le suma su duración. El resultado es la fecha de término más temprano del procedimiento actual y al mismo tiempo la fecha del inicio mas temprano del siguiente procedimiento. Después de que uno ha terminado con el cálculo hacia adelante con el último procedimiento, uno comienza desde ahí con el cálculo hacia atrás. El término más pronto del último procedimiento se asume como el término más tardío y resulta, junto con la duración del procedimiento, su inicio más tardío. La diferencia entre el inicio temprano y tardio da como resultado el margen total.

Importante

Finalmente uno puede obtener la siguiente información del ejemplo del método de diagrama de precedencias previamente mostrado: - El proyecto terminará por muy pronto después de 6 días. - El camino crítico abarca los procedimientos AA y CC - El procedimiento BB puede tambien comenzarse después de un margen de 2 días, sin poner en peligro el proyecto.

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8.6.6

Tipos del método de diagrama de precedencia Existen variantes del método de diagrama de precedencia

Definición

A continuación se mostrarán los diferentes típos del método de diagrama de precedencia: - Método de diagrama de flechas (ADM): Con el método de diagrama de flechas se representarán los procedimientos como flechas, la secuencia lógica proviene de la agrupación de nudos ( principio/final de los procedimientos). Ejemplo: el método de la ruta crítica (CPM) - Plan de redes de eventos de puntos múltiples: En este tipo de red los sucesos (condiciones) en forma de nudos y las dependencias están representadas con flechas. Ejemplo: Técnica de revisión y evaluación de programas (PERT) - Plan de redes de procedimientos de puntos múltiples: Esta red es la forma de diagrama de un diagrama de precedencias, con el que los procedimientos individuales están representados en forma de pequeñas cajas, se proveen aquellas con información de características importantes del procedimiento ( inicio más temprano, término más temprano, etc.). Los procedimientos están conectados por medio de flechas, las cuales simbolizan la dependencia lógica. La designación frecuentemente usada en forma falsa es la del diagrama de PERT, sin embargo el PERT original usa planes de redes de eventos de puntos múltiples. GERT ( Técnica de revisión y evaluación gráfica) En los actuales programas del método de diagrama de precedencias que están disponibles los métodos están mezclados y ya no son tan relevantes. Como una recomendación de aplicaciones generales se deberían de usar los procedimientos del método de diagrama de flechas,por ejemplo el CPM, si el proyecto tiene relaciones simples, donde raramente se tenga que cambiar algo. Los planes de redes CPM son menos eficientes para las alocaciones de costos y recursos. Los planes de red de procedimiento de puntos múltiples (MPM), tienen la ventaja de que a los nudos de procedimiento se les puede transmitir información muy diferente. Otra ventaja es que a estos se les pueden hacer cambios relativamente rápido. Los planes de red de eventos de puntos múltiples, tales como el PERT deberían de ser usados con proyectos, con los que los procedimientos no pueden ser exactamente predefinidos ya sea de forma temporal ó de forma estructural. Debído a su uso relativamente simple, los CPM y MPM son los más comúnes.

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8.6.7

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Ventajas del método de diagrama de precedencia Importante

El diagrama de precedencia es una representación muy entendible,descriptiva y de gran importancia, ya que el diagrama de precedencia provee de una excelente perspectiva general de todos los procedimientos parciales de un proyecto y sus interdependecias. En la ilustración del proyecto completo en un plan de diagrama de precedencia existe la necesidad de pensar acerca de todo el proyecto y no perderse dentro de los detalles de los subproyectos. El método de diagrama de precedencia, en sí, es rápidamente comprobable , por lo tanto tambien se puede actualizar, también hace posible un relativo pronóstico exacto de importantes fechas intermedias y la fecha final. Con el método de diagrama de precedencia es fácil de reconocer posibles rutas críticas y márgenes de tiempo, ya que en la dirección de proyectos pueden ser usados diferentes colores para los procedimientos de la ruta crítica. En contraste con la planificación con el diagrama de barras,la expiración y la planificación del tiempo pueden ser separadas. Con la posibilidad de representación de dependencia lógica entre procedimientos se puede desarrollar un organigrama independientemente de la recepción de fechas. Resumido brevemente: Los diagramas de precedencia forman una representación entendible, descriptiva y de importancia de todo el curso del proyecto. Son rápidamente detectables y fácil de actualizar ( si la información del proyecto es electronicamente procesada). Los procesos críticos y cuellos de botellas son fácilmente reconocibles. Al realizarlo es necesario analizar cuidadosamente el proyecto completo. La mayoría de los programas de dirección de proyectos apoyan al método de diagrama de precedencias.

8.6.8

Desventajas del método de diagrama de precedencia La presentación gráfica, el diagrama de precedencias, se utiliza con frecuencia para grandes proyectos, pequeños proyectos se dejan guiar por una presentación en un diagrmana de barras (diagrama de Gantt), la cual es parcialmente fácil de usar. Las alternativas para el método de diagrama de precedencia sería la anteriormente mencionada técnica de Gannt.

Importante

Si el diagrama de precedencias está planeado muy a detalle, este equivaldrá a altos costos de control, ya que hasta 200 procedimientos parciales tendrán que están al mismo tiempo actualizados, de otra forma surgirán distorciones en la planificación. Si el diagrama de precedencias está desarrollado muy abstractamente y los procedimientos de trabajo están descritos de una forma incomprensible, entonces existe la posibilidad de que los usuarios no lo vayan a entender. Las actividades del diagrama de precedencias, las cuales están sujetas a procesos a un fuerte cambio, no son controlables; que frecuentemente de pie a planes inverosímiles y hace que el planificador se retrase en los planes.

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8.6.9

Hítos Definición

El director del proyecto es quien define los hítos. Aquellos son eventos (t=0), que forman la base para las decisiones. En el plan del proyecto, los hítos se utilizan como fechas de entrega para el final de la fase del proyecto. Los procedimientos cronológicos. Aqui se presenta un resúmen de los procedimientos cronológicos dentro de la planificación de un proyecto: Planificación de méta: - Jerarquía de objetivos ( metas de procedimientos y resultados) Planificación de fase y de estructura: - Se colocan los hítos como un control de tiempo (entrega) - El proyecto se organiza en forma de funciones y objetos - Paquetes de trabajo/ procedimientos del proyecto proveen/determinan Expiración y planificación de fechas: - Provee las redes de plan ( proceso de planificación) - Provee fechas de expiración Recursos y planificación de costos: - Se asignan los recursos y los costos - Se ajustan las capacidades Almacenamiento del plan base como base de monitoreo: En esta base tiene lugar la supervisión del proyecto sobre los ajustes y que nuevamente el manejo del proyecto se basa en esto.

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Pasos para el éxito del proyecto Definición

El siguiente resumen se presentan los contenidos especiales en 21 pasos importantes para el arreglo, planificación y ejecución del proyecto. Este método hace referencia al capítulo 6 (organización del proyecto). Los contenidos son dependientes y usados en la base de los ejercicios. Pasos del proyecto (método) Órden para un proyecto 1. El tema del proyecto es determinado. Historial y la situación de comienzo tiene que ser clarificada. (Definición del proyecto). 2. Definición de los objetivos del proyecto ( orden del proyecto). 3. Clarificación de las condiciones previas de organización básica ( organización del proyecto. Organización aproximada 4. Desarme del proyecto en general en paquetes de trabajo y la descripción de los contenidos de las tareas y su extensión ( plan de estructura del proyecto). 5. Definición, quién está involucrado y en qué grupo de trabajo ( planificación de recursos). 6. Estimación y coordinación de las capacidades y de los costos ( planificación de costos y capacidades). 7. Definición y delimitación de los resultados inmediatos del proyecto (planificación de hítos). 8. Evaluación y valoración de los riesgos, revisión de la planificación ( entorno del proyecto , análisis de stakeholder) (riesgos y consecuencias). 9. Organización y acomode de la información y documentación del proyecto ( sistema de información). Planificación detallada 10. Descomposición de los paquetes de trabajo en actividades y su distribución dentro de los involucrados ( lista de actividades). 11. Determinación de la capacidad necesaria y la duración de las actividades ( plan de capacidad). 12. Análisis de dependencia ( estructura de expiración)

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Dirección y organización de proyectos - Libro de texto 13. Determinación de las fechas de inicio y de término de cáda una de las actividades (método de diagrama de barras/precedencias). 14. Determinación de actividades sustanciales/críticas y la definición de las metas de trabajo ( plan de hítos interno). 15. Cálculo/definición de los costos necesarios de cáda actividad (plan de costos). 16. Planificación de la metodología de control ( parametros de control, formas de control) (naturaleza de reconocimiento). 17. Información acerca de eventos no planeados ( revision/modificación). 18. Colección y representación de los acuerdos sobre información (reporte de estatus/ junta). 19. Comparación de valores nominales y actuales ( análisis de éstilo de discrepacias). 20. Introducción y examinación de las medidas de control ( junta de reporte de estatus).

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Dirección de riesgos Definición

Dentro de esta sección se encuentran todas las actividades, que sirven para minimizar la probabilidad y/o los efectos negativos en el proyecto y/o para máximizar la probabilidad de los efectos positivos. Los siguientes son los componentes de la dirección de riesgos: - Identificación del riesgo - Evaluación del riesgo - Desarrollo de medidas para la superación de los riesgos - Persecución de riesgos - Ejemplo de tabla de uso de medidas para la superación de riesgos. Relevancia: Desde 1998 la ley para control y transparencia en el campo de las empresas (KonTraG) en alemania es un punto fuerte!

Imagen 11: Dirección de riesgos

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Referencias Internet o.V.a. (2007): Netzplantechnik, Phasen des Projektmanagements: www. wikipedia.org o.V.a. (2007): Projektmanagement-Methode: www.prokoda.de o.V.a. (2007): MS-Project - Ablauforganisation: www.iou.unizh.ch (Institut für Organisation undUnternehmenstheorie) o.V.a. (2007): MS-Project - Ablauforganisation: www.idd.tu-darmstadt.de o.V.a. (2007): Netzplantechnik: www.plesk-modules.com o.V.a. (2007): PM-Werkzeuge und Prozessgruppen: www.pmqs.de o.V.a. (2007): Projektmanagement - Phasenmodell: www.sd-webconsult.com o.V.a. (2007): Deutsche Gesellschaft für Projektmanagement e.V.: www.gpm-ipma.de o.V.a. (2007): DIN 69900-1: www. din.de o.V.a. (1978-08): DIN 69900-1, Projektwirtschaft; Netzplantechnik; Begriffe, Beuth, (Berlin-Wien-Zürich) Ilsch, Dr.-Ing. Heinz-Jürgen, (2003), Projektmanagement - kompakt

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Libros y revistas Angermeier, Georg: Projektmanagement-Lexikon, Projekt Magazin, CD, 2005, ISBN 3-00-018114-8 Bartsch-Beuerlein, Sandra: Qualitätsmanagement in IT-Projekten. Hanser, München 2000, ISBN 3446213597 Beiderwieden, Arndt; Pürling, Elvira: Projektmanagement für IT-Berufe. Stam,Troisdorf 2. Aufl. 2004, ISBN 3-8237-1177-6 Bohinc, Tomas: Projektmanagement, Soft Skills für Projektleiter, GABAL-Verlag, Offenbach 2006, ISBN 3-636-01305-X Burghardt, Manfred: Projektmanagement. Publicis Corporate Publishing, Erlangen, 7. Auflage 2006, ISBN 3-89578-274-2 Börjeson, Lena: Handbuch für Projektkiller - Projekte verzögern, blockieren, sabotieren, 1. Auflage 2007, ISBN 978-3-938486-05-4 Caupin, Gilles; Knöpfel, Hans; Morris, Peter; Motzel, Erhard; Pannenbäcker, Olaf (Hrsg.): ICB-IPMA Competence Baseline, Version 2.0.IICB/EPMA-Eigenverlag, ISBN 3-00-004057-9 Croenenbroeck, Wolfgang: Internationales Projektmanagement. Cornelson, 2004, ISBN 3-589-23600-0 DeMarco, Tom: Der Termin. Ein Roman über Projektmanagement. Hanser, München, ISBN 3-446-19432-0 (Zusammenfassung) DeMarco, Tom; Lister, Timothy: Wien wartet auf Dich! Hanser, München 1998, ISBN 3-446-21277-9 Fischer, Joachim; Spiekermann, Markus: Grundlagen von Projektmanagementsystemen - Mit einer Einführung in SAP R/3 PS. 5. Auflage, Paderborn, Bingen, 2006, ISBN 3-937-96897-0 Füting, Ulrich Chr.: Troubleshooting im Projektmanagement, Überlastung vermeiden, Risiken erkennen, Krisen bewältigen, Widerstand abfangen. Ueberreuter, 2003, ISBN 3-8323-1038-X Gareis, Roland; Happy Projects! ISBN 3214082590 Gärtner, Johannes: Realistisches Projektdesign, Projektarbeit in einer wenig berechenbaren Welt. 2004, ISBN 3-7281-2934-8 Günther, Hans-Jörg; Legrand, Bob: Project Review, edditrex mini für „Q-Course Quality and Organisation“ Heche, Dirk: Praxis des Projektmanagements., Springer, Berlin 2004, ISBN 3-540-20548-9 Heimbold, Roman: Endlich im grünen Bereich! Projektmanagement für jedermann. mitp-Verlag, Bonn 2005, ISBN 3-8266-1547-6

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Hindel, Bernd; Hörmann, Klaus; Müller, Markus; Schmied, Jürgen: Basiswissen Software-Projektmanagement., dpunkt, 2006, ISBN 3-89864-390-5 Hobbs, Peter: Professionelles Projektmanagement. Moderne Verlagsgesellschaft, 2002, ISBN 3478860148 Hoelzle, Philipp: Projektmanagement, Professionell führen - Erfolge präsentieren. Haufe Verlag, 2002, ISBN 3-448-04945-X Holert; Renke: Projektmanagement mit Microsoft Project. MS Press, 2003, ISBN 3-860-63596-4 Jankulik, Ernst; Kuhlang, Peter; Piff, Roland: Projektmanagement und Prozessmessung - Die Balanced Score Card im projektorientierten Unternehmen. Publicis Corporate Publishing, Erlangen 2005, ISBN 3-89578-251-3 Kairies, Peter; Moderne Führungsmethoden für Projektleiter. expert-verlag 2005, ISBN 3-8169-2404-2 Kerzner, Harold: Projektmanagement, Ein systemorientierter Ansatz zur Planung und Steuerung. mitp-Verlag, Bonn 2003, ISBN 3-8266-0983-2 Klose, Burkhard: Projektabwicklung. 3. Auflage 2002, ISBN 3706405202 Köhler, Thomas: Internet-Projektmanagement. 1. Auflage 2002, Addison-Wesley, ISBN 3827318378 (Rezension + Interview m. d. Autor über Internetprojekte) Lessel, Wolfgang: Projektmanagement. Projekte effizient planen und erfolgreich umsetzen. 2002, ISBN 3589219033 Legrand, Bob: Q-Course Quality and Organization. 2004, ISBN 1-4116-1020-2 Litke, Hans-Dieter: Projektmanagement: Methoden, Techniken, Verhaltensweisen. Hanser, München, 5. Auflage 2007, ISBN 3-446-40997-1 Litke, Hans-Dieter: Projektmanagement- Handbuch für die Praxis. Konzepte - Instrumente - Umsetzung.Hanser, München, 2005, ISBN 3-446-22907-8 Litke, Hand-Dieter; Kunow, Ilonka: Projektmanagement. Haufe, München, 5. Auflage 2006, ISBN 3-448-07745-3 Lück-Schneider, Dagmar, Wissensmanagement im Rahmen von Projektmanagement, in LückSchneider, Dagmar und Maninger, Stephan (Hrsg.): Wissensmanagement - Eine interdisziplinäre Betrachtung, Brühl 2006, ISBN 3-938407-14-X Madauss, Bernd J.: Handbuch Projektmanagement. Schäffer-Poeschel, 2000, ISBN 3-7910-0694-0 Mayrshofer, Daniela; Kröger, Hubertus A.: Prozeßkompetenz in der Projektarbeit. Windmühle Verlags GmbH, 1999, ISBN 3-922789-68-4

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Mehrmann, Elisabeth; Wirtz, Thomas: Effizientes Projektmanagement, Erfolgreich Konzepte entwickeln und realisieren, Econ Verlag, Berlin 2002, ISBN 3612212176 Möller, Thor; Dörrenberg, Florian, E.: Projektmanagement, Wirtschaftsund Sozialwissenschaftliches Repetitorium. Oldenbourg, München 2003, ISBN 3486273329 Oltman, Iris: Projektmanagement, Zielorientiert denken, erfolgreich zusammenarbeiten. Rowohlt, Berlin 1999, ISBN 3499607638 PMI (Hrsg.): PMBOK - Project Management Body of Knowledge. ISBN 1-930699-21-2 (Deutsch) PMI (Hrsg.): PMBOK - Project Management Body of Knowledge. ISBN 1-880410-23-0 (Englisch) Preuß, N.; Schöne, L. B. (2006): Real Estate und Facility Management - Aus Sicht der Consultingpraxis, Springer-Verlag, Berlin New York, 435 Seiten, 2. vollst. überarb. und erw. Aufl., ISBN 3-540-42003-7 Renz, Patrick S.: „Project Governance.“ Heidelberg: Physica, 2007. (Contributions to Economics); ISBN 978-3-7908-1926-7 RKW-GPM (Hrsg.) „Projektmanagement Fachmann.“ 2 Bände, 1340 Seiten, 650 Abb. (Deutsch) 2004; ISBN 3-926984-57-0 Schelle, Heinz; Ottmann, Roland; Pfeiffer, Astrid: Projektmanager. 560 Seiten, GPM Deutsche Gesellschaft für Projektmanagement 2. Auflage 2005; ISBN 3924841268 Schelle, Heinz: Projekte zum Erfolg führen, Projektmanagement systematisch und kompakt. dtv, München 5. Auflage 2007, ISBN 3-423-05888-9 Seifert, Josef W.: Projektmanagement für kleinere Projekte - Erfolgreiche Führung und Moderation von Projektteams GABAL, Offenbach, 2. Auflage 2006, ISBN 3-89749-655-0 Slaghuis, Bernd: Vertragsmanagement für Investitionsprojekte, Quantitative Projektplanung zur Unterstützung des Contract Managements unter Berücksichtigung von Informationsasymmetrie. 2005, ISBN 3631542100 Tiemeyer, Ernst: Projekte erfolgreich managen., 2002, ISBN 3407363907 Tumuscheit, Klaus D.: Überleben im Projekt, 10 Projektfallen und wie man sie umgeht., 2002, ISBN 3-478-81296-8 Tumuscheit, Klaus D.: Erste-Hilfe-Koffer für Projekte. 33 Lösungen für die häufigsten Probleme., 2004, ISBN 3280050340 Tumuscheit, Klaus D.: Immer Ärger im Projekt. Wie Sie die Projektkiller austricksen., 2001, ISBN 3280026822

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Projektcontrolling, Projektleitung, Projektmanagement allgemein, Internationales Projektmanagement, Projektorganisation in Das Deutsche Ingenieur-Handbuch. Der Ingenieur als Manager, Deutscher Ingenieur Verlag, 2005, ISBN 3-8125-0553-3 VDI-Berichte/ VDI-Tagungsbände: Projektmanagement - eine Zeitreise - Projektmanagement Praxis 2006, VDI-Verlag, Immenstaad, 12./13.10.2006, ISBN 3-18-091974-4 Volkmann, Walter: Projektabwicklung - für Architekten und Ingenieure, Verlag für Wirtschaft und Verwaltung Hubert Wingen, 2. Auflage, Essen 2003, ISBN 3-8028-0513-5 Winkelhofer, Georg: Management- und Projekt-Methoden.“, Springer, Berlin 2004, ISBN 3-540-22912-4 Wieczorrek, Hans W.; Mertens, Peter: Management von IT-Projekten. Von der Planung zur Realisierung, 2. Aufl., Springer, Berlin 2007, ISBN 978-3540484707 Zimmermann, Jürgen; Stark, Christoph; Rieck, Julia: Projektplanung - Modelle, Methoden, Management., Springer, Berlin 2006, ISBN 3-540-28413-3

Mecatrónica Módulo 3: Técnica de fluidos Libro de Texto (Concepto) Matthias Römer Universidad Técnica de Chemnitz, Alemania

www.minos-mechatronic.eu

Técnica de fluidos Minos

Ìndice 1 Neumática 1.1 Introducción 1.1.1 La historia del aire comprimido 1.1.2 Ventajas y desventajas de la neumática 1.1.3 Campos de uso de la neumática

7 7 8 9

1.2 Producción de aire comprimido

1.3 Preparación del aire comprimido 1.3.1 Deshumidificación del aire comprimido 1.3.2 Secador frío de aire 1.3.3 Secodor de absorbente 1.3.4 Otros métodos para la deshumidificación del aire comprimido

12 13 14 15 15

1.4 Unidades de mantenimiento 1.4.1 Separadores de filtro y agua 1.4.2 Control de presión 1.4.3 Lubricador de aceite en vapor 1.4.4 Otros componentes 1.4.5 Símbolos de componentes de las unidades de mantenimiento

16 16 17 18 20 21

1.5 Mandos neumáticos 1.5.1 Cilindros de efecto simple 1.5.2 Cilindros de efecto doble 1.5.3 Formas de construcción especiales de cilindros

23 23 25 28

1.6 Válvulas de control direccional 1.6.1 Simbolización de las válvulas de control direccional 1.6.2 Operación de las válvulas de control direccional 1.6.3 Denominación de las conexiones 1.6.4 Principios de contrucción de las válvulas de control direccional 1.6.5 Tipos de construcción de las válvulas de control direccional 1.6.6 Controles de piloto de las válvulas de control direccional 1.6.7 Sistema de transmisión de la válvula

34 34 36 39 40 42 49 51

1.7 Válvula de retención 1.7.1 Válvula de no retorno 1.7.2 Válvulas de aireación rápida 1.7.3 Válvulas de múltiples vías 1.7.4 Válvulas de presión dual

54 54 54 55 56

1.8 Válvulas reguladoras de caudal 1.8.1 Válvulas de no retorno con obstrucción

58 59

1.9 Válvulas reguladoras

1.10 Otras válvulas

1.11 Indicación de símbolos en un diagrama

1.12 Tecnología de vacío

Técnica de fluidos Minos 2 Hidráulica 2.1 Introducción 2.1.1 Ventajas y desventajas de la hidráulica 2.1.2 Campos de uso de la hidráulica 2.1.3 La construcción de un dispositivo hidráulico

67 67 68 69

2.2 Generador de energía hidráulica 2.2.1 Depósito hidráulico 2.2.2 Válvula reguladora de presión 2.2.3 Filtros

70 71 72 72

2.3 Fluidos hidráulicos 2.3.1 Viscosidad 2.3.2 Otras características de los fluidos hidráulicos 2.3.3 Impurezas, aire y agua en los fluidos hidráulicos 2.3.4 Protección al medio ambiente

73 73 75 77 78

2.4 Bombas hidráulicas 2.4.1 Bombas de engranaje 2.4.2 Bombas de husillo 2.4.3 Bombas de celda de ala 2.4.4 Bombas de pistón en línea 2.4.5 Bombas de pistones radiales 2.4.6 Bombas de pistón axial

80 81 84 85 86 87 88

2.5 Cilindros y motores 2.5.1 Cilindros de simple efecto 2.5.2 Cilindros de doble efecto 2.5.3 Montaje de los cilindros 2.5.4 Motores hidráulicos

91 92 94 96 98

2.6 Conducto de tubo flexible y tuberías

100

2.7 Válvulas de control direccional 2.7.1 Descripción de las válvulas de control direccional 2.7.2 Recubrimiento de las posiciones de cambio 2.7.3 Operación de las válvulas de control direccional

102 103 104 106

2.8 Válvulas de retención

108

2.9 Válvulas de presión 2.9.1 Válvulas delimitadoras de presión 2.9.2 Válvulas de desahogo de presión

111 111 115

2.10 Válvulas reguladoras de caudal 2.10.1 Válvulas de estrangulación 2.10.2 Válvulas controladoras de corriente 2.10.3 Divisor de corriente

117 118 119 121

2.11 Acumulador hidráulico 2.11.1 Funciones de acumulador hidráulico 2.11.2 Acumulador de pistón 2.11.3 Acumuladores de membrana y acumuladores de diafragma 2.11.4 Relleno de gas presurizado en acumuladores hidráulicos

122 122 123 124 125

Neumática

1.1

Introducción

Técnica de fluidos

Minos

El concepto de neumática puede ser remontado a la palabra griega “pneuma”, el cual significa aliento o aliento. En la neumática, el aire concentrado es usado como una forma de energía; esta es llamada aire comprimido. El aire está compuesto en un 78% de nitrógeno y un 21% de oxigeno. La parte restante consiste de otros gases y de gases raros. Además el aire consiste también de vapor. La presión atmosférica en la superficie de la tierra es aproximadamente de 1 bar. Éste valor difiere un poco dependiendo de las condiciones del clima. El valor de la presión atmosférica normal de acuerdo con DIN 5450 llega a los 101.325 kPa en una temperatura de 15 ºC. El aire comprimido en un rango de 3 a 10 bar es utilizado en la industria. También las presiones de 6 bar son frecuentemente utilizadas, y las presiones de mas de 10 bar tampoco son inusuales. Las presiones de 0.2 hasta 0.5 bar para tareas y funciones de control. Hoy en día, los controles electrónicos usuales reemplazan más y más a los controles neumáticos en rangos de baja presión. El aire comprimido tiene baja viscosidad, lo cual le permite ser transportado en pipas en grandes distancias. La compresibilidad del aire comprimido es una característica importante, ésta hace que sea más fácil el almacenar energía

1.1.1

La historia del aire comprimido El aire comprimido es una forma muy vieja de energía. Han existido intentos de hace más de 2000 años atrás para disparar balas usando aire comprimido. También fue usado para mover puertas calentando el aire. Los fuelles usados para aumentar la temperatura del fuego pueden ser considerados como los primeros compresores. Al final del siglo XIX el aire comprimido fue usado para operar los frenos de los trenes. En ésta misma época surgieron los transportadores neumáticos de tubos. Aproximadamente en 1890 una red de aire comprimido fue construida en París. Las señales del reloj central eran transmitidas a subestaciones que se encontraban a largas distancias. Sin embargo, en los siguientes años se prefirieron los mandos eléctricos en muchos campos.

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Técnica de fluidos En la década de los cincuenta y los sesenta muchos de los problemas y tareas de control eran solucionados usando la neumática. Estos controles usaban bajas presiones de algunos milibar. En la actualidad, con el desarrollo de los transistores y microprocesadores, la mayoría de las tareas son realizadas por medio de de relés o controles de lógica programable. Muchos de los controles neumáticos son usados ahora en día en el curso de procesos de automatización.

1.1.2

Ventajas y desventajas de la neumática La neumática es usada en muchos campos de la industria. Esto tiene ventajas y desventajas como cualquier tipo de energía. Primeramente, la neumática debe de ser comparada con la hidráulica y la electrónica, al igual que con mecanismos mecánicos. Las ventajas de la neumática son: - El aire como medio es ilimitado y disponible en la práctica. Debido a que el aire de salida puede ser liberado libremente no es necesaria una línea de regreso. - El aire comprimido puede ser almacenado muy fácilmente en tanques, por ello, no se requiere prender el compresor continuamente. En caso de una falla de energía las operaciones de inicio pueden ser completadas sin duda usando el aires comprimido acumulado. El aire acumulado en los contenedores puede ser transportado. - El aire comprimido puede ser transportado a largas distancias por medio de tuberías. Esto hace posible que se pueda general aire comprimido centralmente. - El aire comprimido es limpio y estable en cambios de temperatura. Sus fugas no dañan el medio ambiente. El aire comprimido puede ser utilizado en zonas con peligro de explosión. Puede ser usado sin ningún tipo de riesgo en zonas al aire libre y húmedas. - Los elementos neumáticos requieren de una simple construcción son económicos y robustos, muchas veces también pueden ser muy ligeros a comparación de otros elementos similares. - Los mandos neumáticos pueden ser ajustados a diferentes velocidades. Las cargas que traen estos mandos de paralización puede ser usados, por lo tanto, son considerados impenetrables en caso de sobrecarga. Velocidades de varios metros por segundo pueden ser alcanzados sin ningún problema. - Los movimientos lineales y rotacionales pueden ser realizados simplemente. Las tareas de transportación pueden ser fácilmente realizadas con ventosas o lanzas.

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También existen las siguientes desventajas: - El aire comprimido es una fuente de energía cara. En la compresión se utiliza mucho calor, que muchas veces no se puede volver a usar. - La preparación de aire comprimido es cara. Es necesario remover polvo y agua del aire comprimido. - Algunos componentes , tales como por ejemplo el motor neumático de paletas, tienen que ser provistas de aire comprimido con una neblina de aceite para su lubricación. Este aceite también será recibido en la salida del aire. La mayoría de los elementos de construcción ya no tienen que ser aceitados. - Movimientos regulares son casi imposibles por que el aire comprimido es comprimible. También es imposible posesionarse con mandos neumáticos ,sin embargo, se puede hacer un simple alto sin ningún problema. - Los escapes de la salida de aire están vinculados con un alto ruido, los cuales pueden ser reducidos por medio de silenciadores. - Las fuerzas y los momentos en la neumática son mucho más pequeños que en la hidráulica.

1.1.3

Campos de uso de la neumática El aire comprimido tiene muchos usos. Más y más campos de la industria están siendo automatizados, por lo tanto, los movimientos lineales y rotacionales son a menudo requeridos. Las partes en construcción pueden ser transportadas, tensadas o sujetadas. Primeramente los movimientos periódicos pueden ser fácilmente realizados con la neumática. La transportación de granulado a través de tubos y pipas también es posible. En la pintura en aerosol la pintura es transportada por medio de aire comprimido. La neumática también es utilizada en el trabajo hecho a mano. Destornilladores, taladradoras o amoladoras de ángulo pueden ser operadas neumáticamente. El manejo y proceso de piezas de trabajo o de otros objetos y con frecuencia por medio de ventosas o lanzas operadas neumáticamente.

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1.2

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Producción de aire comprimido El aire comprimido es generado por medio de compresores. Los compresores están disponibles en diferentes formas. Hay fundamentalmente dos tipos diferentes: turbomáquinas y máquinas de desplazamiento. Las turbomáquinas son usadas para grandes caudales volumétricos. Aquí el aire es acelerado a gran velocidad la cual es usada para elevar la presión. La presión todavía no lo suficientemente alta, por lo tanto, el incremento es hecho en varios pasos. Las llamadas turbomáquinas aceleran el aire de forma circular hacia fuera. Otra forma es el compresor axial, éste es utilizado por ejemplo en las turbinas de un avión. Las máquinas de desplazamiento producen pequeñas masas de aire comprimido. El aire es succionado hacia una célula, la cual finalmente se encogerá. Un suplente importante de éste principio son el compresor de émbolo y el compresor helicoidal. Existen también muchas otras formas de construcción.

Imagen 1: Compresor de émbolo

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Un compresor de émbolo consiste de un émbolo, el cual se mueve de adentro hacia afuera de un cilindro por medio de una timonería. Durante el movimiento de descenso el aire es succionado hacia el cilindro por medio de la válvula de succión. En el siguiente movimiento de ascenso el pistón encoge el volumen dentro del cilindro incrementando la presión. Cuando la presión dentro del cilindro excede a la presión en la válvula de escape, la válvula de escape se abre y el aire comprimido es empujado hacia fuera. Con el compresor de embolo puede succionarse en un nivel de presión de hasta 10 bar. A través de niveles múltiples se hace posible el alcanzar la presión de varios cientos de bar. Debido al gran calentamiento del aire en la compresión , éste debe de ser enfriado entre niveles. Dependiendo de la construcción se usará agua o aire para enfriar. Ya que de cárter de motor del compresor de émbolo se engrasa con aceite , una pequeña cantidad de éste aceite estará presente también en el aire comprimido. En algunos casos de uso, como por ejemplo en la industria de alimentos, se tiene que filtrar éste aceite para quitarlo del aire comprimido. Para pequeñas cantidades de aire comprimido se usa, en éste caso, un compresor de membrana. Aquí el pistón mueve un diafragma , el cual separa el aire comprimido del cárter del cigüeñal. El compresor helicoidal está compuesto de dos motores espirales entrelazados, cuando éstos rotan el volumen entre ellos y las paredes se encogen comprimiendo el aire. En muchos compresores helicoidales se utiliza aceite para enfriar y encapsular, pero existen compresores libres de aceite , los cuales son conocidos como marchar en seco. Una posibilidad extra es la inyección de agua. El volumen de la corriente de los compresores helicoidales tienen menos pulsaciones que los compresores de émbolo. Se pueden genera altas presiones usando la compresión de dos pasos. Los compresores helicoidales proporcionan generalmente grandes cantidades, en cambio los compresores de émbolo general presiones mucho más altas. Sin embargo, ambos tipos tiene un amplio rango de usos.

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Imagen 2: Compresor helicoidal (Foto: AtlasCopco)

1.3

Preparación de aire comprimido Después de ser comprimido, el aire es almacenado en un gran contenedor, en donde es enfriado y se le extrae el agua. El agua condensada resultante tiene que ser extraída regularmente del contenedor. El contenedor es utilizado primordialmente para la compensación del consumo variable, si el volumen del aire comprimido es regulado tan sólo apagando y prendiendo el compresor, entonces se tendrá que utilizar un contenedor grande, éste reducirá la frecuencia de apagar el compresor. En nuevos aparatos los tubos y las cañerias también son construidas para distribuir el aire comprimidos, de tal forma que toda la red del aire comprimido se utilice en forma de un contenedor. Por lo tanto, la variación de presiones causadas por diferentes cantidades consumidas es evitada. Para consumidores, que tienen una gran cantidad, pero no frecuente, consumo de aire comprimido, se conectan subcontenedores, los cuales proporcionan a estos consumidores el aire comprimido necesario.

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1.3.1

Deshumidificación del aire comprimido

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El aire que entra al compresor contiene agua en forma de vapor, aquí la cantidad absoluta del vapor es medida en g/m3 . La cantidad de vapor que se encuentra en el aire depende de la temperatura del aire. Un metro cúbico de aire a 20 ºC puede como máximo contener aproximadamente 17gramos de agua. El aire a una temperatura de 50 ºC puede contener 82 g/ m3 . Cuando el contenido de agua excede los valores mencionados anteriormente, esta no puede permanecer en forma de gas y cae en forma de gotas. El contenido máximo está gráficamente representado en la curva de condensación. El rádio de contenido de vapor en el aire al contenido máximo de vapor es llamado humedad relativa; éste valor es dado en forma de porcentaje y depende de la temperatura del aire.

Ejemplo

Por ejemplo, si el aire con una humedad relativa de 100% a una temperatura de 20 ºC es calentado a 50 ºC, la humedad relativa disminuye a un 20% aproximadamente.

Imagen 3: Curva de condensación

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Técnica de fluidos La compresión disminuye el volumen del aire, pero al mismo tiempo la presión se eleva lo cual hace que el agua que se encontraba en el aire antes de ser comprimido fue capaz de permanecer en forma de gas. El aire es enfriado en el contenedor de aire comprimido; parte del agua, que excede el máximo definido en la curva de condensación, se condensa y cae en forma de fluido. Por lo tanto, el aire comprimido que se encuentra en el contenedor tiene una humedad relativa de 100%. Si el aire entra dentro del sistema este se enfriará ahí también y caerá más agua de éste; esto puede causar corrosión y dañar los componentes de la construcción. El agua también puede congelarse a temperaturas bajo 0 ºC y bloquear la cañería. Para prevenir esto el aire comprimido tiene que ser deshumidificado. La deshumidificación retira más agua del aire comprimido; dependiendo del nivel de deshumidificación el aire comprimido puede ser en cantidades mayores o menores enfriado para que el agua no se condense. La temperatura , en la que el agua que se encuentra en el aire deshumidificado después de ser enfriado comienza a condensarse otra vez, se llama el punto de presión de condensación. El aire puede ser deshumidificado por medio de una compresión adicional, excediendo la presión realmente necesaria. Después de que el aire es enfriado a la temperatura ambiente, alguna cantidad de agua se condensa. Al final, la presión del aire comprimido es parcialmente reducida incrementando así su volumen. El vapor restante es contenido ahora en un volumen lo suficientemente grande, y la humedad relativa disminuye. Éste método de deshumidificación es raramente utilizado, ya que la compresión adicional consume mucha energía.

1.3.2

Secador frío de aire El secador frío, como su nombre lo dice, seca el aire comprimido enfriándolo. El aire comprimido se pasa primero a través de un cambiador de calor, después llega a un contenedor con un serpentín de enfriamiento como los que se encuentran en los refrigeradores. El aire comprimido se enfría aquí a una temperatura entre 2 y 3 ºC. Finalmente el aire comprimido se pasa a través de un cambiador de calor nuevamente. Éste calienta el cambiador de calor y al mismo tiempo enfría el aire comprimido. Los secadores fríos hacen posible alcanzar puntos de presión de condensación de hasta 2 y 3 ºC. Un enfriamiento más alto no es posible por que el agua se puede congelar dentro del aire frío.

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1.3.3

Secador de absorbente

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Otro método para secar el aire comprimido es la máquina de secador absorbente. El aire comprimido se pasa a través de uno o dos contenedores. El material de absorción que se encuentra dentro del contenedor absorbe el vapor secando el aire comprimido. Después de un tiempo determinado el materia de absorción es saturado con humedad y el secador de absorbente es apagado. El aire comprimido pasa al segundo contenedor; al mismo tiempo el primer contenedor es regenerado pasando aire frío o caliente a través de él lo cuál hace que remueva la humedad. El usar aire caliente es más efectivo ya que éste puede absorber más humedad. Se puede alcanzar un gran nivel de sequedad del aire comprimido usando secadores de absorbentes. El punto de presión de condensación es considerablemente más bajo a 0 ºC.

1.3.4

Otros métodos para la deshumidificación del aire comprimido También es posible secar el aire comprimido por medio de una conexión química de vapor. El aire comprimido es pasado a través de sal la cual se une al vapor removiéndolo del aire. Se tiene que agregar regularmente nueva sal en el llamado método de secador de absorbente. Por lo tanto, éste método es usado en pequeños volúmenes de aire comprimido. Los secadores de diafragma son más adecuados para volúmenes pequeños de aire comprimido, ya que están arreglados de forma descentralizada. Ya que los secadores tienen que ser operados con aire comprimido filtrado, se instalan con frecuencia después de las unidades de mantenimiento. En los secadores de diafragma el aire comprimido se pasa a través de una pequeña fibra hueca. El vapor de agua se expande a través de las paredes de la fibra hueca. Después del diafragma de compresión, una parte del aire comprimido seca es separado del resto para ser usado como aire de barrido. El aire de barrido es utilizado para remover el vapor difundido en el secador de diafragma. El secador de diafragma no necesita una energía adicional a la del aire comprimido, que es usado como aire de barrido. El aire comprimido bien preparado y seco puede ser distribuido por cualquier tipo de tubos de presión. Los tubos están frecuentemente inclinados para que cualquier tipo de agua condensada en los tubos se pueda drenar hasta la parte más baja del sistema de tuberías. Las tuberías que suministran a los consumidores individuales dejan la tubería principal en éste caso hacia arriba, antes de que se vayan por una muletilla hacia abajo. También éste método de construcción previene que el agua , que pueda contener la tubería principal, llegue a los consumidores.

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1.4

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Unidades de mantenimiento En la neumática el aire comprimido es producido centralmente, después de su distribución a cada uno de los equipos el aire comprimido será nuevamente llevado a unidad de mantenimiento para su tratamiento. Las unidades de mantenimiento consisten de diferentes componentes dependiendo del campo de uso. Las unidades de mantenimiento tienen una dirección de corriente, normalmente de izquierda a derecha. En caso de que sea necesaria una corriente en la dirección opuesta, la unidad de mantenimiento tendrá que ser reconstruida.

1.4.1

Separadores de filtro y agua Primero que nada, el aire comprimido se pasa a través de un filtro , para remover cualquier impuridades. Pequeñas guías hacen que el aire tenga un movimiento circular. Las fuerzas centrifugas empujan las partículas de polvo hacia fuera, donde serán acumuladas. El aire pasa de afuera a través de filtros hacia adentro entrando en el siguiente componente de la unidad de mantenimiento. Para componentes con una sensibilidad extra son usados los prefiltros finos . El aire pasa de adentro hacia fuera a través de estos prefiltros. La filtración fina debe de ser hecha sólo para las corrientes de aire que realmente la requieran.

Imagen 4: Filtro con separador de humendad (Foto: BoschRexroth)

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La filtración tiene que ser hecha tanto como sea necesario, no tanto como sea posible. Otra tarea de la filtro es el separar cualquier gota de agua que puede contener el aire comprimido. Las gotas de agua son acumuladas junto al polvo en la parte interior del filtro. El contenedor es transparente y permite controlar el contenido de agua acumulado. El agua debe de ser retirada regularmente del filtro. Esto puede ser realizado al abrir el tornillo de seguridad con la mano. En caso de que mucho agua se haya acumulado se puede usar una limpiador automatico de condensación. Dependiendo de la construcción se puede usar un flotador para abrir automáticamente la válvula de drenaje o un drenaje condensado a cierto nivel de agua al apagar y prenden el aire comprimido.

1.4.2

Control de presión Con respecto a la filtración, la unidad de mantenimiento debe de mantener cierta cantidad de presión del aire comprimido. Con el fin de asegurar el funcionamiento correcto , la presión de la entrada de la unidad de mantenimiento tiene que ser más alta que se pone en la presión del controlador. Cuando no se presenta ninguna presión significa entonces que el controlador de presión está abierto. El aire comprimido encendido pasa a través del controlador de presión hacia el equipo. Un aumento continuo de la presión aparece adentro. Esta presión actúa dentro de un pequeño diafragma dentro del controlador de presión. En la otra parte de éste diafragma se encuentra un muelle con una fuerza de presión ajustable. El cambio de la fuerza de presión del muelle también cambia la fuerza de presión necesitada para mover el diafragma. Cuando la fuerza de presión excede esta fuerza del muelle, el diafragma es desplazado y el camino hacia el controlador de presión se cierra. La presión no podrá aumentar más. Si en éste estado se reduce la fuerza del muelle o la presión dentro del equipo continua aumentando el diagrama permanece desplazado también. Pero la conexión por lado de la presión con el equipo se encuentra ya cerrado. Por lo tanto, la deflexión restante en el diagrama permite que el aire comprimido se derrame fuera del equipo al abrir el controlador de presión. La presión dentro del equipo se reduce hasta que el muelle empuja devuelta al diafragma cerrado la abertura. El controlador de presión es administrado con un manometro, el cual mide la presión después de la válvula de control del presión.

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Imagen 5: Control de presión (Bild: BoschRexroth)

1.4.3

Lubricador de aceite en vapor Muchas de las unidades de mantenimiento están equipadas con lubricadores de aceite de vapor que enriquecen el aire comprimido con vapor de aceite con el fin de lubricar los componentes neumáticos. Se instala un Boquilla de medidor de flijo llamada “Venturi”por dentro del lubricador de aceite en vapor. El aire comprimido se pasa a través de un área delgada. Esto lo acelera a una velocidad más alta y reduce su presión. El aceite es succionado por medio de un tanque de almacenamiento a través de un tubo pequeño y rociado en forma de gotas finas en la corriente del aire. La cantidad de aceite agregado puede ser definida a partir del número de gotas vistas en a través de un indicador de presión del aceite (Schauglass). Ésta cantidad puede ser ajustada por medio de un choque. El nivel de aceite en el tanque deberá de ser controlado regularmente, agregando aceite cuando se necesite. Para una lubricación apropiada de las partes neumáticas se requiere de una cantidad determinada de aceite. Pero también existen problemas causados por la lubricación. Algunas partes no son suficientemente lubricadas y al mismo tiempo otras partes reciben mucho aceite.

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Muchos de los componentes neumáticos modernos no necesitan más de aire con vapor de aceite ya que están lubricados previamente con una lubricación grasosa que permanece hasta el fin de la vida de operación. Por lo tanto el aire comprimido no debe de ser aceitado en los nuevos equipos. Tenga en cuenta que las partes que hayan sido lubricadas con aceite en vapor no pueden ser aperadas nuevamente sin lubricación. El aceite retira la lubricación de grasa, forzando a que cualquier próxima lubricación tenga que ser hecha con aire comprimido y aceite. Los motores de discos múltiples pertenecen a los componentes de neumática que tienen que ser lubricados con aire comprimido aceitado. Por lo tanto, la lubricación de aceite en vapor es instalada para sólo para éste motor y se pone cerca del motor.

Imagen 6: Lubricador de aceite en vapor (Imagen: BoschRexroth)

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1.4.4

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Otros componentes Una unidad de mantenimiento puede tener otros componentes dependiendo de su campo de uso. Las válvulas de control direccional son utilizadas para apagar y prender el aire comprimido. Existen diferentes principios de construcción , por ejemplo, válvulas de pelota en estado abierto son en la mayoría de los casos no resistentes al aire comprimido. Todas las válvulas de control direccional deben de tener un hoyo de ventilación el cual pueda soltar el aire de un equipo en estado de bloqueo. Si la el hoyo de ventilación está cerrado por error y el suministro de aire está bloqueado, el equipo no puede operar sin presión. El equipo puede ser operado sin riesgos sólo después de soltar la presión. Muchas válvulas con puertas tienen uno o mas candados para asegurar la posición de bloqueo. Esto es usado por ejemplo, para prevenir que el aire comprimido se prenda en caso de que haya personas en el área de equipo. También es posible prender y apagar el aire comprimido usado válvulas con puertas operadas eléctricamente. Otro componente es el interruptor de presión. Este revisa si la presión ajustada está presente y manda una señal , en este caso, a los controles. Esto previene al equipo de ser operado a una presión muy baja que no pueda suministrar a los cilindros con el las fuerzas de operación requeridas. En algunas unidades de mantenimiento se usan las válvulas de llenado para encender el aire comprimido. Éstas válvulas también son llamadas válvulas de encendido suave por que permiten al aire comprimido pasar lentamente dentro del equipo. Esto permite a los cilindros ir despacio a sus posiciones de inicio. Cuando se alcanza aproximadamente la mitad de la presión de operación la válvula de llenado se abre completamente y suministra al sistema presión completa. Los distribuidores de las unidades de mantenimiento distribuyen la corriente de volumen. Esto hace posible el realizar filtración normal para una parte del aire comprimido y una filtración adicional para otra parte. Este aire comprimido preparado especialmente puede ser usado para operar válvulas de gran sensibilidad, sin embargo una filtración tan extensa no es necesaria para otras válvulas.

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1.4.5

Símbolos de componentes de las unidades de mantenimiento

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Los diagramas de circuito de la neumática y la hidráulica usan símbolos determinados en ISO DIN 1219. La primera parte de ésta norma contiene la simbolización. La segunda parte explica las reglas y las instrucciones para hacer el plano de las diagramas de cirucuito. El recurso del aire comprimido es representado con un triangulo. En muchos diagramas se puede encontrar un viejo símbolo , un circulo con un punto dentro; éste símbolo no se debe de usar más. La fuente de la presión en la hidráulica es simbolizada con un triangulo relleno. Muchos símbolos en la neumática y la hidráulica tienen la forma de pequeñas cajas. El filtro es representado con un cuadrado volteado a 45 º. La línea vertical representa el filtro. La línea que cruza simboliza la separación del agua. La dirección de la corriente es de izquierda a derecha como en muchos otros símbolos. La válvula de presión de control también está representada con un cuadrado. Se dibujan un curvado y una línea punteada en dos lados opuestos. La flecha del símbolo de curvado significa que la fuerza de presión del curvado es ajustable. La línea punteada es un control interno que actúa de la salida de la válvula de control de presión en contra de la fuerza del curvado.

Fuente de presión Filtro con separador de agua

Válvula de presión de control

Manómetro

Lubricador de aceite en vapor

Imagen 7: Símbolo de la utilización del aire comprimido

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Técnica de fluidos La flecha dentro del cuadrado simboliza el diafragma. Se debería de considerar como desplazable. Cuando la presión de salida se eleva el flujo que corre a través de la válvula de control de presión se para. El pequeño triangulo representa el hoyo de ventilación, el cual permite alcanzar presiones muy altas. Un manómetro es representado con un circulo con una flecha por dentro la cual simboliza el puntero. Los manómetros usados para la medición de presiones diferenciales tienen dos conexiones al fondo. El símbolo de un lubricador de aceite en vapor es un cuadrado girado a 45 º, como un símbolo de filtro. La pequeña línea representa el suministro de aceite. Los símbolos de los componentes de la unidad de mantenimiento pueden ser trazado a detalle. Ya que los componentes individuales pertenecen a un módulo, estos pueden ser marcados con una línea punteada. En muchos casos es suficiente el representar la unidad de mantenimiento con un símbolo simplificado.

Unidad de mantenimiento, detallado

Unidad de mantenimiento, simplificado

Imagen 8: Símbolo de la unidad de mantenimiento

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1.5

Mandos neumáticos

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El movimiento linear , el cual puede ser frecuentemente encontrado en la neumática, es hecho por medio de cilindros. Existen cilindros de acción singular y otros de acción doble. Los movimientos rotacionales pueden ser generados por medio de cilindros y con palancas mecánicas apropiadas. Los movimientos rotacionales continuos pueden ser generados por medio de motores neumáticos. Aquí, el motor neumático de paletas es usado en forma de mando. Frecuencias con altas rotaciones, como aquellas en taladro dental, pueden ser alcanzadas con los mandos de turbina. Los mandos neumáticos, que consisten de diversos componentes , están representados en forma de bloques o unidades de módulos. Por ejemplo, los cilindros pueden ser combinados con unidades guías con el fin de tomar fuerzas radiales.

1.5.1

Cilindros de efecto simple Los cilindros de efecto simple puede llevar a cabo sólo en una dirección. Solo tienen una conexión de aire comprimido, el cual pasa el aire comprimido usado para empujar el pistón. La cámara de pistón tiene un hoyo de ventilación, éste previene que se genere una zona de presión en la cámara de pistón al sacar el cilindro. A través de éste hoyo se transfiere aire de afuera hacia la cámara al meter el cilindro, previniendo así la aparición de presión negativa. Al hoyo de ventilación se le suministra un elemento de filtración para prevenir que entre polvo a la cámara.

Imagen 9: Cilindros de efecto simple (Imagen: BoschRexroth)

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Técnica de fluidos La carrera de retroceso de los cilindros es llevada a cabo a través de la fuerza de muelle. La válvula de fuerza de muelle es ajustada para permitir al cilindro regresar sin ningún problema a su posición de inicio, sin mostrar una fuerza de oposición considerable para salir del cilindro. En otras construcciones el muelle está construido de tal forma, que el cilindro es desplegado sin ninguna fuerza. A través de la aplicación de aire comprimido en éste caso el cilindro entrará. Los cilindros de efecto sencillo tienen una carrera máxima de 100 mm. y son usados para tensar, abastecer y expulsar piezas de trabajo. Unas formas de construcción especiales de los cilindros de efecto sencillo es el cilindro de fuelle. A través de la gran sección transversal se puede también en la neumática por medio de presiones habituales generar grandes fuerzas. Son usadas para levantar grandes masas y trabajo al mismo tiempo que se absorben vibraciones.

Imagen 10: Cilindro de fuelle (Imagen: BoschRexroth)

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1.5.2

Cilindros de efecto doble

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Los cilindros de efecto doble pueden efectuar trabajos en ambas direcciones. La fuerza de entrada es un poco más pequeña que la fuerza de salida, ya que en el pistón tiene del otro lado una superficie en forma de anillo más pequeña. Existen un gran número de diferentes construcciones. El rango del diámetro del pistón varia desde algunos milímetros hasta aproximadamente 250 mm. . La carrera puede ser ya sea más larga o más corta que el diámetro del pistón. Muchos cilindros están proporcionados con interruptores de cilindro. Éstos interruptores permiten determinar la posición del pistón. Los interruptores de los cilindros se encuentran normalmente el la posición final del cilindro. Para la activación sin contacto del cilindro se le proporciona al pistón un anillo magnético. Cuando el pistón de acerca al interruptor del cilindro, éste se activará por medio de un campo magnético.

Bild 11:

Doppeltwirkender Zylinder (Bild: BoschRexroth)

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Técnica de fluidos En el caso más simple de los interruptores de cilindro, éstos tiene un contacto de láminas flexibles. Éste consiste de una bureta, en donde se encuentran dos discos metales. A través del campo magnético se apretarán mutuamente estos discos. Los contactos de láminas flexibles son económicos y pueden ser utilizados en diferentes voltajes. Sin embargo, una corriente muy alta puede destruir los contactos o hacer que se peguen. Por ello, se utiliza una protección de circuito adicional. Un diodo emisor de luz muestra si el contacto ha sido encendido. También existen interruptores de cilindros eléctricos. Ya que éstos interruptores funcionan sin ningún contacto mecánico son prácticamente sin desgaste. Los interruptores de cilindros eléctricos son un poco más costosos y solo se pueden utilizar para determinados voltajes. A través del anillo magnético en el pistón del cilindro también se pueden encender los interruptores neumáticos simples. Éstos ocupan una pequeña cantidad de aire y se operan por ello con una presión baja. Los interruptores de cilindro neumáticos se pueden utilizar en áreas con riesgo de explosión, sin embargo son muy raramente utilizados.

Imagen 12: Contactos de láminas flexibles

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El uso de un cilindro para mover grandes masas puede causar un gran impacto para la posición final. Para prevenir que esto pase es usado en muchos cilindros un almacenamiento definitivo de evaporación para ambos extremos. El almacenamiento definitivo de evaporación puede ser hecho al cerrar la el hoyo de ventilación poco antes de que el pistón llegue a su posición final. El aire restante genera un amortiguador, el cual reduce la velocidad del pistón. El aire restante se fuga a través de una mariposa ajustable y el pistón llega a su posición final lentamente. El almacenamiento definitivo de evaporación se activa sólo cuando el pistón es dirigido hacia la posición final , de otra manera la mariposa sería rebasada. Una desventaja del almacenamiento definitivo de evaporación es de que toma mucho tiempo que el cilindro llegue a su posición final. La distancia recorrida con la humidificación no puede ser cambiada. Algunas veces se puede observar un rebote del pistón en el regulador de presión. Una alternativa para el almacenamiento definitivo de evaporación son amortiguadores montados por fuera del cilindro. Puede ser un camino sintético o un amortiguador hidráulico. En pequeños cilindros sintéticos se pueden colocar discos para absorber los impactos

Imagen 13: Almacenamiento definitivo de evaporación (Bild: BoschRexroth)

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1.5.3

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Formas especiales de construcción de cilindros Los cilindros sin biela, como su nombre lo dice, no tienen biela. El pistón se mueve por dentro del cilindro y transporta su movimiento a una corredera que se encuentra afuera del cilindro. La fuerza puede ser transformada usando tres principios de construcción diferentes. En un cilindro de banda el pistón mueve una banda de acero, la cual es guiada hacia la corredera por medio de una polea de inversión. En éste tipo el pistón se mueve en la dirección opuesta de la corredera. Esto se tiene que considerar especialmente al instalar el almacenamiento definitivo de evaporación. En otros tipos de construcciones el cilindro está equipado con una hendidura. Una cinta selladora linda con el tubo del cilindro por dentro y sella la hendidura. Cuando el pistón se mueve, éste levanta un poco la cinta selladora; la abertura aparecida crea una conexión mecánica entre la corredera que se encuentra por fuera y el pistón que se encuentra por dentro. Una tercera posibilidad para el acoplamiento del pistón con la corredera se encuentra al usar un imán poderoso permanentemente. Para la función normal el campo magnético es lo bastante fuerte como para transportar la fuerza del pistón hacia la corredera.

Imagen 14: Cilindros sin biela (Imagen: BoschRexroth)

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Sin embargo, la conexión entre el pistón y la corredera puede ser interrumpida debido a impactos externos, a los cuales puede ser expuesta la corredera. La conexión puede ser fácilmente recuperada al mover el pistón. La ventaja principal del cilindro sin biela es la longitud de carrera, la cual puede alcanzar varios metros. Al mismo tiempo la longitud de la construcción del cilindro sin biela es insignificantemente más grande que la carrera, por lo tanto pueden ser instalados en lugares con áreas limitadas. Los cilindros no están expuestos a daños de pandeos de la varilla de la biela en largas carreras debido a su construcción. Sin embargo, existe el peligro de que cilindros largos se doblen debido a su propio peso, cuando sólo están ajustados al final. En éste caso se tiene que proveer de suficiente soporte. Ya que el pistón el cilindros sin biela tienen un área de superficie similar en ambos lados se puede generar la misma fuerza en ambas direcciones de movimiento. El cilindro permanece en inmóvil si las dos superficies de área del pistón han sido expuestas a presión al mismo tiempo. Los cilindros sin biela son mas costosos que los cilindros con biela debido a las construcciones complicadas y su costoso sellado. Los cilindros con una biela que pasa a través del pistón tienen también superficies de área iguales del pistón. Cuando se está operando, una parte de la biela se mueve hacia fuera y la otra se mueve hacia adentro. La segunda parte de la biela puede ser usada para activar los interruptores. Esto puede ser necesariamente requerido si no hay un lugar para los interruptores del otro lado de la biela. Algunas bielas están llenas de huecos. Líquidos, tales como medios de enfriamiento, así como cableado eléctrico puede ser atravesados a través de la biela en lugar de ponerlos por fuera a lo largo del cilindro. Los cilindros tándem son usados para incrementar la fuerza del cilindro a cierta presión y un diámetro de biela dados. De dos a cuatro cilindros colocados uno tras el otro, de tal forma que los cilindros de atrás empujen los pistones de los cilindros de enfrente. La fuerza de todo el grupo se eleva en consecuencia. También es posible general una fuerza usando dos cilindros paralelos; esto puede ser aplicado a las correderas donde los cilindros y la unidad guía están combinados en un grupo. La longitud de la corredera puede ser reducida debido al uso de dos pistones.

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Técnica de fluidos Las unidades guía también protegen a la biela para que no se contorsione. Esto también es posible con secciones del pistón de forma no circular. Todas las formas del pistón desde un óvalo hasta un rectángulo están protegidas de las contorsiones. Es lo mismo en caso de los pistones octagonales, lo cuales tienen un área de pistón mas grande y consecuentemente una fuerza más grande en comparación a los pistones circulares. Otra forma especial de cilindros son los cilindros de impacto. Estos cilindros tienen una cámara especial en la parte baja del pistón. Esta cámara es al principio llenada con aire comprimido; cuando el cilindro comienza a moverse el aire comprimido fluye rápidamente a la cámara del pistón lo cual hace que el cilindro corra a gran velocidad. Los cilindros viajan a menudo de posición final a posición final. Con el fin de hacer una escala durante la carrera en lugares fijos, se utilizan los cilindros de posición múltiple. Para ello se combinan dos cilindros con dos carreras diferentes en la parte más baja del pistón. Ambas posiciones finales pueden ser alcanzadas cuando dos cilindros salen o entran al mismo tiempo. Cuando sólo un cilindro se mueve se puede llegar a una posición intermedia. Ya que los cilindros tienen diferentes carreras existen dos posiciones intermedias.

Imagen 15: Cilindros de impacto

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Los cilindros también pueden ser parados entre ambas posiciones finales sí las dos conexiones han sido bloqueadas. Ya que el aire dentro del cilindro se puede comprimir la biela todavía se puede mover un poco. Bloquear unidades es utilizado para fijar la biela. La biela debe de ser más larga para pasar a través de la unidad bloqueada. La biela se fija por medio de un disco fijo excéntrico u oblicuo. El pistón puede ser movido por medio de aire comprimido. La fijación puede ser hecha usando aire comprimido o una chaveta en cuña ajustable. La fuerza de fijación debe de ser ajustable para que la biela tensa todavía no se pueda mover. Además la fijación de la biela puede ser hecho en cualquier posición de la carrera, una fijación en la posición final puede ser también instalada. Esto puede ser usado para prevenir que los cilindros dirigidos hacia abajo sean movidos hacia fuera por una fuerza externa sin aplicar ninguna presión. Con esto se puede prevenir cualquier movimiento del cilindro en caso de un fallo de presión.

Imagen 16: Bloquear unidades (Imagen: BoschRexroth)

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Técnica de fluidos Además del cilindro usado para el movimiento linear también existen mandos giratorios y rotatorios. Por ejemplo , es posible rotar piñón con dos cilindros sobre una o dos cremalleras. Ambos cilindros pueden funcionar individualmente y así cada uno empuje al otro a su posición de inicio; los cilindros de doble acción también pueden ser utilizados en éste caso. La mayoría de las construcciones tienen un ángulo de 360 º. Los mandos giratorios tienen un ala giratoria que es movida de adentro hacia fuera de una caja. Las instalaciones de la caja sirven para sellar e impedir un ángulo giratorio más grande de 270 º. Son usuales los giros con ángulos de 90 º o 180 º. E Ángulos más pequeños pueden ser también ajustados por medio de paradas mecánicas ajustables instaladas por fuera. Los mandos giratorios pueden ser usados por ejemplo para abrir y cerrar puertas de cajas. Los motores de aire comprimido denominan como mandos rotatorios. Una forma de construcción muy difundida es el motor neumático de paletas. En un rotor excéntrico, que es puesto en una caja, se encuentra una rendija, en donde se encuentran paletas en movimiento. La fuerza centrífuga empuja las paletas hacia fuera de la caja.

Imagen17: mandos giratorios (Imagen: BoschRexroth)

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El aire comprimido pasa por un pequeño espacio entre las paletas y se expande ahí. El movimiento rotatorio es generado por las fuerzas desiguales que empujan a las paletas. La dirección rotatoria puede ser cambiada simplemente al intervenir en la dirección del flujo. Los motores neumáticos de paletas tienen tamaños pequeños y construcciones simples. Son usados en taladros o destornilladores eléctricos. Como otros mandos neumáticos, el motor neumático de paletas tienen fusibles de sobre intensidad y pueden ser usados sin ningún problema con cargas que hasta que sean parados. La cantidad de rotaciones puede ser cambiada sin necesidad de niveles. Los motores neumáticos de paletas pertenecen a los pocos elementos neumáticos de construcción, que tienen que ser operados con aire comprimido aceitado. Hoy en día se utilizan menos los motores de pistones axiales o radiales o también los motores de rueda dentada. Además de impenetrabilidad de sobrecarga también tienen la ventaja de que pueden ser utilizados en lugares con peligro de explosión. Por ello, los motores de aire comprimido son utilizados en minas subterráneas. Grandes cantidades de rotaciones pueden ser alcanzadas con motores de turbinas. Cuando la fresa es operada con aire comprimido puede llegar a rotaciones de hasta 400,000 rotaciones por minuto.

Imagen 18: Lijadora con motor de aire comprimido (Fhoto: AtlasCopco)

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1.6

Válvulas de control direccional Las válvulas de control direccional son utilizadas para encender y apagar el aire comprimido y para regular el volumen de la dirección de flujo. En la neumática, éstas pueden ser utilizadas como componentes generadores de señales. Como activadores , regulan los cilindros y otros mandos. En la electro-neumática son utilizadas sólo como activadores. Las válvulas de control direccional varían en el número de conexiones , el numero de posiciones de cambio y el tipo de operación. La simbolización de una válvula de control es derivada del número de conexiones y el número de posiciones de cambio. Estas dos válvulas están separadas por una barra.

Ejemplo

Una 5/2- válvula de control direccional tiene cinco conexiones y dos posiciones de cambio. Otra característica importante de las válvulas de control direccional es el volumen es la velocidad del flujo y la vida de operación. Otras propiedades dependen del principio de construcción. El símbolo gráfico no aclara el principio de construcción.

1.6.1

Simbolización de las válvulas de control direccional Los símbolos de las válvulas de control direccional constan de pequeñas caja. Las cajas pueden ser en forma de cuadrados o rectángulos, dependiendo del número de conexiones. El número de cajas conforma el número de cambios de posición. Las válvulas de control direccional neumático tienen de dos a tres posiciones de cambio. Algunas veces se pueden encontrar válvulas de control direccional con cuatro cambios. Estas son válvulas de control direccional con tres posiciones de cambio y una posición adicional de protección que puede ser utilizada en caso de una falla de energía. La dirección de la corriente está indicada con flechas por dentro de las cajas. La dirección de la corriente en válvulas de control direccional es ya sea hacia arriba o hacia abajo. Las flechas que indiquen sólo una dirección indican que la corriente sólo es posible en esa dirección. Flechas con indicando ambas direcciones indican que la válvula de control direccional permite la corriente en ambas direcciones en ésta posición. Líneas cortas con una línea transversal representan un bloqueo. En éste punto de la conexión no hay posibilidad de una corriente. Las conexiones de la válvula de control direccional pueden ser mostradas en sólo una de las cajas. En la neumática existen de dos a cinco conexiones.

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El cambio de una válvula de control de dirección se simbolizará de tal forma que la caja se desplazará hacia la izquierda o hacia la derecha. Las conexiones representadas pequeñas líneas por fuera permanecen sin ser desplazadas, para que la dirección de la corriente sea determinada por cada una de las cajas desplazadas. En símbolos con dos posiciones de cambio las conexiones siempre son colocadas en la caja derecha, en las válvulas de control direccional con tres posiciones de cambio- en la caja de en medio. Una excepción es posible sólo si la válvula de control direccional es operada a una cierta posición inicial. En caso de que haya más de dos conexiones en una posición de cambio, las flechas están conectadas con un punto. Sin embargo, éste tipo es difícilmente encontrado en la neumática. Las válvulas de control direccional en la neumática usualmente cambian de una posición a otra. Pero también hay válvulas proporcionales que proveen de transiciones continuas entre posiciones. Este caso es indicado con una línea delgada arriba y debajo de la válvula de dirección de control. Las válvulas proporcionales están siempre reguladas eléctricamente. Tiene cuatro posiciones de cambio y son usadas raramente.

Imagen 19: Componentes de los símbolos de las válvulas de control direccional

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Imagen 20: Aire de escape contenido y no contenido

En la mayoría de los casos el aire de escape de las válvulas de control direccional se fuga hacia el aire libre. Si el aire se escapa a través de una abertura simple se le llama entonces aire de escape no contenido. En cuanto al aire de escape contenido, significa por contrario, que dentro de ésta conexión está disponible un roscado , en donde una tobera silenciadora puede ser enroscada o un roscado con una tubería flexible. Las ventilaciones no contenidas son indicadas con un triangulo colocado directamente en el símbolo de las válvulas de control direccional. Esto puede ser encontrado con frecuencia en las válvulas de control direccional con una dirección de flujo. Las ventilaciones contenidas están indicadas con un triangulo un poco distanciado y conectado con una línea pequeña con el símbolo de la válvula de control direccional. En caso de que un silenciador también sea utilizado su símbolo se colocará en lugar de un triangulo.

1.6.2

Operación de las válvulas de control direccional La operación de las válvulas de control direccional está indicado a la derecha y a la izquierda de su símbolo. Este determina el actuador que mueve el símbolo. El accionamiento está indicado hacia la izquierda del símbolo de la válvula de control direccional. El retorno , el cual normalmente es hecho por medio de el mecanismo de muelle, se indica hacia la derecha. Hay cuatro tipos generales de accionamiento. El primer grupo incluye actuadores que utilizan fuerza muscular, estas válvulas son operadas por personas. Este tipo de accionamiento es generalmente representado con dos líneas y una línea pequeña que cruza. El semicírculo en la línea de cruce representa un pulsador . Un accionamiento por medio de una palanca está representada con una línea diagonal con un pequeño circulo que simboliza la unión. También es posible representar el accionamiento con un pedal.

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El accionamiento mecánico está realizado por partes de una máquina. El tipo más simple de éstas es un empujador, es decir una espiga, que sobresale de la válvula. Se pueden hacer movimientos transversalmente a la dirección de la operación de la válvula por medio de percepción de rodillos. Una particularidad es un percepcionador de rodillos sin retorno. Éste opera la válvula de control direccional en una sola dirección. El rollo se reclina en la otra dirección. La unión se simboliza con un pequeño circulo. El muelle que enciende de nuevo la válvula de control direccional se indica a la derecha del símbolo. El muelle de nuevo encendido se combina con frecuencia con un botón para oprimir. A las válvulas que no deben de ser cambiadas a la posición de inicio automáticamente se les colocan una muesca. Las muescas pueden estar indicadas ya sea a la derecha de la válvula o combinadas con el símbolo de la palanca. El tercer grupo lo forman los mandos neumáticos. En éste tipo la válvula es accionada usando aire comprimido. El uso del aire comprimido es representado con un triangulo vacio en dirección al cuerpo de la válvula. Una caja adicional con un triangulo por dentro representa el control piloto. El control piloto en un amplificador que incrementa las señales neumáticas con una pequeña presión, con el fin de asegurar el accionamiento de la válvula de control direccional.

Imagen 21: Accionamiento de las válvulas de control direccional

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Técnica de fluidos Las válvulas con un accionamiento neumático pueden ser cambiadas a su posición de inicio ya sea por medio de un muelle en la posición de salida o por medio de una segunda conexión de aire del lado derecho. Las válvulas con dos posiciones de cambio y con dos conexiones de aire son llamadas válvulas de impulso. Ambas conexiones de control tienen normalmente la misma prioridad. Algunas veces se requiere que una conexión de control de aire tenga más prioridad que la otra. Estas son llamadas válvulas de impulso con un pistón diferencial. Los rectángulos en ambos lados del símbolo están representados con diferentes áreas. La señal de presión en el rectángulo con las áreas más grandes, actúa en la válvula de control direccional con más fuerza y tiene por lo tanto, una prioridad más alta que la otra señal. La reinicialización de la válvula de control direccional se hace con frecuencia por medio de un muelle mecánico. Algunas veces también son usados los muelles neumáticos. Esto se representa del lado derecho con un triangulo dirigido hacia adentro. En la electro-neumática las válvulas de control direccional son accionadas por medio de señales eléctricas. Los solenoides, requeridos para éste tipo de operaciones, están representados con rectángulos con una línea diagonal por dentro. Pequeñas válvulas son operadas por los solenoides directamente. En válvulas más grandes, los solenoides son amplificados por medio de un control Piloto. El símbolo de un Piloto se coloca entre los símbolos de los solenoides y la válvula de control direccional. El triángulo vacío significa que el Piloto se acciona usando aire comprimido. En muchas válvulas de control direccional el Piloto es abastecido de aire comprimido de la propia válvula. En algunos casos esto no puede ser realizado, por lo tanto, la válvula de control direccional tiene que ser abastecida con el aire comprimido requerido de un recurso externo. Esto se representa con una pequeña línea simbolizando una conexión de aire comprimido por debajo del triángulo del Piloto. Las válvulas controladas eléctricamente tienen también un accionamiento manual lo cual les permite ser accionados sin necesidad de una energía eléctrica en caso de una revisión de errores o una operación de inicio. Debido a que la actuación de soporte es operada por personas, su símbolo es el mismo que en las válvulas operadas usando fuerza muscular; esto es indicado en el símbolo del Piloto. En las válvulas sin un Vorsteurung se indica directamente en la válvula. Una versión descanso del Piloto se puede implementar, esto se indica con una pequeña muesca en el símbolo. La posición media de las válvulas con tres posiciones de cambio puede ser arreglada centrando el muelle. Por lo tanto, se montan dos muelles adicionales a la derecha y a la izquierda de la válvula de control direccional.

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1.6.3

Denominación de las conexiones

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En el pasado, las válvulas de conexión se indicaban con letras. De acuerdo con DIN ISO 5599 las cifras se usan en lugar de las letras para una denominación. Todas las demás válvulas deben de ser designadas con cifras que correspondan a la válvula de control direccional. Sin embargo, ya que los componentes neumáticos tienen una larga vida de uso, también se requiere una denominación con letras. La conexión de aire comprimido es indicada con el número 1. La conexión operacional tiene el número 2. En caso de que exista otra conexión operacional, ésta se indicará con el siguiente número par, por consiguiente, el número 4. Las conexiones de aire salientes son indicadas con el número 3 y 5 . Las flechas que se encuentran dentro del símbolo indican de dirección del flujo. En una 5/2- válvula de control direccional en su posición de inicio, el aire comprimido pasa siempre de la conexión 1 a la conexión 2. Esta posición de cambio también está activa cuando la presión se aplica a la conexión de control de aire derecha. Por lo tanto, la conexión de control de aire derecha se indica con el número 12. La conexión izquierda del control del aire voltea la válvula de control direccional hacia la otra posición de cambio. Por lo tanto, la conexión 1 del aire comprimido y la conexión operacional 4 se unen. La conexión izquierda del control de aire está indicada con el número 14. En una 3/2- válvula de control direccional el cambio de posición izquierdo conecta la conexión 1 del aire comprimido con la conexión operacional individual 2. Por ello, la conexión izquierda de control de aire no se conecta a ningún otro puerto. La conexión derecha de control de aire se indica con el número 10.

Imagen 22: Denominación de las conexiones

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1.6.4

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Principios de construcción de las válvulas de control direccional Existen muchas construcciones diferentes de válvulas de control direccional neumáticas. Estas pueden ser clasificadas en dos principios de construcción generales. El sellado en las válvulas de asiento se realiza con placas, esferas o cuerpos esféricos. Las superficies selladas están con frecuencia sostenidas por plástico. El aire comprimido aprieta el cuerpo sellado hacia la superficie sellada. Cuando el sellado se desgasta será apretado con mayor intensidad hacia la superficie sellada. Se considera que las válvulas de asiento están bien selladas. Estas requieren una gran fuerza de operación relativa, la cual también es dependiente de la presión. La posición de bloqueo de descanso y la posición de paso de descanso requieren diferentes construcciones de válvulas debido a la influencia de la presión operadora. Al momento de accionar las válvulas de asiento, estas construyen rápido una gran área de sección de corriente. El paso de accionamiento es corto. Las construcciones simples tienen intersecciones y permiten a parte del aire comprimido pasar directamente hacia la el orificio de ventilación por un corto tiempo.

Imagen 23: Válvulas de asiento (Imagen: BoschRexroth)

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Las válvulas de asiento cuentan con un diseño relativamente pequeño. Son usadas principalmente con bajas cantidades de corriente, por ejemplo como transmisores de señales. Existen una gran cantidad de construcciones especiales donde no se muestran ciertas desventajas de la válvula de asiento. Las válvulas de compuerta tienen una forma de pistón una corredera plana en movimiento. Existen usualmente dos o tres posiciones de cambio. El sellado puede ser implementado ya sea con correderas de metal o con anillos de sellado dentro de la caja o montados en la corredera. Las válvulas de control direccional con correderas hechas de acero tienen una larga vida de operación. La posición de la corredera puede ser movida. En las válvulas de control direccional que no tienen un muelle para regresar a la posición inicial, la fricción interna se eleva por medio de anillos de sellado con el fin de prevenir cualquier accionamiento automático de la válvula. También se pueden usar pequeñas muescas con el mismo fin. Los costos de manufacturación para las válvulas de control direccional con correderas de acero son más altos en comparación a otras válvulas de compuerta, debido a la precisión necesaria durante su producción. El sellado de metal permite una parte del aire comprimido pasar a la conexión bloqueada.

Imagen 24: Válvulas de compuerta (Imagen: BoschRexroth)

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Técnica de fluidos Las válvulas de compuerta con aislamiento elástico a través de anillos son frecuentemente usadas. Están proporcionadas con lubricación de grasa para toda su vida de operación, además de que deben de ser operadas con aire comprimido sin aceitar. El aire comprimido impuro causa el desgaste de los anillos de aislamiento de las válvulas de compuesta con aislamiento elástico. El aire comprimido utilizado debe de cumplir los requerimientos específicos de las válvulas de control direccional. El aire comprimido que contiene polvo disminuye la vida de operación de las válvulas de control direccional modernas. Las válvulas de compuerta no cuentan con intersecciones debido a su diseño constructivo. La corredera debe de cubrir un camino relativamente largo con el fin de unirse o bloquear las conexiones. Al momento de operar lentamente las conexiones podrán ser gradualmente desbloqueadas. Las fuerzas operadoras para las válvulas de compuerta son muy pequeñas e independientes en su presión. En las válvulas con muelles de cambio a posición inicial la fuerza operadora debe de vencer primero a la fuerza del muelle. En otras válvulas sin un muelle de cambio a posición inicial sólo se tiene que vencer a la fricción. El intercambio de conexiones de las válvulas de compuerta les permite ser usadas en posiciones de bloqueo de descanso y pasar la posición de descanso.

1.6.5

Tipos de construcción de las válvulas de control direccional Las válvulas de control direccional se indican por medio el número de conexiones y el número de cambio de posiciones. El tipo más simple es la 2/2-válvula de control direccional. Las válvulas están usualmente bloqueando en la posición de descanso. Al operar, la corriente pasa por la conexión de entrada hacia la conexión de salida. El cambio de regreso es hecho por medio de un muelle. La mayoría de las 2/2 válvulas de control direccional son las válvulas de asiento con aislamiento esférico o de láminas. Estas válvulas de asiento funcionan como válvulas de revisión en una posición no operando. Por lo tanto, un símbolo de una válvula de revisión se coloca algunas veces en la caja de posición de cambio bloqueada en lugar de bloquear ambas conexiones. Las 3/2 válvulas de control direccional operan cilindros de acción singular. Cuando la válvula está bloqueando la posición de descanso el cilindro de acción singular se coloca en la posición de inicio. La operación de la válvula de control direccional permite al aire comprimido fluir y mover el cilindro. Cuando una 3/2 válvula de control direccional es desactivada, el aire comprimido fluye de regreso del cilindro a la válvula y pasa a través del orificio de ventilación al área libre.

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Las 3/2 válvulas de control direccional son usadas con frecuencia como elementos de transmisión de señales. En éste caso, el aire comprimido opera la conexión de control de aire de una válvula de control direccional operada neumáticamente en lugar de un cilindro. Esto permite que pequeñas 3/2 válvulas de control direccional operen grande válvulas de control direccional. Las tuberías conectadas a las conexiones de control de aire de la válvula principal son indicadas como tuberías de control. En los diagramas, las tuberías de control están representadas con líneas punteadas. Estas no deberán de ser más largas que 10 metros. Las 3/2 válvulas de control direccional están disponibles como válvulas de asiento y válvulas de compuerta. Una construcción especial es la válvula de compuerta manual, la cual puede ser utilizada para accionar el aire comprimido. Para esto se utiliza un manguito que será deslizado por una sección de tubo. Dependiendo del cambio de posición las conexiones se unirán ya sea a través de un canal de corriente extrema o la conexión del aire es bloqueada y las otra conexión se abre hacia el área libre. Estas válvulas de compuerta manuales son utilizadas para accionar el aire comprimido, no tienen una palanca sobresaliente y cuando se apaga el aire comprimido estas ventilan el sistema.

Imagen 25: Válvulas de compuerta manuales (Imagen: BoschRexroth)

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Técnica de fluidos Con el fin de operar los cilindros de doble acción con dos conexiones de aire comprimido se necesita de válvulas de control direccional con dos conexiones operacionales. En las 4/2 válvulas de control direccional una de las dos conexiones de salida es de presión dirigida. La presión se aplica a la otra salida cuando la válvula de control direccional se cambia a otra posición. Las 4/2 válvulas de control direccional tiene sólo un orificio de ventilación en común. Estas son usualmente válvulas de asiento. En general, estas representan una combinación de dos 3/2 válvulas de control direccional, una con la posición de bloqueo en descanso y la otra en posición de paso de descanso. El accionamiento simultaneo de ambas partes de la válvula en 4/2 válvulas de control direccional se provee. Está claro, que los cilindros de doble acción pueden ser también operados usando dos 3/2 válvulas de control direccional. Cuando ambas válvulas de control direccional se accionan simultáneamente estas operan el cilindro de doble acción tal y como una 4/2 válvula de control direccional. Sin embargo, existen dos posibilidades de conexiones adicionales al operar un cilindro de doble acción usando dos 3/2 válvulas de control direccional. Ya sea que ambas 3/2 válvulas de control direccional aplique presión , lo que hace que un cilindro de doble acción normal corra con pequeña fuerza debido a las diferentes áreas de superficie del pistón.

Imagen 26: 4/2-Válvula de control direccional (Imagen: BoschRexroth)

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También puede ser que las 3/2 válvulas de control direccional se accionen sin ninguna presión. En éste caso el cilindro se puede mover libremente; esto también es usado en algunos tipos de conexión. Las 4/2 válvulas de control direccional neumáticas tienen con frecuencia, la construcción de las válvulas de asiento. Se utilizan raramente en la neumática debido a la gran fuerza de operación requerida. En la neumática, los cilindros de doble acción están operados por medio de 5/2 válvulas de control direccional. Estas son válvulas de compuertas con dos conexiones de ventilación. En muchas válvulas de control direccional el aire exhausto de cada conexión de ventilación puede ser acelerado individualmente. Las 5/2 válvulas de control direccional tal y como otras válvulas de control direccional pueden ser puestas en su posición inicial usando un muelle. Estas válvulas también son llamadas válvulas de control direccional monoestables. Pero también existen válvulas que son capaces de mantener ambas posiciones de cambio. En la neumática, estas válvulas biestables son llamadas válvulas de impulso, debido a que el accionamiento de la válvula se realiza por medio de un impulso corto en uno de las dos conexiones de control. Las válvulas de impulso no tienen una determinada posición de descanso; estas mantienen la posición en donde fueron activadas la última vez. Por lo tanto, también son llamadas memorias neumáticas.

Imagen 27: 5/2-Válvula de control direccional (Bild: BoschRexroth)

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Técnica de fluidos El almacenamiento de las señales en las válvulas de impulso es muy importante en muchos sistemas de control neumáticos. Por lo tanto, las válvulas de impulso se usan no sólo para los cilindros de operación directa, sino también para el mismo sistema de control. Ya que el sistema de control usualmente trabaja con bajos volúmenes de corriente, generalmente usan pequeñas válvulas de impulso. Al accionar el aire comprimido, las válvulas de impulso pueden estar en la posición en la que haga que los cilindros inmediatamente se desplieguen. Por lo tanto, puede que sea necesario , especialmente en sistemas de controles grandes, dar un ajuste de impulso a las válvulas de impulso con el fin de traerlas a la posición de inicio requerida antes de aplicar el aire comprimido a los cilindros. Ambas superficies del pistón en las conexiones de control de aire en las válvulas de impulso son normalmente iguales. Por lo tanto, la aplicación del control de señal a ambas conexiones de control en una válvula de impulso al mismo tiempo puede causar problemas. En éste caso, la válvula de impulso puede ser incapaz de cambiar a otra posición. La situación, cuando la señal se aplica a ambas conexiones de control de aire en una válvula de impulso se le llama superposición de señal. Esta situación puede ser prevenida por medio de un control apropiado. Sin embargo, las válvulas de impulso con superficies diferentes en las conexiones de control de aire también puede ser usado. En este caso, la señal que es aplicada a la conexión con un área más grande tiene una prioridad más alta. Las válvulas de impulso con un pistón de superficies desiguales en conexiones de control de aire se les llama válvulas de pistón diferencial. Dichas válvulas son usualmente encontradas sólo en forma de válvulas de impulso operadas neumáticamente. Se debe de tomar en consideración que en las válvulas de control direccional operadas neumáticamente que usan un muelle de regreso a posición inicial, la presión en la conexión de control de aire debe de ser lo suficientemente alta para accionar la corredera de la válvula venciendo la fuerza del muelle. En las 5/2 válvulas de control direccional la presión se aplica a una de las dos conexiones operacionales. Si un cilindro en la posición de inicio debe de ser de una vez extendido es suficiente para intercambiar ambas conexiones operacionales. Por lo tanto, las 5/2 válvulas de control direccional no son clasificadas de acuerdo a su posición de descanso ( posición de descanso de bloqueo y posición de descanso de paso). Las 5/2 válvulas de control direccional pueden ser también utilizadas para operar cilindros de acción singular. En éste caso, una de las conexiones de salida de la válvula de control direccional se cierra con un tapón roscado y la otra se conecta con un cilindro. Este puede ser usado para reemplazar a una 3/2 válvula de control direccional.

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Las 5/2 válvulas de control direccional con muelle de regreso a posición inicial y válvulas de impulso también se usan en la electro-neumática. Estas válvulas tienen uno o dos solenoides. Las válvulas con dos solenoides son más costosas. Debido a que el almacenamiento de señales en la electro-neumática se hace usualmente en la parte eléctrica de los controles de sistema, las válvulas de control direccional con muelles de regreso a posición inicial se usan mejor en éste tipo de sistemas de control. Las válvulas de impulso solo se utilizan si la válvula debe de estar en su posición de cambio constantemente en caso de una falla eléctrica. Esto puede ser requerido , por ejemplo, al usar un cilindro para tensar piezas de trabajo. En válvulas de impulso operadas eléctricamente también existe la posibilidad de que se genere el problema de que las señales se interfieran. Esto se debe de tomar en consideración durante la construcción de sistemas de control eléctricos. A comparación de las 5/2 válvulas de control direccional, las 5/3 válvulas de control direccional tienen una posición intermedia adicional. Las 5/3 válvulas de control direccional operadas neumáticamente y eléctricamente se accionan a su posición intermedia al activar dos muelles. Una posición de cambio singular es solo posible con las 5/3 válvulas de control direccional operadas por palancas.

Imagen 28: 5/3-Válvula de control direccional (Imagen: BoschRexroth)

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Técnica de fluidos Ambas posiciones de cambio que se encuentran por fuera en una 5/3 válvula de control direccional tienen las mismas funciones que una 5/2 válvulas de control direccional. Por otra parte la posición intermedia se utiliza por ejemplo para apagar la presión en ambas conexiones operacionales y parar el cilindro. Generalmente existen tres posiciones intermedias en la 5/3 válvula de control direccional. Frecuentemente utilizada es la posición intermedia de bloqueo, donde las cinco conexiones se bloquean entre si. Esto hace que sea posible que el cilindro se detenga durante su carrera entre ambas posiciones finales. Otra posición intermedia une conexiones operacionales con las conexiones de ventilación. Aquí, no se aplica ningún tipo de presión al cilindro, el cual se puede mover libremente. La tercer posición intermedia aplica presión total a ambas conexiones operacionales al mismo tiempo. Aquí, un cilindro con biela sale con una mínima fuerza. Los cilindros con pistones con superficie regular como los cilindros de banda y cilindros con una biela corriendo a través del pistón no se mueven, a pesar de la presión que se aplica a ambas cámaras del pistón. En muchos tipos de serie solo se producen las 5/3 válvulas de control direccional con posición intermedia de bloqueo. Las otras dos posiciones intermedias se realizan por medio de dos 3/2 válvulas de control direccional.

Imagen 29: Posición intermedia de la 5/3- Válvula de control direccional

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1.6.6

Controles de piloto de las válvulas de control direccional

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Grandes válvulas requieren también de grandes fuerzas de actuación. El control de piloto permite operar estas válvulas con pequeñas fuerzas. Este amplía pequeñas fuerzas operadoras con el fin de garantizar el accionamiento de las grandes válvulas. El control de piloto puede ser encontrado en las válvulas de control direccional operadas mecánicamente, sin embargo se utilizan con más frecuencia con válvulas de control direccional operadas eléctricamente debido a la posibilidad de utilizar pequeños solenoides. Los solenoides pequeños ocupan menor cantidad de energía y tienen menos pérdida de calor. La válvula de controles de piloto es una pequeña 3/2 válvula de control direccional. Su conexión operacional está unida directamente con la conexión de control de aire de la válvula principal. Al accionar la válvula de control de piloto, esta aplica presión a la válvula principal y cambia su posición. El aire comprimido requerido para la válvula de control de piloto es suministrado a través de un pequeño canal que parte de la conexión de aire de la válvula principal. Por lo tanto, la válvula principal sólo puede ser accionada si se le aplica presión a la conexión de aire comprimido.

Imagen 30: Controles de piloto de la válvula de control direccionall (Imagen: BoschRexroth)

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Técnica de fluidos Ventile, die die Energie vom Druckluftanschluss des Hauptventils abzweigen, werden als eigengesteuert bezeichnet. Da für das sichere Umschalten des Hauptventils ein bestimmter Mindestdruck am Steuerluftanschluss vorhanden sein muss, kann mit eigengesteuerten Ventilen kein kleiner Druck am Hauptventil oder gar Vakuum geschalten werden. Bei fremdgesteuerten Wegeventilen wird dem Vorsteuerventil von außen direkt Druckluft zugeführt. Damit ist der Ausgangsdruck des Vorsteuerventils unabhängig vom Druck im Hauptventil. Somit kann das Ventil auch umgeschaltet werden, wenn am Druckluftanschluss des Hauptventils kein Druck anliegt. Das Schalten von kleinen Drücken oder von Vakuum ist möglich. Im Symbol wird durch einen kleinen Strich am Vorsteuerventil die externe Zuführung von Druck deutlich gemacht. Häufig werden jedoch eigengesteuerte Ventile eingesetzt. Bei manchen Baureihen ist auch das Umbauen der Druckversorgung des Vorsteuerventils möglich. Ein solcher Umbau sollte jedoch gut dokumentiert werden, damit auch noch nach Jahren bei einem möglichen Austausch des Ventils der Umbau noch bekannt ist.

Imagen 31: Válvulas de control direccional controladas externamente (Imagen: BoschRexroth)

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1.6.7

Sistemas de transmisión de la válvula

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Existen dos propósitos contradictorios de la asignación de las válvulas de control direccional dentro de un sistema. Por un lado, la válvulas de control direccional deben de estar cerca del cilindro operado. Esto reduce la longitud de las tuberías que los conectan. Debido a que las tuberías se llenan con aire comprimido en cada carrera y se vacía en cada carrera de retroceso, así las tuberías pueden ahorrar aire comprimido. Sin embargo, las válvulas de control direccional se colocan con frecuencia centralmente en una locación dentro del sistema. Esto se hace para el mantenimiento y la revisión de errores. En este caso se necesitan tuberías más largas para la conexión con el cilindro. Los cilindros son primero montados en un bloque colector, donde las conexiones del aire comprimido y el aire de escape están previamente manufacturadas. El bloque colector tiene un suministro de aire comprimido común y una conexión de aire de escape común con un silenciador. Los conductores eléctricos de los solenoides se conectan a un distribuidor común , el cual está conectado a un compartimiento eléctrico a través de un conductor múltiple.

Imagen 32: Transmisión de la válvula

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Técnica de fluidos El bloque colector permite usar una conexión de aire comprimido para varias válvulas. El tiempo de ensamblaje puede ser guardado y as válvulas se pueden reemplazar fácilmente. Con el fin de expandir la Terminal de la válvula para colocar más válvulas en caso de que sea necesario, se pueden agregar lugares adicionales para válvulas, o el bloque puede ser diseñado desde un inicio con lugares adicionales. Los lugares vacíos son bloqueados con una imitación de discos. Las válvulas están generalmente clasificadas de acuerdo con los sistemas de terminal en válvulas con conexión de tubería y válvulas con conexión de bloque colector. Las válvulas con una conexión de bloque colector tienen todas sus conexiones dirigidas hacia abajo. La válvula puede ser desmontada sin desconectar los tubos y las tuberías. Las válvulas con conexión de tubería tienen las conexiones operacionales en la parte superior. Antes de desmontar la válvula , ambas conexiones deben de ser desconectadas y conectadas una vez mas posteriormente. Ya que el aire comprimido el las válvulas con conexión de tubería no es redirigido, este tiene una cantidad de flujo en comparación a las válvulas con bloque colector del mismo tamaño.

Imagen 33: Sistema de terminal en válvulas cin conexión de bloque colector

Técnica de fluidos

Minos

En sistemas de terminal de las válvulas modernos no solo las conexiones de aire comprimido están integradas, sino también las conexiones eléctricas de los solenoides. Esto hace que se reduzca la instalación y el tiempo de construcción. En las terminales de las válvulas los contactos de los solenoides están conectados con contactos de polo múltiple. Las terminales de válvula pueden ser fácilmente conectadas con un bloque colector usando un conductor múltiple. La conexión de polo múltiple puede ser reemplazada con una posibilidad de conexión de sistema de bus. Esto permite conectar los sistemas de terminal de válvula directamente con SPS vía señales digitales. Las terminales de válvula pueden ser clasificadas por diferentes rangos de presión. El suministro de aire comprimido puede ser bloqueado por medio de separadores, esto permite aplicar diferente presión a cada lado de la terminal de la válvula. En terminales con tres rangos de presión se debe de instalar un disco de suministro en lugar de una válvula en el rango intermedio; esto permite suministrar presión del lado superior. Los discos de suministro también son utilizados cuando grandes cantidades de aire comprimido deben de ser aplicadas al mismo tiempo a la terminal de la válvula o cuando el aire de salida debe de salir más rápido.

Imagen 34: Sistema de terminal en válvulas cin conexión de tubería

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1.7

Técnica de fluidos

Válvulas de retención Las válvulas de retención son utilizadas para bloquear de corriente de volumen en una dirección y pasarla a la otra con la posibilidad de pocos desperdicios. Estas están parcialmente combinadas con otras válvulas.

1.7.1

Válvulas de no retorno Una válvula de no retorno cosiste en un cuerpo a prueba de fugas el cual es presionado con un muelle hacia una elevación. Las válvulas de no retorno se aseguran cuando no se lo aplica ningún tipo de presión. Una válvula de retorno simple tiene dos conexiones y transfiere aire comprimido sólo en una dirección. Sin embargo, también existen válvulas de no retorno que no se aseguran; éstas tienen una tercera conexión de control de aire , si se le aplica presión a ésta conexión la válvula de no retorno pasa también en su dirección de bloqueo. Las válvulas de no retorno que no se aseguran pueden ser utilizadas, por ejemplo, para prevenir que los cilindros cargados entren de repente en caso de que una tubería se rompa. Especialmente se atornillan juntas en el cilindro con el fin de conectarlo directamente con la válvula de no retorno no asegurable sin la necesidad de tuberías de conexión.

1.7.2

Válvulas de aireación rápida Las válvulas de aireación rápida se utilizan para incrementarla velocidad de los pistones del cilindro Las válvulas de aireación rápida deben de ser colocadas tan cerca de los cilindros como sea posible, estas dan un mejor resultado cuando son atornilladas directamente en la conexión del cilindro. Cuando e aire comprimido fluye hacia el cilindro, un elemento a prueba de fugas cierra el orificio de ventilación y el aire comprimido pasa hacia la salida. Durante la ventilación del cilindro el elemento a prueba de fugas es transferido a la otra posición. El orificio de ventilación se abre y el aire comprimido fluye del cilindro hacia el área alrededor, a través del gran orificio de ventilación de la válvula de aireación rápida. Ya que el aire comprimido ya no debe de fluir a través una válvula de control direccional, ésta puede salir del cilindro considerablemente más rápido incrementando al mismo tiempo la velocidad del pistón. El pronto desgaste de aire causa un gran ruido, por lo tanto, se instalan silenciadores en el orificio de ventilación de las válvulas de aireación rápida.

Técnica de fluidos

1.7.3

Válvulas de múltiples vías

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Una válvula de múltiples vías tiene dos conexiones de entrada equivalentes y una conexión de salida. Es usada para combinaciones lógicas de señales. Cuando se aplica presión a una de las conexiones de entrada, la presión pasa a la conexión de salida. La otra conexión de entrada se bloquea por medio del cuerpo a prueba de fugas, esto previene al aire comprimido de que se fugue a través de la otra conexión de entrada. Si se aplica presión a ambas conexiones de entrada al mismo tiempo el estado del cuerpo a prueba de fugas es indefinido. Pero la presión se sigue aplicando a la conexión de salida. Este comportamiento corresponde a la lógica de la función OR. Si hubiera dos presiones diferentes en las conexiones de entrada, entonces la presión mas alta será aplicada a la conexión de salida. Una gran cantidad de válvulas de múltiples vías puede ser conectadas entre sí con el fin de conectar gran cantidad de señales. Las válvulas de múltiples vías no tienen orificios de ventilación. Después una señal se apaga su presión debe de ser liberada a través de la válvula de control direccional correspondiente.

Imagen 35: válvula de aireación rápida (Imagen: BoschRexroth)

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1.7.4

Técnica de fluidos

Válvula de presión dual Las válvula de presión dual también tienen dos conexiones de entrada equivalentes y una conexión de salida. Como las válvulas de múltiples vías se utilizan para una combinación lógica de señales. Aplicar presión a una de las conexiones de entrada de una válvula de presión dual empuja el cuerpo a prueba de fugas hacia la superficie del techo y bloquea la válvula. Si la señal (presión) es aplicada a la otra conexión de entrada, la válvula de presión dual cambia su posición para bloquear esta entrada. Sólo al aplicar una señal a ambas entradas al mismo tiempo permite a la presión alcanzar la conexión de salida. Este comportamiento corresponde a la lógica función AND. La función AND no representa aquí una función de seguridad como la que se utiliza al operar una prensa. Para ello, es necesario un interruptor de seguridad de dos manos, en donde dos botones deben de ser presionados durante medio segundo. Por lo tanto, la válvula de presión dual puede ser utilizada solo para una combinación lógica de señales.

Imagen 36: Válvulas de presión dual (Imagen: BoschRexroth)

Técnica de fluidos

Minos

Si dos presiones diferentes se aplican a una válvula de presión dual sólo se aplicara la presión más baja a la conexión de salida. Esto puede ser problemático , primero que nada cuando varias señales son combinadas y debido a ésta propiedad de la válvula de presión dual sólo se aplicara la presión más baja a la conexión de salida. Por lo tanto, una 3/2 válvula de control direccional operada neumáticamente debe de ser utilizada para combinar las señales con diferentes presiones. En este caso, la señal más pequeña se utiliza accionar la válvula de control direccional mientras que la señal más grande se aplica a la conexión de salida a través de la válvula de control direccional después de que ésta es accionada. Al utilizar válvula de presión dual para operar las válvulas de impulso, una presión baja, que pasa a través del techo durante el accionamiento de la válvula de presión dual de una posición de cambio a otra, es normalmente suficiente el accionar la válvula de impulso. En éste caso se requiere de una válvula de presión dual de accionamiento rápido y pequeño.

Imagen 37: Válvula de presión dual (Imagen: BoschRexroth)

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1.8

Técnica de fluidos

Válvulas reguladoras de caudal Las válvulas reguladoras de caudal controlan el volumen de la corriente y consecuentemente la velocidad de los mandos neumáticos. En la obstrucción el área de la sección disminuye continuamente de una forma simple, lo que se considera como una ventaja en la neumática. Las obstrucciones tienen dos conexiones, estas pueden ser instaladas por dentro de las tuberías, o también se pueden atornillar directamente en lo orificios de las válvulas. Las obstrucciones tienen la misma labor en ambas direcciones de la corriente. En las válvulas de control direccional con dos orificios de aire de salida separados dos reducciones pueden afectar por separado las corrientes de salida. Esto permite ajustar la velocidad de los cilindros de forma individual en cada dirección. En muchas válvulas de control direccional las obstrucciones son instaladas de forma permanente en los orificios de aire de salida. Una obstrucción es representada por un rectángulo. Dos líneas curvas simbolizan el área estrecha. Una flecha en el símbolo significa que la reducción es ajustable.

Imagen 38: Válvulas reguladoras de caudal (Imagen: BoschRexroth)

Técnica de fluidos

1.8.1

Válvulas de no retorno con obstrucción

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Las obstrucciones deben de ser colocadas tan cerca como sea posible del cilindro, de otra forma las tuberías actuarán como volumen adicional; lo más apropiado es atortillar las obstrucciones directamente en las conexiones de aire comprimido del cilindro. Se instala una válvula de no retorno se instala de forma paralela a la obstrucción con el fin de activarla en una sola dirección. En una válvula de no retorno con obstrucción el volumen de la corriente se estrangula en la dirección de bloqueo de la válvula de no retorno. En la otra dirección la válvula de no retorno se abre y el aire comprimido puede pasar a través de la válvula de no retorno con obstrucción sin que se estrangule. Los símbolos de una obstrucción y de una válvula de no retorno están rodeados con una línea punteada, esto indica que ambos componentes representan una sola unidad estructural. La dirección de estrangulación se encuentra normalmente de la conexión 1 a la conexión 2. Existen dos métodos principales para la estrangulación. La estrangulación del aire entrante significa que el aire comprimido que fluye hacia adentro del cilindro se estrangula. Puede aparecen un efecto de slip-stick en velocidades de cámara lenta, esto significa que los cilindros salen un poco, luego se paran hasta que entre nuevamente suficiente aire comprimido. Debido a su movimiento irregular, el estrangulamiento de aire entrante debería de ser utilizado solamente con pequeños cilindros y cilindros de acción singular. El muelle de regreso en estos cilindros humedece los tirones. El estrangulamiento del aire de salida es el estrangulamiento del aire comprimido que fluye hacia fuera del cilindro. Ya que se plica presión completa al otro lado del pistón, el pistón se fija de forma neumática, esto hace que el movimiento del cilindro sea considerablemente más suave. Debido este movimiento suave el estrangulamiento del aire de salida debe de ser utilizado lo más lejos posible. Solo pequeños cilindros con golpes cortos no tienen la presión suficiente para acumularse para la estrangulación en el lado de ventilación. Al instalar construcciones para atornillar de la válvula de no retorno con obstrucción, la dirección de estrangulación tiene que coincidir el tipo de estrangulación deseada. Con el fin de evitar alguna posibilidad de confusión, hay disponibles diferentes tipos de construcción para la estrangulación de aire entrante y saliente. Las válvulas de no retorno con obstrucción para estrangulación del aire entrante y para las del aire saliente no se deben de usar nunca al mismo tiempo en ambas conexiones de aire comprimido de los cilindros de doble acción. En este caso ambas obstrucciones trabajarán en la misma dirección mientras que en la otra dirección no se estará estrangulando.

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1.9

Técnica de fluidos

Válvulas reguladoras Las válvulas reguladoras influencian a la presión y consecuentemente a la fuerza de los mandos neumáticos. Una de las válvulas reguladoras, que se puede encontrar en cada unidad de mantenimiento, es la válvula de control de presión. Esto permite el ajuste de presión para todo el sistema. En caso de que algunas de las partes del sistema requieran una presión más baja, se pueden utilizar válvulas reguladoras de presión singular. Válvulas de control de presión son válvulas reductoras de presión, estas requieren una cierta presión, la cual reducen a un valor ajustable que lo aplican a la conexión de salida. Las válvulas reductoras de presión también son utilizadas en la neumática como válvulas ahorradoras de energía, especialmente en cilindros de doble acción con granes volúmenes, ya que no siempre es necesario generar la fuerza total en ambas direcciones. En la mayoría de los casos se requiere que el cilindro salga con una mayor fuerza, mientras que para el golpe de regreso sólo es necesaria una pequeña fuerza. En este caso, la presión para el golpe de regreso se reduce por medio de la válvula ahorradora de energía. Ya que el cilindro está lleno con aire comprimido de poca presión , el consumo es mas bajo consecuentemente. Sin embargo, las válvulas de reducción de presión solo pueden pasar en una sola dirección, por lo tanto, una válvula de chequeo paralelo debe de ser instalada para pasar la corriente en la dirección opuesta. Las válvulas de limitación de presión se utilizan en la neumática principalmente como válvulas de protección en los contenedores. Estas se cierran y se abren normalmente sólo cuando se alcanza la presión ajustada. Las válvulas de protección liberan la presión en el contorno. Una función similar tiene las válvulas de presión secuencial. Estas son válvulas de control direccional que se accionan sólo cuando se aplica determinada cantidad de presión. La presión requerida de accionamiento puede ser instalada por un muelle ajustable. Las válvulas de presión secuencial pueden ser utilizadas, por ejemplo, para controlar la presión dentro del cilindro. La fuerza requerida puede ser obtenida de un cilindro solo cuando la presión es lo suficientemente alta, por lo tanto, el cilindro puede ser accionado nuevamente solo después de que la fuerza realmente necesaria es generada. En la electro-neumática, esta función es realizada por los interruptores de presión. La presión actúa en el diafragma, el cual aprieta un muelle ajustable. Si la presión requerida es alcanzada, el diafragma activa un pequeño contacto que genera señales eléctricas, por lo tanto, los interruptores de presión también son llamados convertidores- P/E.

1.10

Otras válvulas

Técnica de fluidos

Minos

Para elementos dependientes del tiempo se empleará una temporización variable. Un elemento de temporización, dentro de los sistemas de control neumáticos, consiste de una válvula de no retorno con obstrucción , una 3/2 válvula de control direccional y un pequeño contenedor. Ya que estos componentes están combinados entre sí, sus símbolos están rodeados con una línea punteada. Cuando la presión se aplica a la conexión de control de aire el aire comprimido estrangulado pasa al contenedor. La válvula de control direccional se acciona posteriormente de que la presión ha alcanzado un cierto valor y la el elemento de temporización genere una señal en la conexión de salida. Los elementos de temporización pueden ser también utilizados para desactivar señales. La válvula de control direccionales utiliza aquí en la posición de paso de descanso. Después de que el tiempo ajustado ha pasado, la válvula de control direccional desactiva la conexión entre el puerto de aire comprimido y la conexión de salida. El tiempo puede ser ajustado por medio de un tornillo estrangulador. Es posible ajustar periodos de tiempo de hasta 30 segundos. Un manómetro puede ser unido para atornillar la conexión en el contenedor. Esto permite observar cómo va incrementando la presión, esto puede ser razonable para la revisión de errores.

Imagen 38: Temporización variable (Imagen: BoschRexroth)

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Técnica de fluidos Los elementos de temporización neumáticos tienen una exactitud relativamente alta. En caso de que sean requeridos periodos de tiempo más largos o una mayor exactitud, los elementos de temporización neumáticos-mecánicos deberán de ser utilizados. Estos elementos tienen un sistema de rotor mecánico integrado. Después de que el periodo de tiempo a concluido los elementos de temporización que generan un impulso de aire comprimido. El tiempo puede ser observado por medio de una pantalla análoga, los contadores neumáticos tienen un principio de trabajo similar. Aquí los impulsos neumáticos son unidos y posteriormente mostrados en una pantalla usando un contador mecánico. En la electro-neumática las funciones de un contador de tiempo son llevadas a cabo por medio de reles temporizadores. Por otra parte, al utilizar el SPS los periodos de tiempo y contadores están determinados por el programa del sistema de control. Muchos sistemas de control como la prensa son peligrosos para las personas, ya que al entrar al espacio de trabajo puede causar lesiones, en este caso deberá de ser utilizado un control de sistema con protección para ambas manos. Por lo tanto dos botones de presión deben ser activados al mismo tiempo durante cinco segundos. Los botones deben de estar hundidos y debe de haber una distancia entre ellos la cual no permita que se activen con una mano. Los módulos de control neumático pueden ser utilizados para combinar las señales de los botones de presión. Existe un pequeño elemento de temporización interno, con una duración de tiempo determinada. Las señales de ambos botones son aplicadas y producen una señal en la conexión de salida solo cuando ambos botones son activados conjuntamente durante cinco segundos. Debido a que el elemento de temporización construido es sensible al polvo y a excesos de aceite del aire comprimido, una operación libre de errores no puede ser siempre garantizada, por lo tanto los módulos de control de dos manos no pueden ser aceptados como el único procedimiento de protección. Sin embargo la combinación lógica de las señales de botón sigue siendo posible. En la electro-neumática la combinación de señales es usualmente hecha en la parte eléctrica del sistema de control o en el SPS. Esto también es valido para las cadenas de índice neumáticas, que fueron usadas en el pasado para la operación de los sistemas de secuencia de control. En estos sistemas de control las conexiones de salida de un sistema de control neumático absoluto fueron accionadas paso a paso. Dichos sistemas de control neumáticos pueden ser encontrados en equipos antiguos.

Técnica de fluidos

1.11

Indicación de símbolos en un diagrama

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Cada componente neumático tiene un símbolo en los diagramas neumáticos. El suministro de aire comprimido es colocado en la parte inferior y los cilindros en la parte superior del diagrama. Los cilindros deben salir hacia la derecha. Todos los componentes deben de ser representados en el estado de “presión aplicada”. Los cilindros que tengan una posición de inicio extendida están representados en estado extendido. Ya que las señales de la dirección de corriente son de abajo hacia arriba los botones de presión y los cilindros operados por válvulas deberán de ser colocados en el área baja del diagrama. Los interruptores del cilindro están indicados como pequeñas líneas en los símbolos del cilindro. Con el fin de alojar los símbolos de los interruptores de los cilindros en el cilindro se debe de tomar en consideración una determinada indicación. La etiquetación y las reglas de indicación de cada componente están determinadas en el DIN 1219-2. Estas indicaciones consisten de un numeral para el diagrama de circuitos, una carta para la identificación de los componentes y un número de los componentes. Las siguientes letras son utilizadas para los componentes individuales: A actuadores S sensores de señal V válvulas Z otros componentes Los actuadores están numerados de izquierda a derecha y tienen las etiquetas 1 A, 2 A, 3A, etc. Todas las válvulas que pertenecen al primer cilindro están numeradas de abajo hacia arriba y de izquierda a derecha. Están indicadas con 1V1, 1V2, 1V3, etc. Las válvulas del segundo cilindro están indicadas de acuerdo con 2V1. 2V2, 2V3, etc. Los rollos de seguimiento obtienen el mismo número usados para el cilindro al cual están fijados. En este caso el rollo de seguimiento del primer cilindro es indicado con 1S1 y 1S2, mientas que para el segundo cilindro las etiquetas son 2S1 y 2S2. La indicación para los rollos de seguimiento está asociada con el cilindro al cual están fijos. En otros sistemas de indicación y etiquetado los rollos de seguimiento están etiquetados de acuerdo al cilindro por el cual están operadas sus señales de salida. Ya que los componentes de la unidad de mantenimiento y de abastecimiento de aire comprimido no pueden ser asociados con un cierto cilindro, estos están etiquetados con 0 en la primera posición de etiquetamiento. Debido a que pertenecen a otros componentes, una unidad de mantenimiento, por ejemplo puede ser indicada con 0Z1.

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Técnica de fluidos En el pasado, se utilizaban otros sistemas de etiquetación de diagrama. Es posible, por ejemplo, enumerar los componentes en un orden de series. Los cilindros con frecuencia están indicados con Z1, Z2, etc. Otros componentes que pertenecen a los cilindros están indicados con dos números separados con un punto. Por lo tanto, todos los componentes que pertenecen al primer cilindro están etiquetados con 1.1, 1.2, 1.3, etc. La numeración también está hecha de abajo hacia arriba y de izquierda a derecha. La válvula de control que suministra al cilindro con aire comprimido, puede ser especialmente realzada. Esta puede ser indicada con 1.1, para el primer cilindro independientemente de su posición en el diagrama. Los componentes que suministran al sistema con energía están indicados con 0.1, 0.2, 0.3, etc. El orden de numeración corresponde a la dirección de la corriente de energía. El etiquetamiento de los interruptores del cilindro y sus posiciones en los cilindros deben de ser tomadas en consideración independientemente del sistema de etiquetación, con el fin de garantizar una etiquetación precisa.

Bild 39:

Numeración de las partes de construcción en el esquema básico

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1.12

Tecnología de vacío

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Se utilizan ventosas para transportar diferentes piezas de trabajo, estas pueden transportar piezas con superficies suaves, planas y ásperas; las piezas no deben de ser transpirables. Las ventosas son utilizadas para transportar piezas que son difíciles de agarrar mecánicamente, tales como vidrio de coches u hojas de papel en plantas de impresión. Las ventosas trabajan con presión negativa ya que la presión de la atmósfera en la superficie de la tierra es de aproximadamente un var. En la practica la presión negativa es de aproximadamente de 0.6 a 0.8 var, esto también puede ser representado en forma de porcentaje de la presión negativa máxima es decir, de 60% a 80 % de vacío. Una pieza de trabajo puede ser adherida a la ventosa solo si la presión del área del ambiente es mas alta que la presión entre su superficie y la ventosa. La fuerza que sostiene a la pieza de trabajo depende del valor de la presión negativa y la superficie eficiente de la ventosa. Se colocan ondulaciones en la ventosa con el fin de prevenir que la ventosa se coloque de una forma plana en la pieza de trabajo, lo cual reduce la superficie. Este permite también el fácil liberación de la pieza de trabajo después de cambiar la presión negativa. La fuerza de succión teórica debe de ser por lo menos dos veces mas grande que la fuerza requerida. En la alta aceleración de las piezas de trabajo se requieren de medidas de seguridad adicionales. Las ventosas pueden ser diferenciadas en ventosas planas y telescópicas. Las ventosas telescópicas son mas apropiadas para superficies viselares que para superficies de tipo plano. Por otra parte las ventosas planas son mas apropiadas para superficies verticales, mientras las ventosas telescópicas se pueden desprender debido a su flexibilidad. Al utilizar ventosas telescópicas hay como resultado un efecto de levantamiento debido a la contracción de la parte telescópica después de accionar la presión negativa. Esto puede generar un movimiento de levantamiento adicional innecesario. Al operar varias ventosas conectadas paralelamente, existe el peligro de romper una de la ventosas, lo cual puede causar una falla de toda la presión negativa y liberar la pieza de trabajo. En este caso las válvulas reguladoras de caudal pueden ser utilizadas, ya que se bloquean en altos valores de corriente. Las válvulas reguladoras de caudal son montadas posteriormente a las ventosas. Si una de las ventosas se desconecta la corriente de aire intensiva hace que la válvula reguladora de caudal se cierre y mantenga la presión negativa en el sistema.

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Técnica de fluidos La presión negativa puede ser generada por medio de bombas de vacío o eyectores. Las bombas de vacío se utilizan cuando se requieren altos niveles de presión negativa, la presión negativa se aplica a las ventosas usando las válvulas apropiadas. Los eyectores son utilizados para general presión negativa localmente. Estan operados con aire comprimido y trabajan de acuerdo con el principio Venturi. Ya que los eyectores no contienen ningún tipo de partes de movimiento pueden trabajar de forma inalámbrica y no necesitan de movimiento. En los eyectores, el aire comprimido fluye a través de una boquilla. La presión negativa aparece debido a una alta velocidad de corriente, se aplica a las ventosas por medio de una tubería. Los eyectores simples pueden generar presión sólo cuando el aire comprimido fluye a través de ellos. Una válvula de control direccional puede ser controlada dentro de eyector con el fin de accionar el aire comprimido. Una válvula de control adicional puede ser utilizada para soplar el aire comprimido hacia dentro del sistemas de tuberías de succión. Esto genera un impulso de empuje lo que hace el desprendimiento de la pieza de trabajo de una forma mas rápida. En otras construcciones el impulso de empuje puede ser producido utilizando un pequeño contenedor el cuál aplica automáticamente el aire comprimido al sistema de tuberías se succión después de haberse desactivado. Los eyectores con sistemas automáticos de ahorro de aire también tienen una instalación en un interruptor de presión. Este revisa la presión negativa actual y en consecuencia desactiva el suministro de aire comprimido. Cuando la presión negativa disminuye el interruptor de presión acciona el aire comprimido del eyector incrementando nuevamente la presión negativa.

Hidráulica

2.1

Introducción

Técnica de fluido

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En la hidráulica los fluidos son utilizados como medios de transmisión. El concepto de hidráulica tiene como origen la palabra griega “hidor”, que significa agua. El aceite es el medio de trasmisión principal, sin embargo también se puede utilizar agua. Existen dos diferentes campos en la hidráulica: Hidrodinámica e Hidrostática. En la hidrodinámica se utiliza normalmente la corriente de energía del medio de transmisión. Por lo tanto las presiones operacionales son relativamente bajas ya que la corriente de energía es una energía cinética, el concepto de hidrocinética también es utilizado. Un ejemplo practico es la generación de presión por medio de una bomba y convirtiendo esta energía en una fuerza que actúa en un cilindro. Las válvulas son utilizadas como control de presión, pueden ser operadas a mano o eléctricamente. La hidráulica utilizada en aeronaves debe ser llevada a cabo con requerimientos de seguridad específicos.

2.1.1

Ventajas y desventajas de la hidráulica La energía hidráulica es una de muchas formas de energía utilizadas en la industria. La hidráulica puede ser comparada con la neumática, la electrónica y equipos mecánicos. - Por medio de la hidráulica se pueden generar grandes fuerzas y momentos, a pesar de los pequeños tamaños y masas de los componentes estructurales utilizados. - Movimiento líneas puede ser fácilmente alcanzado. - El comenzar en un estado sin movimiento es posible incluso con carga - La velocidad de movimiento y la frecuencia rotacional puede ser ajustada sin pasos conforme a grandes rangos. - La dirección de movimiento puede ser fácilmente invertida. - Los valores de la fuerza pueden ser fácilmente monitoreados por medio de equipos de medición de presión. - Se pueden prevenir sobrecargas utilizando válvulas de limitación de presión. - Los componentes estructurales simples se pueden colocar en cuartos separados y conectarse ente sí con tuberías flexibles. - Los sistemas hidráulicos pueden ser fácilmente integrados en controles eléctricos y sistemas de regulación.

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Técnica de fluido Sin embargo la hidráulica tiene también algunas desventajas: - Los requerimientos de precisión para componentes estructurales son realmente altos, lo que hace que los costos se incrementes consecuentemente. - Se deben de utilizar filtros para evitar que se ensucien los fluidos hidráulicos. - Los fluidos hidráulicos deben ser enviados de vuelta al depósito a través de líneas de retorno y tuberías de filtración de aceite. - La viscosidad de los fluidos hidráulicos es dependiente de la temperatura por lo tanto con frecuencia es requerido que se enfríen los fluidos. - La longitud de las tuberías de transporte está limitada debido a la alta viscosidad de los fluidos hidráulicos. - El aire se puede disolver en los fluidos hidráulicos, lar burbujas resultantes puede causar un movimiento irregular. - Algunos aceites hidráulicos son flamables. - La fuga de aceites hidráulicos en peligrosa. - Es muy difícil el guardar la energía de presión.

2.1.2

Campos de uso de la hidráulica La hidráulica se utiliza en muchos campos. En la industria la hidráulica es utilizada en tornos, dispositivos de avance y motores de huso. Los moldes en las maquinas de amoldamiento de inyección para el procesamiento de plástico son abiertos y cerrados en forma hidráulica y el plástico también es presionado hidráulicamente. La prensa hidráulica puede generar grandes fuerzas. Por otro lado, la hidráulica móvil es utilizada en maquinas en movimiento. Muchas maquinas de construcción son suministradas con mandos hidráulicos. Esto corresponde no solamente a las funciones del procesamiento, sino también a los mandos de tracción. Muchas de las maquinas para la agricultura, también son suministradas con mandos hidráulicos. La hidráulica es especialmente utilizada en aeronaves y barcos.

Técnica de fluido

2.1.3

La construcción de un dispositivo hidráulico

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Existen muchas construcciones diferentes de los dispositivos hidráulicos, sin embargo, todos ellos tienen componentes básicos similares. Un generador de energía hidráulico tiene una bomba que genera presión y produce corriente de volumen. Cuando la presión excede un límite determinado, la válvula de control de presión se abre y pasa la corriente de volumen de regreso al depósito. La energía mecánica se transforma en presión. Las válvulas de control direccional generan la corriente de volumen, ellas controlan la dirección del movimiento de los cilindros y la dirección de rotación de motores hidráulicos. Las válvulas reguladoras tienen una influencia en la fuerza de los cilindros. En cuanto más alta sea la presión la fuerza del cilindro también crecerá. La corriente de volumen puede ser cambiada por medio de las válvulas reguladoras de caudal. Las reducciones son utilizadas en las construcciones más simples. La corriente del volumen influencia la velocidad de un mando. Las válvulas de retención pasan la corriente de volumen en una sola dirección; estas pueden ser utilizadas para hacer que las reducciones estrangulen en una sola dirección (la dirección de bloqueo de la válvula de retención. Finalmente, los cilindros transforman la energía de la presión de regreso a energía mecánica.

Imagen 40: Hydraulikanklage (Imagen: BoschRexroth)

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2.2

Técnica de fluido

Generador de energía hidráulica Los dispositivos hidráulicos proporcionan energía de presión, tienen varios componentes construcciones comunes que pueden ser encontrados en casi cada dispositivo hidráulico. Las bombas consumen y alimentan el fluido hidráulico. La tubería de succión no debe de se expuesta a una gran alta presión negativa. En este caso se pueden formar burbujas de gas en el fluido y colapsarse de una forma abrupta en lugares con alta presión. Este proceso es llamado cavitación. Los impactos de la presión resultante pueden causar corrosión o destruir la bomba. Los electromotores se utilizan para activar las bombas en máquinas estacionarias. Por otro lado, los motores de combustión se utilizan con frecuencia en máquinas móviles. Existen diferentes construcciones de bombas. Se utilizan con frecuencia las bombas de engranaje, este tipo de bombas genera una corriente de volumen constante a una determinada velocidad de rotación. Otro tipo de rotación proporcionan una corriente de volumen ajustable. Estas deberían de ser colocadas debajo del nivel de fluido o se debe de utilizar una bomba de engranaje adicional.

Imagen 41: Agregado hidráulico

Técnica de fluido

2.2.1

Depósito hidráulico

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Los fluidos hidráulicos son almacenados en depósitos, este debe de ser lo bastante grande para contener todo el fluido utilizado el dispositivo. También debe de haber suficiente fluido para suministrar a todos los cilindros , especialmente los cilindros de acción simple requieren una gran cantidad de aceite hidráulico al momento de salir, sin embargo, en un cilindro de doble acción la cámara de pistón es mas grande que la cámara de biela. Por lo tanto este tipo también requiere una cierta cantidad de aceite hidráulico al momento de salir El deposito debe de tener un orificio de ventilación para la ecualización de la presión, este orificio pasa aire al deposito con el fin de prevenir la aparición de presión negativa cuando el fluido hidráulico es expulsado. El orificio es suministrado con un filtro para prevenir que algún tipo de impurezas entren al deposito. Un segundo orificio es utilizado para llenar el depósito, este también es acondicionado con un filtro. Es necesario filtrar el aceite hidráulico antes de llenar el depósito con el fin de prevenir que alguna impureza entre al dispositivo hidráulico. El depósito es dividido con una lamina en dos secciones. En la primer sección el fluido que va de regreso se calma y las burbujas de aire son separadas. Las impuridades contenidas aquí también se depositan. El aceite hidráulico pasa a la segunda sección a través de orificios en la lamina y puede ser bombeado otra vez. El nivel mas bajo del depósito se encuentra en la primera sección donde el fluido hidráulico se calma y ahí se encuentra también un tapón de desagüe. Las impurezas depositadas o el agua condensada puede ser removida al cambiar el aceite hidráulico, las mermas en un dispositivo hidráulico causan el calentamiento del aceite hidráulico. Otra función del depósito es el enfriamiento del fluido hidráulico por lo tanto las paredes externas son suministradas con una aleta de refrigeración. Si el dispositivo es utilizado en bajas temperaturas también se puede utilizar un elemento de calefacción. Antes de encender el dispositivo el aceite hidráulico debe de ser calentado hasta la temperatura de operación. Se adhieren termómetros al depósito para observar y controlar la temperatura. Un indicador del nivel de aceite es utilizado para controlar su nivel. Las etiquetas muestran el nivel mínimo y máximo permitido de aceite. Un manómetro es utilizado para monitorear la presión generada por la bomba. Los niveles de presión, temperatura y de fluido son valores importantes y deberán de ser regularmente revisados para una operación confiable del dispositivo hidráulico.

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2.2.2

Técnica de fluido

Válvula reguladora de presión Otro componente importante utilizado en todos los dispositivos hidráulicos es la válvula reguladora de presión. La válvula reguladora de presión está usualmente cerrada y se abre sólo cuando una cierta cantidad de presión preajustada se alcanza, permitiendo así que el aceite hidráulico fluya de regreso al deposito, por lo tanto la presión en el dispositivo permanece constante. La válvula reguladora de presión protege al dispositivo de una presión muy alta la cual puede dañar y incluso destruir el dispositivo. Toda la corriente de volumen liberada por la bomba debe de ser capaz de fluir de regreso al deposito a través de la válvula reguladora de presión. Las válvulas reguladoras de presión controladas directamente, son utilizadas con una corriente de volumen relativamente pequeña. Para volúmenes de corrientes mas grandes se utiliza la válvula reguladora de presión con control piloto tales válvulas reguladoras de presión operadas indirectamente están controladas por medio de válvulas mas pequeñas.

2.2.3

Filtros Los componentes estructurales de un dispositivo hidráulico pueden ser fácilmente dañados por cualquier impureza en el liquido hidráulico, los filtros remueven tales impurezas. Los filtros están usualmente colocados en tres posiciones principales en el generador de energía, cada posición tiene ventajas y desventajas. Un filtro de succión es utilizado para proteger a la bomba de cualquier impureza en el deposito de almacenamiento, sin embargo los filtros de succión representan una resistencia adicional a la corriente. Principalmente el aceite hidráulico frío o un filtro muy saturado pueden disminuir considerablemente la presión antes de llegar a la bomba causando así cavitación lo cual puede dañar a la bomba, por lo tanto se utilizan usualmente filtros de succión. Estos protegen primordialmente a la bomba de abundantes impurezas. Los filtros de presión se colocan después de la bomba. Ya que la presión total de la bomba es aplicada a estos filtros, estos deben tener una construcción robusta. Los filtros de presión son comparativamente costosos y se utilizan primordialmente en partes estructurales sensibles tales como la servoválvula. El tercer tipo es el filtro de regreso, este se coloca en la línea de regreso al deposito y filtra la corriente de volumen después de que esta haya pasado a través de todo el dispositivo. Se supone que no se causa ningún daño a las partes estructurales con un simple ciclo de fluido.

Técnica de fluido

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Los filtros de regreso tienen una construcción simple, lo cual los hace económicos. Las válvulas de retención de bypas están con frecuencia paralelamente con el filtro de regreso, si el filtro se ensucia y pone una alta resistencia a la corriente de volumen, la válvula de retención de bypas se abre y pasa el aceite hidráulico por el filtro. También es posible utilizar un pequeño filtro el cual distribuya una parte de la corriente de volumen. Toda la cantidad de aceite será filtrada después de varios ciclos. Los indicaros Indicadores de diferencia de presión monitorean la perdida de presión causada por los filtros. El incremento de la diferencia de presión significa que el filtro se ha ensuciado mucho. Los indicadores de ensuciamiento deben de ser regularmente controlados y los filtros de ensuciamiento deben ser cambiados. Los filtros sin indicadores de ensuciamiento deben de ser cambiados regularmente.

2.3

Fluidos hidráulicos El fluido hidráulico transforma la energía de una bomba a un cilindro. Principalmente casi cualquier fluido puede ser utilizado para esta función, algunas veces se utiliza agua ya que esta usualmente es fácil de conseguir y económica. Por otra parte, el agua no puede ser utilizada para lubricar los componentes estructurales móviles ya que causa corrosión. Normalmente en la hidráulica se utilizan los aceites minerales debido a sus características. El aceite lubrica componentes estructurales móviles previene la corrosión y disipa el calor. Existen muchos tipos de aceite hidráulico con diferentes características, al seleccionar una aceite sus características deben de cubrir los requerimientos de acuerdo a su campo de uso.

2.3.1

Viscosidad La viscosidad es una de las características mas importantes de los aceites hidráulicos. La viscosidad es el resultado del hecho de que las moléculas singulares de un fluido de mueven en diferentes velocidades. En cuanto mas alta sea la resistencia a las diferentes velocidades la viscosidad del fluido será mas alta. El agua tiene una menor viscosidad en comparación al aceite. Este hecho puede ser fácilmente comprobado colocando agua o aceite en un contenedor y agitándolo, la fuerza requerida para agitar el agua es obviamente mas pequeña. Los componentes hidráulicos están siempre determinados de acuerdo a cierto valor de viscosidad, el uso de un fluido hidráulico debe corresponder a este valor.

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Técnica de fluido La viscosidad es medida por una viscosímetro, existen diferentes formas de este aparato. Por ejemplo un viscosímetro capilar, el fluido corre a través de un tubo delgado influenciado por la fuerza de gravedad, por lo cual el tiempo requerido para una cierta cantidad de fluido es medido. La viscosidad esta dividida en dinámica y cinética. La viscosidad cinética en el resultado de dividir dinámica por la densidad del fluido. La viscosidad dinámica es utilizada normalmente en la técnica, su unidad de medición es mm2 /s . Viejas unidades tales como centistokes no se utilizan mas. La viscosidad es altamente dependiente de la temperatura. En altas temperaturas los valores de la viscosidad son siempre pequeños, la relación está determinada en los diagramas de temperatura de viscosidad. Como se ha mencionado previamente, las partes hidráulicas pueden ser utilizadas para cientos rangos de viscosidad, por lo tanto los parámetros de operación deben de ser tomados en consideración al momento de seleccionar un fluido hidraulico, los valores de viscosidad muy baja pueden causar problemas con el sellamiento y lubricación y los altos valores de viscosidad pueden sobrecargar las bombas y los motores de dirección. Los valores de viscosidad para los aceites hidráulicos están determinados en 40º C y clasificados en las clases de viscosidad –ISO. Los valores numericos indican la viscosidad por ejemplo, el aceite hidráulico con un ISO-VG46 tiene una viscosidad de 46 mm2 /s a una temperatura de 40º C . El DIN 2209 define los índices de viscosidad, este valor describe la relación entre las propiedades de fluido hidráulico y la temperatura. Los valores altos significan una mayor dependencia de temperatura. Estos valores tienen un rango entre 100 para un aceite hidráulico normal y 150 para fluidos especiales. Sin embargo la viscosidad no es únicamente dependiente de la temperatura pero también de la presión, esto puede ser visto obviamente en presiones mas altas que 200 bar. El valor de la viscosidad de multiplica aproximadamente a 400 bar.

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2.3.2

Otras características de los fluidos hidráulicos

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La densidad usual para los aceites hidráulicos equivale a aproximadamente 0.9 Kg/ dm3 El aceite hidráulico es consecuentemente mas ligero que el agua por lo tanto el agua se acumula al fondo de los contenedores hidráulicos y puede ser fácilmente removida a través de un orificio de aireación, sin embargo las impurezas pueden incrementar la densidad del aceite y pueden resultar valores de 1.4 Kg/ dm3 La temperatura se eleva y el volumen de los fluidos hidráulicos incrementa. Una elevación de la temperatura de 10 grados incrementa el volumen hasta aproximadamente 0.7%, por lo tanto el contenedor debe de ser lo mas grande posible para el aceite expandido. Otra característica de los fluidos en la comprensibilidad. En contraste con los gases el valor de los fluidos es considerablemente más pequeño, este asciende hasta aproximadamente 0.7% para el incremento de presión de 100 bar. Cuando la presión disminuye otra ves el volumen del fluido regresa a su valor original. A pesar de su pequeña comprensibilidad este afecta la precisión de las maquinas hidráulicas, por lo tanto se requiere una regularización para alcanzar valores de una alta precisión. También se debe de tomar en cuenta que las tuberias y las conexiones se expanden bajo presión, lo cual incrementa considerablemente el efecto de la compresibilidad. El punto puro de un fluido hidráulico es la temperatura a la cual el aceite jalado por la fuerza de gravedad no fluye mas. Algunas veces el generador de energía hidráulica debe de trabajar de una forma confiable a bajas temperaturas, en este caso los aceites hidráulicos con baja viscosidad deberían ser utilizados. Para muchos aceites hidráulicos altas temperaturas pueden causar peligro de incendiarse. La temperatura a la cual el vapor del aceite puede desencadenar un fuego, se llama punto de inflamación. El punto de inflamación para aceites usuales es de aproximadamente 180 a 200 grados centígrados. En temperaturas mas altas el aceite puede empezar a quemarse así mismo. En lugares con altas temperaturas o lugares con peligro de incendio el uso de fluidos hidráulicos deberá de ser de baja flamabilidad o inflamable.

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Técnica de fluido La lubricación de partes en movimiento es una función importante de los fluidos hidráulicos, ya que una capa muy delgada protege a las capas metálicas de tener contacto entre sí, al mismo tiempo la fricción entre las partes es disminuida, la habilidad de baja lubricación de un aceite hidráulico el cual puede ser causado por ejemplo por una baja viscosidad hace que la capa de lubricación se rompa. Esto causa un rápido desgaste e incluso la destrucción de componentes estructurales. La habilidad de lubricación es definida por la comparación entre sí de diferentes aceites hidráulicos. La resistencia de envejecimiento determina el tiempo de vida de un fluido hidráulico. Los aceites hidráulicos envejecen oxidándose al ser unidos con oxigeno. El proceso de envejecimiento tiene lugar principalmente en temperaturas mas altas a 70º C . Los aditivos de lubricación extienden el tiempo de vida. El aceite avejentado tiene un color mas oscuro. Divido a que es difícil determinar el tiempo de vida restante del aceite, este debe de ser regularmente cambiado. Además de la función de lubricación el fluido hidráulico también protege los componentes estructurales del proceso de oxidación. El aceite hidráulico no debe de tener contacto con techos y tubos. Al cambiar el fluido hidráulico se debe de tomar en consideración la compatibilidad de los diferentes fluidos. El dispositivo puede requerir de limpieza después de haber removido el fluido hidráulico avejentado, posteriormente el nuevo fluido puede ser vaciado. En muchas válvulas el fluido hidráulico pasa a través de un rollo magnético, con el fin de disipar el calor generado. En el caso de los circuitos cortos o la rotura de un cable el fluido hidráulico como un medio aislante, esto significa que los fluidos hidráulicos no deben pasar la corriente eléctrica.

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2.3.3

Impurezas, aire y agua en los fluidos hidráulicos

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Los fluidos hidráulicos deben de contener la menor cantidad de impurezas como sea posible. En cuanto mas alta sea la presión dentro del dispositivo mas severos serán los requerimientos para los techos como por ejemplo en la válvula de control direccional. Las impurezas en fluido hidráulico pueden dañar los techos y dar pie a una avería del dispositivo hidráulico. Las impurezas que aparecen durante la operación del dispositivo deberán de ser removidas. El fluido hidráulico deberá de regresar estas partículas al deposito, donde estas pueden ser filtradas. El nivel de pureza de los fluidos hidráulicos están definidos en el ISO 4406, el cual determina la cantidad máxima de partículas en un volumen de 100 ml. Existen tres valores que definen el número máximo permitido de partículas mas grandes a 4 m, 6m, y 14m. Un valor típico para los dispositivos hidráulicos con presión operativa de hasta 160 bar es el nivel de pureza 21/18/13. A parte de los cuerpos sólidos los fluidos hidráulicos pueden contener aire. El aire disuelto no afecta el dispositivo de operación. El aire sin disolver consiste de pequeñas burbujas, si es posible se tiene que evitar la formación de estas. Por otra parte, la comprensibilidad del fluido hidráulico incrementa ya que las burbujas de aire son comprensibles como el gas, esto genera un movimiento irregular y genera ruidos en las bombas y en las válvulas. La temperatura del aire que encuentra dentro de las burbujas de aire comprimido se eleva, esto genera un envejecimiento más rápido del fluido hidráulico. La temperatura puede seguir aumentando formando así el aceite en vapor dentro de las burbujas. Las burbujas de aire se convierten en espuma dentro del depósito del dispositivo. Una lámina divisora dentro del depósito separa el área que contiene la espuma para que sólo el aceite estable sin burbujas sea bombeado. Las burbujas de aire que se puedan encontrar en el aceite bombeado pueden generar cavitación, lo cual puede destruir rápidamente la bomba. Al llenar el dispositivo, se puede formar un colchón de aire, por lo tanto, se hacen orificios de ventilación en alguna parte superior del dispositivo, lo cual permite retirar el aire del sistema de tuberías.

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Técnica de fluido Otro ingrediente no deseado en los aceites hidráulicos es el agua., esta causa corrosión y evita la formación de las capas lubricantes. El agua puede llegar a los fluidos hidráulicos de diferentes formas. Este se puede encontrar desde un inicio en el aceite fresco o se puede formar en el depósito en forma de agua condensada. El agua también puede entrar en el fluido hidráulico a través de fugaz en el enfriador. El agua hace al aceite hidráulico turbio. El agua es usualmente más pesada que el aceite y se deposita al fondo del depósito, donde esta puede ser extraída por un orificio de drenaje. Sin embargo ,también existen aceites sintéticos , los cuales tiene valores de densidad a aquellos que tiene el agua. En este caso el agua no puede ser depositada y sigue flotando. Este efecto es deseado con fluidos que sean pocos flamables, por ello, se utiliza una emulsión de agua y aceite.

2.3.4

Protección al medio ambiente Una pequeña cantidad de aceite hidráulico es suficiente para contaminar una gran cantidad de agua. , por lo tanto, para el uso de aceites hidráulicos, estos deben de ser inofensivos para el medio ambiente. Los fluidos hidráulicos están clasificados en tres clases de peligro para el agua: CPA1 – bajo peligro para el agua CPA2 – peligroso para el agua CPA3 – severamente peligroso para el agua Los aceites vegetales tienen un bajo peligro para el agua. Los llamados bio-aceites son rápidamente biodegradables y pueden ser utilizados , por ejemplo, en áreas de protección de agua. Además, hay algunos fluidos hidráulicos que no son peligrosos para el agua. Está claro que los fluidos hidráulicos deben de ser no tóxicos y no deben de causar irritaciones en la piel y tampoco tener un olor desagradable. Por otra parte los costos de los fluidos hidráulicos deben de ser tan bajos como sea posible. Los costos totales incluyen el precio directo y en el de toda la vida. Los costos de entrega de nuevo aceite también debería de tomarse en consideración.

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Existen muchos tipos de fluidos hidráulicos, estos están indicados con letras que los definen. Algunos tipos importantes de aceites minerales son: H

aceites minerales sin aditivos, los cuales casi no son utilizados en la hidráulica HL aceites minerales con aditivos, los cuales incrementan la protección de corrosión y la resistencia de envejecimiento. HLP aceite mineral como el HL, pero con aditivos para la protección al desgaste HLPV aceite mineral como el HLPV, con alto índice de viscosidad. Algunos tipos importantes de fluidos con baja inflamabilidad son : HSA aceite en emulsión de agua, máximo 20 Vol. % de parte inflamable. HSB agua en emulsión de aceite, máximo 60 Vol. % de parte inflamable. HSC solución de agua-glicol HSD fluidos sintéticos libres de agua Algunos tipos importantes de fluidos inofensivos para el medio ambiente son : HETG aceites vegetales HEPG poli glicol HEES éster sintético

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2.4

Técnica de fluido

Bombas hidráulicas Las bombas transforman la energía mecánica de los motores a energía hidráulica. Una corriente de volumen es generada, en donde el fluido hidráulico se pone bajo presión. Las bombas trabajan de acuerdo a dos principios de función diferentes. En los compresores de tipo dinámico, la velocidad del fluido incrementa principalmente. La velocidad se convierte en una presión creciente. Esto genera una presión de algunos bar. Debido a que en la hidráulica también se utiliza presión de valores considerablemente altos, se requieren bombas que trabajan con el desplazamiento positivo. El fluido entrante fluye dentrote un espacio expandido, después el espacio es reducido nuevamente. Debido a que los fluidos son casi incomprensibles , estos se pondrán bajo presión de una forma estable. Este principio permite generar presión de unos varios cientos de bars. También existen muchas formas de construcciones de bombas con un principio de desplazamiento positivo. Muchas construcciones diferentes se utilizan de acuerdo a los requerimientos de operación del dispositivo. Las bombas están generalmente subdivididas en bombas de pistón rotacional y bombas de pistón recíproco. Algunas de las representaciones mas importantes de las bombas con pistones rotacionales son la bombas de tipo artes de pesca, la bomba de tornillo y la bomba de paletas deslizantes. La bomba de pistón recíproco incluye la bomba de pistón recíproco serial, la bomba de pistón radial y la bomba de pistón axial, sin embargo hay otras formas de construcciones. En los diagramas la bomba es indicada con un círculo, la dirección de flujo es definida con triángulos rellenos. La dirección de corriente usual es de abajo hacia arriba del diagrama. En caso de que la corriente sea posible en ambas direcciones se utiliza en el símbolo dos triángulos apuntando en direcciones opuestas. El mando de las bombas es simbolizado con una doble línea. Una flecha doblada puede ser utilizada para mostrar la dirección de la rotación. Una flecha cruzando el símbolo de la bomba significa que la corriente de volumen es ajustable. El tipo de ajuste es indicado en la flecha. Muchas bombas tienen una conexión de línea de aceite de sobrecorriente, la cual es indicada con un pequeño símbolo del depósito. A diferencia de las bombas el triángulo en el símbolo del motor es colocado hacia adentro.

Técnica de fluido

2.4.1

Bombas de engranaje

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Las bombas de engranaje están subdivididas en bombas de engranaje externas bombas de engranaje internas. La construcción más común es la bomba de engranaje externa. La construcción de la bomba de engranaje es muy simple, la bomba es robusta y relativamente no vulnerable a ensuciarse. Puede ser utilizada para un gran rango de frecuencia de rotación, valores de viscosidad y además tiene relativamente un costo bajo. La corriente de volumen por revolución es generalmente constante en las bombas de engranaje. Puede ser cambiada tan sólo cambiando la frecuencia de rotación. Debido a fugas el volumen puede disminuir en forma insignificante debido a sus altas presiones. Las bombas de engranaje externas incluyen dos ruedas de engranaje, las cuales rotan en direcciones opuestas dentro de la caja. El fluido hidráulico pasa a través de los dientes del engranaje y las paredes de la caja hacia el puerto de presión. Los dientes de ambas ruadas de engranaje se interconectan en el centro, previniendo así que el fluido fluya de regreso.

Imagen 42: Bombas de engranaje (Imagen: BoschRexroth)

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Técnica de fluido Sin embargo una pequeña cantidad de fluido hidráulico permanece en los dientes. El espacio entre los dientes interconectados se hace más pequeño y la presión del fluido concluido se eleva. Para prevenir que esto pase el aceite el aceite prensado es alimentado a través de un canal pequeño hacia el lado de presión, esto también genera que la operación de la bomba sea más silencioso y suave. Los techos aprietan las ruedas de engranaje de los lados. La fuerza de presión es generada por la presión que actúa en los techos por parte de la salida de la bomba. La presión de salida creciente también incrementa la fuerza de presión de los techos. Este principio de construcción especifica cuál de las dos conexiones es la entrada y cuál es el lado de presión, por lo tanto la dirección de la corriente determinada por la construcción no puede ser cambiada. Las fugas en una bomba determinan la eficiencia volumétrica del factor. Este factor describe el radio de la cantidad actual de corriente y la cantidad posible teórica. La fricción que se encuentra dentro de la bomba se describe con el factor de eficiencia mecánica. Una de la desventajas de la bomba de engranaje externa son las pulsaciones del fluido y el ruido resultante. Las pulsaciones resultan porque los espacios entre los dientes se limpian uno después del otro. Estas pueden ser reducidas al combinar dos bombas, de tal forma que los engranajes de una bomba sean cambiados por medio diente perteneciente a la otra bomba. Se pueden utilizar engranajes con dientes inclinados. Sin embargo esto genera fuerzas axiales, las cuales deben ser absorbidas por orientaciones correspondientes. Las bombas de engranaje internas contienen dos engranajes entrepuestos de tamaños diferentes. Los dientes del engranaje mas grande están dirigidos hacia adentro. El engranaje pequeño esta colocado de tal forma que este engrane con el engranaje mas grande de un lado. Este espacio en forma de hoz que se encuentra del otro lado se llena con aceite parcialmente fijo, además de que pone firme en espacio entre los dientes. Cuando los engranajes rotan, se forma un espacio creciente entre ellos, este espacio se llena de fluido hidráulico. A continuación los espacios entre los dientes pasan por la separación en forma de hoz, aquí todavía no se cambia el volumen de los espacios. Después de pasar a través del cuerpo separador los dientes engranan y el volumen disminuye nuevamente. En esta sección el fluido es sacado de la bomba.

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Debido a que la sección entre la entrada y la salida es larga, la alimentación está casi libre de pulsaciones y de ruidos, sin embargo, los costos son relativamente altos en comparación a las bombas de engranaje externas. La bomba de engranaje de anillo tiene una construcción similar, por lo tanto, el engranaje interno tiene exactamente un diente menos en comparación al engranaje externo. Los dientes siempre tiene contacto entre ellos, de tal forma que no se requiere de un hoz separador. Debido a que los engranajes internos están arreglados excéntricamente, los dientes engranan de un lado, mientras que del otro lado están posicionados en sentido contrario. Al rotar, el volumen también aumenta al principio y posteriormente disminuye nuevamente Existen construcciones con ambos tipos de engranaje, interno y externo. En construcciones con engranajes externos, el engranaje interno se mueve en un camino circular de forma adicional a su movimiento rotacional. Este principio funcional es llamado Gerotor. La ventaja de este tipo es que una pequeña frecuencia de rotación es suficiente para generar una gran corriente de energía.

Imagen 43: Bomba de engranaje interno (Imagen: BoschRexroth)

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2.4.2

Técnica de fluido

Bombas de husillo Una bomba de husillo consiste de dos o tres husos en forma de tornillos, con respectivamente roscas en sentido contrario, las cuales están instaladas en una caja. Cuando los husos rotan , un volumen cerrado se mueve del lado de la presión por cada vuelta de rosca. El movimiento rotacional uniforme hace que las bombas de husillo hagan poco ruido y resulte una alimentación constante. El número de vueltas de rosca depende del valor deseado de la presión. Entre más alta sea la presión generada deseada mas vueltas de rosca se tendrán que diseñar. Por ello, las perdidas de fugas entre husos simples se disminuirán. Las fuerzas axiales que actúan en los husos están interceptadas por cojinetes por fuera. Las fuerzas radiales son insignificantes debido a que los husos están expuestos a presiones en todas las direcciones. Las bombas de husillo, al igual que las bombas de engranaje, alimentan una cantidad de fluido constante por cada revolución. La cantidad de alimentación puede ser cargada sólo cambiando las frecuencias de rotación, sin embargo, las bombas de husillo pueden cambiar con altas frecuencias de rotación.

Imagen 44: Bombas de husillo (Imagen: BoschRexroth)

Técnica de fluido

2.4.3

Bombas de celda de ala

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Las bombas de celda de ala tienen un rotor que se voltea dentro de la caja. Varias alas se ordenan en una ranura en el rotor. Las alas son arrastradas hacia fuera por medio de una fuerza centrifuga. Estas pueden ser presionadas adicionalmente hacia las paredes de la caja por medio de muelles o utilizando la fuerza de salida de la bomba. Las posición eléctrica del rotor permite incrementar los espacios entre las alas y succionar el fluido. Posteriormente, los espacios disminuyen nuevamente y se alimenta fluido al lado de la presión. En algunas construcciones con cajas ovales el proceso mencionado previamente se implementa dos veces por revolución. En este caso el eje se estira igualmente debido a que las fuerzas radiales se compensan mutuamente. Las bombas de celda de ala generan relativamente poco ruido, ya que la alimentación es casi libre de pulsaciones. Estas son utilizadas principalmente para grandes valores de volumen de corriente y para pequeñas presiones. También son posibles las construcciones de dos fases. Debido a que las alas se deslizan a lo largo de las paredes de la caja, estas bombas son mas vulnerables a ensuciarse.

Imagen 45: Bombas de celda de ala (Imagen: BoschRexroth)

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Técnica de fluido Las bombas de celda de ala tienen construcciones con una corriente de volumen constante y variable. La corriente de volumen se cambia al deslizar el rotor, mientras que el rotor se fija en las bombas con la corriente de volumen. Es imposible deslizar el rotor en bombas con una alimentación doble por revolución. Dependiendo de la construcción, el rotor puede ser deslizado manualmente o hidráulicamente. Cuando el rotor rota en el centro de la caja, los espacios entre las celdas permanecen iguales durante la rotación y no habrá una alimentación. Entre más lejos sea deslizado el rotor de la posición central, mas grande será el volumen de corriente. En muchas construcciones la dirección del volumen de corriente puede ser invertida deslizando el rotor a una posición excéntrica del otro lado. Además del volumen de corriente la presión puede también regulada en las bombas de celda de ala. Después de alcanzar la presión deseada el rotor es deslizado a la posición media. En esta posición no se alimenta más de la corriente de volumen pero la presión permanece constante. Una vez que la presión disminuye el rotor se deslizara de la posición media y la alimentación comenzara de nuevo. Los controles de presión deben de reaccionar rápidamente para prevenir algún tipo de oscilamiento en el sistema.

2.4.4

Bombas de pistón en línea Las bombas de pistón en línea pertenecen a las maquinas de émbolo de movimiento de vaivén. Estas consisten de varios cilindros ordenados en series. Los pistones de los cilindros están operados por un árbol de levas. La carrera de retorno se saca por medio de un árbol de levas o usando un muelle. La succión y la alimentación están controladas por válvulas, de tal forma que la dirección de alimentación es independiente a la dirección de rotación. La corriente de volumen puede pasar a través del pistón. El pistón tiene un borde inclinado, el cual dependiendo en su posición permite conectar una gran sección de la carrera con un orificio por el cual puede regresar el fluido. Las bombas de pistón en línea se pueden utilizar para una alta presión y para valores relativamente bajos de corriente. Estas se utilizan principalmente en motores de disel para la inyección de combustible.

Técnica de fluido

2.4.5

Bombas de pistones radiales

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Existen dos construcciones fundamentales de la bomba de pistones radiales. En las bombas de presión interna los pistones que están diseñados en forma de estrella se afianzan dentro de la caja. Los pistones toman el fluido hidráulico desde adentro y lo sacan después de media revolución otra vez al centro. El número de pistones es una cantidad impar, lo cual hace la alimentación más pareja. Estos se afianzan en las paredes de la caja en forma directa o en rollos o por un dispositivo anti deslizante. La fricción puede ser reducida utilizando fluido hidráulico presurizado. La carrera o el pistón y consecuentemente el volumen de alimentación puede ser cambiado deslizando el anillo de la caja. El posicionamiento de los pistones, exactamente en el centro da como resultado la no alimentación. En algunas construcciones la dirección de alimentación puede ser invertida deslizando en otra dirección. La posición del anillo puede ser ajustada manualmente o hidráulicamente.

Imagen 46: Bombas de pistones radiales (Imagen: BoschRexroth)

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Técnica de fluido En las bombas de pistones radiales presurizados externamente los pistones también están colocados en forma de estrella por dentro de la caja, sin embargo estos están fijos y operados por un centro excéntrico. Con el fin de hacer que los pistones permanezcan en contacto con la excéntrica estos están presionados por los muelles. La regulación de la succión y la salida es hecha por medio de una válvula. Las bombas de pistones radiales se pueden utilizar para altos valores de presiones de varios cientos de bars. Estas están apoyadas con una conexión de aceite de fuga de aceite la cual pasa el aceite que se derrama de vuelta al depósito. No se debe de aplicar o generar presión en la línea de fuga de aceite.

2.4.6

Bombas de pistón axial En las bombas de pistón axial los pistones están paralelamente o ligeramente inclinados entre ellos. Las bombas de pistón axial también tienen un número impar de pistones lo cual hace la alimentación más equitativa. Las bombas de pistones axiales están fundamentalmente sub divididas en forma de eje inclinado y en forma de láminas inclinadas. En el diseño de eje inclinado la caja con los pistones está colocada de forma angular para accionar el eje. Por otra parte, en el diseño de la lámina inclinada los pistones están operados por una lámina inclinada.

Imagen 47: Bombas de pistón axial (Imagen: BoschRexroth)

Técnica de fluido

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Los pistones en el diseño del eje inclinado están colocados dentro de un tambor rotatorio. Los pistones están fijos en una lámina rotatoria mediante conexiones esféricas. La rotación se transforma de la lamina al tambor por medio del pistón o por medio de una junta cardán. Debido al ángulo entre la lámina y el tambor las conexiones esféricas se mueven en un camino elíptico, el que permite al pistón un movimiento fácil de ida y vuelta durante una revolución. Los pistones tienen un diseño en forma de cono, lo que permite un espacio suficiente para este movimiento. Pueden existir también conexiones adicionales esféricas en el pistón, El tambor con pistones pasa por dos aberturas reniformes durante una revolución. La regulación de succión y alimentación de realiza a través de estos orificios. Las bombas de pistones axiales con ángulos fijos son bombas constantes. En bombas ajustables el ángulo del tambor y consecuentemente el volumen de corriente, pueden cambiarse. La posibilidad de ajustamiento en ambos lados de la posición media permite invertir la dirección de flujo.

Imagen 48: Bombas de pistón axial (Imagen: BoschRexroth)

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Técnica de fluido En los diseños de lámina inclinada los pistones también rotan por dentro del tambor. Los pistones son presionados contra una lámina inclinada por medio de muelles y están fijos en la lámina con conexiones esféricas, sin embargo la lámina no presenta rotación, sino el cojinete de los pistones. El ajuste de inclinación de una lámina permite cambiar la elevación y consecuentemente la salida de la corriente. En las bombas de pistón axial con diseño de plato de mando oblicuo no rota con los pistones, el plato de mando oblicuo rota en su lugar apretando los pistones uno tras otro en el tambor, la elevación de regreso es realizada por medio de la fuerza de muelle el cual presiona al pistón de regreso a la lámina. La posición inclinada del plato de mando oblicuo no puede ser cambiada. Consecuentemente pueden suministrar sólo un volumen de corriente constante.

Bild 49:

Bomba de pistón axial (Bild: BoschRexroth)

Técnica de fluido

2.5

Cilindros y motores

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Las bombas transforman la energía mecánica en energía de presión. Los mandos hidráulicos transforman esta energía de presión devuelta a energía mecánica. Los mandos que generan un movimiento lineal se llaman cilindros o hidro-cinlindros. Por otra parte los motores son utilizados para generar un movimiento rotacional. Las válvulas se utilizan para controlar a los mandos y los mandos están conectados con las bombas por medio de tubos o tuberías. Los cilindros hidráulicos son utilizados para mover cargar pesadas, las cuales requieren grandes fuerzas correspondientes. Sus usos típicos son la presión y la tención. Las velocidades requeridas son usualmente bajas en este caso. Los cilindros hidráulicos también pueden trabajar a altas velocidades, como por ejemplo cerrar los moldes de presión por medio de maquinas de moldeo por inyección. Los mandos hidráulicos tienen un alto poder de densidad, por lo tanto estos son considerablemente pequeños en tamaño a comparación de otros mandos con un poder similar. Los mandos eléctricos en particular requieren de mucho espacio. Los mandos neumáticos se encuentran en medio de los mandos eléctricos e hidráulicos con respecto al criterio del tamaño.

Electromotor ( corriente de fuerza- mottor asincrónico) Motor de aire comprimido (motor neumático de paletas) Motor hidráulico (motor de engranajes) Imagen 50: Gran comparación de mandos

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2.5.1

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Cilindros de simple efecto Los cilindros están subdivididos en formas de construcciones de simple efecto y doble efecto. Los cilindros de simple efecto llevan a cabo fuerza en una sola dirección. La carrera de retorno es llevada a cabo por medio de un muelle o de una fuerza externa. Generalmente los cilindros consisten de un pistón con una biela, con tubos de cilindro y dos tapas, las cuales cierran el tubo del cilindro de ambos lados. Los cilindros de acción simple tienen sólo una conexión para meter y sacar el fluido hidráulico. El fluido hidráulico entra en la cámara de pistón y presiona el pistón, esta fuerza es transformada hacia afuera por medio de la biela. La fuerza del cilindro depende consecuentemente de la superficie del pistón y de la presión del fluido hidráulico. Por otra parte la velocidad de salida del cilindro depende del volumen de corriente entrante. El pistón también puede ser en forma de disco como en los cilindros de doble efecto. La posición de inicio extendida o retraída del cilindro es posible sin ninguna presión aplicada. Los cilindros con un retroceso de muelle tienen una corta elevación ya que el muelle requiere cierto espacio y la fuerza del m3uelle cambia durante la elevación. Los cilindros con embolo buzo sólo tienen una biela. Al operar no se debe permitir que la biela se accione completamente influenciada por grandes impactos. Para esta construcción no existen requerimientos especiales con respecto a la superficie interna del cilindro. La biela debe de ser solamente sellada hacia la caja por lo tanto los cilindros de embolo buzo son fácil de manufacturar y por consecuencia de bajo costo. Los cilindros de embolo buzo se utilizan en plataformas elevadora o en carros elevadores de horquilla, pero pueden también ser utilizados como cilindros de frenado de ruedas. En las bielas no deberían de actuar fuerzas cortante . Las unidades guía se utilizan cuando fuerzas cortante puedan aparecer. Otro cilindro de simple efecto especial es el cilindro telescópico. Aquí hay varios pistones dentro de sí mismos, los cuales se accionan uno por uno, la longitud de un telescopio es mucho más larga que la elevación de un paso. Los cilindros telescópicos tienen hasta cinco pasos. La elevación resultante en mucho más larga que el cilindro retraído. Los cilindros telescópicos no pueden generar fuerzas compartidas.

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Los cilindros telescópicos requieren de mucho aislamiento, por lo tanto, los requerimientos de precisión son muy altos. El costo de cilindros telescópicos son por consecuencia altos. La extensión del cilindro telescópico siempre comienza con el pistón de superficie más larga. Este pistón genera grandes fuerzas . Los pistones con superficies más pequeñas se activan de acuerdo con sus superficies, hasta que el pistón mas pequeño se extiende. La fuerza del cilindro telescópico disminuye de acuerdo con la superficie del pistón que disminuye. Por otra parte, la extensión de la velocidad se eleva cuando el diámetro del pistón disminuye, si el volumen del pistón permanece constante. Las retracción tiene un orden de reversa: el pistón más pequeño entra primero. El volumen de corriente debe de ser ahorcado para prevenir fuertes impactos en las posiciones finales de los pistones. Los cilindros telescópicos se utilizan por ejemplo en elevaciones hidráulicas y volquetes. La disminución de la fuerza durante la extensión es de baja importancia para los volquetes, ya que se requiere la fuerza mas grande al momento de levantar la tolva y durante la inclinación de la tolva ya esta parcialmente vacía. Por otra parte, al momento de utilizar estos cilindros en elevadores, el pistón mas pequeño debe de ser capaz de generar la fuerza máxima requerida. Existen también cilindros telescópicos de doble función. En ellos, la presión se realiza aplicando presión a la biela sin utilizar fuerzas externas. En este caso, el pistón con la superficie mas grande sale primero. Los cilindros telescópicos, los cuales tiene pistones con las mismas superficies se llaman cilindros telescópicos de marcha balanceada. Ya que la superficie de todos los pasos son iguales, estas salen simultáneamente. Esto previene los impactos de transición entre diferentes pasos.

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2.5.2

Técnica de fluido

Cilindros de doble efecto Los cilindros de doble efecto se utilizan con frecuencia. Estos traen fuerza en ambas direcciones de la elevación. Ambas conexiones de fluido hidráulico pueden ser presurizadas o conectadas el depósito, dependiendo de la dirección de movimiento deseada. Los cilindros hidráulicos pueden generar grandes fuerzas debido a sus grandes presiones de operación. Con el fin de tomar dichas fuerzas la biela del cilindro hidráulico tiene un diámetro más grande que de una de un cilindro neumático con diámetro de pistones comparables. Muchos cilindros hidráulicos tienen una superficie de un pistón dos veces más grande que de un área en forma de anillo en la biela, por lo tanto, la fuerza generada por un cilindro hidráulico al extenderse es dos veces más grande que la fuerza generada al momento de retraerse, si la misma presión fuera aplicada. Los diferentes tamaños de la superficie del pistón hacen el volumen de las cámaras en ambos lados del cilindro también diferentes, por lo tanto, en una corriente de volumen constante, los cilindros se extiende dos veces mas lento que cuando se retrae.

Imagen 51: Cilindro de doble efecto (Imagen: BoschRexroth)

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Una conexión especial permite pasar el fluido hidráulico desde la biela hasta el pistón cuando el cilindro sale. Esto incrementa la velocidad de salida, pero reduce la fuerza generada. Altas velocidades de salida se requieren para la rápida alimentación cuando son suficientes bajas fuerzas generadas. También es posible utilizar las diferencias de superficies para la transformación de presión. Dependiendo del radio entre las superficie del pistón una alta presión correspondiente se genera en el en la cámara de la biela si el fluido hidráulico no fue capaz de salir de la cámara. Tales presiones altas se pueden generar también si el fluido hidráulico que sale de la cámara de biela fue fuertemente estrangulado. Esto se tiene que tomar en consideración al momento de elegir las tuberías y válvulas que conectarán. Los cilindros con una biela unilateral también se les llama pistones diferenciales, debido a la diferencia de tamaños de las superficie de los pistones. Por otra parte los llamados cilindros de marcha similar tienen bielas en ambos lados. Los cilindros de marcha similar tienen superficies de pistón iguales en ambos lados. Por lo tanto, estos generan la misma fuerza en ambas direcciones. La velocidad de movimiento en ambas direcciones es también igual en una determinada corriente de volumen. Algunos cilindros hidráulicos tienen un amortiguador en la posición final, esto previene de fuertes impactos del pistón al llegar a la posición final. El amortiguador de la posición final se utiliza primordialmente cuando se requieren altas fuerzas operacionales o cuando cargas pesadas se tienen que mover y se tiene que disminuir su velocidad al llegar a la posición final. El orificio, el cual dirige el fluido fuera del cilindro se cierra por una parte del pistón un poco antes de llegar a la posición final. Un orificio adicional conectado a una obstrucción ajustable permanece libre, lo que permite ajustar el ahorcamiento. Se instala una válvula de no retorno con la obstrucción paralelamente solo en la dirección deseada. La sección del pistón que cierra el orificio de drenaje libre puede ser apoyado por ranuras u orificios de taladro. Esto previene el inicio inesperado de la estrangulación , pero puede causar un impacto inesperado.

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Técnica de fluido Adicionalmente al cilindro de doble efecto descrito previamente, existen también muchas otras construcciones especiales. Se pueden conectar dos cilindros en orden serial para incrementar la fuerza generada. La longitud total de estos cilindros tándem es casi dos veces mas larga que de un cilindro con una elevación comparable, pero la fuerza es casi el doble en comparación a un cilindro con un pistón del mismo diámetro. Esta construcción se utiliza cuando el diámetro del pistón no pueda exceder un cierto tamaño, mientras que es necesaria una alta fuerza. Los cilindros de movimiento rápido son utilizados cuando se requieren de altas velocidades. Su construcción es similar a la del cilindro telescópico con sólo dos pasos. En la primera parte de la elevación el pistón de moviendo rápido sale , generando una pequeña fuerza y una alta velocidad. Después la elevación de trabajo comienza y se aplica presión a toda la superficie del pistón. Toda la fuerza se saca a una baja velocidad Los cilindros de movimiento rápido se utilizan, por ejemplo, en presas. Las construcciones con un ala giratoria se utilizan para hacer movimientos giratorios. El ala giratoria se monta a un eje y puede ser presurizada por ambos lados. La caja determina la amplitud de los movimientos giratorios. Los valores de movimientos giratorios de hasta 300º son posibles. El cilindro de pistón rotatorio tiene una construcción similar a la de los cilindros giratorios. El pistón tiene uniforma doblada que se mueve dentro de un tubo de cilindro doblado.

2.5.3

Montaje de los cilindros Existen muchos métodos para instalar un cilindro hidráulico. En general el montaje puede ser flexible o inflexible. A los cilindros con un montaje inflexible se les suministra fluido hidráulico por medio de tubos y tuberías, mientras que para los de un montaje flexible se requieren conductos de tubos flexibles. El montaje con pedestal es uno de los métodos de montaje inflexible. Aquí, el cilindro se fija en ambos extremos , sin embargo, un montaje inflexible puede ser llevado a cabo por medio de una falange, la cual se puede montar ya sea del lado de la cabeza del pistón o de lado de la biela. Si el cilindro se utiliza para aplicar fuerza al momento de salir, la falange defería de ser montada del lado de la cabeza del pistón. Por otra parte, la falange se monta favorablemente del lado de la biela, cuando el cilindro debe de generar fuerza al retraerse. Para el montaje flexible se instala un gancho de seguridad al final del cilindro. Al montaje flexible en medio del cilindro se le llama perno central.

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Un ojo giratorio permite los pequeños movimientos de lado además del movimiento giratorio. Un gancho de seguridad o un ojo giratorio puede también ser montados del lado de la biela, sin embargo, el lado de la biela solo puede tener una rosca. Al montar un cilindro con una larga elevación, la biela se puede pandear, en este caso, se debe de calcular la carga de pandeo. La máxima carga se calcula usando el factor 3.5. Con el fin de determinar la carga de pandeo se utilizan las calculaciones de Euler para el pandeo de columnas. El tipo de carga se define de acuerdo al tipo de montaje. La calculación se lleva a cabo para los cilindros y para las bielas conjuntamente. La calculación de cargas de pandeo es múltiple, sin embargo, también se puede llevar a cabo utilizando diagramas apoyados por el fabricante con los datos técnicos.

Imagen 52: Cilindro hidráulico con cabeza de tenedor

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2.5.4

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Motores hidráulicos El principio de construcción de los motores hidráulicos es similar al de las bombas hidráulicas. Algunas veces las bombas pueden ser operadas como motores sin tener que hacerles algún cambio, sin embargo esto no es posible en otras construcciones. Generalmente las bombas no deben de ser operadas como motores , ya que los motores tiene unos cambios estructurales que mejoran su factor de eficiencia. A diferencia que en las bombas, la corriente de volumen que pasa a través del motor se le llama volumen absorbido por giro. Algunos motores hidráulicos tienen un volumen absorbido por giro constante por revolución. La velocidad de rotación de dichos motores puede ser cambiada sólo por medio de la corriente de volumen. En motores con volumen absorbido por giro variable la frecuencia de rotación puede ser también ajustada dentro de un rango amplio. Los motores hidráulicos tienen dos subcategorías: motores de alta velocidad y motores de baja velocidad de acuerdo a la velocidad rotacional. Los motores con una velocidad más baja a 500 revoluciones por minuto pertenecen a la categoría de motores de baja velocidad. Los motores de engranaje soportan grandes frecuencias rotacionales de varios miles de rpm. Estos tienen un volumen absorbido por giro constante y una construcción similar y principios de operación como las bombas de engranaje. Los motores de engranaje tienen una o dos direcciones de rotación. Los motores con dos direcciones de rotación también son llamados reversibles y tienen una estructura simétrica de las juntas internas. Los motores con una sola dirección rotacional tienen una junta de radio de presión fijada por dentro. En este caso , no se permite intercambiar los lados de presión altos y bajos. Para comenzar la rotación se aplica presión a la conexión de presión alta y por consecuencia a los engranajes, generando un par de torción en el eje. El aceite que se fuga se pasa hacia el deposito a través de una conexión separad. Los motores de pistón axial son también similares a las bombas de pistón axial comparable. Aquí también se utiliza el principio de disco oblicuo al igual que el principio del eje inclinado. La frecuencia rotacional y el par de torción pueden ser cambiados ajustando la inclinación. La dirección de rotación también puede ser invertida de la misma forma. Los motores de pistón axial son muy compactos y pueden ser utilizados por ejemplo como mandos de tracción en maquinas de construcción de movimiento lento. Aquí el motor maneja las llantas directamente sin engranajes intermediarios.

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En motores de pistón radial como en las bombas, los pistones pueden ser presurizados internamente o externamente. Si el pistón empuja hacia dentro a la excéntrica se llevará a cabo una elevación por pistón y revolución. En construcción invertida los pistones presionan una caja en forma ondulada desde adentro. Se montan rodillos en las extremidades del pistón con el fin de reducir la fricción. Los pistones generan grandes cantidades de elevaciones por minuto, por lo tanto dichos motores son mas adecuados para frecuencias rotacionales pequeñas. Los motores de pistón radial tienen un volumen absorbido por giro constante. La elevación de los pistones puede ser acortada a la mitad, esto incrementa la frecuencia al doble y disminuye el par de torción generados por el mismo factor. Otro motor de velocidad baja es el Gerotor. Se puede comparar con una bomba de engranaje con dientes internos, en donde el engranaje interno tiene un diente menos que el externo. Cuando la presión se aplica, el engranaje interno se enrolla dando tumbos en el engranaje exterior Un árbol articulado conecta el engranaje interno con el árbol receptor. Una revolución completa del engranaje corresponde a una vuelta completa del árbol receptor.

Imagen 53: Gerotor (Imagen: BoschRexroth)

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Técnica de fluido Los Gerotores son compactos y robustos. Su constante volumen absorbido por giro es alta, lo cual permite generar altos pares de torción a bajas frecuencias rotacionales. Diferentes tipos de manufactura proponen diferentes tipos de motores hidráulicos. Algunas construcciones son similares a las bombas de paleta donde las paletas son presurizadas generando un par de torción. En otras construcciones se utilizan las válvulas rotativas para sellar los espacios entre las paletas.

2.6

Conducto de tubo flexible y tuberías El fluido hidráulico es transportado desde la bomba hasta el consumidor por medio de tuberías rígidas. Los tubos flexibles son utilizados solo para conectar componentes en movimiento. Con el fin de reducir el uso de las tuberías y de los tubos flexibles, diferentes componentes tales como las válvulas pueden estar conectados ente si mismos, lo que se le llama encadenamiento, por este medio el fluido hidráulico corre a través de los orificios de un componente a otro. Las tuberías y los tubos flexibles están deformados por fuerzas externas e internas. Principalmente estos deben de llevar presión que es generada en la bomba, la cual requiere correspondientemente una pared gruesa y estable. Se tiene que tomar en consideración que se pueden generar presiones mas altas que las generadas en la bomba durante la transformación de la presión. La extensión generada por el calor o el oscilamiento aplica una presión adicional a las tuberías por lo tanto se debe de evitar las tenciones. En general cualquier tipo de desviación o cambios de áreas seccionales se deben de prevenir, ya que siempre existen perdidas de presión en dichos lugares. Los orificios de ventilación en lugares altos deben de remover el aire del sistema de tuberías. El promedio de la velocidad de la corriente debe de ser calculado con el fin de determinar el diámetro de la tubería, muchas tuberías deben de pasar el volumen de corriente alimentado por la bomba. En este caso la velocidad de la corriente deberá de estar dentro del rango de 4 hasta 7 m/s. Las velocidades mas altas deberá ser alcanzadas a grandes presiones. Con el fin de prevenir cabitaciones el promedio de la velocidad de la corriente en la tubería de entrada no debe de exceder 1m/s, por lo tanto el diámetro interno de las líneas de entrada es mas largo que las líneas de presión. Las tuberías que regresan al depósito deben de ser apropiadas para una velocidad de corriente de aproximadamente 3m/s.

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Las conexiones separables de las tuberías están fabricadas con tuercas de unión y olivas de racor de tubo. El borde afilado de la arandela de sellado se presiona hacia la tubería formando una conexión a prueba de fugas. Las pestañas son utilizadas con tuberías largas. Las conexiones oscilantes para las tuberías permiten conectar partes rotatorias. Las fuerzas que se desarrollan son absorbidas por un cojinete antifricción, por lo tanto pequeñas fuerzas son suficientes para el movimiento actual. Los tubos flexibles están hechos de hule resistente al aceite con lona o malla de acero , lo que suministra la resistencia requerida para la presión. Los tubos se extienden un poco cuando hay presión, incrementando elasticidad del dispositivo hidráulico. Este efecto es utilizado para humedecer el oscilamiento después de la bombas de engranaje. Los embragues de cierre rápido son utilizados con conexiones de tubos separables. Estas deben de ser desconectadas sólo cuando no se está aplicando presión. Las conexiones de tubo deben de ser construidas sin retorcimiento. Estas no deben de estar torcidas o con succión. Para prevenir una dobleces angostos la manguera debe de colgar de ser posible hacia abajo.

Imagen 54: Montaje correcto de tubos flexibles

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2.7

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Válvulas de control direccional Las transformación de energía de una bomba hacia el mando hidráulico está manejada por diferentes válvulas. Las válvulas de control direccional encienden y apagan los motores hidráulicos o cilindros e invierten la dirección del movimiento. Con el fin de controlar la corriente de volumen y la presión, las válvulas de control direccional deben de conectar o desconectar diferentes tuberías hidráulicas. De acuerdo con el diseño contractivo las válvulas de control direccional pueden ser subdivididas en válvulas de asiento y válvulas de compuerta. Las válvulas de pistón notorio y las válvulas de pistón longitudinal pertenecen a las válvulas de compuerta- Ahora en día las válvulas de pistón longitudinal se utilizan principalmente ya que se pueden controlar por medio de electromagnetos. En las válvulas de pistón longitudinal el pistón se desliza dentro de un tubo de la caja. Dependiendo de la posición de deslice algunos puestos son conectados o bloqueados. Las fuerzas de presión se compensan mutuamente en la corredera de embolo por lo tanto las fuerzas operadoras de la válvulas de pistón son pequeñas. Los electromagnetos en los controles eléctricos, son por consecuencia pequeños. Dependiendo del diseño de la corredera de embolo y de los puertos de la caja se pueden accionar grandes cantidades de corriente.

Imagen 55: Válvulas de asiento (Imagen: BoschRexroth)

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Entre la corredera de émbolo y la caja se encuentra un paso anular , esto hace que las válvulas de pistón no sean totalmente a prueba de fugas. Las válvulas de pistón son muy sensibles a las impurezas finas que llegan al paso anular y puedan generar que la corredera de émbolo se atore. Grandes impurezas pueden causar menores problemas, debido a su gran tamaño estas pasan a través del os puertos abiertos de la válvula. Las válvulas de asiento contienen cuerpos selladores esféricos o en forma de cono. Estos son presionados hacia sus elevaciones por medio de muelles. Se utiliza una un émbolo para empujar el cuerpo sellador al lado contrario de dirección de la fuerza del muelle, lo que permite que la corriente pase. Las presión aplicada siempre debe de actuar en la misma dirección de la fuerza del muelle. El aplicar la presión a la válvula de asiento en la dirección errónea empujará el cuerpo sellador al lado contrario de la fuerza de muelle y por ende la válvula de control direccional no funcionará. La presión aplicada a la válvula en la posición de bloqueo presiona el cuerpo sellador de forma adicional a la fuerza del muelle hacia su centro, esto hace a la válvula de asiento ser a prueba de fugas. Sin embargo las válvulas simples con pocos puertos son utilizadas más que las válvulas de asiento. Ya que no hay movimiento deslizante entre el cuerpo de la válvula y la caja las válvulas de asiento son menos sensibles a las impurezas finas, sin embargo grandes partículas pueden interferir entre el cuerpo sellador y su centro haciendo que la válvula no sea aprueba de fugas.

2.7.1

Descripción de las válvulas de control direccional Las válvulas de control direccional son indicados con números divididos por una diagonal. El número de puertos se encuentra antes de la línea diagonal y después de esta el número de posiciones de cambio. Muchas válvulas de control direccional hidráulicas tienen cuatro puertos y dos o tres posiciones de cambio. Estas están correspondientemente indicadas como 4/2 – o 4/3 - válvula de control direccional. Otras combinaciones también son posibles al bloquear una de las salidas por ejemplo, la 4/2válvula de control direccional se convierte en una 3/2- válvula de control direccional. A diferencia de la neumática aquí los puertos están marcados con letras. El puerto de presión está indicado con la letra P. Las válvulas de control direccional con cuatro puertos tienen dos puertos trabajando, indicados con las letras A y B. La línea de regreso hacia el depósito está indicada con una letra T.

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Técnica de fluido En el símbolo de la válvula de control direccional dos pequeñas cajas indicadas con a y b apuntan a las dos posiciones de cambio. Si existieran tres posiciones de cambio, la posición media es indicada con un cero. La válvula de control direccional puede cambiar empezando desde la posición media hacia una de las otras dos posiciones. La posición de descanso es la posición que la válvula toma cuando esta no es operada. La posición de descanso se indica con caja derecha cuando hay dos posiciones de cambio o con la caja de en medio para tres posiciones de cambio. En la hidráulica las válvulas de control direccional con tres posiciones de cambio son utilizadas con posiciones centrales diferentes. Las posiciones centrales de bloqueo son utilizadas para parar motores o cilindros. En este caso, todas las conexiones están cerradas entre sí. Una bomba contante siempre aplica presión completa. La corriente de volumen pasa a través de la válvula de control de presión de regreso al depósito. Ya que la presión sigue siento aplicada, esta puede ser utilizada por otros consumidores. Por otra parte en la posición central de circulación el puerto de presión está conectado con el puerto del depósito. La bomba alimenta la corriente de volumen casi libre de presión de vuelta al depósito. Ambos puertos de trabajo están bloqueados como en la posición central de bloqueo. La circulación sin presión consume menos energía, lo que se asocia con el bajo calentamiento del fluido hidráulico. Sin embargo no se aplica presión a otros consumidores durante la circulación sin presión. Esto puede ser prevenido conectando varias válvulas con la posición central de circulación en serie, no obstante pueden surgir problemas si muchos consumidores han sido encendidos al mismo tiempo. Otra posición central conecta a tres de los cuatro puertos entre sí. Esto permite aplicar presión a ambos puertos que están trabajando o permite conectarlos con el depósito. Esta es la llamada posición central de asiento. En algunas posiciones centrales los cuatro puertos están conectados entre sí. Las válvulas con más de cuatro puertos permiten más variaciones.

2.7.2

Überdeckung der Schaltstellungen Con el fin de lograr un encendido y apagado rápido de los mandos, las válvulas de control direccional también se tienen que accionar rápidamente, sin embargo la rápida apertura y cerrado conduce a picos de presión en la corriente de volumen. Por lo tanto la cadena de volante tiene bisel muescas. Esto reduce la aceleración de la corriente de volumen causada por accionarla en comparación con la cadena de volante aguda.

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A través del deslizamiento del disco de válvula se abrirán o se bloquearan los diferentes cuerpos de la válvula de control direccional. La secuencia de este procedimiento está indicada con el concepto “Recubrimiento”. En el recubrimiento positivo el disco se mueve bloqueando uno de los puertos antes de que otro puerto se abra. Durante el movimiento del disco todos los puertos están bloqueados por un periodo de tiempo corto. Esto evita que alguna corriente de volumen incontrolada pase a través de la válvula de control direccional. Por otra parte en el recubrimiento negativo todos los puertos están conectados entre sí por un periodo de tiempo corto mientras el disco se mueve. Uno de los puertos se abre brevemente antes de que el otro se bloquee. Esto minimiza los impactos de presión. El recubrimiento nulo requiere de una alta precisión durante la fabricación de la válvula. Por lo tanto los puertos se abren y se bloquean al mismo tiempo. Esto permite usar las ventajas de ambos recubrimientos positivos y negativos. Los diagramas de control son utilizados para la representación gráfica del recubrimiento del disco. El recubrimiento positivo y negativo está representado como una posición central de cambio con una caja adicional pequeña en símbolo de la válvula de control direccional.

Imagen 56: Recubrimiento en el disco de válvula (Imagen: BoschRexroth)

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2.7.3

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Operación de las válvulas de control direccional Dependiendo del campo de uso las válvulas pueden ser operadas manualmente, mecánicamente por maquinas, eléctricamente utilizando bobinas magnéticas, neumáticamente o hidráulicamente. Las válvulas de control direccional pequeñas pueden ser operadas directamente. El control de señal para válvulas más grandes es amplificado por medio de válvulas de control piloto. El control piloto es utilizado principalmente con las válvulas de control direccional operadas eléctricamente. Las válvulas de control direccional operadas manualmente usualmente tienen una palanca. Las válvulas de control direccional con dos posiciones de cambio son cambiadas de regreso con muelles. Para válvulas con tres posiciones de cambio se utilizan muelles para activar la válvula hacia la posición central cuando la válvula no está siendo operada. En las válvulas de control direccional bloqueadoras la posición de cambio seleccionada al último permanece sin ningún cambio cuando la válvula no está siendo operada. Las válvulas de control direccional operadas mecánicamente están apoyadas con un rollo. El rollo es empujado por las partes mecánicas de la máquina tales como levas y discos. Un muelle es utilizado para activad la válvula a su posición de inicio. Las válvulas de control direccional también pueden ser operadas por medio de presión hidráulica o neumática. La presión empuja un pequeño pistón en válvula de control direccional. Una válvula operada hidráulicamente tiene una superficie de pistón más pequeña que una operada neumáticamente ya que las presiones de operación en la hidráulica son considerablemente más altas que en la neumática. Las válvulas de control direccional operadas eléctricamente se utilizan principalmente en sistemas automáticos. Es suficiente con un rollo magnético para las válvulas de control direccional con dos posiciones de cambio. Para tres posiciones de cambio son necesarios dos rollos magnéticos, se utilizan muelles para activar la válvula de regreso o para cambiarla a la posición central. En imanes de corriente continua es independiente de la posición de la ancora, lo que significa que el rollo no se quemará en caso de que el disco de válvula se atore. El accionamiento es ligero debido a largo tiempo de accionamiento al momento se tiene que proveer de un amortiguador de chispas en los contactos al momento de apagar, Los dispositivos de corriente directa tienen una larga vida, estos permiten hacer muchos ciclos operativos. Los imanes de corriente alternante consumen alta corriente al inicio de la elevación. La fuerza de la elevación al inicio de la elevación es más alta que posteriormente. Por lo tanto el tiempo de accionamiento es más corto pero en caso de que el disco de válvula se atore el rollo se puede quemar. Sin embargo no hay necesidad de un amortiguador de chispas.

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El carrete de electroimán húmedo son lavados con fluido hidráulico esto previene la corrosión y disipa el calor. Los imanes se accionan suavemente debido a la fricción del fluido hidráulico. El carrete de electroimán debe de ser estanco. En construcciones secas del carrete de electroimán la varilla del levantamiento la cuál opera el disco de válvula requiere sellamiento. Se requiere de una fuerza más grande para mover la varilla del levantamiento ya que se debe de evitar una alta fricción. En lugares con peligro de explosión se deben de utilizar carretes de electroimán con ciertos requerimientos. Las válvulas de control direccional operadas eléctricamente pueden también ser operadas con operación de soporte manual. Esto permite accionar la válvula sin necesidad de energía eléctrica. La operación de soporte manual debe ser utilizada cuidadosamente para evitar cualquier movimiento no deseado del mando.

Imagen 57: Válvulas de control direccional operadas eléctricamente (Imagen : BoschRexroth)

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2.8

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Válvula de retención Las válvulas de retención bloquen la corriente en una o ambas direcciones. La tubería puede estar completamente bloqueada cuando ambas direcciones de corriente están bloqueadas, lo cual puede ser realizado por ejemplo utilizando una válvula de cierre de bola, por lo tanto dichas válvulas de retención son consideradas para la válvulas de control direccional. Las válvulas de asiento son utilizadas como válvulas de retención que bloquean en una sola dirección. Esta construcción previene cualquier fuga de aceite en la dirección bloqueada. Al mismo tiempo la corriente en otra dirección debe de ser posible y no resistida. Tales válvulas de retención son usualmente llamada válvulas de no retorno. El cuerpo sellador puede ser una bola, un cono o un disco. Un muelle presiona el cuerpo sellador hacia su centro. La fuerza del muelle es relativamente baja ya que se debe de vencer para abrir la válvula del volumen de corriente en la dirección abierta. La presión requerida para abrir al válvula contraria a la fuerza del muelle, varía dependiendo de la construcción y tiene un rango de 0.5 hasta 5.0 bars. En la dirección bloqueada el muelle actúa para mantener la válvula cerrada, sin embargo la fuerza principal se saca por la presión aplicada. La posición de instalación no tiene importancia. Las válvulas de retención sin muelles deben de ser instaladas verticalmente. El cuerpo sellador es arrastrado a la superficie sellada con solo su propio peso. Las válvulas de no retorno son utilizadas para parar la fuga en las válvulas de control direccional con una biela deslizante. Así, se podrá evitar el hundimiento indeseado de cargas. Las válvulas de no retorno conectantes y válvulas de corriente en paralelo permiten realizar el control de corriente en una sola dirección. En la otra dirección la corriente para a través de la válvula de corriente hacia la válvula de no retorno abierta. Las válvulas de no retorno también son utilizadas cuando varias bombas están conectadas entre sí hacia una tubería. Estas previenen que el volumen de corriente fluya de regreso a una de las bombas. Las válvulas de no retorno también pueden ser utilizadas para prevenir el drenaje de tuberías y depósitos. Una construcción especial de la válvula de no retorno está conectada paralelamente con filtros cuando la suciedad del filtro incrementa se crea un alta presión en la entrada del filtro. La válvula de no retorno se abre al contrario de la fuerza del muelle y permite la corriente de volumen pasar a través del filtro. Sin embargo el fluido ya no está filtrado. En ciclos cerrados la válvulas de no retorno son utilizadas para compensación de aceite hidráulico derramado.

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En la mayoría de los casos el estado de bloqueo de la válvulas de no retorno es solamente requerido temporalmente. Por ejemplo si una válvula de no retorno fue utilizada para prevenir un hundimiento indeseado de carga, este debe de ser abierto cuando se desea el hundimiento. En este caso se utilizan válvulas de no retorno no bloqueables. Las válvulas de no retorno son utilizadas en presas hidráulicas como cilindros de relleno previo. Estos pasan grandes cantidades de aceite durante la elevación previa del tanque auxiliar hacia el cilindro de la presa. Durante la carrera de retorno el fluido hidráulico regresa al tanque nuevamente. Las válvulas de relleno previo se cierran durante la operación actual de la presa. El desbloqueo puede ser realizado en muchos casos hidráulicamente. Para desbloquear las válvulas del no retorno se aplica presión a un puerto de control adicional. La presión actúa en un pistón que levanta el cuerpo sellador por medio de un elevador desbloqueando la válvula. Para desbloquear un cilindro de doble función el control de presión en cada lado del cilindro se lleva a través de una línea desde la tubería de entrada hacia el otro lado respectivamente. Para desbloquear las válvulas de no retorno para ambas tuberías de entrada del cilindro de doble función se puede arreglar en una caja.

Imagen 58: Desbloqueo de las válvulas de no retorno (Imagen: BoschRexroth)

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Técnica de fluido Las válvulas de no retorno desbloqueadas pueden ser también atornilladas directamente en los puertos del cilindro. En este caso si un tubo en la tubería de entrada se rompe el cilindro parará. Tal protección de rompimiento de tuberías se requiere por ejemplo en plataformas elevadoras. Las válvulas de retorno desbloqueadas directamente controladas se desbloquean rápidamente abriendo un área seccional grande para la corriente. Esto puede causar impactos de presión o descargas dentro del dispositivo hidráulico. Para prevenir esto se utilizan las válvulas de no retorno desbloqueables con control de piloto. El control de piloto permite abrir un orificio con una pequeña área seccional que cruza. Esto reduce la presión lentamente después la válvula principal con el área seccional se abre. El control piloto hace posible operar la válvulas de no retorno desbloqueables con un control de presión bajo. La válvula de no retorno desbloqueable puede ser operada mecánicamente o eléctricamente. El procedimiento de desbloqueo es el mismo, solo el método de control es diferente. Las válvulas utilizadas para una combinación lógica de señales también pertenece a válvulas de no retorno. En las válvulas de no retorno alternantes se conectan dos válvulas de no retorno hacia un módulo con dos entradas y una salida. También hay un elemento de movimiento libre adentro. Cuando se aplica presión a una de las entradas el elemento de retención bloquea al otro. La presión se aplica a la salida. Si ambas entradas son presurizadas, la presión más alta se aplicará a la salida. Si ambas presiones de entrada fueran iguales, la presión también es aplicada a la salida, a pesar de la posición indefinida del elemento de retención. Este tipo de actuación se indica también como función OR lógica.

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2.9

Válvulas de presión

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Las válvulas de presión mantienen la presión en cierto valor determinado o la reducen hasta este valor. Estas pueden ser utilizadas para apagar o encender ciertos dispositivos hidráulicos dependiendo de la presión aplicada. Las válvulas de presión están divididas en dos tipos fundamentales. Las válvulas delimitadoras de presión normalmente bloquean cuando no se aplica presión. Cuando la presión alcanza los valores deseados o los excede la válvula de abre. Esto permite regular la presión antes que la válvula delimitadora de presión. Por otra parte, la válvula de desahogo de presión permanece abierta cuando no se aplica presión. Esta válvula se cierra solo cuando el valor de la presión ajustada es alcanzado, lo que permite regular la presión después de la válvula.

2.9.1

Válvulas delimitadoras de presión Cada dispositivo hidráulico contiene por lo menos una válvula delimitadora de presión esta puede ser utilizada como válvula de protección en el grupo hidráulico para proteger a la bomba de presiones muy altas. La tubería conectada a esta válvula no debe de ser bloqueable, como la tubería de la válvula delimitadora de presión conectada al tanque.

Imagen 59: Válvulas delimitadoras de presión de acción directa (Imagen: BoschRexroth)

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Técnica de fluido Si no existiera un consumo de la corriente de volumen producida por el grupo hidráulico con un bombeo constante, toda la corriente de volumen alimentada por la bomba deberá pasar a través de la válvula delimitadora de presión de vuelta al depósito. La energía de presión generada por la bomba es transformada en calor. La válvula delimitadora de presión sigue manteniendo la presión dentro del dispositivo en el valor establecido. Las válvulas delimitadoras de presión pequeñas están operadas directamente. Aquí las construcciones de la válvula de asiento y la válvula de compuerta son posibles. En ambas construcciones la presión actúa en la superficie, la cual es empujada por la fuerza del muelle en la dirección opuesta. La válvula se abre cuando la fuerza de presión excede a la fuerza del muelle. El ajustar la fuerza del muelle permite instalar diferentes valores de apertura de presión. Utilizando un embolo de humedecimiento previene al cuerpo de la válvula de oscilamiento. La ventaja de la válvula de asiento consiste en la rápida apertura con una gran superficie transversal y un bloque rápido. Por otra parte, las válvulas de compuerta permiten un control fino y sensible debido a los agujeros en la compuerta que abren una pequeña superficie transversal para el volumen de corriente principalmente. Las válvulas delimitadoras de presión operadas directamente requieren muelles más poderosos para sus valores de volumen de corriente más grandes. En consecuencia se requieren construcciones de válvula más grandes y fuerzas de accionamiento más altas, por lo tanto las válvulas delimitadoras de presión con un control piloto son utilizadas para valores de volumen de corriente más grande. Las válvulas delimitadoras de presión con control piloto consisten de una válvula principal y una válvula de control piloto. El cuerpo principal de la válvula se presuriza en un lugar preciso. Una pequeña reducción pasa la presión al lugar opuesto de tal forma que las fuerzas de presión en ambos lados se compensen mutuamente. La válvula permanece cerrada por medio de un muelle. Ya que las fuerzas de presión en la válvula bloqueadora se compensan entre sí, la fuerza requerida del muelle es pequeña. Una válvula delimitadora de presión controlada directamente se utiliza para limitar la presión del lado del muelle de la válvula principal. Esta válvula de control piloto se abre cuando la presión excede el valor ajustado. La corriente de volumen que puede pasar a través de la reducción está limitada, por lo tanto la presión del lado de la reducción disminuye. La diferencia de la presión resultante desliza el cuerpo de la válvula y la válvula se abre.

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El fluido hidráulico que pasa a través de la válvula de control piloto puede fluir de regreso hacia el tanque con la corriente de regreso principal de la válvula principal. Sin embargo se puede generar presión en esta tubería, lo que cambiará la presión piloto ajustada. Para prevenir que esto pase el volumen de corriente de la válvula de control piloto debe de regresar al tanque por separado. En muchas válvulas delimitadoras de presión la tubería de regreso puede ser implementada en diferentes formas dependiendo del método de instalación del tapón. En un remoto sistema de control las válvulas de control piloto se instalan en un lugar separado lejos de la válvula principal. Esto permite instalar la válvula principal cerca del dispositivo hidráulico, mientras que la válvula de control piloto puede ser fácil acceso por el operador. Ambas válvulas están conectadas por tuberías con una pequeña área seccional. El conectar una válvula de control direccional de forma paralela con la válvula de control piloto permite disminuir el control de presión cuando la válvula de control direccional se abre. En este caso la válvula principal también se abre. Esto se puede utilizar por ejemplo para cambiar a una circulación sin presión por medio de una válvula de control direccional pequeña. Al utilizar bombas constantes se permite alimentar el fluido hidráulico devuelta al tanque sin necesidad de consumir mucha energía cuando la presión ya no es requerida.

Imagen 60: Válvula reguladora de presión por piloto (Imagen: BoschRexroth)

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Técnica de fluido Conectar varias válvulas de control piloto con diferentes controles de presión paralelamente permite ajustar diferentes presiones en la válvula principal. Aquí las válvulas de control piloto también son encendidas y apagadas usando una válvula de control direccional pequeña. Es fundamentalmente posible controlar varias válvulas principales al mismo tiempo por medio de una válvula de control piloto. Sin embargo las válvulas principales que interactúan pueden comenzar a oscilar. Las válvulas delimitadoras de presión pueden también ejercer otras funciones además de la limitación de presión. Tales válvulas tienen una construcción similar a las válvulas delimitadoras de presión pero están indicadas de forma diferente. La válvula de frenado es una válvula de presión, que guarda el aceite hidráulico que fluye de regreso de un cilindro bajo presión. El fluido hidráulico requiere una cierta presión para comenzar a fluir fuera del cilindro, por lo tanto el pistón se presuriza por ambos lados. Este estado se le llama “ocupación hidráulica”. La ocupación hidráulica del pistón se utiliza especialmente cuando las cargas deben de ser jaladas con la biela, esto previene cualquier movimiento bien controlado del cilindro. Una válvula de oposición de resistencia debe de ser conectada paralelamente a una válvula de frenado con el fin de permitir al fluido hidráulico fluir libremente en la dirección opuesta pasando a través de la válvula de presión. Algunas válvulas de frenado también se pueden accionar. Esto permite encenderlas cuando es requerido y reducen la perdida de energía, la cual resulta al superar la presión contraria. Las válvulas de presión, las cuales aplican la presión a una parte más lejana después que cierto valor de presión es alcanzado, son también son conocidas como válvulas de secuencia. Por ejemplo un cilindro de alimentación sale sólo cuando se ha generado suficiente presión en un cilindro de tención y la fuerza de tención deseada se ha alcanzado. Una válvula secuencial también se conecta en forma paralela con las formas secuenciales para prevenir el flujo en la dirección opuesta. Las válvulas de secuencia pueden ser también apagadas por medio de un puerto de control separado. Estas válvulas de secuencia controlada externamente operan de igual forma que las 2/2- válvulas de control direccional pero el control de presión requerida para el cambio es ajustable en la válvulas secuenciales. En las válvulas secuenciales auto dirigidas el control de presión es bifurcado de la línea de entrada de la válvula secuencia.

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Técnica de fluido

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Las válvulas de desconexión de presión son similares a las válvulas de presión secuencial. Estas pueden ser utilizadas en presas, en donde dos bombas pueden ser utilizadas para generar una corriente de volumen común utilizada para mover los cilindros de una presa. Una de las bombas alimenta un gran volumen de corriente con baja presión, mientras que la otra alimenta un pequeño volumen de corriente con alta presión. Para alcanzar un rápido movimiento de alimentación ambas bombas alimenta al mismo tiempo al inicio. Cuando la presa encuentra resistencia se genera alta presión en la línea de entrada del cilindro. La válvula de presión secuencial cambia el volumen de la bomba con grandes volúmenes de presión en circulación sin presión. El volumen de corriente es ahora alimentado para presionar sólo desde la bomba de alta presión con un pequeño volumen de corriente. Un acoplamiento similar es utilizado para el llenado de acumuladores hidráulicos. Si la presión de llenado deseada del acumulador es alcanzada, la válvula de desconexión de presión cambia la bomba a una circulación sin presión. Una válvula de no retorno se utiliza para prevenir que el fluido hidráulico se fugue del acumulador.

2.9.2

Válvulas de desahogo de presión Las válvulas de desahogo de presión son utilizadas para suministrar una parte del dispositivo hidráulico con presión reducida, lo que significa que no hay necesidad de utilizar otra bomba para generar una presión reducida. Las válvulas de desahogo de presión pequeñas también son controladas directamente y aquellas utilizadas para grandes valores de volumen de corriente tienen un control piloto. El principio de construcción es el mismo que las válvulas de compuerta. Se requiere de un solo drenaje para el aceite que se fuga. El aceite que se fuga no puede ser alimentado al volumen de corriente principal porque las tuberías están presurizadas antes y después de la válvula. Las válvulas de desahogo de presión requieren presión en la entrada, la cual tiene que ser más alta que la presión ajustada. No está permitido que la presión de salida exceda a la presión de entrada aplicada a la válvula de deshago de presión. Si la presión de entrada fue más baja que el valor ajustado, este será totalmente aplicado en la salida. Las válvulas de desahogo de presión directamente aplicadas tienen una válvula de compuerta. La presión de salida es aplicada a una de estas compuertas. En la dirección opuesta de un muelle ajustable se aplica. Cuando la fuerza de presión es baja, el muelle mantiene a la válvula abierta. La válvula se bloquea sólo cuando la presión se eleva al valor ajustado y vence a la fuerza del muelle.

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Minos

Técnica de fluido En las válvulas de desahogo de presión con control piloto la presión de salida también es aplicada a un lado de la válvula de compuesta a través de una reducción. Ya que ambas fuerzas de presión se compensan mutuamente, una pequeña fuerza de muelle es suficiente para mantener la válvula abierta en una condición sin presión. Una pequeña válvula delimitadora de presión se utiliza como válvula de control piloto. Esta limita la presión dentro del espacio que contiene el muelle. Una vez que la presión ajustada es excedida, la válvula delimitadora de presión se abre. Debido a que la presión de salida sigue siendo aplicada a la válvula de compuerta, la válvula principal permanece bloqueada y la presión que se encuentra después de la válvula de desahogo de presión no puede levarse. Las válvulas de desahogo de presión están divididas fundamentalmente en construcciones 2-direcciónal y 3- direccional. En la 2- construcción direccional, la presión en la salida de la válvula se reduce primero. Si la presión continúa elevándose debido a influencias externas, esta no será posible de reducirse. En las 3-construcciones direccionales hay una conexión direccional al tanque, lo que permite reducir la presión de salida alta, por esto la válvula de desahogo de presión funciona como una válvula delimitadora de presión adicional para la presión de salida.

Imagen 61: 2.-direccional válvula de desahogo (Imagen: BoschRexroth)

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Técnica de fluido

2.10

Válvulas reguladoras de caudal

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Las válvulas reguladoras de caudal influencian el volumen de corriente, esto permite cambiar la velocidad de los cilindros o motores hidráulicos. Una ventaja en la hidráulica es el cambio sin niveles del volumen de corriente y con ello la velocidad. Por otro parte una desventaja en reducir el volumen de corriente es que una parte de la energía de presión se transforma en calor, esto incrementa la temperatura del fluido hidráulico. Las válvulas reguladoras de caudal tienen una construcción simple. A pesar de las pérdidas de energía causadas por diminución del volumen de corriente, estas válvulas se usan frecuentemente. No obstante el volumen de corriente puede ser también influenciado utilizando bombas ajustables. Las bombas con una alimentación de volumen constante producen cierto volumen de corriente. Si el consumidor requiere una velocidad baja, entonces se utiliza una válvula reguladora de caudal para dividir el volumen de corriente. La parte no requerida del volumen de corriente puede ya sea pasar a través de la válvula reguladora de caudal del grupo hidráulico directamente al depósito o la válvula reguladora de caudal direcciona esta parte ahí. Las válvulas reguladoras de caudal más importantes son las válvulas de estrangulación y las válvulas reguladoras de corriente. Las válvulas de estrangulación tienen una construcción simple, pero el volumen de corriente ajustado cambia si la presión que se encuentra antes y después de la reducción, son diferentes. Las válvulas reguladoras de corriente balancean las diferencias de presión y mantienen el volumen de corriente constante. Las válvulas reguladoras de corriente también tienen una reducción. Cuando la temperatura de un fluido hidráulico cambia también cambia su viscosidad los que influencia el trabajo de la reducción. Por lo tanto el diseño constructivo debe de ser seleccionado de tal forma que influencia de la diferencia de los valores de viscosidad sea lo más pequeña posible. Además las reguladoras de corriente también son tomadas como válvulas reguladoras de corriente. Estas Son utilizadas normalmente para dividir el volumen de corriente en corrientes parciales iguales. Por ejemplo, esta puede ser utilizada para hacer una extensión sincronizada de ambas cilindros independientemente de sus cargas.

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Minos

Técnica de fluido

2.10.1 Válvulas de estrangulación El volumen de corriente pasa a través de una sección angosta en la válvula de estrangulación. El valor del volumen de corriente depende de las presiones que se encuentran antes y después de la reducción, además del área transversal del la restricción y de la viscosidad de fluidos. Entre más alta sea la diferencia de presión y más baja sea la viscosidad del fluido, más grande será el volumen de corriente. Las reducciones constantes tienen un área transversal constante de área de restricción- Tales reducciones constantes son utilizadas en diferentes componentes hidráulicos. Dependiendo de la construcción, la restricción puede ser larga y en forma de tubo o corta como un orificio. La restricción en una reducción tiene área circular, la cual reduce la influencia de la viscosidad al momento de la estrangulación. La forma circular tiene el valor de radio más grande del área hacia la circunferencia. Entre más grande sea el área de restricción más alta será la dependencia de la viscosidad. Por ende se utilizan con frecuencia los orificios. El ensuciamiento de las reducciones tiene que ser evitado de ser posible.

Imagen 62: Válvulas de estrangulación (Imagen: BoschRexroth)

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Técnica de fluido

Minos

En las válvulas de estrangulación ajustables se utilizan las reducciones de tipo de aguja. La aguja en forma de cono cierra parcialmente la apertura circular dejando el área en forma de anillo abierta. Es difícil un pequeño ajuste de la reducción con una pequeña apertura a pesar del área circular. La pequeña apertura también es más susceptible de ensuciarse. Usando una sección transversal triangular permite un ajuste fino a la reducción utilizando un embolo que se desliza con una muesca para pestillo. El peligro de ensuciamiento es considerablemente bajo. Tales construcciones también son llamadas obstrucciones finas. También son utilizadas secciones rectangulares. Las reducciones disminuyen la corriente de volumen en ambas direcciones. Cuando se requiere una estrangulación en una sola dirección se conecta una válvula de no retorno en forma paralela a la obstrucción. Esta combinación se llama válvula de no retorno de estrangulación. Las reducciones también son utilizadas para cambiar los cilindros de alimentación rápida a un ciclo de operación, aquí las reducciones son operadas mecánicamente y accionadas por medio de poleas de seguimiento. No existe un cambio repentino para una velocidad baja como al usar las válvulas de control direccional. Si la fuerza generada por un cilindro que sale con una entrada estrangulada aumenta, la presión que se encuentra antes del cilindro se eleva. La diferencia de presión en la reducción disminuye y el volumen de corriente disminuye. Si tal velocidad cambia a causa de cargas variables deben de ser evitados entonces las reducciones no tienen que ser utilizadas.

2.10.2 Válvulas controladoras de corriente Las válvulas controladoras de corriente previenen los cambios de volumen de corriente cuando la carga del mando cambia. Estas válvulas tienen solo una dirección de corriente, por lo tanto se tiene que conectar siempre de forma paralela una válvula de no retorno. Si la válvula de control de corriente debe de trabajar en ambas direcciones se tiene que utilizar un montaje rectificador con cuatro válvulas de no retorno. Las válvulas de control de corriente también tienen reducciones ajustables, estas están ajustadas como reducciones de medición. También hay una regulación de reducción en movimiento dentro de las válvulas de control de corriente el cual es llamado compensador de presión. En 2-válvulas de control de flujo direccionales las reducciones de medición y regulación están ordenadas una tras otra en la 3-construcciones direccionales las construcciones está conectadas paralelamente.

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Minos

Técnica de fluido El orden de las reducciones de medición y de las reducciones de regulación no de importancia en las 2- válvulas de control de corriente direccional. La reducción de regulación permanece abierta hasta que no se presente volumen de corriente. Cuando una corriente pasa a través de la válvula de control de corriente, se genera una diferencia de presión en la reducción de medición. Las presiones que se encuentran antes y después de la reducción de medición son aplicadas a la superficie frontal de la reducción de regulación. Ya que ambas superficies de la reducción de regulación son iguales y la presión después de la reducción de medición es un poco más baja, la fuerza faltante es compensada con un muelle en la reducción de regulación. La presión se cae en la reducción de medición hasta cantidades de aproximadamente 6 a 8 bars. Dependiendo de las condiciones de operación la presión también es parcialmente disminuida en la reducción de regulación. Si se tiene que generar una fuerza más grande, la presión después de la reducción de medición también se elevará. Esta presión actúa en el lado frontal de la reducción de regulación incrementando el área transversal de su apertura lo cual reduce el ahorcamiento a través de la regulación de la misma. Con consecuencia la presión que se encuentra antes de la reducción de medición se eleva y la diferencia de presión regresa a su valor previo al cambio. Una diferencia de presión constante en la reducción de medición significa un volumen de corriente constante a pesar del cambio en las condiciones de operación. Un caso especial es cuando el volumen de corriente es apagado. La reducción de regulación está inicialmente abierta, se necesita de un corto tiempo hasta que esta alcance su posición de trabajo. Esto causa un salto de inicio del cilindro en operación y puede ser representado empujando la reducción de regulación mecánicamente lo cual la hace abrirse completamente. En una 3-válvula de control de flujo direccional la diferencia de presión en la reducción de medición también es aplicada a los lados frontales de la reducción de regulación. El volumen de corriente excesivo se lleva de regreso al tanque a través de una conexión tradicional. La que 3- válvula de control de corriente direccional divide la corriente, no hay necesidad de alimentar el volumen de corriente de regreso al tanque a través de una válvula de control de presión. La bomba sólo debe generar la presión requerida por el mando y la válvula de control de presión, esto reduce el calentamiento del fluido hidráulico. Las 3-válvulas de control de corriente direccional pueden ser instaladas sólo en la entrada del consumidor. Es posible conectar varias 3-válvulas de control de corriente direccional en forma paralela.

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Técnica de fluido

Minos

2.10.3 Divisor de corriente Los divisores de corriente son utilizados para la repartición del volumen de corriente, usualmente en dos corrientes parciales iguales. Esto permite una operación sincronizada de varios consumidores con diferentes cargas. Un pistón de regulación en el divisor de corriente normalmente toma al pistón medio. Aquí las presiones de salida son aplicadas a ambos lados frontales del pistón de regulación. Un incremento en una de las presiones de salida desliza al pistón de regulación, esto incrementa la apertura hacia la salida con la presión más alta y disminuye la otra apertura, balanceando las corrientes de volumen nuevamente. Es posible dividir el volumen de corriente por medio de dos motores hidráulicos, los motores deben de tener el mismo volumen de succión y deben de estar conectados con el eje mecánicamente. El volumen de corriente está dividido en dos corrientes parciales iguales al ser aplicado a los motores hidráulicos. También es posible dividir el volumen de corriente usando varias 2- válvulas de control de corriente direccional.

Imagen 63: 2-válvulas de contro de corriente (Imagen: BoschRexroth)

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Minos

2.11

Técnica de fluido

Acumulador hidráulico IA diferencia de los gases es casi imposible comprimir fluidos. El vaciar un fluido presurizado en un contenedor no permite guardar energía. Con el fin de sacar el fluido presurizado del contenedor nuevamente se requiere de una fuerza adicional. Algunas veces se utilizan gases para aplicar presión a los fluidos, aquí se tiene que utilizar un separador para prevenir la mezcla de ambos medios. Para ello se puede utilizar un diafragma o un pistón. También se puede utilizar la fuerza del muelle o el peso de un cuerpo para aplicar fuerza al fluido, de este modo el fluido hidráulico también está separado de su entorno por medio de un pistón de movimiento libre. El pistón sin una biela se mueve adentro de una carcasa cilíndrica. La contra reacción está generada con una gran carga acorde. Este acumulador debe de ser instalado verticalmente. La instalación vertical no es necesaria cuando la contra reacción se genera con un muelle mecánico, sin embargo tales acumuladores son raramente utilizados.

2.11.1 Funciones de un acumulador hidráulico Las bombas de un dispositivo hidráulico alimentan cierto volumen de corriente de acuerdo a su diseño. Si el dispositivo requiere una corriente de volumen más grande por un periodo de tiempo corto las bombas deben de ser capaces de generarlo incluso si este volumen de corriente no será requerido después. Para seguir utilizando una bomba más pequeña se llena un acumulador mientras la demanda de volumen de corriente es baja. Si se necesita un volumen de corriente más grande por un periodo corto la demanda adicional se cubre por el acumulador. Una bomba pequeña consume menos energía. También el calentamiento del fluido hidráulico es más bajo. Otra posibilidad para llenar el acumulador hidráulico consiste en usar un motor hidráulico como recurso de energía. Los acumuladores hidráulicos también son utilizados para mantener presión en el dispositivo o en algunas de sus partes constantemente por mucho tiempo. Al tensar una pieza de trabajo las bombas no deben de generar presión todo el tiempo. Fugas posibles se pueden compensar con fluidos hidráulicos que se encuentran almacenados en el acumulador.

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Técnica de fluido

Minos

Los acumuladores hidráulicos son también utilizados para suministrar fluido hidráulico cuando es requerido en casos de emergencia, tales como fallos de energía, esto permite al dispositivo hidráulico seguir trabajando por cierto tiempo. Incluso cuando la alimentación de la bomba para, los cilindros pueden seguir funcionando. Algunas bombas producen pulsaciones en el volumen de corriente. El cambio rápido de las válvulas también causa una aceleración repentina o una desaceleración del fluido hidráulico. Los acumuladores de presión absorben y debilitan estos impactos de presión y pulsaciones. Los acumuladores hidráulicos también pueden ser utilizados como muelles hidráulicos esto permite mantener cuerdas y cadenas apretadas. Los acumuladores hidráulicos balancean los cambios de temperatura en sistemas cerrados y compensan los cambios del volumen de fluido hidráulico.

2.11.2 Acumulador de pistón Un acumulador de pistón consiste de un pistón sin biela, el cual se desliza dentro de un tubo cilíndrico. El pistón separa el fluido hidráulico del gas que se encuentra del otro lado del pistón. El acumulador en forma de cilindro tiene dos puertos en cada lado frontal. Un puerto pasa el fluido hidráulico hacia dentro y hacia fuera. Al otro puerto se le aplica gas el cual es utilizado para rellenar. Se puede instalar un depósito de gas adicional. El gas utilizado excepcionalmente es el nitrógeno. Los acumuladores de pistón deben de ser de preferencia instalados verticalmente. En este caso el puerto de fluido hidráulico se encuentra en la parte inferior. Esto previene que impurezas se depositen en el pistón lo cual causa erosión en las paredes. Al momento de llenar el acumulador, el pistón se desliza comprimiendo al gas. Por otra parte cuando el fluido debe de ser alimentado en el sistema el gas empuja al pistón y al fluido de vuelta. Al deslizar el pistón su inercia en suma con la fricción deben debe ser superada por lo tanto pequeños volúmenes de corriente pueden causar un desfase del pistón. Esto puede ser prevenido mediante un tratamiento fino de la superficie interna del cilindro.

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Minos

Técnica de fluido Los acumuladores de pistón son apropiados para altas presiones y grandes valores de volumen de corriente, en muchas construcciones la posición del pistón y consecuentemente el nivel de fluido es monitoreado por medio de una biela. Esto permite regular el cambio de bombas. Los acumuladores de pistón son más costosos que otros acumuladores hidráulicos debido a su tratamiento fino requerido.

2.11.3 Acumuladores de membrana y acumuladores de diafragma Un acumulador de membrana consiste en un contenedor cilíndrico, los lados frontales son redondos. Dentro del contenedor hay una membrana elástica llena de nitrógeno. La membrana encaja en las paredes internas del acumulador siempre y cuando el acumulador esté vacio. Al momento de llenar el contenedor con fluido hidráulico la membrana y el gas que se encuentran dentro están comprimidos. El volumen de la membrana se reduce y el fluido puede entrar dentro del contenedor. La membrana se extiende cuando el fluido se alimenta hacia afuera del acumulador.

Imagen 64: Acumulador de diafragma (Imagen: BoschRexroth)

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Técnica de fluido

Minos

El puerto de fluido hidráulico es protegido con un mecanismo especial. Este previene que la membrana se extienda dentro de la conexión del fluido. La membrana tiene su propio puerto utilizado para llenarla con nitrógeno. La fricción que resulta durante el cambio de volumen de membrana en muy bajo, la masa de la membrana también es pequeña, por lo tanto la influencia de la inercia al momento de llenar y de vaciar puede ser ignorado. Las acumulaciones de la membrana están usualmente instaladas en una posición vertical. El puerto de presión está colocado en la parte inferior. El volumen máximo acumulable es aproximadamente la mitad del contenedor. Los acumuladores de diafragma son similares a los acumuladores de membrana. Aquí el fluido se separa el nitrógeno por medio de un diafragma, en cual divide el contenedor en dos sectores. El acumulador de diafragma tiene una forma esférica o ligeramente cilíndrica. El diafragma se instala aproximadamente en medio del contenedor. Dependiendo del nivel llenado el diafragma se extiende hacia un lado u el otro. La posición de instalación del acumulador es opcional. Los acumuladores de diafragma son utilizados principalmente para el almacenamiento de pequeños volúmenes.

2.11.4 Relleno de gas presurizado en acumuladores hidráulicos Los acumuladores hidráulicos de gas presurizado siempre están rellenos con nitrógeno. Otros gases tales como el aire y el oxigeno son ¡explosivos!. La cantidad de gas no cambia durante la operación normal de un acumulador hidráulico las fugas de nitrógeno son muy bajas. La presión del gas debe de ser probada antes de comenzar la operación y después de cada mantenimiento. Al liberar los acumuladores hidráulicos la presión del gas puede ser muy baja. La presión del gas en un acumulador vacio está indicada como presión en carga. El fluido hidráulico debe de tener una presión mínima igual a la presión en carga con el fin de acceder al acumulador. La presión de carga puede ser calculada por el contenedor de relleno y luego este volumen debe de ser nuevamente lentamente vaciado. La presión del fluido hidráulico cae lentamente hasta que una caída repentina pasa. En este momento la apertura de alimentación es cerrada por la membrana y el diafragma, y el fluido ya no puede salir del acumulador. El valor de presión antes de la caída repentina corresponde a la presión de carga. La presión mínima de operación del acumulador hidráulico debe permitir permanecer en el contenedor a aproximadamente 10% del fluido hidráulico. Esto previene la interferencia de la válvula de ser accionada por la membrana o el diafragma.

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Minos

Técnica de fluido Al momento de rellenar, el acumulador eleva su presión debido a la comprensión del gas por lo tanto la presión requerida par mas relleno también se eleva. Esto permite calcular la presión máxima operadora de la bomba. El volumen de fluido hidráulico útil es determinado por medio de la diferencia entre los niveles de relleno del acumulador en la presión operadora mínima y máxima. Si la diferencia de presión fue baja, el volumen del gas puede incrementar usando un contenedor adicional. Esto reduce el incremento de la presión al momento de rellenar el acumulador permite incrementar el nivel de relleno. El relleno o el vacio rápido del contenedor, puede cambiar el volumen del fluido útil. En este caso el volumen del gas al igual que su temperatura cambia. Esto debe ser tomado en consideración al momento de seleccionar un acumulador. Los acumuladores hidráulicos con relleno de gas son considerados como contenedores de presión. Por lo tanto se requiere de un manómetro para monitorear la presión operada. También se deberían de utilizar una válvula de seguridad o una válvula reguladora de presión. La conexión de estas válvulas no debe de ser desbloqueable en Alemania existe una regulación especial para contenedores de presión. De acuerdo a esta regulación el acumulador debe de ser revisado regularmente. Por lo tanto este debe de ser instalado con precisión y firmeza en un buen lugar accesible.

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Mecatrónica Módulo 4: Accionamiento y mandos eléctricos Libro de Texto (Concepto) Matthias Römer Universidad Técnica de Chemnitz, Alemania

www.minos-mechatronic.eu

Accionamientos y mandos eléctricos Minos Índice 1 Fundamentos de la Electrotécnia

1.1 Introducción 1.1.1 Áreas de aplicación de la Electrotécnia 1.1.2 Tecnología energética o técnica de propulsión 1.1.3 Automatización 1.1.4 Electrónica 1.1.5 Ingeniería de Telecomunicaciones 1.1.6 Historia de la electrotecnia

7 8 8 9 10 10 11

1.2 Tensión, corriente y resistencia 1.2.1 Carga eléctrica y tensión 1.2.2 Intensidad de corriente eléctrica 1.2.3 La resistencia eléctrica 1.2.4 Resistencia eléctrica específica o resistividad

14 14 17 19 20

1.3 Potencia eléctrica y trabajo

1.4 Circuitos eléctricos 1.4.1 Circuito en serie y en paralelo 1.4.2 Conexión de aparatos de medición

22 24 27

1.5 Tensión continua

1.6 Tensión alterna 1.6.1 Cargas inductivas y capacitivas

30 32

1.7 Representación de circuitos eléctricos 1.7.1 Dispositivos eléctricos 1.7.2 Diagramas electrónicos

36 36 38

1.8 Componentes eléctricos 1.8.1 Interruptores y pulsadores 1.8.2 Botón pulsador de fin de carrera 1.8.3 Interruptores a presión o presostatos 1.8.4 Alarmas 1.8.5 Relés y contactores

42 42 46 49 50 52

1.9 Circuitos comunes sencillos 1.9.1 Autoretención eléctrica 1.9.2 Sistemas de control secuencial 1.9.3 Diagramas eléctricos para neumática e hidráulica

54 54 55 56

1.10 Tipos de protección

Accionamientos y mandos eléctricos Minos

2 Controlador lógico programable

2.1 Introducción61 2.1.1 Historia del PLC 2.1.2 Comparación entre el PLC y el controlador de lógica cableada WLC 2.1.3 Ventajas y desventajas del PLC

62 64 65

2.2 Estructura del PLC 2.2.1 Elementos del PLC 2.2.2 Función del PLC 2.2.3 Proceso de programación del PLC

66 66 70 72

2.3 Fundamentos de la técnica digital 2.3.1 Bit y Byte 2.3.2 SIstemas numéricos 2.3.3 Sistema binario 2.3.4 Sistema hexadecimal 2.3.5 Código binario decimal BDC 2.3.6 Los números enteros 2.3.7 Números con coma flotante

73 74 75 75 77 78 80 81

2.4 Relaciones binarias 2.4.1 La conexión Y 2.4.2 Conexión O 2.4.3 Negación 2.4.4 Afirmación 2.4.5 Puerta NAND (NO-Y) 2.4.6 PUERTA NO-O 2.4.7 Inhibición 2.4.8 Impicación 2.4.9 Equivalencia 2.4.10 Puerta exclusiva O 2.4.11 Memorias 2.4.12 Álgebra booleana

82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 95

2.5 Programación de un PLC 2.5.1 Programación estructurada 2.5.2 Declaración de variables 2.5.3 Las intrucciones 2.5.4 Lista de instrucciones AWL 2.5.5 Lenguaje Ladder 2.5.6 Lenguaje de módulo de funciones FBs 2.5.7 Lenguaje de bloques secuenciales 2.5.8 Texto estructurado ST 2.5.9 Temporizador 2.5.10 Contadores 2.5.11 Memorias 2.5.12 El secuenciador

97 97 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109

Accionamientos y mandos eléctricos Minos

3 Accionamiento eléctrico

110

3.1 Introducción

110

3.2 Campos eléctricos y magnéticos 3.2.1 El campo eléctrico 3.2.2 El campo magnético 3.2.3 Inducción

111 111 114 116

3.3 Fundamentos de la alimentación de corriente 3.3.1 La producción de energía eléctrica 3.3.2 Transporte de corriente y distribución

118 118 119

3.4 Transformadores 3.4.1 Transformador ideal 3.4.2 El transformador real

120 120 122

3.5 Máquinas eléctricas de rotación 3.5.1 Introducción 3.5.2 Máquinas de campo giratorio 3.5.3 El par de giro y la potencia

124 124 125 126

3.6 Motores asíncronos 3.6.1 Rotor en jaula de ardilla 3.6.2 Motores en jaula de ardilla con corriente monofásica

127 128 129

3.7 Motores con convertidores de corriente 3.7.1 Interruptores de motores de CC 3.7.2 Motores universales 3.7.3 Fallos en los motores con convertidores de corriente

131 133 136 137

3.8 Otros motores 3.8.1 Motores sincrónicos 3.8.2 Los motores paso a paso

138 138 140

3.9 Control de motores de campo giratorio 3.9.1 Interruptores de arranque en motores trifásicos 3.9.2 Control de maquinaria con convertidores

142 143 148

3.10 El guardamotor 3.10.1 Tipos de aislamiento 3.10.2 Modos de funcionamiento

150 152 153

3.11 Seguridad de funcionamiento 3.11.1 Medidas de protección 3.11.2 Método de protección contra errores 3.11.3 Compatibilidad electromagnética CEM

154 155 156 157

Accionamientos y mandos eléctricos

Fundamentos de la Electrotecnia

1.1

Introducción

Minos

La electrotecnia se ocupa del conjunto de las aplicaciones técnicas, en las que se utiliza fuentes de corriente eléctrica, al igual que características de campos eléctricos y magnéticos. Este apartado también abarca la producción de energía eléctrica, su correspondiente transmisión y consumo. En este caso la energía eléctrica no se emplea únicamente en la puesta en marcha de máquinas, sino también en el campo de la técnica de medición, control y medición. La energía eléctrica se utiliza además en ordenadores y en la transmisioón en el sector de telecomunicaciones. El empleo de energía en instalaciones y maquinaria es imprescindible. Además, para los mecatrónicos supone toda una ventaja disponer de conocimientos básicos de electrotecnia. a esto va unido la comprensión de diagramas eléctricos. En diversas piezas para producción nos podemos topar con diferentes formas de energía. Por ejemplo, una gran variedad de válvulas se activan mediante energía, aunque estos mandos mecánicos se controlan mediante sistemas líquidos o de gas. En general, podemos decir que la tensión sobre 50 V de tensión alterna o 120 V de tensión continua pueden ser muy peligrosas. Debemos tener en todo momento extrema precaución ya que se podrían peder vidas. Si queremos trabajar con tensiones que suponen tal peligro se necesita una formación específica y una autorización. Trabajar con pequeño voltaje puede hacerlo cualquiera. Los intentos prácticos en la formación serán trabajados con 24V.

Minos

1.1.1

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Áreas de aplicación de la Electrotecnia La clasificación típica de la Electrotecnia contaba con la técnica de corriente de fuerza y corriente débil. La técnica de corriente de fuerza se conoce hoy en día como tecnología energética o técnica de propulsión. La técnica de corriente débil se ha desarrollado en el campo de la telecomunicaciones. La Electrotecnia incluye otras áreas de aplicación como la técnica de medición y regulación. Además, la Electrónica forma parte de esta disciplina. Los límites que separan estos campos no son del todo restringidos. Cada área se ha desarrollado por separado creando diversas aplicaciones de especialización. En nuestra sociedad actual casi todos los procesos de desarrollo y dispositivo se accionan o funcionan mediante una gran parte de aparatos y controles.

1.1.2

Tecnología energética o técnica de propulsión Lo que hace años se conocía como técnica de corriente débil se denomina hoy en día tecnología energética. Esta disciplina se ocupa de la gereración, transmisión y conversión de la energía eléctrica. La técnica de alta tensión se encuentra también dentro de la tecnología energética. En la mayoría de los casos la energía eléctrica se genera de la conversión de energía mecánica mediante generadores rotatorios. En este apartado también encontramos la técnica de propulsión, que se ocupa del consumo de la energía eléctrica. La técnica de propulsión se conocía como técnica de corriente fuerte y se encarga de las máquinas eléctricas que transforman la energía eléctrica en energía eléctrica. Los ejemplos típicos de estas máquinas son máquinas síncronas, asíncronas y de corriente continua. Además, si tenemos en cuenta dispositivos de menor tamaño, encontraremos muchos más tipos. En la técnica de propulsión se trabaja además en el desarrollo de motores lineares, en los que la energía eléctrica se transforma directamenete en un movimiento mecánico lineal. En este caso se produce una conversión mediante un movimiento de rotación de mecánica.

1.1.3

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Minos

Automatización En la técnica de automatización se automatizan y controlan algunos pasos de trabajo manuales. En este caso se aplican métodos de las técnicas de medición, control y regularización. Durante el control y la regularización se emplea sobre todo la técnica digital. Uno de los puntos claves de la técnica de automatización es la regularización. Esta reglamentación contiene diversos sistemas técnicos. Algunas aplicaciones sencillas de la técnica de automatización del día a día son indicadores de temperatura en las planchas o en las lavadoras. Otros reguladores más complicados se utilizan por ejemplo en robots de industria y producción. Encontramos diversas aplicaciones como indicador de revoluciones de los motores. Además, en los vehículos de motor se utilizan otros indicadores, no sólo para el control de motores, sino también como control de estabilidad en mecanismos de tracción. En la industria química el control de muchos procesos también se efectúa por medio de la técnica de automatización. Las diferentes áreas de la Electrotecnia se solapan y también se complementan mutuamente. Dado que en la técnica de Automatización se producen múltiples movimientos mediante dispositivos electrónicos, la técnica de propulsión juega un papel muy importante. Además, la Electrónica es muy importante también a la hora de controlar y dirigir estos dispositivos. Estos dispositivos se alimentan al igual mediante sistemas de electrónica de potencia con energía eléctrica. Dentro de la Electrónica, esta disciplina se necesita para reducir la carga y optimizar la energía.

Minos

1.1.4

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Electrónica La electrónica, dentro de la electrotecnia, se ocupa del desarrollo, la producción y la aplicación de dispositivos electrónicos, como, por ejemplo, condensadores y bobinas o dispositivos semiconductores como los diodos o transistores. La Microelectrónica, como rama de la Electrónica, es responsable del desarrollo de los circuitos integrados de los dispositivos semiconductores. En este caso, podemos encontrar elementos para la conexión fácil de señales, al igual que en unidades centrales de procesamiento o en procesadores de tarjetas gráficas. La electrónica de potencia juega un papel cada vez más importante en la técnica de propulsión debido al desarrollo de dispositivos semiconductores. Con lo convertidores de frecuencia la energía eléctrica es mucho más flexible, algo que se hace posible mediante transformadores. La técnica digital se clasifica también dentro de la electrónica. Esta rama se ocupa de los clásicos circuitos lógicos que hoy en día se construyen con transistores. La técnica digital también está relacionada con muchos controles, y, así, con la automatización.

1.1.5

Ingeniería de Telecomunicaciones La técnica de corriente débil se conoce hoy en día como ciencia de las telecomunicaciones. Otra denominación típica es técnica de la información y comunicación. El campo de aplicación de las Telecomunicaciones se basa en la transmisión de información por medio de impulsos eléctricos u ondas electromagnéticas desde un emisor a varios receptores. De este modo, los emisores y receptores se califican de fuentes de información. Además, la información debe ser lo más completa posible, lo que contribuye con la compresión de contenidos del receptor. Se conoce como técnica de alta tensión el campo de la Electrotecnia que se ocupa de la transmisión de información a alta frecuencia. . Un aspecto muy importante dentro de la ciencia de las comunicaciones es el procesamiento de senyales, como, por ejemplo, no sólo la filtración, sino también la codificación y descodificación de información.

1.1.6

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Historia de la electrotecnia Los comienzos de la electrotecnia se remontan a la física. Dentro de esta disciplina se llevaron a cabo los primeros inventos con relación a la electricidad. Por medio de los trabajos de Thomas Alva Edison y dé Werner von Siemens, la electronica se desarrolló como disciplina independiente. En 1752 Benjamin Franklin inventó el pararrayos. Durante los años 175153 publicó los resultados de sus experimentos. En 1792 Luigi Galvani realizó su famoso experimento con músculos de rana. Alessandro Volta quedó entusiasmado con los resultados y construyó, sobre 1800, su tan famosa pila voltaica, lo que supuso la batería en funcionamiento. En 1820 Hans Christian Ørsted llevó a cabo diversos experimentos con una aguja imantada por la que fluía corriente eléctrica. Del mismo modo, en 1820 André Marie Ampère demostró mediante sus experimentos que dos conductores eléctricos ejercen fuerzas entre ellos. Por este motivo se le atribuyen los conceptos de tensión y corriente eléctrica. Michael Faraday realizó una gran aportación en el área de campos eléctricos y magnéticos. A él se debe el concepto de línea de campos. James Clerk Maxwell tomó como base los estudios de Faraday para completar la teoría del electromagnetismo y la electrodinámica, y su respectiva fórmula matemática. En 1864 Maxwell publicó las ecuaciones de Maxwell, que suponen uno de los fundamentos de las teorías de la electrotecnia. En 1860 Philipp Reis inventó el teléfono en el Instituto Garnier, en Friedrichsdorf, Alemania, con lo que se posibilitó la transmisión electrónica del lenguaje. Sin embargo, a su invento no se le prestó mucha atención, hasta el anyo 1876, en el que Alexander Graham Bell construyó el primer teléfono con fines económicos en los Estados Unidos. El teléfono de Bell se comercializó con mucho éxito.

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Accionamientos y mandos eléctricos Werner von Siemens forma parte de los precursores de la ciencia de la corriente de fuerza. En 1866 descubrió el principio dinamo eléctrico y, así, desarrolló el primer generador eléctrico. Con ello se puso a disposición por primera vez energía eléctrica utilizable en grandes cantidades. En el anyo 1879 Thomas Alva Edison descubrió la lámpara incandescente y así se introdujo la luz eléctrica en muchos hogares. De este modo la introducción de la electricidad se desarrolló en muchas áreas de la vida cotiniana. Al contrario que Edison, que apostó por la tensión continua, Nikola Tesla und Michail y Dolivo-Dobrowolsky determinaron los fundamentos de la tensión alterna. Con sus inventos con cibieron los fundamentos de los sistemas de abastecimiento eléctricos actuales. La primiera formación mundial en electrotecnia tuvo lugar en 1883, en la Universidad Técnica de Darmstadt, Alemania. Los estudios universitarios duraban cuatro anyos y se concluían con un examen para el título de ingeniería en electrotecnia. Entre 1885 y 1886 se implantaron otros cátedras en electrotecnia en la Universidad de Londres, y en los Estados Unidos, en la Universidad de Missouri. Los ingenieros que se formaron en estos centros posibilitaron que la electricidad se aplicara a múltiples campos. En 1884 Heinrich Rudolf Hertz consiguió demostrar de forma práctica las ecuaciones de Maxwell, confirmando la existencia de ondas electromagnéticas, con las que estableció los fundamentos de la transmisión de información inalámbrica. De esta forma nace la ciencia de la telecomunicaciones. En 1896 Guglielmo Marconi llevó a cabo la promera retransmisión por radio en 3 km. Los primeros sistemas de emisión y recepción se basaron en sus estudios, que se comercializaron a partir de 1900. El primer tubo de radio, un diodo, lo inventó, en 1905, John A. Fleming. Al año siguiente Robert von Lieben y Lee De Forest desarrollaron el primer triodo por separado. Estos amplificadores le dieron un gran impulso a la ingeniería radioeléctrica. En 1926 estableció los principios de la televisión. Con medio muy simples construyó el primer mecanismo para la televisión basado en discos de Nipkow. En 1928 se posibilitó la retransmisión a color. En este mismo se realizó la primera retransmisión trasatlántica desde Londres a Nueva York. Manfred von Ardenne introdujo, en 1931, el tubo de rayos catódicos. La televisión con discos de Nipkow se quedó rápidamente obsoleta ante este nuevo sistema electrónico.

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El primer ordenador ejecutable se presentó en 1942 por parte de Konrad Zuse, con denominación Z3. John Presper Eckert y John Mauchly folgten le precesieron en 1946 con el ENIAC, un acrónimo inglés de Electronic Numerical Integrator And Computer (Computador e Integrador Numérico Electrónico). Con el comienzo de la era de los ordenadores se pudo desarrollar nuevas tecnologías. Como por ejemplo la llegada a la luna. El Transistor se inventó en el año 1947 en los laboratorios Bell por cuenta de William B. Shockley, John Bardeen y Walter Brattain, en los Estados Unidos. Por medio de la industria de semiconducción se pudo producir muchos aparatos mucho más compactos. Otro paso muy importante en esta misma dirección fue la incorporación de circuitos intergrados, los actuales microprocesadores. El primer robot industrial mundial se construyó en 1958 por parte de G.C. Devol y J. Engelberger en los Estados Unidos. General Motors introdujo en 1960 estos robots por primera vez en la producción industrial. Hoy en día estos robots industriales suponen una parte importante dentro de la técnica de automatización, convirtiéndose en parte indispensable de sectores industriales, como la industria automovilística. En 1968 Marcian Edward Hoff desarrolló el primer microprocesador parala empresa Intel. la primera ejecución con un procesador se realizó en 1969 en el Intel 4004, un procesador de 4 Bit. El primer procesador de 8-Bit, el Intel 8080, posibilitó, a partir del año 1973, la construcción del ordenador personal. El Compact Disk, conocido como CD, es un medio de almacenamiento digital muy importante. Se desarrolló en 1978 por parte de la empresa Philips. En 1982 se creó, con la colaboración de Philips y Sony, el primer audioCD. A partir de1985, fue posible almacenar en formato digital por medio del CD-ROM. En el año 1996, la empresa Honda creó el primer robot humanoide ejecutable, el P2. A éste le siguió, en 1997, el P3. El desarrollo posterior fue Asimo, con una altura de aprox. 1,20 m. Asimo solo pesa 43 kg, en comparación con su antecesor P2, de 210 kg. Estos robots humanoides ilustran la integración de componentes electrotécnicos y mecánicos. A esta relación entre diferentes disciplinas se la conoce como mecatrónica.

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1.2

Tensión, corriente y resistencia

1.2.1

Carga eléctrica y tensión El origen de la eletricidad se origina en la estructura atómica. Según del modelo atómico de Bohrschen los electrones con carga negativa giran en torno a un núclelo atómico con carga positiva. En un núcleo atómico, cada elemento químico cuenta con un número determinado de protones. Los neutrones del átomo son eléctricos pero no disponen de carga. En el estado normal, el número de electrones que giran alrededor del núcleo es el mismo que el número de protones dentro del núcleo. En el gráfico podemos observar 14 electrones, lo que se corresponde con el elemento químico silizio. Las cargas se igualen scuando se desplazan hacia el exterior, con esto el átomo es eléctricamente neutro. Si separamos los electrones exteriores se crean dos potenciales diferentes. El resto del núcleo atómico tiene carga positiva, conocida como Ion. Los electrones tienen carga negativa.

Imagen 1: Modelo del átomo

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Para separar los electrones exteriores se necesita emplear trabajo. Este trabajo es tarea de la tensión,que se produce por la diferencia de potencial. Para la tensión eléctrica se utiliza el símbolo U, su unidad de medida es el voltio [V]: tensión eléctrica = trabajo ejercido / unidad de carga que se ha separado U=W/Q La tensión eléctrica se denomina comúnmente como tensión,lo que no debemos confudir con la tensión de materiales . La cantidad de carga es Q y su unidad de medida es el Columbio [C]. La cantidad de carga mínima permitida se conoce como carga elemental e, es decir, la carga de un solo electrón. Esta carga eléctrica elemental comprende: e = 1,602 · 10–19 C Para separar la carga se pueden amplicar diferentes métodos: – Fricción mecánica Mediante la fricción de diversos materiales los electrones de un cuerpo se pueden separar y y transmitirse a otro cuerpo. Esto sucede, por ejemplo, cuando frotamos un globo en un jersey. Si tomamos un objeto metálico las diferencias de carga se igualan y percibimos una sensación extranya muy común. – Inducción Durante la inducción movemos una bobina de metal en un campo magnético con un conductor eléctricos. De este modo, se produce tensión en la bobina. Su aplicación técnica tiene lugar en los generadores de centrales eléctricas, pero también en los generadores eléctricos de los coches o en la dinamo de la bicicleta. – Acción química La separación de carga por medio de procesos electroquímicos se encuenrta sobre todo en pilas y acumuladore. Los aculumuladores son recargables y, por ello, son muy apropiados para el almacenaje de energía eléctrica. – Acción solar Por medio de la influencia solar, o radiación electromagnética general, puede acontecer igualmente una separación de carga. Este método se utiliza sobre todo en las células solares.

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– Acción mediante presión Por medio de la influencia de la presión se genera tensión en cristales piezo eléctricos. La tensión que se produce es muy alta y puede producir chispas debido a la descarga. Este prodeso se utiliza en encendedores de gas o en mecheros. Aunque la tensión es muy alta no supone peligro alguno debido a la pequenya cantidad de corriente eléctrica. – Acción mediante calor Por medio de la influencia de calor se puede producir tensión en un punto de unión entre dos materiales conductores. Sin embargo, esta tensión es muy baja. El termopar, que surge de la unión entre cobre y constantan, utiliza este efecto para medir la temperatura en el punto de unión de ambos materiales. A partir de aquí se puede realizar una separación de carga en un campo eléctrico.

Ejemplo

La tensión de pilas y acumuladores más importantes son: 1,2 V 1,2 V 1,5 V 2,0 V 3,7 V

Acumulador de Níquel-Cadmio (como pilas) Acumulador de Níquel-hidruro metálico (como pilas) Pilas de cinc y níquel (pilas de poco valor) Acumulador de plomo (batería de arranque de coches) Acumulador de litio e iones (portátiles o móviles)

En Europa la tensión se divide en tres apartados según su intensidad: – Muy baja tensión hasta 50 V de tensión alterna o 120 V de tensión continua – Baja tensión hasta 1000 V de tensión alterna o 1500 V de tensión continua – Alta tensión sobre 1000 V de tensión alterna o 1500 V de tensión continua

Ejemplo

Otros tipos importanes de tensión: 24 V 230 V 500 V 750 V 15000 V 380000 V

Tensión de control (p.ej. PLC Controlador lógico programable) Tensión de suministro de red en viviendas Tranvías (Tensión continua) Tranvía Berlín (Tensión continua) Ferrocarriles (Tensión alterna) Líneas de alta tensión (Tensión alterna)

1.2.2

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Intensidad de corriente eléctrica Las cargas separadas tienden a igualarse y a formar átomos neutros de energía. Este equilibrio solamente es posible si las diferencias de potencial se unen por medio de un conductor eléctrico. Cuando igualamos estas cargas por el conductor fluye corriente eléctrica. La densidad de corriente eléctrica es la cantidad de carga que fluye en un determinado periodo de tiempo. La intensidad de corriente eléctrica se describe mediante la fórmula I y su unidad es el Amperio [A]: Densidad de corriente eléctrica = Cantidad de carga / Tiempo I=Q/t La intensidad de corriente eléctrica es una unidad básica del Sistema Internacional de Unidades. La cantidad de carga puede indicarse en Columbio [C] o también en amperios por segundo [As]. De esta manera obtenemos: 1 As = 1 C Dado que la cantidad de carga de 1 As representa una pequeña carga, normalmente se indican en Amperios/hora [Ah].Por ejemplo: 1 Ah = 3600 As = 3600 C

Ejemplo

De la batería de un coche se produce corriente eléctrica de 4 A en 15 segundos. Qué cantidad tiene la carga? Q=I·t Q = 15 horas · 4 A Q = 60 Ah De la batería se ha obtenido 60 Ah.

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Accionamientos y mandos eléctricos El sentido de la corriente técnica fluye del polo positivo al polo negativo de la fuente de tensión. Este hecho fue determinado cuando el conocimiento exacto de estos procedimientos aún no se había fijado. Sin embargo, desde el punto de vista de la Física, los electrones se mueven desde el polo negativo al polo positivo. Aunque, debido al enorme erfuerzo de modificación, no se ha corregido jamás. El hombre no cuenta con ningún sentido para poder reconocer en qué dirección fluye la corriente eléctrica. Solamente podemos constatar si fluye o no con ayuda de un aparato de medición. Además, se puede reconocer por medio de diferentes efectos. – Efecto de calor Cuando la corriente eléctrica fluye por un conductor, éste se calienta. Aunque este efecto nunca es positivo ya que el calentamiento ocasiona pérdida de energía eléctrica. Sin embargo, en los calefactores eléctricos o en calentadores de agua se pretende este efecto. – Efecto magnético Alrededor de cualquier conductor de corriente eléctrica se genera un campo magnético. Este efecto magnético se aprovecha en los motores eléctricos, sin embargo también se observa en bobinas para activar los relés oder válvulas eléctricas. De esta forma, la energía eléctrica se transforma en energía mecánica. La existencia no deseada de campos magnéticos se conoce como contaminación magnética. – Efecto químico En los acumuladores la energía eléctrica que se carga se transforma en energía química. Si la descargamos se producirá el efecto contrario. En la separación de agua y oxígeno en el hidrógeno también se utiliza energía eléctrica. Este proceso se conoce como electrólisis. – Efecto de luz En las bombillas, un conductor eléctrico se calienta por medio de corriente eléctrica, de modo que en estado incandescente genera luz. Mediante un gas protector se evitará que se queme el conductor. En otros mecanismos de iluminación, por ejemplo, en las lámparas de descarga de gas, vemos que los electrones que giran en los átomos y las moléculas de un gas se estimulan a través de un campo eléctrico para generar luz. – Efecto fisiológico La corriente eléctrica también ejerce efecto sobre el cuerpo humano. Dentro de la Fisioterapia se utilizan pequeñas dosis de corriente como estimulación nerviosa eléctrica, en la que se evitan niveles demasiado altos. La corriente eléctrica a partir de aprox. 30 hasta 50 mA provoca la muerte en humanos.

1.2.3

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La resistencia eléctrica Cuando la corriente fluye a través de un conductor eléctrico se genera resistencia. Solamente en la superconductividad, que pierde su resistencia en temperaturas por abajo de cero, puede pasar la corriente sin nunguna resistencia. La resistencia eléctrica depende del material que se utilice y se indica mediante el símbolo R. Se determina mediante la resistencia específica de un material [ρ], al igual que su longitud [l] y sección [S] del cuerpo por el que fluye la corriente y se clacula mediante la siguiente fórmula: Resistencia = resistencia específica · longitud / sección del conductor R=ρ·l/S La unidad de la resistencia eléctrica es el Ohmio [Ω]. La Ley de Ohm establece la relación entre la tensión eléctrica, la intensidad y la resistencia eléctrica: Resistencia = diferencia de potencial (tensión) / intensidad R=V/I Por otro lado, mediante la resistencia eléctrica se puede determinar con qué intensidad fluyen las cargas eléctricas a través de un conductor: Intensidad = diferencia de potencial (tensión) / resistencia I=V/R La corriente que fluye aumenta cuando la diferencia de potencial es mayor o la resistencia es menor. Un circuito eléctrico se compone de muchos elementos. Los conductores poseen poca resistencia, mientras que el generador tiene mucha. Si en un circuito eléctrico no se encontrara ningún generador la corriente no se limitaria la corriente. Este estado se conoce como cortocircuito. Éste corre a través de las corrientes altas que fluyen hacia la interrupción del conductor, en caso de que éste no esté protegido por un fusible.

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Ejemplo

La resistencia del cuerpo humano comprende aprox. 1000 Ω. Cómo es la corriente que fluye en un cuerpo con un voltaje de 50 V? I=V/R I = 50 V / 1000 Ω I = 50 mA Con 50 V por el cuerpo fluye corriente a 50 mA, bastante peligroso. Aunque la piel tiene una resistencia de transición adicional a partir de 50 V se pone en peligro nuestra salud.

1.2.4

Resistencia eléctrica específica o resistividad La resistencia de un material depende de su resistividad. Esta resistencia se representa mediante el símbolo ρ y se indica en Ωm, aunque normalmente utilizamos [Ωmm2/m]. De esta forma podemos calcular la resistividad mediante la siguiente fórmula: Resistencia esp. = resistencia · sección / longitud del conductor ρ=R·A/l El contrario de resistividad lo representa la conductividad eléctrica. La resistividad depende de la temperatura del material. En conductores metálicos la resistencia crece con el aumento de la temperatura. En las tablas de consulta se indica la resistividad con una temperatura media de 20 °C. Con ayuda de coeficientes de temperatura, dependiendo del material, se puede calcular la resistividad para otros valores de ésta.

Ejemplo

La resistividad de algunos materiales a 20 °C in [Ωmm2/m] comprende: Aluminio Cobre Plata Grafito Silicio Porcelana

0,0278 0,0175 0,0159 8,0 640 · 106 1020

1.3

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Potencia eléctrica y trabajo La potencia eléctrica se calcula según el producto del voltaje y la intensidad eléctrica. Se representa mediante el símbolo P y se indica en vatios [W]. Potencia eléctrica = tensión eléctrica · intensidad eléctrica P=U·I

Ejemplo

Una bombilla de 230 V tiene una potencia de 60 W. Cómo es la corriente que fluye por esta bombilla? I=P/V I = 60 W / 230 V I = 0,26 A La corriente que fluye por la bombilla es de 0,26 A. La potencia eléctrica es independiente del tiempo. El trabajo de la energía eléctrica se obtiene mediante la multiplicación de la potencia por el tiempo. Se representa mediante el símbolo W y su unidad es el vatio por segundo [Ws]. Energía eléctrica = Potencia · Tiempo W=P·t W=U·I·t En lugar de la unidad [Ws] también podemos utilizar el Julio [J]. El trabajo de un Julio es algo pequenyo, por eso normalmente se usa el Kilovatio por hora [kWh]. 1 kWh = 3.600.000 J Al igual que en la mecánica el trabajo tiene la misma unidad que la energía.

Ejemplo

La calefacción tiene una potencia de consumo de 2200 W y funciona con 230 V. Cómo es el consumo de energía en 24 horas? W=P·t W = 2200 W · 24 h W = 52 kWh En 24 horas se consumen 52 kWh de energía.

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1.4

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Circuitos eléctricos Si se unen los dos polos de un generador la corriente fluye y las cargas se igualan. Sin embargo, si estos dos polos están unidos en un circuito más complicado, entonces se divide la corriente y el voltaje. Gustav Robert Kirchhoff desarrolló las dos reglas que describen la relación entre la corriente eléctrica y el voltaje en redes eléctricas. La primera ley de Kirchhoff se conoce como Ley de los Nudos y expone que la suma de corrientes que entran a un nudo es igual a la suma de las que salen. Si las corrientes entrantes se cruzan en un nudo con las corrientes salientes su suma es igual a cero: I1 + I2 = I3 + I4 + I5 o I1 + I2 – I3 – I4 – I5 = 0 De esta forma, los nudos se utilizan para todo tipo de separaciones en un circuito eléctrico.

Gráfico 2:

Nudos de corriente

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La seguna ley de Kirchhoff se conoce como Ley de las Mallas y expone que la suma de caídas de tensión en un tramo que está entre dos nudos es igual a la suma de caídas de tensión de cualquier otro tramo que se establezca entre dichos nudos. Lo que es lo mismo, la suma de las tensiones de un circuito sin ramificaciones se adhieren al voltaje del circuito eléctrico dicotómico a cero. También hay que anotar, que en las resistencias del residuo del voltaje hay que hablar, ya que ningún voltaje es generado, sino que necesitado. V1 + V2 = R1 · I + R2 · I + R3 · I o V1 + V2 – R1 · I – R2 · I – R3 · I = 0 En la ley de Ohm se explicita las caídas de tensión con respecto a la resistencia:

Ejemplo

V=R·I En las baterías de plomo de los vehículos hay acopladas seis células independientes de 2 V cada una. Cómo es la tensión total? Uges = 6 · 2 V Uges = 12 V

Gráfico 3:

Circuito eléctrico

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1.4.1

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Circuito en serie y en paralelo En los circuitos en serie o en paralelo se acoplan varios generadores como bombillas, bobinas de relés o válvulas. Las corrientes y tensiones se distribuyen según las leyes de Kirchhoff. En los circuitos en serie se conectan bombillas, por ejemplo, una tras la otra. La corriente fluye a través de todos sus componentes. En el caso de que las bombillas tengan la misma resistencia se producirá en ellas la misma caída de tensión. Cuando tenemos resistencias diferentes se produce una pequeña caída de tensión sobre el componente de pequenya resistencia y no sobre un componente de gran resistencia. La suma de las caídas de tensión es igual a la tensión del generador. En un circuito en serie con varios receptores se puede seleccionar la caída de tensión de estos. En el ejemplo del gráfico este caso significaría que si utilizamos lámparas de 24 V, estas lámparas alumbrarían muy poco o casi nada, en el caso de que se las acoplara en serie con un generador de 24 V.

Gráfico 4:

Circuito en serie

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En los recorridos de corriente de los planos de conexiones debe haber siempre un receptor que que se controle desde uno o varios contactos o interruptores. También puede que no se haya advertido su existencia dentro del recorrido de la corriente. Los contactos usados de un interruptor pueden causa una caída de tensión debido a una alta resistencia. Así queda solamente una pequenya parte de tensión del generador para el receptor. Todo esto también puede ocasionar ciertos fallos. En un interruptor paralelo de dos bombillas con la misma resistencia la corriente total se distribuye en dos partes iguales. La caída de tensión se produce igual sobre las dos como si se reservase el origen del voltaje. Si los receptores se conectan en paralelo con resistencias diferentes la corriente se distribuye de forma diferente. En el receptor con más resistencia fluirá menos corriente que por el receptor con menos resistencia. El cálculo de corriente por separado no acontece según la ley de Ohm sino según la ley de Kirchhoff.

Gráfico 5:

Circuito en paralelo

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EN un circuito en serie las resistencias se suman a los componentes individuales: Rtotal = R1 + R2 Sin embargo, en los circuitos en paralelo se suman las corrientes de las bifurcaciones: Itotal = I1 + I2 En las conexiones en paralelo la resistencia total se calcula de la siguiente forma: 1/Rtotal = 1/R1 + 1/R2

Ejemplo

Una bombilla de 6 V debe conectarse a un vehículo pesado. El vehículo tiene una alimentación de tensión de 24 V. Para que la bombilla no se queme se conecta una resistencia en serie. A través de la bombilla deben fluir 3 A. Cómo debe ser el valor de la resistencia en serie? La resistencia comprende 6 V: R1 = V / I R1 = 6 V / 3 A R1 = 2 Ω Para que a 24 V fluya corriente a 3 A, la resistencia total debe ser de: Rtotal = V / I Rtotal = 24 V / 3 A Rtotal= 8 Ω El valor de la resistencia en serie se calcula por medio de la resistencia total y la resistencia de la bombilla: Rtotal= R1 + R2 R2 = Rtotal – R1 R2 = 8 Ω – 2 Ω R2 = 6 Ω La resistencia en serie debe ser de 6 Ω.

1.4.2

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Conexión de aparatos de medición Para medir un voltaje, se conectará paralelamente el aparato de medida al origen del voltaje. Con sólo un consumidor en el circuito eléctrico, se medirá también el residuo del voltaje. Si hay más consumidores disponibles en el circuito eléctrico, el residuo del voltaje será determinado, suponiendo que el aparato medidor sólo esté conectado paralelamente al consumidor que estamos midiendo. A través del paralelamente adherido, circula también una parte de la corriente total sobre el aparato medidor. Para no influir el flujo de corriente eléctrica sobre el consumidor, el flujo de la corriente eléctrica puede sólo ser muy pequeño sobre el aparato medidor. Eso se conseguirá mediante una alta resistencia interior del aparato medidor. Para poder medir diferentes altas freciuencias con al aparato medidor, tiene el aparato medidor un relativamente pequeña resistencia. Mediante cabios de marcha de la resistencia, se podrá, sólo después regular en la actual medición la resistencia necesaria. El ajuste del área de medición sucede a menudo con el interruptor opcional. Generalmente, deberían las mediciones ser instaladas en el tercio superior del área de medición. En desconocidos niveles de medición se debería basarse en un alta área de medición y ésta de altos niveles bajarla a niveles más pequeños, hasta que el valor ser mostrado. El aparato medidor de la frecuencia será calificado también como voltímetro.

Gráfico 6:

Conexión de aparatos de medición

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Accionamientos y mandos eléctricos Para poder medir la corriente que fluye el aparato de medición se introduce en la conexión. para que la corriente fluya con normalidad el aparato de medición debe ser de poca resistencia. El aparato que mide la corriente que fluye se conoce como amperímetro. Para medir la tensión alterna a altas condiciones se utiliza, sobre todo, unas tenazas a modo de amperímetro, así, podemos medir la corriente sin desactivar la conexión enganchándole las tenazas al conductor. Los aparatos de medición para medir tensiones y corrientes se denominan multímetro. Si se desconecta las resistencias con el multímetro se pueden medir muchos rangos de tensión y corriente. A la hora de medir la tensión se conectan varias resistencias en serie al propio aparato de medición. Para medir la corriente se realiza un cierre paralelo de las resistencias adicionales. A la hora de medir con un multímetro debemos tener en cuenta que para medir la tensión, el multímetro no esté ajustado al rango de medición de la corriente. Cuando tenemos una pequeña resistencia en la medición de la corriente. A través de pequeña resistencia en la medición de la electricidad, circula una alta electricidad sobre el aparato medidor y puede dañar el aparato o por lo menos derretir el sistema de seguridad.

Imagen 7: Multímetro

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Las resistencias se miden fuera del circuito electrónico. Los aparatos que se utilizan para esta medición se denominan óhnmetros. La mayoría de los multímetro de hoy en día disponen de una pantalla digital. Muchos además pueden medir otras magnitudes.

1.5

Tensión continua Cuando hablamos de tensión continua la amplitud permanece siempre constante, al igual que el potencial, que tampoco varia. La tensión continua es la responsable de que la corriente fluya también de forma continua. La tensión continua se produce mediante células galvánicas, es decir, en pilas y acumuladores. Las células solares también producen tensión continua. Sin embargo, la tensión alterna se crea en los generadores. Solamente con la ayuda de un conmutador interruptor, se puede crear en los generadores de tensión continua una tensión continua pulsante. La abreviatura para la tensión continua es la unidad 24 V. En los países de habla inglesa se utiliza la abreviatura DC (Direct Current) para la tensión continua.

Imagen 8: Tensión continua

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1.6

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Tensión alterna La tensión continua se utiliza sobre todo para valores de tensión bajos. De esta forma muchos controles funcionan con 24 V. En los vehículos se utiliza 12 V. La desventaja de la tensión continua es que a este bajo nivel de tensión, no pueden transferir mucha potencia. Para poder transportar cargas grandes de energía la tensión debe de ser mayor, y así, la corriente que fluye no sea tan elevada. Sin embargo, no es fácil elevar el valor de tensión en la tensión continua. Por este motivo normalmente se anayde tensión alterna a la tensión continua. En la tensión alterna la cantidad y la polaridad de la tensión cambian de forma periodica. La ventaja de la tensión alterna se basa en que la tensión varia de niveles altos a bajos con ayuda de un transformador. De esta manera se utiliza para las torres eléctricas alta tensión. A la hora de transferir potencia la corriente es menor que cuando se utiliza en tensiones bajas. Las pérdidas de potencias inevitables debido a la resistencia son también menores.

Imagen 9: Tensión alterna

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La tensión alterna normalmente tiene una forma senoidal, aunque además también existen, dentro de la tensión alterna, curvas de diente de sierra, triangular y cuadrada. En la tensión altena no se indican los picos de tensión, sino su valor eficaz. El valor eficaz de la tensión alterna de onda senoidal se calcula de la siguiente manera: Valor eficaz = nivel de pico / √2 Vef = Vs / √2

Ejemplo

La corriente alterna de las viviendas familiares tiene una tensión efectiva de 230 V. Cómo es la tensión de pico? Vef = Vs / √2 Vs = Vef · √2 Vs = 230 V · √2 Vs = 325 V El pico de la tensión alterna alcanza 325 V. La abreviación de la tensión alterna es la Tilde. 230 V~, por ejemplo, es un símbolo para voltaje alternante utilizado en casas. Tiene un valor de eficiencia de 230 volteos. En la tensión alterna la polaridad cambia de forma regular.La velocidad del cambio se denomina frequencia. Se representa mediante la letra f y se indica en hercios [Hz]. Una frecuencia de 1 Hz supone una vibración de un segundo. En Europa, la frecuencia de la red de corriente alterna comprende 50 Hz, en Norteamérica, sin embargo, 60 Hz. La red de tranvía en Alemania se acciona mediante corriente alterna de 16 2/3 Hz de frecuencia. En los países de habla inglesa la corriente alterna se denomina alternating current, AC.

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1.6.1

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Cargas inductivas y capacitivas La Ley de Ohm también se aplica en la corriente alterna. En este caso, tendremos en cuenta el comporatmiento de bobinas y condensadores. Mientras que en la tensión continua sólo se utilizan resistencias óhmnicas, en la tensión alterna encontramos además bobinas y condensadores de resistencia capacitada. En una bobina se genera tensión por autoinducción, que actúa contra la corriente y se denomina resistencia inductiva. La inductancia L de una bobina se indica en henrios [Vs/A]. En un condensador de tensión continua fluye corriente hasta que esté cargado por completo. Es entonces cuando esta tensión se acumula en las placas del condensador. En la tensión alterna el condensador se carga y descarga de forma regular. Es decir, primero fluye la corriente, antes de que la tensión se haya asentado. En condensadores sin pérdidas urge la electricidad de voltaje en 90°. La capacidad de un condensador se indica en [F]. El cálculo de potencia y trabajo de la tensión alterna se realiza igual que en la tensión continua. Sin embargo esto solamente es válido si se encuentran también resistencias eléctricas.Para este cálculo se tomarán los valores efectivos. Tan pronto como en un circuito eléctrico se encuentren bobinas, es decir, motores o electroimanes, o también condesadores, se debe modificar el cálculo. Dado que mediante las inductividades y capacidades se produce desface entre tensión y corriente los picos de tensión y corriente nos se producen al mismo tiempo. Si, en este caso, multiplicamos los valores efectivos de la tensión y la corriente, entonces obtendremos la potencia aparente: Potencia aparente = Tensión · Corriente S=V·I La unidad de la potencia aparente se expresa en voltiamperios [VA] .

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La potencia aparente calculada es mayor que la potencia real. La diferencia con la potencia real viene dada mediante el factor de potencia. En muchos motores y máquinas este valor se indica en su placa descriptiva. La potencia real se conoce como potencia activa y se calcula según la siguiente fórmula: Potencia activa = Tensión · corriente · cos ϕ P = V · I · cos ϕ La potencia activa se indica en [W] angegeben. La diferencia entre potencia aparente y potencia activa se cpmpce como potencia reactiva y se representa mediante una Q. Su unidad es el voltiamperio reactivo [Var].

potencia reactiva

ten

cia

are

nt e

Por medio del factor de potencia podemos observar que la potencia reactiva y la potencia activa no se puede sumar de modo simple para poder calcular la potencia aparente. Estamos ante una suma geométrica en la que las potencias de acción y reacción forman un ángulo recto. La potencia aparente constituirá entonces la hipotenusa del triángulo.

potencia de acción

Imagen 10: Potencia de acción y potencia aparente

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Ejemplo

Un motor eléctrico presenta un factor eléctrico de ϕ = 0,85. En una red de corriente alterna de 230 V toma 3,5 A de corriente. Cómo es la potencia activa y la potencia aparente? P = V · I · cos ϕ P = 230 V · 3,5 A · 0,85 P = 684,25 W La potencia activa comprende 684,25 W. Del coseno de 0,85 resulta un ángulo de 31,79°. El seno de este ángulo es 0,527. La potencia aparente la podemos calcular de la siguiente forma: Q = V · I · seno ϕ Q = 230 V · 3,5 A · 0,527 Q = 224,2 Var La potencia reactiva comprende 224,2 Var. Este cálculo tambíen se hubiera podido llevar a cabo mediante el teorema de Pitágoras. La denominación de las resistencias de tensión alterna se suceden de igual forma que las denominaciones de las resistencias. La resistencia total se denomina impedancia, que se une a la resistencia eléctrica del conductor y a la reactancia. La suma de la resistencia eléctrica y la reactancia se produce porque ambos se encuentran unidos en ángulo. Por medio del ángulo ϕ se indica la relación entre resistencia eléctrica y reactancia. En el caso de que tengamos un ángulo de grandes dimensiones, puede abandonar la resistencia de Ohm. Sin embargo en la práctica utilizamos solamente reactancias, ya que no contamos con circulos con pérdidas. Por esta razón, las reactancias se relacionan siempre c on las resistencias eléctricas que transforma la potencia. A continuación vemos algunas resistencias con una parte resistiva y una parte inductiva: – Motores – Transformatores – Lámparas de gas y fluorescentes con un balasto electrónico convencional sin compensación.

Accionamientos y mandos eléctricos

Minos

A continuación vemos los ejemplos de resistencia con una parte resistiva y capacitiva: – Fuente de alimentación conmutada (por ejemplo en los ordenadores) – Convertidores de frecuencia En los generadores de corriente eléctrica se produce tensión alterna normalmente por medio de tres bobinas, colocados a 120° unos en frente de otros, por los que se produce las tensiones alternas, las cuales trasladan actualmente un tercio del periodo en frente de la otra tensión cambiante. Estas tres fases de corriente alterna se conoce normalmente como corriente trifásica. Los consumidores pequeños pueden utilizar las fases de la corriente trifásica por separado. Los motores mayores se activan mediante las tres fases. En la técnica de control se activan muchas válvulas mediante bobinas magnéticas. Estas bobinas también se pueden activar también en parte mediante tensión continua o tensión alterna. Dado que las bobinas que se activan con tensión alterna presentan resistencia inductiva además de resistencia eléctrica deben accionarse con mayor tensión, por lo que sería necesario, por ejemplo, 48 V de tensión alterna, mientras que la bobina magnética con tensión continua se puede accionar con 24 V. Si, por el contrario, una bobina magnética está diseñada para 48 V de corriente alterna, pero se acciona con 48 V de corriente continua, entonces fluirá por la resistencia inductiva con mayor corriente eléctrica, ocasionando defectos en ésta. Ya que la bobina magnética se calentará demasiado, y por eso se debe conectar de forma rápida y no por demasiado tiempo. Además, hay que tener en cuenta que la resistencia inductiva depende también de la frecuencia. Una bobina magnética presentará mayor resistencia en una red eléctrica americana de 60 hercios, que en la red europea de 50 hercios.

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1.7

Accionamientos y mandos eléctricos

Representación de circuitos eléctricos En el campo de Electrotecnia se conoce a la representación gráfica de un circuito se denomina diagrama electrónico. Este esquema no tiene en cuenta la organización y el orden real de sus componentes , sino la representación abstracta de las funciones eléctricas y las propagaciones de la corriente. Los diagramas electrónicos se crean desde el comienzo de la planificación de un dispositivo o de un componente, que además se necesitarán también para sus reparaciones y pertenecen a los documentos relacionados con su función según la normativa DIN EN 61082.

1.7.1

Dispositivos eléctricos Los componentes individuales de una instalación eléctrica se conocen como dispositivos eléctricos. El tipo de dispositivo del que se trate será relacionado con una letra, también se puede colocar un símbolo de menos antes de la letra correspondiente, aunque si estamos seguros de que la letra representa a un dispositivo electrónico, podemos dejar el menos. Hay más señales para la señalización de dispositivos. Se antepone el símbolo (=). Se describe el sitio de instalación si el símbolo (+) está delante de la indicación. La conexión de los elementos pueden ser señalados. Éstas señales son antepuestas con dos puntos(:). Las dos conexiones de la bombina del relé se peuden señalar, por ejemplo, con :A1 y A2. Las marcas importantes de los fondos de explotación eléctricos son: A Grupos de estructura (amplificador, convertidor) B Convertidor en masas eléctricas y no eléctricas (Interruptor cilíndrico, sensores, interruptor de empuje) F Instalaciones de protección (Relés de seguridad y protección) H Instalaciones de información (máquinas ópticas o acústicas) K Relés (También relés de timepo y de protección) M Motores P Máquinas de medición S Interruptores (Interruptores opcionales, pulsadores) X Apretadores, enchufes (Horma del apretador, enchufes separables) Y Instalaciones mecánicas accionadas eléctricamente (Bombinas de imán) Los fondos de explotación son señalados en situaciones sin tensión y sin accionar. Una excepción figura en enchufes accionados mecánicamente.

Accionamientos y mandos eléctricos

Minos

La señal de los fondos de explotación se escribe a la izquierda o debajo del símbolo. Las señales de la conexión vienen a la derecha o encima del contacto. Los ejemplos para las señales de conexión son: Conexión de relés Conexión de informe Conexión de apretamiento Conexión de electromotores

:A1 y :A2 :X1 y :X2 :1, :2, y más cifras :u, :v, :w

Otros caracteres están disponibles a la derecha al lado del número de clasificación de la señal de los fondos de explotación. Para ello, será añadida más información en relación de la función de los fondos de explotación. Señales anexas son: Función de tiempo Función de ayuda Función principal Función numeral

T A M C

Relé

Detector luminoso

Relé de tiempo

Dibujo 11: Ejemplo de fondos de explotación

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1.7.2

Accionamientos y mandos eléctricos

Diagramas electrónicos En los diagramas electrónicos se introducen los diferentes componentes. De esta forma quedará claro la relación entre éstos. Cuando se describe el conjunto de circuitos eléctricos de forma detallada e individualmente, nos encontramos ante un esquema de circuitos. En un esquema de circuitos en exposición, el circuito principal se representa separado del circuito de mando. En la parte superior se colocan los rieles de corriente en forma de línea horizontal para señalar los potenciales. La designación de los rieles individuales se indica en el lado izquierdo. En la parte superior, sobre los rieles, se senyala el nivel de tensión. La única ruta eléctrica será dispuesta verticalmente, ya que el fluyo de la corriente acontece de arriba a abajo. Los generadores se indican en la parte inferior. La representación de los esquemas de circuitos no tiene en cuenta ni la organización espacial de los componentes/dispositivos electrónicos ni las relaciones entre los componentes individuales.

Imagen 12: Alimentación de circuito

Accionamientos y mandos eléctricos

Minos

Los esquemas de circuitos detallados se utilizan para desarrollar circuitos y poder comprenderlos mejor. Para poder conectar estos circuitos dichos esquemas no son tan propicios. En los esquemas de circuitos con representación de relaciones se planifican juntos el circuito principal y el de mando. Los componentes relacionados de los materiales se representan de igual forma en conjunto. La relación mecánica se representa mediante una línea tachada. La situación real de la agrupación no se toma en cuenta en este tipo de esquema. Dentro de estas representaciones podemos perder la estructuración y la claridad de forma rápida. Por este motivo, se utiliza solamente esquemas de circuitos sencillos, como por ejemplo podemos encontrarlos en esquemas de vehículos pesados. El esquema de circuitos también se conoce como diagrama esquemático.

Imagen 13: Esquema de circuitos, representación de relaciones

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Accionamientos y mandos eléctricos Una variante de los diagramas eléctricos bastante sencilla son los diagramas generales. En este caso los conductores multipolares se representan solamente mediante una línea. Los conductores paralelos también se resumen de forma gráfica, para reducir el número de cuerdas paralelas. El número de cuerdas paralelas será explicada mediante las barras y cifras. En sistemas más complejos se muestran las relaciones más importantes entre los materiales por separado. El diagrama general se emplea sobre todo en la técnica de instalación y en el suministro de energía.

Imagen 14: Diagrama de alimentación, diagrama general

Accionamientos y mandos eléctricos

Minos

En los diagramas de cableado de un dispositivo se representan los materiales desde el punto de vista del cableado. Aquí las piezas se representan como unidades por separado. De esta forma no se muestran especialmente las conexiones internas de los dispositivos. Adicionalmente a este plano, se encuentran otros más, por ejemplo los diagramas de cables, conexiones,planos de conexión y listas de cables. Así mismo, la ocupación del sujetador tiene que ser caracterizado. En el campo de la electrotecnia se utilizan además muchos más diagramas, por ejemplo, diagrama de bloques, de funciones y distribución. El proceso temporal de una conexión puede representarse en el diagrama de paso de tiempo.

Imagen 15: Diagrama de alimentación

Minos

Accionamientos y mandos eléctricos

1.8

Componentes eléctricos

1.8.1

Interruptores y pulsadores Los dispositivos de mando/control se utilizan para dar señales. Estas señales acontecen también por medio de un sensor de proximidad o un transductor de entrada. El manejo de los mandos eléctricos se realiza a través de interruptores y pulsadores. Si se acciona un pulsador, éste vuelve a su posición inicial. Al contrario que los pulsadores, si se acciona el interruptor permanece en este estado hasta que se vuelve a desactivar para volver a su posición inicial. Los dispositivos de mando están clasificados en elemento pulsador, a presión, interruptor opcional con o sin posición de bloqueo, selección con o sin cifrado de bloqueo a través de rotaciones y teclado de llaves según su montaje/construcción. Según su función dentro del circuito de mandos estos dispositivos se clasifican en contacto de apertura, cierre e inversor. Los contactos de los pulsadores o de los interruptores que se activan en la conexión se conocen como contactos de apertura. De esta manera se utilizan también las abreviaturas NA para el contacto de cierre(NA = normalmente abierto) y NC para el contacto de apertura (NC = normalmente cerrado). La combinación de contactos de cierre y apertura tienen un contacto intermedio en común denominado inversor. Los contactos inversores se utilizan para conmutar entre dos circuitos eléctricos, además, se pueden utilitzar según se necesiten como conectores de cierre o de apertura. Los contactos de apertura se indican con las cifras 1 y 2. Al contrario que los de cierres, para los que se utilizan el 3 y 4. Dado que los contactos inversores se componen de la combinación entre contactos de cierre y de apertura se los indica con el número 1. De esta forma se utilizan los números 2 para el contacto abierto y el número 4 para el contacto cerrado. El accionamiento de los interruptores y de los pulsadores se representa mediante símbolos, los cuáles están conectados mediante una linea con el actual contacto. Los dispositivos de seguridad automáticos representan una excepción. Estos pulsadores de cabeza de champiñón deben estar disponibles por razones amarillas. En caso de peligro, la instalación será inmediatamente apagada. Con el interruptor de emergencia se especula el contacto abierto, el cual, a través de apretar el teclado es interrumpido. De nuevo, la apertura debe abrir el dispositivo de emergencia

Accionamientos y mandos elĂŠctricos

teclado, contacto cerrado

Minos

accionado general accionado general, pausado accionado apretado, pulsador

teclado, contacto abierto accionado al tirar accionado al girar accionado al voltear

teclado, contacto cambiante

Imagen 16: SĂmbolos de pulsadores e interruptores

elemento interruptor toma de corriente muelle

Imagen 17: Pulsador con contactos de cierre

Minos

Accionamientos y mandos elĂŠctricos

elemento interruptor toma de corriente muelle

Imagen 18: Pulsador con contactos de apertura

abridor de toma de corriente

elemento interruptor

cerradura de toma de corriente

Imagen 19: Pulsador con contactos inversores

Accionamientos y mandos eléctricos

Minos

Los dispositivos de mando se clasifican según la normativa VDE 0113 en colores según su función y tipo de mando. Rojo

Acción en peligro

En los dispositivos de mando el rojo se utiliza para activar la alarma de emergencia o para apagar un fuego. Rojo

Alto, apagado

Con rojo también se indica todos aquellos dispositivos de mando para que se accione la parada de máquinas. Aquí encontramos: – Parada de uno o más motores – Parada de una pieza de una máquina – Parada de un ciclo. Si el personal que la maneja acciona el botón a presión, la máquina se parará después de que termine el ciclo. – Desconexión de un dispositivo – Reinicio, junto con función de parada Amarillo

Intervención para reparación de condiciones anormales o para la imposibilidad de cambios indeseados.

Un ejemplo de ello es el retroseso de elementos de maquinaria a su punto de inicio del ciclo, en caso de que este aún no se haya concluido. Si accionamos el botón de mando amarillo pueden activarse otras funciones que hayamos configurado con anterioridad. Verde

COMIENZO o ON

El verde simboliza el comienzo de cualquier acción. De esta manera nos encontramos con: – Puesta en marcha de uno o más motores – Puesta en marcha de un componente de una máquina – Inicio de las funciones de ayuda – Conexión de un dispositivo – Dar tensión al circuito de mandos Azul Cualquier función que se desee Se utilita para cualquier otra función que no se indique mediante los colores rojo, amarillo o verde. Los colores negro, gris y blanco no se consideran colores de significado relevante. Estos colores deben aplicarse en cada una de las funciones que se realicen, con excepción del botón de presión con función exclusiva de las funciones ALTO y APAGADO.

Minos

1.8.2

Accionamientos y mandos eléctricos

Botón pulsador de fin de carrera El botón pulsador no solo se activa mediante operarios sino también de forma mecánica por medio de los componentes de una máquina. En este caso se denominan botones pulsadores de fin de carrera, interruptores de posición o sensores de contacto. Los interruptores de posición de cilindros neumáticos o hidráulicos se denominan interruptores para cilindros. La conmutación de contactos eléctricos acontece por medio de la ejecución de una fuerza externa. Los pulsadores trabajan despacio o deprisa. Los pulsadores de menor tamaño disponen en su interior de microinterruptures y se activan mediante un pistón o una bobina y en general solamente cuenta con un contacto inversor. Otros pulsadores de mayor tamaño también disponen de contactos de apertura y cierre. A continuación tenemos algunos ejemplos de áreas de aplicación de pulsadores de fin de carrera mecánicos: – Controles en puertas, – Interruptores de luz de freno, – Sensores de control de una mesa corrediza. Los pulsadores de fin de carrera mecánicos se sustituyen cada vez más por sensores sin rodadura. Los sensores electrónicos funcionan sin contacto alguno, son de alta durabilidad y no está tan sujeto a averías.

Imagen 20: Microinterruptor

Accionamientos y mandos eléctricos

Minos

El contacto Reed es un interruptor de cilindro sin rodadura muy sencillo que cuenta con dos contactos que se funden en humor vítreo. Estos dos contactos son presionados por medio del campo magnético de un imán de alta duración en los pistones del cilindro. Además, existen otros dispositivos que cuentan con interruptores de cilindros sin rodadura que reaccionan de igual forma con los pistones. Éstos no son delicados contra campos magnéticos desconocidos, como por ejemplo en las conexiones de soldadura. Los sensores inductivos representan otro tipo diferente de sensores de proximidad sin contacto. Con ellos solamente podemos detectarmateriales eléctricos conductores. Con los sensores capacitivos, por el contrario, se detectan los materiales no metálicos. Los sensores de proximidad fotoeléctricos combinan medios ópticos y electrónicos para el reconocimiento de objetos. Para ello se utiliza luz de senyal roja e infrarroja. Una fuente muy importante para la emisión de luz roja e infrarroja son los semiconductores LED. Podemos diferenciar entre sensores fotoeléctricos unidireccionales, retro reflectantes y sendores retro reflectante. Además, existen otros interruptores sin contacto que funcionan con ultra sonido.

Imagen 21: Contacto Reed

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Accionamientos y mandos eléctricos En general, los diagramas eléctricos se representan sin el voltaje/tensión. Sin embargo, si se ha activado un botón pulsador mecánico o de fin de carrera en el punto inicial, entonces también debe de indicarse en el diagrama. En la posición del circuito un contacto de cierre, por ejemplo, uno de un interruptor de cilindros, se representa como uno de apertura. Para evitar confuciones la señalación de la activación se indica mediante una flecha abierta. Un contacto de apertura activadose representa, por el contrario, como un contacto cerrado. En este caso los contactos están conectados en estado activado y, así, también se debe identificar con una flecha.

cerradura

cerradura accionada

abridor

abridor accionado

Imagen 22: Contactos activados

1.8.3

Accionamientos y mandos eléctricos

Minos

Interruptores a presión o presostatos A través de un transductor de entrada se transforma cualquier unidad física, como, por ejemplo, presión, trayecto, caudal volumétrico o temperatura, en una unidad eléctrica analógica o digital. Los presostatos se utilizan como aparatos de vigilancia y control. Se abren o se cierran respectivamente cuando se alcanza la presión instalada anteriormente. La presión inicial actúa sobre la superficie de los pistones. La fuerza resultante actúa sobre el muelle seleccionado. Si la presión supera la fuerza del muelle, los pistones se mueven y activan los contactos. El interruptor de presión neumático transforma la señal de presión neumática generada en una senyal eléctrica. El interruptor de presión está concebido como un contacto inversor. El interruptor de presión neumático transforma la presión hidráulica generada en una senyal eléctrica. Este tipo de interruptores es mucho más robusto debido a la presión generada restante. En los interruptores de presión con juegos de contacto mecánicos se puede utilizar una membrana, una tubería corrugada o una tubería de muelle.

Imagen 23: Interruptor a presión

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1.8.4

Accionamientos y mandos eléctricos

Alarmas En general, se puede diferenciar entre alarmas acústicas y ópticas. Las luces de alarma ofrecen mejor visibilidad mediante ciertas lentes. Dentro de estas luces de aviso podemos encontrar también sistemas de diodos LED o de cristal líquido. En el campo de la electrotecnia, al igual que en otras áreas, las luces de alarma se utilizan con mucha frecuencia para indicar el estado de funcionamiento de los sistemas de mando. Los colores que se utilizan según la normativa VDE 0113 son los siguientes: Rojo

peligro o alarma

El color rojo alerta de un posible peligro o de un estado que requiere atención inmediata, como por ejemplo: – caída de presión en el sistema de cigüeñal – Temperaturas por fuera de los límites establecidos – Orden de parar las máquinas (p.ej. por sobrecarga) – Parada de coponentes importantes debido a razones de seguridad – Peligro de piezas en movimiento

Imagen 24: Alarmas

Detector luminoso

Claxon

Detector luminoso, parpadeante

Vibrador

Indicador de posición

Gong

Detector de visibilidad

Timbre

Accionamientos y mandos eléctricos Amarillo

Minos

Atención

Las luces de alarma amarillas indican cambios de ciertas condiciones. Por ejemplo: – Desfase de la temperatura (o presión) de su nivel normal – Sobrecarga cuya de cierta duración – el ciclo automático está en marcha Verde

seguridad

Las luces de alarma verdes se utilizan para indicar un estado del proceso seguro o la autorización del siguiente proceso de funcionamiento. Por ejemplo: – Líquido de refrigeración en marcha – Mando de caldera activado de forma automática – Máquina lista para el inicio: todos los medios auxiliares están disponibles, las unidades se encuentran en la posición inicial y la presión hidráulica o la tensión inicial del generador se encuentran dentro de los valores adecuados – Ciclo terminado y máquina preparada para iniciar el próximo proceso Azul

significado especial

Las luces de alarma azules pueden tener cualquier significado que deseemos, que no tenga que ver con los colores anteriores. Se trata de información que requiere condiciones especiales. Como por ejemplo: – Señalización del mando a distancia – Interruptor opcional en el estado de configuración – Unidad de retroceso – Microavance de un carro o de cierta unidad Blanco

ningún significado en especial

Las luces blancan son muy apropiadas para la información general. Deben aplicarse cuando se tengan en duda los colores rojo, amarillo y verde, con relación a su utilización, por ejemplo, como confirmación, o también: – Interruptor principal en posición de ON – Selección de la velocidad o de la dirección de rotación – Ciclos de trabajo que no pertenecen a los medios auxiliares en funcionamiento Las alarmas acústicas, como, por ejemplo, sirenas, timbres, bocinas o Gongs, se utilizan normalmente en combinación con las luces de alarma. En este caso este tipo de alarma debe a la señal óptica que hace prestar atención.

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1.8.5

Accionamientos y mandos eléctricos

Relés y contactores Un relé es un interruptor con transmisión electromecánica. Los relés se utilizan, sobre todo, en circuitos de mando, aunque también en dispositivos de protección. Los contactores también se activan mediante corriente eléctrica, aunque se utilizan como interruptores eléctricos o como relés auxiliares. Con ellos se accionan, por ejemplo, los interruptores eléctricos de motores o de la calefacción eléctrica. Los relés se componen de un electroimán con un núcleo de hierro. El campo magnético se produce cuando la corriente eléctrica fluye por la bobina. Por medio de este, la armadura será extraida. Esta armadura activa cada uno de los contactos usando una palanca. Las conexiones de la bobina se indican con A1 y A2. Estas conexiones de los contactos contienen dos cifras. la primera cifra senyala los contactos continuos. La segunda cifra muestra si se trata de un contacto de apertura o de cierre. Los números 1 y 2 señalan la apertura, 3 y 4 el cierre. Los contactores disponen de tres contactos principales que se indican con los números del 1 al 6. Además, pueden encontrarse también contactos auxiliares que se indican como los de un relé.

Relé con contacto cambiante

Protección con dos contactos de ayuda

Imagen 25: Relés

Accionamientos y mandos eléctricos

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Un contador cambia su estado al de reposos sin flujo de corriente mediante un muelle. Sin embargo, en los relés existen diferentes tipos, en los que, despues de haberlos desconectado, permanece en la misma posicicón. Esta función la encontramos, por ejemplo, en relés de impulsos, que se activan por medio de un golpe de corriente y se desactivan solamente mediante otro golpe de corriente. Aquí encontramos los relés temporizados, que se clasifican en dos tipos, según su tipo de construcción.El relé de atracción temporalizada se cambia de contacto después de un tiempo determinado. La emisión de un pulso temporizado al cierre Los relés de tiempo se cambian inmediatamente, después del apagado de la electricidad sus contactos se quedan durante un determinado tiempo conmutado. En el símbolo serán simbolizados los relés de tiempo mediante un cuadrado adicional. En el relé de tiempo se encuentran dos lineas cruzadas en el cuadrado, y es rellenado de color negro. Los contactos de abrir y cerrar serán indicados con las cifras 5 y 6 así como 7 y 8. El simicírculo en el símbolo muestra el impacto del retraso. El símbolo del relé puede ser escrito con la letra T.

Relé de tiempo aplazado

Relé de tiempo, reversión aplazada

Imagen 26: Relé temporizado

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Accionamientos y mandos eléctricos

1.9

Circuitos comunes sencillos

1.9.1

Autoretención eléctrica Las autoretenciones eléctricas se consideran también un campo de aplicación de los relés. En este caso un botón pulsador se activa y el relé es apretado. Con un contacto del relé se hace un puente sobre él para que el relé se quede puesto después de ser soltado. Para desactivar la retención se utiliza un segundo pulsador con un contacto de apertura. Si activamos este pulsador se interrumpe la entrada de corriente del relé y éste desciende. Existen dos posibilidades de conexión fundamentales para la distribución de los contactos y de los pulsadores. Si solamente se activa un pulsador no habrá diferencia entre los contactos. Si, por el contrario, los dos pulsadores se activan al mismo tiempo, entonces, durante la conexión, „APAGADO“ mediante el contacto de apertura de los botones, la electricidad del relé será interrumpida. En la variante de interruptor de conexión „ENCENDIDO“ el relé permanece encendido.

ENCENDIDO

Imagen 27: Retención eléctrica

APAGADO

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Sistemas de control secuencial En los sistemas de control secuencial se usan constantemente cadenas secuenciales. En este caso, los relés se conectan unos con otros, de modo que se activan según el orden seleccionado por el control. Solamente se puede llevar a cabo una secuencia si la secuencia anterior ya se ha alcanzado y se ejecuta una señal de activación de ésta. Dentro del área de los relés se diferencia entre cadenas secuenciales alijerada y estable. En la cadena secuencial alijerada sólo una cadena está activa. Es necesario un contacto anexo para la preparación de la cadena. Este impulso debe ser dado antess de cada activación de la cadena secuencial. Como en el relé tiene diferentes tiempos, puede por lo tanto, pararse de repente. Por eso, todas las cadenas secuenciales alijeradas serán situadas delante de la programación SPS. En las cadenas secuenciales estables, todos los pasos de la cadena serán encendidos. El último paso borra el mismo comportamiento del primer relé, mediante el cual reincide la cadena completa en el estado de salida. Un impulso no es recomendable. En la conexión del relé debe siempre ser aplicado una variante de la cadena secuencial.

Cadena secuencial alijerada para 3 pasos

Cadena secuencial estable para 3 pasos

Imagen 28: Cadenas secuenciales

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1.9.3

Accionamientos y mandos eléctricos

Diagramas eléctricos para neumática e hidráulica En la electroneumática y electrohidráulica es necesario indicar cualquier forma de energía en el diagrama eléctrico. En él se representan los elementos neumáticos e hidráulicos, mientras que en un segundo diagrama se señalan los símbolos eléctricos. Algunos elementos, como, por ejemplo; bobinas magnéticas o interruptores de cilindros, se encuentran en ambos planos. La representación de los elementos varía según el diagrama que se emplee. Dado que estos elementos se representan de forma diferente según los diagramas, es una coordinación sólo posible sobre la denominación del elemento de construcción. Ambos tipos de diagramas se diferencian también en la diferección indicada del flujo de energía. En los diagramas eléctricos la energía fluye de arriba a abajo. En los diagramas neumáticos e hidráulicos, sin embargo, la fuente de energía se representa en la parte inferior, y los mecanismos de accionamiento en la parte superior del diagrama. De esta forma, el flujo de energía se representa de abajo hacia arriba. En una conexión eléctrica el diagrama se representa de tal forma que posibilita que podamos entender la función del mando. La bobina y los contactos del relé se incluyen con la misma denominación. Las vías de la corriente individuales se numeran en la parte izquierda para facilitar el entendimiento de la conexión. Así también se señala otras vías con números, que se bifurcan de otras vías y no de las líneas de contacto superiores. Bajo los relés también se pueden incluir las tablas de contactos. En ellas se describe en qué vías de corriente se encuentran los contactos de ese relé. En diagramas de grandes dimensiones también se añaden contactos en otras páginas. Así se facilita el reconocimiento del contacto de un relé en el diagrama.

Accionamientos y mandos eléctricos

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En la siguiente imagen vemos un diagrama electroneumático. La parte neumática se compone básicamente de una válvula con una bobina magnética y un cilindro. En un diagrama eléctrico se indica también la (auto)retención. Con ambos pulsadores la retención (automática) se puede parar y borrar. El contacto del relé se ocupa de que éste permanezca activo después de presionar el contacto de cierre. En relés atraen la vía de corriente derecha del circuito eléctrico a la bobina permanece también cerrada. Esta vía representa la salida de señal. La asignación de la bobina imantada en el diagrama eléctrico neumático se representa mediante la combinación „Y1“. La bobinas imantadas de igual forma se pueden poner en funcionamiento principalmente mediante otros medios de tensión/voltaje. Para ello normalmente se utiliza el mismo voltaje que en el circuito de mando.

Imagen 29: Diagrama electroneumático

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1.10

Accionamientos y mandos eléctricos

Tipos de protección La tensión y corriente eléctrica solamente se pueden reconocer por medio de sus efectos. NO las podemos percibir de forma directa. Por este motivo, y para evitar problemas con la energía eléctrica, se deben tener encuenta ciertas normas preventivas. A la hora de protegernos frente al contacto accidental con cuerpos extraños o agua se utilizan ciertas carcasas para componentes eléctricos, clasificados según su función de protección. Estos tipos de protecciones se describen según la normativa DIN EN 60529 e IP (del inglés, international protection = índice de protección), seguidos de dos cifras. Según su cometido y lugar de aplicación se requiere un tipo de protección correspondiente para evitar el peligro que éstos suponen y asegurar la función de la maquinaria. La primera cifra corresponde con el tipo de protección frente a contactos accidentales y contra cuerpos desconocidos. Tiene el siguiente significado: 0 Ninguna protección 1 Protección para partes del cuerpo mayores de 50 mm (por ejemplo; brazos, piernas) 2 Protección contra la infiltración de cuerpos firmes mayores de 12,5 mm (por ejemplo; los dedos) 3 Protección contra la infiltración de cuerpos firmes mayores de 2,5 mm (por ejemplo; herramientas, alambres) 4 Protección contra la infiltración de cuerpos firmes mayores de 1,0 mm (alambres) 5 Completa protección contra contactos y protección de residuos perjudiciales internos (protección contra el polvo) 6 Protección completa de los contactos (ninguna penetración de polvo)

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La segunda cifra especifica el tipo de protección contra la intrusión perjudicial del agua con las siguientes consecuencias: 0 ninguna protección 1 Protección contra goteo de agua vertical (goteo de agua) 2 Protección contra goteo de agua hasta 15° (goteo de agua diagonal) 3 Protección contra el agua que cae hasta 60° verticalmente (agua rociada) 4 Protección contra el agua que chorrea en todas direcciones (chorro de agua) 5 Protección contra el agua disparada de una boquilla (inyección de agua) 6 Protección contra inyección de agua fuerte (Protección contra desbordamientos) 7 Protección contra el agua en inmersiones (inmersión) 8 Protección contra el agua en inmersiones duraderas. Si se cree necesario se puede introducir otras letras para realizar una descripción exacta. Sin embargo, si solamente se indica una de las dos cifras, entonces se utilizará la letra X para sustituirla.Como ejemplo, el tipo de protección IP65 se utiliza mucho en las bobinas imantadas de las válvulas.

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Accionamientos y mandos elĂŠctricos

Accionamientos y mandos eléctricos

Controlador lógico programable

2.1

Introducción

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Los controladores lógico programables (abreviado del inglés PLC) se emplean en muchos campos de la Industria de sistemas de mando y de control. El desarrollo actual de la técnica de automatización está muy relacionado con estos sistemas. En los países de habla inglesa se utiliza el término „Programmable Logic Controller“, con su correspondiente abreviatura PLC. Un PLC cuenta con interfaces de entrada y de salida de señales. En las entradas se conectan diversos sensores que comunican al PLC el estado actual de una máquina o dispositivo. Mediante las salidas el PLC controla los actuadores del dispositivo o de la máquina. De esta forma, el PLC supervisa el proceso de fabricación, controlándolo y regulándolo. Muchas máquinas son ya tan complicadas que no podrían ponerse en funcionamiento sin los PLCs. Las posibilidades de aplicación de un PLC son muchas. En general se amplia sobre todo en la técnica de automatización, en la que se controlan y se regulan los procesos técnicos. En muchos casos sustituyen incluso a los empleados. Como ejemplos de aplicación de PLC encontramos los controladores de los ascensores o los sistemas de los semáforos. Sin embargo, también se encuentran en empaquetadoras o en sistemas de soldamiento automáticos. Un campo de aplicación muy importante de estos controladores son los procesos de montage de la industria automovilística. Un PLC puede aceptar múltiples instrucciones por medio de diversas programaciones sin que se necesite llevar a cabo grandes modificaciones en el montaje del PLC. Solamente con un PLC se puede controlar sin problema algunos multitud de sensores y de actuadores. Sin embargo, hay que tener en cuenta la eficiencia en los que se refiere a entradas y salidas. Encender una lámpara con un pulsador podría controlarse también con un PLC, aunque esta opción es mucho más cara que un simple cableado entre el pulsador y la lámpara.

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2.1.1

Accionamientos y mandos eléctricos

Historia del PLC Antes de que se creara el PLC, el control de las máquinas y de los dispositivos se realizaba sobre todo mediante relés. El contacto de los relés se llevaba a cabo en paralelo o en fila. De esta manera se conseguía el desarrollo de mando deseado. También se construyeron sistemas de control por medio de presión del aire. Al igual que en los sistemas de control de relés, aquí también se utilizaban funciones booleanas. Al igual que en un relés activado o desactivado, se contaba con presión o no. Igualmente se contaba con sistemas de control que trabajaban con valores analógico. Este tipo de control de mando se conoce hoy en día como mandos de lógica cableada. Debido al cableado fijo individual de los componentes, la adaptación del sistema de mando a la máquina resultaba muy costosa. La empresa General Motors creó, en el año 1968, la base de un sistema de control programable. En un principios se los denominó PC (Programmable Computer). Aunque posteriormente esta abreviatura se utilizó para el ordenador personal, por lo que se modificó a PLC. En los países de habla hispana también se utiliza esta abreviatura. Un PLC cuenta con un microprocesador y un componente para la memoria del programa. Para su programación se pueden utilizan muchos tipos de lenguaje. Uno de los lenguajes más antiguos que se utilizan es el lenguaje Ladder, muy parecido a la representación americana de un diagrama eléctrico, lo que supone una ventaja para los técnicos, y así crear un programa muy similar a los diagramas eléctricos convencionales. Su fácil transformación facilitó la introducción del PLC. La representación en aquel entonces de las símbolos de los monitores de ordenador supuso otra razón para la aplicación del lenguaje Ladder. Los monitores no eran gráficos, como hoy en día, sino que solamente representaban símbolos del alfabeto. Con los paréntesis y los corchetes, y, además, barras diagonales, verticales y horizontal se podía representar el programa en la pantalla. Las listas de instrucciones y el plano de funciones representan otros tipos de lenguaje. Las listas de instrucciones se suelen aplicar en máquinas,mientras que el plano de funciones es más bien una representación gráfica.

Accionamientos y mandos eléctricos

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Las ventajas del PLC supusieron su propio desarrollo, con lo que se crearon procesadores más potentes. En un principio se procesaron solamente señales binarias, posteriormente también páginas, números enteros y números de coma flotante, y así se posibilitó el procesamiento de valores analógicos. Con el paso del tiempo fueron naciendo más y más fabricantes que ofrecían uno o varios sistemas PLC. Los lenguajes de programación eran diferentes unos de otros. En el año 1993 la normativa IEC 61131, en un principio IEC 1131, definió un único lenguaje de programación de PLC. Por medio de esta norma es posible programar un PLC independientemente del fabricante.La mayoría de los sistemas PLC utilizan esta norma. Junto al lenguaje de listas de instrucciones IL y el lenguaje Labber LD se utiliza también el lenguaje FBD (en inglés Function Block Diagram) . El texto estructurado ST es también un nuevo idioma. Este idioma es como una guía de asignación orientada a textos, no obstante ninguna máquina cercana al comando utilizada. Por eso, el texto estructurado es señalado también como alto idioma de programación.

Minos

2.1.2

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Comparación entre el PLC y el controlador de lógica cableada WLC Los controladores PLC ofrecen la posibilidad de programar el control en los procesos de automatización. Este tipo de programación se conoce como mando numérico de cableado consistente. Es falso el símbolo de control convencional. El transcurso del programa es establecido a través de una conexión firme de los elementos de construcción. La conexión puede realizarse a través del cableado o también del cambio de marcha del cuadro de circuitos. Al cambiar el transcurso del programa hay que cambiar también el cableado. Además es normalmente necesario cambiar el armamento con piezas individuales. Para funciones de automatización costosas, apenas hoy en día se aplican mandos numéricos de programación automatizada. En cambio, en pequeños dispositivos, se seguirán hallando. También en software de seguridad relevante como por ejemplo EMERGENCIA-APAGADO se seguirán aplicando cableados de conexión programada. Estas funciones deben funcionar también en caso de avería del WLC. Por esta razón, se consideran los cableados de conexión programada, como complemento del cableado con WLC. En cableados de programación almacenada, el programa para el cableado en sí, está incluido en el software. El cableado del WLC se queda igual también en diferentes versiones del programa. En la construcción de una máquina individual el desarrollo del tiempo para la planificación y construcción de un cableado de conexión programada es altamente similar a la escritura del programa para el WLC. Si se construyen más máquinas similares, se debe desarrollar el programa para el WLC sólo una vez. El desarrollo del cableado del WLC es considerablemente inferior. Para un cambio de marcha de mayor voltaje o carga son aconsejables relés o protección. Pero también en diferentes máquinas se pueden aplicar determinados bloques de programación de la programación del WLC. También es posible comprobar si es el programa está preparado para la terminación de la máquina.

2.1.3

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Minos

Ventajas y desventajas del PLC Una de las ventajas del PLC es la sencilla modificación del programa. El mando de control funciona muy pocas veces la primera vez, por eso, la modificación del programa es necesaria para alcanzar los resultados deseados sin tener que modificar el cableado. De la misma forma, el material y el tamaño que ocupa es mucho menor que el control por medio de relés. Los contadores y tiempos se ejecutan con el programa, por lo que tampoco se necesitan relés temporizadores. Una vez escrito el programa se puede copiar. A la hora de fabricar varios controles al mismo tiempo, el programa se escribe solamente una vez en el que posteriormente se carga el PLC. El costoso cableado se reduce al del PLC. La transferencia del programa puede realizarse de forma electrónica en cualquier lugar. A la hora de escribir un programa PLC se pueden añadir comentarios de forma sencilla a las instrucciones dadas, y así se facilita bastante la comprensión del programa. Dado que la aplicación del programa se realiza de forma independiente de la máquina se ahorra mucho tiempo. Este programa se puede producir también por diferentes grupos y posteriormente reunirlo en la programación conjunta. Además, se ahorra mucho tiempo ya que el cableado es casi inexistente. Otra de la ventajas que ofrece el PLC es la posibilidad de reparación a distancia o diagnóstico a distancia. De esta forma, es posible controlar la máquina o la instalación a distancia, al igual que se pueden comprobar ciertos fallos sin la intervención de un técnico en el lugar correspondiente. Tampoco podemos olvidar que el consumo de energía del PLC es mucho más bajo que el de los controladores por relés. Dentro de las desventajas encontramos que el gasto de un aparato programable o del programa es bastante. De la misma forma, el personal de mando o para la programación debe estar mucho más cualificado. Los aparatos programables son necesarios en pequenyos dispositivos, para ciertas medidas de seguridad, al igual que en soporte de datos en general. Dado que en un PLC solamente se transmite el código de programación que lee la máquina, el programa original se debe eliminar.

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2.2

Estructura del PLC

2.2.1

Elementos del PLC El PLC puede aplicarse en múltiples tareas. Según el caso particular de aplicación se emplean diferentes modelos de fabricación. El PLC compacto se compone de un solo componente. Posee un número limitado de entradas y salidas. Normalmente se dispone de más entradas que salidas, por ejemplo; 0 entradas y 6 salidas en frente. Las demás conexiones del PLC están destinadas al suministro de energía. Según el tipo de construcción, el PLC se pone en funcionamiento con 24 V o con 230 V. Si se emplean 230 V debe acoplarse una alimentación. Por normal general no es posible la ampliación del número de salidas y entradas. Muchos PLCs se pueden ampliar en parte usando un módulo adicional con más conexiones. El PLC compacto es relativamente más barato, por este motivo se aplica en la mayoría de los dispositivos de menor tamaño.

Entradas

Salidas

Imagen 29: El PLC compacto

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El PLC modular posee una carcasa en la que se conectan diferentes tarjetas. Las tarjetas necesarias son para el suministro eléctrico y para la unidad aritmética del PLC. Estas tarjetas se denominan tarjetas de alimentación y unidad de proceso. El número de entradas y salidas se determina según el número de tarjetas insertadas. Una tarjeta de entrada cuenta normalmente con 16 a 32 entradas. Las tarjetas de salida normalmente tienen 8 ó 16 salidas. Las tarjetas con menor cantidad de salidas pueden transferir más corriente eléctrica por salida que las tarjetas con mayor cantidad de salidas. La aplicación de relés adicionales puede estar de más en algunas ocasiones. La cantidad máxima posible de entradas y salidas está determinada por la capacidad de la unidad de proceso y, sobre todo, por la de la carcasa. En PLC de mayor tamaño se puede obtener sin problema hasta 100 entradas y salidas. Al igual que en los PLC compactos se puede realizar ampliaciones mediante otras carcasas. Un PLC modular puede ampliarse también mediante tarjetas adicionales, lo que permite el empleo de otro tipo de tarjetas, por ejemplo, para entradas y salidas analógicas.

Unidad Conjunto supletoria central de energía

Entradas

Salidas

Ranura libre

Imagen 30: PLC modular

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Accionamientos y mandos eléctricos Junto al clásico PLC hoy en día se utilizan cada vez más en PCs para tareas de control. Los viejos PCs no prestaban la rendición requerida por un PLC. Para ello se puede incorporar un PLC de ranura, lo que es lo mismo que una tarjeta para introducirla al PC. En lo que se refiere al sistema operativo del PC, podemos trabajar tanto con Windows como con Linux. El PLC de ranura cuenta con un sistema operativo propio y trabaja totalmente independiente del PC. La conexión a los sensores y actuadores se puede realizar mediante un sistema de bus de campo, como, por ejemplo, un PROFIBUS. Si el PLC de ranura dispone de suministro de corriente propio y de batería de condensadores, entonces el PLC puede continuar trabajando si se desconecta o se cuelga el PC. Además, el PLC de ranura puede guardar datos temporales como un PLC convencional para así llevar a cabo el reinicio. La PLC de ranura puede ser cambiado a través del bus de ranura libre del PC con un software a los archivos de PC. De este modo es posible usar el PC para la visualización de tareas. También se pueden verificar los archivos de producción en el PC. Si contamos con un PLC de ranura sin adaptador de corriente su función depende del sistema operativo del PC sin perturbaciones,de normal funcionamiento. Una de las desventajas con las que cuenta el PLC de ranura es que los sistemas de bus ISA de los PC se anticipan. El empleo de estos PLCs de ranura en los ordenadores de hoy en día ya no es posible, porque solamente disponen de conexiones PCI (Interconexión de Componentes Periféricos). La modificación de éstos PCLs para aparatos modernos tampoco es posible. Esto significa que en la producción de nuevos PCs también debe integrarse nuevos PLCs de ranura. Además, los PLCs de ranura obtienen mayor velocidad por medio de los buses PCI, con lo que también se alcanza mayor velocidad entre el disco duro y los programas del PC. Una peculiar forma del PLC es el llamado el borne de bus, que se integra como una barra normal de conexiones para señales digitales y analógicas y dispone ya de funciones similares a las del PLC. Se utiliza para establece la transmisión a los sistemas de bus.

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Otro tipo de aplicación de tareas de control en el PC se basa en la implantación de un Soft-PLC, definido como un programa que utiliza el procesador del PC. En este caso, el Soft-PLC se reparte en la prestación del procesador con el sistema operativo y otras aplicaciones del programas. Sin embargo, aquí surge el problema de que el programa de los PLC exigen el procesamiento en tiempo real. Lo que ocurre con el funcionamiento del Soft-PLC es que si se produce un fallo en un programa adicional todo el control general también falla. En ciertos campos que requieren seguridad absoluta no se aplican estos Soft-PLC. Normalmente, los Soft-PLC se aplican en los PC industriales. Si se conectan a pantallas táctiles estos procedimientos de pueden controlar de forma muy fácil sin la ayuda de ningún programa adicional. La programación de un Soft-PLC se realiza de forma similar a la programación de un PLC convencional. Los Soft-PLC se aplican sobre todo en cursos de formación.

Pantalla táctil

Imagen 31: Soft-PLC

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2.2.2

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Función del PLC La construcción/clasificación del PLC se asemeja bastante a la del PC. Un PLC se compone tanto de un determinado Hardware como de su programa correspondiente. La forma de trabajar del PLC se realiza según el principio IPO (entrada/ proceso/salida): I Entrada (Input) P Proceso O Salida (Output) En las entradas se reciben las señales eléctricas de los sensores, al igual que elementos señaladores. En este caso se produce una aislamiento eléctrico galvánico de la señal por medio de un optoacoplador. De esta forma se evita que el PLC se cargue de la alta tensión y se produzcan ciertos defectos. El procesamiento de datos se lleva a cabo en la unidad de proceso. Las auténticas tareas de cómputo se realizan en el CPU, el procesador central. En la unidad de proceso se encuentra la memoria del PCL, que se divide en ROM y RAM. RAM es una memoria en la que los datos se graban y de ahí se vuelven a leer.

Abastecimiento de tensión

Imagen 32: Estructura de un PLC

Unidad central

División galvánica

Entradas

División galvánica

Interfaz de programación

Unidad supletoria de energía

Salidas

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Los datos que se graban en RAM se pierden posteriormente tan pronto como la corriente eléctrica se desconecta. De esta manera la lectura y escritura de datos se realiza de forma rápida. El ROM es una memoria solamente de lectura. Aquí se encuentra el sistema operativo del PLC. Los datos permanecen en ROM aún cuando la corriente está desconectada. Dentro del ROM encontramos el EEPROM (ROM programable y borrable eléctricamente). Con esto se posibilita la carga en el PLC de nuevas variantes en el sistema operativo. El programa del PLC también se puede guardar aquí, y así, en caso de corte de corriente, se dispone también del PLC. La lectura y escritura en la memoria es más lenta que la del RAM, al igual que los ciclos de escritura y lectura. Las entradas que actúan particularmente rápido sobre el programa del PLC, son denominadas entradas de interruptor y se encuentran normalmente en la unidad central. En la unidad de proceso también se encuentra un temporizador con una interfaz para ejecutar el programa. Según el modelo de PLC se basará en una interfaz o en una conexión Ethernet para el cable de red. Por medio de esta interfaz se puede leer datos del PLC. Tanto las entradas como las salidas están separadas de forma galvánicas del resto del PLC. Esto sucede o por medio de contactos de relés o por el optoacoplador en las salidas que están conectadas mediante transistores. Además de tarjetas de salida para salidas digitales se pueden emplear también tarjetas de salida analógica. El control de los sistemas de bus se realiza mediante el Bus de control. El PLC se conecta a una batería que suministra corriente eléctrica, que es de 230 V o de 24 V. En la batería el voltaje se reduce 5 V para la unidad de proceso. Para igualar interrupciones de voltaje la batería puede disponer también de una batería condensadora. La subdivisión de los componente del PLC se puede reconocer fácilmente mediante tarjetas. En otros componentes no son tan fácil de reconocer. De todas formas, los elementos individuales están disponibles.

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2.2.3

Proceso de programación del PLC El programa de un PLC se escribe con un aparato para programación. Normalmente se trata de un PC convencional. A continuación se carga el programa en el PLC y se pone/coloca en modo „RUN“, así comienza la ejecución del programa. El programa se basa en instrucciones que se llevan a cabo una tras la otra. Según el programa se pueden realizar saltos en el que se eluden ciertas partes del programa. Después de que la última asignación haya sido efectuada, el programa empieza en el principio. Este procedimiento es denominado como sistema serial cíclico. La ejecución del programa concluye una vez el PLC se sitúa en el modo „STOP“ o surge algún fallo. Desde la primera instrucción se leen y se graban todas las entradas. La modificación de las entradas durante la ejecución del programa no se tomará en cuenta. Después de la primera instrucción se leen las salidas, que tampoco se podrán modificar hasta la siguiente programación. De esta forma se produce un periodo de ciclo, necesario para una ejecución del programa. Este periodo de ciclos depende de una cantidad y un tipo de instrucciones. La velocidad del procesador también influye en la duración de un ciclo. El periodo de ciclo se comporta en un orden de magnitud de pocos milisegundos.

Asignaciones

Lector de entrada

Lector de salida

Fisura

Imagen 33: Principio de ejecución del programa

2.3

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Fundamentos de la técnica digital Para poder programas un PLC se requieren ciertos conocimientos básicos del campo de la automatización, además de conocimientos en el entorno del PC y programación. Para el manejo del PC se necesitan ciertos conocimientos acerca de sistemas operativos. Los conocimientos básicos de programación y función de un PLC se basan en las matemáticas. Por este motivo, en primer lugar se deben considerar los sistemas numéricos. Las personas utilizan el sistema numérico decimal que se establece copn las cifras del 0 al 9, y, con ello, las operaciones matemáticas básicas como la suma, la resta, la multiplicación y la división, al igual que el uso de potencias. Otro sistema numérico obsotelo se basaba en números hasta el 12, aunque hoy en día también se conoce como docenas. Más desconocida es la denominación Schock, que se trata de cinco docenas,es decir, 60 partes. un día se compone de dos veces 12 horas, y cada hora de 60 minutos. Lo mismo ocurre con la división de un círculo en grados, es decir, 60. Sin embargo, un PLC no puede trabajar con estos sistemas numéricos. En un PLC encontramos solamente 0 y 1, lo que significa, que se dispone de una señal o no. El „0“ se corresponde con la señal del estado „OFF“ y el „1“ con „ON“. También se utilizan las letras „L“ (Low) y „H“ (High). Este sistema numérico se denomina sistema binario. Además, encontramos el sistema de numeración hexadecimal que utiliza como base el 16. La tercera variante es el código binario decimal (del inglés BCD, Binary-coded decimal). Entender estos sistemas es necesario en muchas tareas, como, por ejemplo, en una tabla de valores de conexión, en operaciones electrónicas o en problemas de codificación en el lenguaje de programación del PLC. En general da igual si se trata de un PLC que controla un ascensor, el sistema del aire acondicionado o el proceso de fabricación de una máquina. El sistema numérico binario es siempre la base.

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2.3.1

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Bit y Byte Bit es la abreviatura de „binary digit“. Es la unidad más pequeña de información. Un Bit se compone solamente de un „0“ o un „1“, lo que en controles eléctricos significa que se dispone o no de corriente eléctrica. La información se compone de muchos Bits. Un byte es un conjunto de 8 Bits. El bit más a la derecha simboliza el menor valor, y el de la izquierda el mayor valor. Los ocho Bits que contiene un Byte se pueden dividir en dos grupos de cuatro dígitos. Estos dos grupos se denominan nibble o cuarteto. Mientras que un Bit solamente puede representar dos estados con 0 y 1, un nibble puede simbolizar hasta 16 estados diferentes. Así mismo, un Byte, que consta de dos nibbles, se compone de 256 estados. La división de un Byte en dos nibbles se define por el sistema numérico hexadecimal. Para la representación de información compleja se resumen dos Bytes en un mismo. Una palabra abarca el total de 16 Bits. Dos palabras o cuatro Bytes constituyen otra vez una palabra doble. Estas abarcan, por lo tanto, 32 únicos Bits.

Cuatro Bits

Palabra

Doble palabra

Imagen 34: Bits y Bytes

2.3.2

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SIstemas numéricos Los sistemas numéricos se describen mediante tres características, la base o el número básico, los dígitos y los valores significativos de las cifras.

Ejemplo

El sistema decimal tiene como base 10. Trabaja con los dígitos de 0 a 9 y según su valor significativo estas cifras se multiplican hasta potencias de 10. El número 247 se compone de 2 · 102 + 4 · 10 + 7 · 1. Su valor es de centenas, decenas y unidades. En otros sistemas numéricos se toma como base otros dígitos. En los números binarios se utiliza el 2 y en el sistema hexadecimal es el 16. En otros sistemas de números hay que tener en cuenta qué sistema de números hay que aplicar.

2.3.3

Ejemplo

Los sistemas numéricos serán señalados por consiguiente. El sistema decimal con un subíndice de 10. El sistema binario con un subíndice de 2. El sistema binario de seis con un subíndice de 16. En EL el código BCD con un subíndice BCD. Sistema decimal Sistema binario Sistema hexadecimal

24710. 10102. 8AC316.

Sistema binario El sistema binario se basa en el 2. Por este motivo, solamente contamos con un 0 y el 1. Para poder trabajar mejor con ellos, se agrupan de cuatro en cuatro.

Ejemplo

1110 1001 0010 0101 De derecha a izquierda los números tienen un valor de 1, 2, 4 y 8. Un número binario que se compone de cuatro números tiene un valor decimal de 15. El número decimal más alto que se puede formar con el sistema binario de ocho cifras es el 255. De esta forma podemos comprobar que el sistema numérico decimal precisa de muchas más cifras que el sistema numérico decimal. De ahí para programar que no baste con un solo byte. Para alcanzar cifras altas con los números binarios se utilizan números compuestos de 16 o 32 dígitos. Una palabra con 16 cifras puede caracterizar números decimales del 0 al 65 535, ya que una palabra doble con 32 cifras puede hasta números del 0 al 4 294 967 295.

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Hasta ahora hemos tratado solamente números positivos. Para poder representar números negativos en la programación se ha acordado que el bit con el valor más alto determine el símbolo. El método del complemento a dos se utiliza para la denominación de números negativos. Estos números negativos se representan de tal forma que en su suma con un número de igual valor positivo su resultado es 0. En los números positivos tienen el dígito que se encuentra en el extremo izquierdo con el valor 0, mientras que los negativos poseen el 1. Este Bit también es llamado VZ. La conversión de un número positivo en uno negativo con el mismo valor se realiza mediante el método del complemento a dos. De esta forma se ponen en negativo todos los Bits, con lo que las cifras con 1 uno se cambian a 0. Por último se le añade un 1.

Ejemplo

Conversión del número decimal 5 en el número decimal –5: 510 = 01012 01012 negado a 10102 12 sumado 10102 + 12 = 10112 10112 = –510 El número positivo más alto es conseguido cuando todas las plazas con excepción de la plaza a la izquierda están ocupadas. Para el número 8bit es también 0111 1111. En la descripción de los decimales concuerda con el número +127. El número mayor binario se consigue cuando el primer dígito con el Bit de mayor valor contiene un uno, el bit de valor uno tiene y todo una plaza ocupada por el número cero. Con el número 8bit es el número 1000 0000, lo que en el sistema numérico decimal es el número -128.

Ejemplo

Número decimal: Número decimal:

25 –25

se corresponde con 8 Bit: 0001 1001 se corresponde con 8 Bit: 1110 0111

Además tenemos que cuando sumamos ambos números todos los dígitos cambian a 0 y aquí no es caracterizable el Bit 9 la suma 1.

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Para poder entender este proceso mejor contamos con una tabla donde están los números positivos y negativos en el sistema binario de cuatro cifras. Número decimal positivo Número binario positivo 0 0000 1 0001 2 0010 3 0011 4 0100 5 0101 6 0110 7 0111 Número decimal negativo Número binario negativo -1 1111 -2 1110 -3 1101 -4 1100 -5 1011 -6 1010 -7 1001 -8 1000

2.3.4

Sistema hexadecimal El sistema hexadecimal utiliza la base 16. Para la representación de las cifras se utilizan los números del 0 hasta el 9 y las letras A, B, C, D, E y F. Las letras tienen los valores de 10 a 15 en el sistema numérico decimal. Los dígitos en el sistema hexadecimal tienen valores de derecha a izquierda empezando con 160 = 1, 161 = 16, 162 = 256 y así para los sucesivos. El sistema hexadecimal se utiliza para representar números altos con las menos cifras posibles. Cada cifra se corresponde con un nibble, es decir, un número binario de cuatro dígitos. En el sistema hexadecimal se puede representar con dos cifras Byte completo, para el que en el sistema binario se necesitarían 8 dígitos. Un Byte se basa en 8 y será caracterizado, por ejemplo con 1111 1111. El mismo número en la caracterización decimal seis se escribirá como FF. En la técnica de control, el sistema decimal de seis será aplicado también con la caracterización de los valores. Al lado de las cifras 0 hasta 9 también para el sistema decimal de seis son obligatorios los caracteres existentes en las teclas de retorno.

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Accionamientos y mandos eléctricos En la siguiente tabla se indican los números de un dígito del sistema hexadecimal y sus valores correspondientes en el sistema decimal y binario. Número hexadecimal Número decimal 016 = 010 116 = 110 216 = 210 316 = 310 416 = 410 516 = 510 616 = 610 716 = 710 816 = 810 916 = 910 A16 = 1010 B16 = 1110 C16 = 1210 D16 = 1310 E16 = 1410 F16 = 1510

2.3.5

Número binario = 00002 = 00012 = 00102 = 00112 = 01002 = 01012 = 01102 = 01112 = 10002 = 10012 = 10102 = 10112 = 11002 = 11012 = 11102 = 11112

Código binario decimal BDC La abreviatura de BCD se corresponde con código binario decimal (del inglés, Binary-coded decimal). En este caso cada cifra de un número decimal se codifica con el uso de los dígitos binarios 0 y 1. Para la codificación de los números del 0 al 9 se necesita el sistema numérico binario de cuatro dígitos. Estos cuatros números binarios se conocen como nibble o también cuarteto. No hay una norma concreta para los números del sistema BCD o de un tipo de dato especial. Normalmente se utiliza el código 8-4-2-1. El orden de las cifras 8-4-2-1 representa el orden del valor de los dígitos y se corresponde con su valor en el sistema hexadecimal. Además, en el sistema hexadecimal no se utilizan las letras de A hasta F. Los números del sistema BCD constituyen una parte de los números hexadecimales en los que se utilizan las cifras del 0 hasta el 9. Los números decimales se convierten en valores binarios de manera que cada cuarteto representa al número decimal, y así poder leerlos mejor. Los signos que no utilizan, no se simbolizan con un BCD válido. Serán codificados como pseudetétrados y en algunos sistemas de codificación designada, transmitida o Kommata designada.

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Si en el sistema decimal se representan números decimales de más de un dígito en BCD, entonces estos cuartetos se colocan unos detrás de otros. Estos cuartetos se separan con un espacio.

Ejemplo

La representación del número decimal 3752 en el código BCD: 0011 0111 0101 0010 ó 0011011101010010 Dado que un Byte se compone de 8 Bits, se puede representar un Bit con dos números decimales. Si las dos partes de un Byte se cubren con un número BCD, se le llamará número BCD.

En la siguiente tabla se representan las cifras decimales de 0 a 9 y su variante correspondiente en BCD con el código 8-4-2-1: Números decimal Número BCD-8421 0 0000 1 0001 2 0010 3 0011 4 0100 5 0101 6 0110 7 0111 8 1000 9 1001 La siguientes combinaciones no se utilizan: Número decimal Número BCD-8421 10 1010 11 1011 12 1100 13 1101 14 1110 15 1111 Muchos microprocesadores pueden hacer operaciones con aritmética BCD. Esto se realiza mediante un Flag en el registro del estado del procesador. Este código se emplea también en el sistema de control, por ejemplo, de una pantalla LCD o LED.

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2.3.6

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Los números enteros Los números enteros son, como se puede deducir por su nombre, números enteros en el campo de los números binarios. En el ámbito de la programación se denomina este tipo de datos INTEGER y se abrevia con la iniciales INT. El tipo de datos INTEGER contiene básicamente números con o sin signo. Los números sin signo se denominan “unsigned INTEGER,” y los números con signo “INTEGER”. El Bit al lado del signo es siempre el Bit de más valor, es decir, el Bit, que se encuentra a la izquierda. Si se trata de un número afectado, el Bit que se encuentra posicionado a la izquierda, de inmediato se puede saber si se trata de un número positivo o un número negativo. En los números negativos este Bit es igual a 1. El Bit que se encuentra a la izquierda, es decir, el Bit más significante, será también minimizado como MSB: El bit posicionado a la derecha, es decir, el más insignificante, será minimizado como LSB. Los números íntegros pueden estar compuestos de diferentes Bits. Un número íntegro, compuesto por un Byte, tiene 8 únicos Bits. Para los números íntegros de asignación desconocida, todos los 8 Bytes pueden ser usados, y para los de asignación conocida, sólo siete. Así, se constituyen los números integrales con la largura de un Byte, el posible ámbito de números decimales: con signo sin signo

–128 hasta 127 0 hasta 255

Los números íntegros, con datos de 16 Bits, es decir, dos Bytes, se conocen como palabra. Así logran muchos más números. Éstos se encuentran en el siguiente área de decimales: con signo sin signo

–32 768 hasta 32 767 0 hasta 65 535

Si la largura del número tiene 32 Bit, se le llamará palabra doble o doble íntegro. Aquí esta el área de los números decimales: con signo sin signo

–2 147 483 648 hasta 2 147 483 647 0 hasta 4 294 967 295

Los números de campos mayores pueden contener hasta 64 Bit o con 128 Bit se llega a los números íntegros.

Accionamientos y mandos eléctricos Ejemplo

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La conversión de un número íntegro señalado con un signo en un número decimal se realiza de la siguiente forma: Número íntegro: Número decimal:

0000 0000 0010 1100 +(32 + 8 + 4) = +44

Número íntegro: Número decimal:

1111 1111 1101 0100 –((32 + 8 + 2 + 1) + 1) = –44

El número 1 añadido en el número íntegro negativo resulta del cálculo del componente a dos. Las operaciones con los números íntegros son exactas cuando sumamos y restamos en lo que se refiere a sus valores. Los números íntegros serán constituidos, también, como números.

2.3.7

Números con coma flotante Los números con coma flotantes se los conoce como números fraccionarios, los cuales son dotados con una señal. Esta representación es necesaria tanto para números muy altos como muy bajos. La denominación inglesa es “floating point number”. Por eso, los números libres de coma también serán llamados números libres de puntos. En el campo de la programación los números con coma flotante poseen el tipo de datos REAL. Se componen tanto del valor de mantisa m como de un exponente a. Esta forma de expresión se ha utilizado desde hace muchos años en el área de las matemáticas y de la física. En la calculadoras, esta representación se denomina formato científico. La diferencia con los ordenadores que en este caso se emplea el número 2 como base. Los números con coma flotante cuentan con tres componentes en total y tienen 32 Bit. La mantisa tiene 23 Bit además de un bit para el signo correspondiente. El exponente en base a 2 posee solamente 8 Bit. Dado que el exponente también cuenta con un signo, se encuentra en el sector de –126 a +127. El número mayor con coma flotante tipo REAL que nos podamos imaginar binario 1,111... · 10127, lo que en el sistema decimal numérico se corresponde con 3,4 · 1038 aproximadamente. El número menos posible es el 1,175 · 10–38.

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El tipo de datos REAL con una longitud de 32 Bit también se conoce como SHORT REAL. La diferencia con el tipo de datos LONG REAL es la cantidad de 64 Bit en total. Con esto se pueden representar, por un lado, números tanto mayores como menores, y por otro, la exactitud de los números es más precisa. Esto también se logra, utilizando 52 Bit para la mantisa. Las operaciones de cálculo con la coma flotante son siempre un tanto inexactas,ya que, al redondear las cifras, se producen ciertos errores. Lo mismo ocurre cuando convertimos los números decimales con coma flotante en números binarios. En el sistema PLC un valor exacto se corresponde con seis dígitos en el sistema decimal, más valores posteriores a la coma no se pueden indicar o calcular. En la programación hay que tener en cuenta que los tipos de datos INTEGER y REAL no se pueden combinar ni sumar, esto solo podemos hacerlo con el mismo tipo de datos. Antes de los cálculos, hay que transformar el tipo de datos.

Ejemplo

Valor INT: Valor con coma flotante:

7 7.0

En el ámbito de las matemáticas, ambos valores tienen la misma cuantía, sin embargo, en la programación, hay que tener en cuenta el formato de estos números.

2.4

Relaciones binarias Los estados binarios de conexión 0 y 1 de diferentes variables deben estar relacionados. Todas estas relaciones deben derivar de tres conexiones básicas. Las dos conexiones Y y O unen dos estados de conexión con el mismo resultado. La tercera conexión básica es la negación, conocida como NO. Además, normalmente en la programación de PLC también se cuenta con la conexión Exclusiv-O. Otra posibilidad de conexión es el estado de señales compuestas por un biestable (del inglés Flipflop), también conocido como báscula. Podemos diferenciar entre asíncronos y síncronos. A continuación describiremos estas conexiones por separado, junto con su correspondiente representación en diversos lenguajes de programación.

2.4.1

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La conexión Y La conexión Y se denomina conjunción. Conecta dos entradas a una misma salida. La salida envía una señal cuando las dos entradas juntas la emiten. Tabla booleana: E1 0 0 1 1

E2 0 1 0 1

A 0 0 0 1

El símbolo & se utiliza para la conexión. Además, normalmente también se usa otro símbolo parecido a una v al revés. En el ámbito de las matemáticas se usa un punto, aunque no debe confundirse con una multiplicación.

muestra lógica del dibujo

Dibujo de marcha eléctrica

Plano de contacto

Dibujo de marcha neumática

Imagen 35: Conexión Y

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Minos

2.4.2

Conexión O La conexión O se conoce como disyunción. Conecta dos entradas a una salida. Si una de las dos las entradas emite una señal, entonces la salida también la emite. Tabla de verdad: E1 0 0 1 1

E2 0 1 0 1

A 0 1 1 1

Para simbolizar la conexión O se utiliza una barra. Además, también se utiliza muchas veces una v. En las matemáticas se utiliza un +. Aunque no debemos confundirlo con la suma.

muestra lógica del dibujo

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Imagen 36: Conexión O

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2.4.3

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Negación La negación convierte una entrada en una salida con el valor contrario. Si la entrada no emite señal, entonces la emite la salida y viceversa. Tabla de verdad: E1 0 1

A 1 0

Para indicar la negación se utiliza una raya sobre una letra. Aunque también se usa la barra que, a su derecha, muestra una marca hacia abajo.

muestra lógica del dibujo

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Imagen 37: Negación

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2.4.4

Afirmación La afirmación se conoce como identidad. Si la entrada emite una señal, entonces la salida también la emite y viceversa. Tabla de verdad: E1 0 1

A 0 1

Para señalar la identidad se utiliza el símbolo =. E1 = A

muestra lógica del dibujo

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Imagen 38: Afirmación

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2.4.5

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Puerta NAND (NO-Y) La denominación de puerta NO-Y viene de la combinación NOT y AND. La puerta NO-Y une dos entradas con una conexión Y, y después se niega el resultado. De esta forma, la puerta NO-Y también se pueden formar funciones lógicas individuales. Tabla de verdad: E1 0 0 1 1

E2 0 1 0 1

A 1 1 1 0

Para indicar una puerta NO-Ysobre las dos entradas se encuentra una raya.

muestra lógica del dibujo

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Imagen 39: NO-Y

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Minos

2.4.6

PUERTA NO-O La denominación NO-O viene del inglés NOT y OR. La puerta NO-O conecta dos entradas con una puerta O. De esta manera negamos el resultado, por lo que la puerta NO-O se puede formar con ambas funciones lógicas. Tabla de verdad: E1 0 0 1 1

E2 0 1 0 1

A 1 0 0 0

Para representar esta puerta se utiliza una raya encima de la dos entradas.

muestra lógica del dibujo

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Imagen 40: NO-O

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2.4.7

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Inhibición La inhibición también puede ser llamada cónyuge bloqueado. Las dos señales de entrada están conectadas de tal forma que en la salida solo se dispone de una señal, cuando la entrada E1 dirige una señal y la entrada E2 no. Esto será conseguido cuando la entrada E2 es negada y como solución, una conexión con la entrada E1. Tabla de verdad: E1 0 0 1 1

E2 0 1 0 1

A 0 0 1 0

La negación de la entrada E2 se representa por medio de la raya en la parte superior. La conexión de ambas entradas se realiza mediante los símbolos correspondientes de la puerta Y.

muestra lógica del dibujo

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Plano de contacto

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Imagen 41: Inhibición

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2.4.8

Impicación La implicación también es llamada bloqueo cónyuge. Con ello, las dos señales de entrada serán asociadas de tal manera, que en la salida ninguna señal esté disponible cudo la entrada E1 transmita una señal y la entrada E2 no. Esta será completada si la entrada E21 es negada primeramente y el resultado seguidamente a través de una O asociación con la entrada E1. Tabla de verdad: E1 0 0 1 1

E2 0 1 0 1

A 1 1 0 1

La negación de la entrada E1 es caracterizada a través de un trazo. La asociación de las dos entradas se sigue mediante símbolos de la asociación O.

muestra lógica del dibujo

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Bild 42:

Implicación

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2.4.9

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Equivalencia Con la equivalencia las dos señales de entrada serán asociadas de tal manera, que en la salida y sólo en la salida, hay una señal disponible cuando las entradas E1 y E2 están en el mismo estado. En la salida se crea una señal cuando las dos entradas implican o cuando no hay señal implicada. Tabla de verdad: E1 0 0 1 1

E2 0 1 0 1

A 1 0 0 1

Para la equivalencia no hay ningún símbolo especial. La asociación debe ser compuesta por componentes individuales.

muestra lógica del dibujo

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Bild 43:

Plano de contacto

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Equivalencia

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2.4.10 Puerta exclusiva O La antivalencia es también llamada puerta O exclusiva. En la puerta O exclusiva, las dos señales de entrada serán asociadas de tal manera, que en la salida sólo una señal está disponible, cuando las entradas E1 y E2 respectivamente, lideran una señal. Al contrario de la asociación O, no hay disponible una señal an la salida cuando las dos entradas lideran un señal. Se llegará a una asociación O a través de la conmutación de los resultados de la asociación O. Tabla de verdad: E1 0 0 1 1

E2 0 1 0 1

A 0 1 1 0

Para la puerta exclusiva O, no hay ningún símbolo especial. La asociación debe estar compuesta por los componentes individuales.

muestra lógica del dibujo

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Imagen 44: Puerta exclusiva O

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2.4.11 Memorias Las memorias utilizadas en el campo de la programación también se conocen como biestables. También se utilizan otras denominaciones como báscula o multivibrador biestable. Los biestables son interruptores eléctricos, que pueden aceptar dos estados estables. Dado que no se pueden modificar por sí mismos, solamente se graba el último estado. Esta memoria es un simple interruptor que puede almacenar un Bit. Es por esto que estudiamos los biestables dentro de los interruptores electrónicos. Los dos estados de la memoria se denominan se conocen como borrado (reset en inglés) y grabado (set). Por este motivo se utilizan los símbolos S y R. Los biestables se utilizan sobretodo como memorias. Con un biestable solo se puede grabar 1 Bit. La capacidad de memoria se aumenta usando muchos biestables. Con ocho biestables se puede almacenar un Byte. Estos campos de almacenamiento se conocen como registros. Según el tipo de microprocesador que se utilice se definirá el ancho de la palabra.

señal dominante señal quieta señal borrada

Imagen 45: Biestable, Señal grabada dominante

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Accionamientos y mandos eléctricos Si conectamos muchos biestables se crean sistemas más complejos, como por ejemplo, un contador. También encontramos biestables en un microprocesador. De esta forma, los biestables son componentes fundamentales de la técnica digital y la microelectrónica, es decir, de la informática. Las células de memoria de las RAM estáticas, como tarjetas de memoria, también disponen de conexiones biestables. A diferencia de este tipo de memoria, la memoria dinámica, la conocida RAM, dispone también de un condensador y un transistor por célula de memoria. Al igual que con las retenciones de las conexiones de los relés, en las conexiones de las memorias se diferencia qué entrada es la dominante. Si solo contamos con una señal, entonces encontramos solamente un tipo. Las diferencias en las señales de salida se originan cuando las dos señales. Si tenemos una conexión con señal de grabado dominante, entonces dispondremos de una señal de salida, cuando contemos con ambas señales de entrada. Si, al contrario, la conexión dispone de una señal de borrado, entonces no tendremos señal de salida cuando conectamos las dos entradas.

Señal de borrado dominante señal quieta señal borrada

Imagen 46: Biestable, señal de borrado dominante

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2.4.12 Álgebra booleana Las conexiones lógicas binarias vienes descritas en una parte de las matemáticas, denominadas álgebra booleana. En el ámbito de las operaciones de cálculo de circuitos combinatorios y secuenciales binarios se trata también el álgebra booleana. Desde el punto de vista de las matemáticas ambos circuitos son casi iguales, solamente se diferencian los símbolos. El álgebra booleana se ocupa de forma explícita de la descripción de las relaciones entre los estados de la conexión dentro de la matriz de conmutación. En los relés ya se contaba con estas operaciones. Las reglas de cálculo se aplican también en las conexiones de componente electrónicos. El fluviómetro más elevado corresponde a los relés conectados y por consiguiente, a la misma lógica. A continuación utilizaremos los símbolos en forma de v para las conexiones de Y y O. Si nos sirve de ayuda, la v es para Y y la v invertida para O.

La Ley de Conmutividad describe igualdades,en las que aparecen realciones de Y / O. Podemos combinar las variantes como queramos.

La Ley de Asociatividad describe igualdades, en las que además aparecen paréntesis. Aunque muy parecida a la Ley de Conmutividad.

En la Ley Distributiva aparecen también conexiones Y / O. Se desarrolla, con ello, los paréntesis y las multiplicaciones

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Con la ayuda de la Ley de Absorción las conexiones se pueden simplificar.

La Ley de la Negación describe la relación de variables con varibles iguales, pero negativas. De esta forma podemos simplificar estas relaciones.

Además, también se dispone de la Leyes de Morgan con sus aplicaciones. Estas normas indican que en un negación formada por dos variables relacionadas, dichas variables se pueden relacionar también por separado, si el operador se cambia a la misma vez.

En adelante contamos, que una doble negación se conserva. Las negaciones dobles son inválidas y por lo tanto, se anulan. Al igual que en las matemáticas, las relaciones entre paréntesis tienen prioridad. Los ejercicios más complicados se representan con ayuda de las tablas de verdad. En estas tablas se representa la dependencia de las variables de salida de las variables de entrada en forma de tabla y por medio de los estados 1 y 0. Los enfoques operativos se simplifican después si es posible. Si convertimos una forma matemática lógica podremos obtener un esquema de conexiones. Aquí debemos aplicar las reglas y las leyes del álgebra booleana.

2.5

Accionamientos y mandos eléctricos

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Programación de un PLC Para la programación de un PLC los diferentes fabricadores utilizan de sus propios programas. El lenguaje de programación básico es igual, aunque se diferencian en algunos comandos. La normativa internacional IEC 61131 se introdujo para poder trabajar sobre una base uniforme para la programación del PLC. De esta forma la norma IEC 61131-3 representa las directrices de la programación de PLC más que sus reglas. La normativa unificada de los lenguajes de programación tiene ventajas tanto para los fabricantes como para los usuarios. El fabricante no tiene que programar todo el software de nuevo, lo que ocasionaría demasiados costes. Los usuarios, además, pueden trabajar con diferentes sistemas de programación , si estás creados de forma similar.

2.5.1

Programación estructurada A comienzos del PLC los programas estaban creados de forma linear. Los comandos se ejecutan en el orden establecido y se procesan. Hoy en día los programas se consolidan de forma más compleja. El programa se divide en diferentes partes. Estas partes se conocen como componentes de programación. La programación estructurada ofrece las siguientes ventajas: – Los programas se pueden abarcar mejor. Las modificaciones posteriores en el programa se pueden realizar de forma sencilla. La búsqueda de errores se simplifica. – Los componentes que se utilizan continuamente solo se editan una vez. Por defecto la base estructural será arrancada y exportada. De esta forma se simplifica el proceso de programación. – Los componentes que no se necesitan durante la programación pueden omitirse. Así el periodo de ciclos en grandes programas se puede limitar. – El productor del PLC mandará con frecuencia partes del programa ya terminados. Funciones determinadas, como el arranque de dirección o la base estructural para la asistencia de fallos, se pueden incorporar en el programa de usuario.

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Accionamientos y mandos eléctricos Cuando utilizamos los componentes hay que tener en cuenta que las salidas del programa general solamente se colocan una vez. El intercambio de información se realiza por medio de marcadores. El comienzo y el final del programa debe encontrarse siempre en el programa principal. Este componente se denomina componente de organización 1. A partir de aquí se omiten los componentes de funciones por separado. Esta omisión puede realizarse de forma absoluta, es decir, siempre, o solo si se especifica esta condición. Las funciones no tienen memoria. Se omiten con un valor determinado y así siempre envían el mismo resultado. A diferencia de éstas, los componentes de función pueden disponen de contadores o temporizadores. El resultado de un componente de función, con dependencia de los estados de las variables internas, puede ser diferente a pesar de las variables de entrada. En los componentes del programa también se pueden archivar información. A esta información se puede acceder durante el proceso del programa, aunque también es posible almacenar ciertos datos.

Imagen 47: Programación estructurada

2.5.2

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Declaración de variables Las entradas y salidas de un PLC se indican con letras y números. Así tenemos E para entrada y , A para salida. Del sistema de programación en inglés, por el contrario, se aplican las letras I para las entradas y Q para las salidas. Estas letras también se pueden aplicar en los sistemas de programación en español. Las entradas se indican con dos cifras, separadas por un punto. La primera cifra indica el grupo. Dentro de este grupo, la segunda cifra, del 0 al 7, numera las entradas por separado. De esta forma, en cada grupo se encuentran 8 entradas. Estos grupos de ocho indican que un byte se compone de ocho bits. Las salidas se organizan según el mismo principio. Además, se utilizan los mismos números para las entradas que para las salidas. Dentro ed las entradas y las salidas solo puede aparecer la misma cifra una vez. Entradas: Salidas:

Ejemplo

E0.0, E0.1, E0.2, E0.3, ... E0.7, E1.0, E1.1, ... A0.0, A0.1, A0.2, A0.3, ... A0.7, A1.0, A1.1, ...

En un nuevo sistema de programación, junto a la programación orientada al byte, también es posible una asignación orientada a la palabra de las direcciones de entradas y salidas. Dado que una palabra cuenta con dos bytes, en cada grupo podemos encontrar hasta 16 entradas o salidas. Las denominaciones que se utilizan en este caso son E0.0 hasta E0.15. Para que en un programa no solo se utilicen este tipo de denominaciones de direcciones, se pueden sustituir por direcciones simbólicas. Si la entrada se ha activado con la tecla de inicio E0.0, así esta entrada puede llamarse INICIO. A continuación encontraremos en el programa INICIO en vez de entrada E0.0. Los nombres de las entradas y salidas se acuerdan cuando se comienza el programa. Este apartado se conoce como declaración. EN el apartado de declaración se acuerda con cuantos bits cuenta una variable. Una entrada, como la tecla de inicio solamente puede encenderse o apagarse. Para esto solo se necesita un bit y una variable del tipo BOOL (booleana). Si las variables cuentan con más bits, se pueden llamar BYTE o PALABRA. Las variables globales sirven para todo el programa, sin embargo, otras variables se usan para un subprograma.

Minos

Accionamientos y mandos eléctricos Junto con entradas y salidas, también se utilizan marcadores, que además se numeran. Los marcadores se indican con la letra M, al contrario que las entradas y las salidas. Los marcadores almacenan los resultados de las conexiones, pudiendo utilizar estos resultados en subprogramas. Los marcadores son calificados como permanentes cuando su estado se mantiene tras la suspensión del voltaje eléctrico.

2.5.3

Las intrucciones La unidad más pequeña de programación es la instrucción. Se compone de un operador y de un operando, que dispone de la variante. Las instrucciones pueden variar según el sistema de programación de los diferentes fabricantes. Las instrucciones más importantes son: U O S R =

La función de multiplicación lógica, para el vínculo del BIT, BYTE y WORD, será también empleada com función gaveta. La función de suma lógica, para el enlace del BIT, BYTE y WORD. La puesta en almacenamiento. Retroceder para guardar. Distribución de los resultados del vínculo.

Las demás instrucciones cuentan con paréntesis en las que primero se calcula el contenido de los paréntesis,calculando a continuación el resto. En los contadores y los temporizadores también se dispone de operadores. Además, hay otras opciones que transfieren datos en otros registros, trasladando los bits o los bits de un byte llevan a cabo operaciones de comparación. Para activar los complementos se realiza mediante los operadores para un absoluto o limitado salto. Los saltos absolutos se llevan a cabo siempre, mientras que los saltos condicionales se suceden cuando se han indicado las condiciones específicas. La representación de las instrucciones se realiza en diferentes lenguajes de programación. Según el tipo de tarea de mando se utilizan lenguajes de programación apropiados para la creación del programa. Una parte de los lenguajes de programación la conforman la representación gráfica, en otros se basan en texto.

100

2.5.4

Accionamientos y mandos eléctricos

Minos

Lista de instrucciones AWL Esta lista de instrucciones es un lenguaje textual orientado a la máquina, disponible en casi todos los sistemas de programación. Evidentemente , no todas se corresponden con los lenguajes de la lista de IEC 61131-3, aunque el fabricante del PLC las denomine como AWL. Por este motivo no siempre es fácil trasladar un programa escrito en AWL por un fabricante a otro programa de un fabricante diferente. Con la ayuda de la lista de instrucciones se conectan las salidas y las entradas de forma lógica. Para ello se escribe en cada línea el operador y el operando. Además, cada línea debe contar con un comentario en el que se describa la operación. De esta forma se facilita mucho la lectura y comprensión posterior. Los comentarios se introducen en paréntesis con un asterisco. El sistema del programa ignora estos comentarios, solamente se carga el código del programa del PLC.

Ejemplo

La salida del PLC de una alarma se activa si los dos pulsadores están activados o un interruptor encendido. El programa se representa de la siguiente forma: U U O =

E0.0 E0.1 E0.2 A0.0

(* Pulsador 1 *) (* Pulsador 2 *) (* Interruptor*) (* Alarma *)

En cada línea encontramos, en primer lugar, el operador y después el operando. El comentario se coloca siempre en la parte derecha de la línea. Las dos primeras entradas son una conexión Y. Al que la sigue la conexión O con la tercera entrada. El signo de igualdad indica, que el resultado de la conexión lógica se reproduce en la salida. La lista de instrucciones se asemeja a la del lenguaje ensamblador en la programación de ordenadores. Las estructuraciones solamente son posibles de forma circunstancial por medio de órdenes de salto. La ventaja de la lista de instrucciones reside en que el código del programa es bastante corto, algo muy importante para la memoria del PLC. La lista de instrucciones se utiliza normalmente solo por programas avanzados. Los usuarios con poca experiencia prefieren lenguajes de programación con visualización, y así comprender de forma más sencillas los complicados procesos de programación.

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Minos

2.5.5

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Lenguaje Ladder El lenguaje Ladder es una representación gráfica de un programa. Se asemeja bastante al diagrama eléctrico de los antiguos relés. Los componentes del programa se dividen en segmentos, llamados red. Este lenguaje es comparable a la forma de representación gráfica. Los símbolos se pueden introducir con el teclado. El indicador gráfico de los símbolos también puede realizarse en pantallas que solo puedan representar texto. Además, este lenguaje se parece mucho a la representación americana de relés, los cuales están ordenados por su peso. Para crear de un diagrama eléctrico europeo de descripción analizada primero se debe girar a 90°. A continuación se refleja en una línea vertical y se adaptan a su vez, los símbolos. EL diagrama eléctrico es especialmente apropiado para eléctricos, dado que se asemejan mucho a la representación de los diagramas de relés, que se encuentran sobre todo en los mandos de conexiones.

Imagen 48: ejemplo de diagrama eléctrico

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2.5.6

Accionamientos y mandos eléctricos

Minos

Lenguaje de módulo de funciones FBs El lenguaje de módulos de funciones se basa en una representación gráfica de los programas. Los elementos operacionales se conectan mediante funciones booleanas, aunque también se utiliza otras funciones, como las aritméticas. Al igual que en el diagrama de contactos, los componentes del programa se dividen en redes. En las conexiones booleanas las redes se pueden convertir dentro del diagrama eléctrico, aunque también puede hacerse en lenguaje FBS. Los elementos gráficos de este lenguaje se basan en rectángulos, que se relacionen mediante líneas horizontes y verticales. La señal de la corriente va de izquierda a derecha. Sin Embargo, las salidas de más rectángulos no pueden reunirse. Tienen que ser asociados siempre como entradas de otros rectángulos. En el lado derecho dará los resultados de la asociación. En cada red sólo se debe evaluar un resultado, el cual, no obstante se puede dispensar en otras salidas al mismo tiempo. La función de la base estructural del idioma, será sólo usado por las personas confiadas para la programación. Como en el plano de contacto, que la distribución de la función es especialmente favorable

Imagen 49: Ejemplo de una base estructural del idioma

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2.5.7

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Lenguaje de bloques secuenciales Cuando hablamos de un organigrama de bloques secuenciales nos referimos también a una representación gráfica. Se utilizan sobre todo en controles secuenciales en los que se lleva a cabo un funcionamiento gradual. Los componentes de este lenguaje se denominan secuencias. Los transistores, requerimiento de conexión intermedia, se encuentran entre estas secuencias. Cuando se ha llegado a una transición, entonces se puede realizar el siguiente paso. En cada secuencia se encuentra una acción, ejecutada en este paso. Además, existe un requerimiento que se tiene que llevar a cabo para que esta secuencia se realice. Las acciones pueden ser válidas solamente para esta secuencia , o en la salida, que se pasará a la siguiente secuencia. Además es posible dividir el proceso en cadenas y después usarlas en conjunto. Además, también es posible hacer uso de las cadenas de forma alternativa según ciertas condiciones de uso. Según las condiciones de las entradas, tendremos diferentes procesos.

Comienzo Comienzo -S1

- S2 &

1N1

Final Final

Imagen 50: Ejemplo del lenguaje secuencial

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-S3 Motor encendido

-K1

2.5.8

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Texto estructurado ST El texto estructurado en un lenguaje de programación más avanzado, comparable al PASCAL en los ordenadores. Las tareas de control con procesos de cálculo complicados se pueden realizar de forma más sencilla con el texto estructurado. Al igual que la lista de instrucciones, el texto estructurado se orienta a la forma escrita, aunque no utiliza la lista de instrucciones AWL. Las ventajas del texto estructurado en comparación con las listas de instrucciones se basan en que las tareas de programación se formulan de forma compacta. El proceso/la construcción del programa se vuelven muy claros. Aunque también debemos contar con las desventajas. El código de la máquina no se puede manipular directamente, ya que la traducción debe pasar por un programa, el compilador. Los programas que se crean con lenguajes más avanzados, por esto son más lentos y más generales. La eficiencia del programa es por supuesto más baja. Un programa en texto estructurado cuenta con muchas instrucciones. Las instrucciones se separan mediante punto y coma, también llamado punto y coma decimal. Al contrario que en las listas de instrucciones, estas instrucciones pueden extenderse por muchas líneas. Aunque también es posible que en una línea haya muchas instrucciones. Los comentarios se indican mediante paréntesis y asteriscos. No tiene que aparecer al final de línea y se pueden colocar allí donde lo deseemos y se permitan caracteres de espacios. También pueden colocarse dentro de la instrucción. En el texto estructurado, la asignación se realiza mediante los dos puntos junto al signo de igualdad. En las asignaciones los valores se colocan que están a la derecha, junto al signo de igualdad de la instrucción se colocan a la izquierda. Las bifurcaciones se realizan con las instrucciones. En el texto estructurado no se usan las instrucciones de salto.

Ejemplo

A := B + C

(* la suma del valor B y C *) ;

En el ejemplo, los valores B y C se suman y se asignan a A. El comentario se encuentra al final de la línea. A continuación se cierra con un punto y coma.

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Minos

2.5.9

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Temporizador Los temporizadores también se denominan “Timer”. Se utilizan para alcanzar ciertos retrasos del programa. Se corresponden con los temporizadores de los relés. En este caso tenemos que observar que el tiempo del ciclo del PLC es mucho menor que el configurado en el temporizador. Según la tarea de control se colocarán diferentes temporizadores. Al igual que ocurre con los de los relés, los temporizadores cuentan con una retraso de conexión y de desconexión. Además, existen temporizadores para la prórroga o el retraso de la entrada de un impulso. En el lenguaje de bloques funcionales se puede reconocer de forma muy sencilla la programación del temporizador. La denominación del temporizador se encuentra encima del bloque. En un rectángulo que indica de qué tipo de temporizador se trata. Las conexiones siguientes del temporizador deben estar conectadas: IN PT Q

Condición de inicio, comienzo del temporizador, Constante de tiempo y duración, La salida se conecta, cuando acabe el tiempo instalado.

Las demás conexiones se conectan cuando se necesite la función deseada: ST R ET

Stop, para el temporizador sin que retroceda, Retroceso del temporizador a su estado de inicio, el valor restante del tiempo se indica como palabra.

Imagen 51: Timer en el lenguaje de bloques funcionales

106

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2.5.10 Contadores Los contadores se utilizan para calcular el número de ciclos llevados a cabo o para redactar la cantidad de componentes listos. Solamente pueden procesar números enteros positivos, incluido el 0. Según la tarea de control se utilizarán diferentes tipos de contadores. Los contadores de cuenta atrás se asignan a un valor determinado. Desde este se cuenta hacia atrás hasta el 0. Los contadores empiezan a partir del 0, aunque no necesariamente. El resultado del contador se compara con el número alcanzado. Si ambos números coinciden, entonces se asienta la salida. Además, existen también contadores combinados, que pueden registrar los números hacia delante y hacia atrás. En el lenguaje de bloques de diagramas se puede reconocer de forma sencilla la programación. La denominación del contador se encuentra encima del bloque. En un rectángulo que indica de qué tipo se trata. Las conexiones del contador tienen el siguiente significado: CD PV LD R CV Q

Unidad de cuenta, el contador registra un uno cada vez que se recibe un impulso Valor de cuenta, el valor a partir del que el contador hacia atrás comienza Carga del valor del contador en el contador, se realizará cuando se asiente la entrada, Retroceso del contador a su estado inicial, Emisión del estado actual del contador, el valor se puede comparar con el valor anterior, La salida se asienta cuando se alcance el valor 0

Imagen 52: Contador de cuenta atrás en FBS

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Minos

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2.5.11 Memorias Las memorias también se conocen como “Flipflops”. Se utilizan cuando las señales disponibles de corto tiempo deben actuar durante más tiempo. Dado que estos componentes mantienen el estado de conectado/desconectado de forma automática, también se conocen como biestables. La memoria se activa cuando llega la señal a la entrada S y se emita en la salida. Para reiniciar se necesita una señal en la entrada R. Esta función es igual en los dos tipos de memoria. Hay una diferencia cuando se encienden a la vez las dos entradas con una señal. Al guardar la puesta prioritaria, será depositada en este caso, una señal de salida. Para la memoria de función para el reinicio no se emite señal en la salida, si ambas entradas ya lo hacen. La función de la memoria corresponde, por lo tanto, al interruptor de relé con una conducta propia y la función dominante ENCENDIDO y dominante APAGADO.

La puesta prioritaria

La puesta del retroceso

Imagen 53: Memorias en los lenguajes FBS y texto estructutrado

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Minos

2.5.12 El secuenciador EL flujo de control se puede programar de forma sencilla con secuenciadores. Para ello se utiliza el lenguaje de programación SFC. Los secuenciadores se pueden programar también con la ayuda de memorias de reinicio. Para cada secuencia se dispone de una memoria. La primera secuencia se activa por medio de un pulsador de inicio o de un requisito de inicio. Para la salida se utiliza un marcador. La siguiente secuencia se lleva a cabo cuando el siguiente requisito/ restricción se ha realizado, si el marcador de la primera secuencia está ya activado. Cuando se activa la siguiente memoria también se activa la siguiente secuencia. Los marcadores están conectados de forma lógica a otra parte del programa para la salida de la señal. Según la configuración de la tarea las secuencias se activarán siguiendo un orden. La siguiente secuencia se prepara para el inicio y, a continuación, para el reinicio. Esta forma de procesar se corresponde con la de la técnica de los relés.

Imagen 54: Secuenciador en FBS

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3.1

Introducción

Minos

En el ámbito de la técnica se necesita y se utiliza energía eléctrica. Los medios más importantes usados los constituye la maquinaria eléctrica. La energía eléctrica también se utiliza para los dispositivos de mando. La maquinaria eléctrica se divide en generadores y motores. En los generadores la energía mecánica se transforma en energía eléctrica. La energía eléctrica se transforma en energía mecánica por medio de los motores. A estos motores se los conoce como accionamientos. La mayor parte de la maquinaria eléctrica trabaja con movimientos de rotación. Los motores que producen un movimiento recto se denominan motores rectilíneos. Un ejemplo bastante conocido son los Transrapid. El tamaño de los motores varía desde poco milímetros de diámetro hasta generadores con un peso de muchas toneladas. Los motores de menor tamaño ejercen una potencia de un milivoltio. Sin embargo, los generadores mayores producen una potencia eléctrica de miles de megavatios. Si esta potencia se indicara en vatios, obtendríamos un resultado de 0,001 W hasta 1 000 000 000 W. La transmisión y la distribución de la energía eléctrica se realiza mediante la red de tensión. Para distancias mayores se utilizan redes de alta tensión. Los clientes de energía en baja y media tensión se conectan a las redes de alta tensión. La gran ventaja de la tan conocida tensión alterna es que se puede transformar en otros valores de tensión con la ayuda de transformadores. Con referencia a la maquinaria eléctrica, los transformadores tienen un campo de potencia similar al de éstas. En la conexiones punto a punto (P2P) se lleva a cabo el traspaso de corriente continua con alta tensión. Desde el punto de vista tecnológico es más complicado que con corriente alterna; sin embargo, se tiene menos pérdidas en distancias mayores, como, por ejemplo, en la conexiones que se realizan a través de mar.

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Minos

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3.2

Campos eléctricos y magnéticos

3.2.1

El campo eléctrico La carga energética se divide en carga negativa y positiva. Los electrones representan la carga negativa y los núcleos atómicos la positiva. La carga eléctrica ejerce fuerzas entre ella. Las cargas del mismo tipo se repelen, mientras que las de distinto valor se atraen. Estas fuerzas se entienden positivas si las cargas se repelen, lo que ocurre tanto para dos cargas positivas como negativas. Si alrededor de una esfera cargada se encuentran cargas opuestas, estas cargas ejercerán fuerza en la dirección de la esfera. Las líneas de fuerza de tracción atraviesan el centro de la esfera. Estas líneas de fuerza representan las líneas del campo eléctrico. La dirección de las líneas del campo se definen de tal forma que van desde la carga positiva a la carga negativa, es decir, de más a menos. Las líneas de campo salen de una carga positiva y entran en una negativa de nuevo.

Imagen 55: Líneas de campo de un campo eléctrico

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Minos

En los campos eléctricos homogéneos las líneas del campo son paralelas. Esto sucede en dos placas opuestas cargadas del mismo tamaño. Los campos eléctricos de las máquinas son, al contrario, heterogéneos. Cuanto más anchas sean las líneas el campo eléctricos, serán más fuertes. La unidad que indica la fuerza del campo eléctrico es el Voltio/ metro (V/m). La cantidad de carga de un cuerpo conductor por superficie se conoce como densidad de la carga superficial. Si las cargas en dirección de las líneas de campo se desplazan, entonces hablamos de densidad de flujo eléctrico. Alrededor de un conductor eléctrico también se crea un campo eléctrico si la carga del conductor aumenta. El conductor forma la capacidad junto con el aislamiento. Al contrario que los condensadores, en los conductores no se necesita capacidad en general. Si se conecta un condensador a la tensión alterna senoidal, entonces esta tensión variará constantemente. La tensión se modificará muy rápidamente cuando la curva senoidal se encuentre en el punto cero. En este punto la corriente del condensador está al máximo. La tensión no varía en el ápice de la curva senoidal. Por este motivo en esta posición no se cuenta con corriente. De ahí que la tensión del condensador se adelante a la corriente en 90°. El desfase de tiempo entre la corriente y la tensión se denomina desplazamiento de fase. Dado que la tensión, tanto positiva como negativa, aumenta, la corriente fluye hacia al condensador o regresa de éste. Así, el condensador recoge potencia de la red y la vuelve a dejarla más tarde. Con un desplazamiento de fase de 90° la potencia recogida es igual a la que se vuelve a dejar. A este proceso se lo conoce como potencia reactiva. La toma de potencia reactiva ocasiona reactancia. A diferencia de la reactancia en las bobinas, la reactancia en los condensadores se conoce como reactancia capacitada. En todo campo eléctrico se encuentra energía almacenada que se utiliza para los condensadores. Esta cantidad de energía depende de la tensión y de la capacidad de los condensadores, aunque no sea demasiado grande, como para aprovecharla de forma significativa en la técnica energética.

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Minos

3.2.2

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El campo magnético El magnetismo tiene sus principios en el movimiento de electrones. Por medio de estas rotaciones se crea una fuerza magnética. Según el tipo de materia se producen diferentes comportamientos en el campo magnético exterior. Si una materia paramagnética se expone a un campo magnético, el campo magnético aumenta de forma leve debido a este materia. Entre otros encontramos, por ejemplo, el aluminio y otros materiales aislantes. A diferencia de estos, los materiales diamagnéticos debilitan el campo magnético en el que se aplican. El cobre, la plata y el oro son ejemplos de estos materiales. Otros materiales como el hierro, el níquel y el cobalto son ferromagnéticos. Si se aplican en un campo magnético, este aumentará fuertemente. De esta forma, el campo magnético se concentra en la ametria ferromagnética. Es por esto que en las máquinas eléctricas se encuentre frecuentemente materiales ferromagnéticos. Los materiales ferrimagnéticos se comportan de igual forma. Además no refuerzan el campo magnético no refuerzan tanto el campo magnético como los ferromagnáticos. En este grupo encontramos materiales como el dióxido de cromo y la ferrita, utilizados sobre todo en la nanotécnica. Si por un conductor eléctrico fluye corriente se forma un campo magnético alrededor del conductor. El campo magnético tiene, en este caso, forma de anillos concéntricos. La dirección de las líneas de campo se derivan de la regla del tornillo. Si se atornilla un tornillo, la dirección de rotación muestra la dirección de las líneas de campo, mientras que el movimiento hacia delante señala la dirección de la corriente. Si la corriente fluye por dos conductores en paralelo con la misma dirección, entonces los conductores se atraen mutuamente. Sin embargo, si la corriente fluye en la dirección contraria, los conductores se repelen. Las bobinas se forman conectando varios bucles en línea. Cuando la corriente fluye a través de la bobina, las líneas de campo de las espirales individuales se juntan y forman un electroimán. El punto en el que las líneas de campo aparecen se conoce como polo norte. Dado que la corriente fluye por las espirales de la bobina en la misma dirección, éstas se atraen y mantienen junta la bobina. Las bobinas son un componente muy importante de los motores eléctricos y de los transformadores. El efecto magnético depende de la tensión de la corriente y de la cantidad de espirales. El producto de estos dos valores se conoce como permeación.

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La fuerza de campo es mayor, cuanto mayor sea su permeación y cuanto más pequeña sea la bobina, y de esta forma, la longitud de las líneas de campo magnéticas. Dentro de las bobinas magnéticas, una medida importante es la inducción magnética. En las bobinas magnéticas que cuentan con un núcleo de hierro se toma de este valor una característica de imantación, diferente según sea el material. En los materiales que se utilizan en la maquinaria eléctrica y en transformadores interviene saturación magnética en una fuerza de campo concreta, lo que significa que, a pesar de que la fuerza de campo, no se puede aumentar la inducción. Si se multiplica la inducción magnética por el perfil de la bobina, y así se obtiene la influencia magnética. Sin embargo, en la maquinaria eléctrica la influencia magnética depende del número de efectividad y del factor de efectividad. Por este motivo se utiliza el concepto de encadenación de corriente magnética.

Imagen 56: Líneas de campo de un campo magnético

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3.2.3

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Inducción Si la corriente fluye a través de un conductor eléctrico entonces se forma aun campo magnético alrededor del conductor. En el caso de que este conductor se encuentre en otro campo magnético, entonces estos dos campos se influencian. Si la corriente fluye en el sentido contrario a un campo magnético exterior, entonces se provoca una fuerza en el conductor. Esta fuerza actúa de forma perpendicular al conductor y se conoce como fuerza de Lorentz. La dirección de actuación se determina mediante la regla de la mano derecha. La mano izquierda se coloca de tal forma que las líneas de campo coincidan con la parte interna de la mano y así los dedos señalan la dirección de la corriente, el pulgar indica la dirección de la efectividad de la fuerza. Esta regla también se conoce como la Regla del Motor o de la mano derecha ya que con ayuda de la energía eléctrica se crea un movimiento. En una bobina tenemos diversos conductores conectados en línea. De esta forma se puede multiplicar la eficiencia de la fuerza, utilizado sobre todo en motores. Sin embargo, en ciertos en los tubos de rayos catódicos un rayo de electrones se desvía mediante el campo magnético de las bobinas. En este caso no se dispone de conductor eléctrico y el movimiento de electrones en el campo magnético es suficiente para que se cree fuerza de Lorentz. Si, por el contrario, un conductor se mueve en un campo magnético, en el conductor se crea tensión. Este proceso se conoce como inducción. Si los dos puntos finales se conectan, entonces las diferencias de tensión se igualan y fluye la corriente. La corriente que fluye por medio de la inducción forma de nuevo un campo magnético. Este campo magnético se alinea de tal forma que el movimiento del conductor se frena. Por este motivo debe ejercerse una fuerza externa en el conductor y así se siga llevando a cabo el movimiento. Este principio se aplica en los generadores en los que se genera tensión por medios de una propulsión externa por la que fluye corriente. Para determinar la dirección de la corriente se usa la regla de la mano derecha. Se coloca la mano de tal manera que las líneas del campo magnético coincidan con la parte interior de la mano y el pulgar indique la dirección de movimiento y así los dedos señalen la dirección de la corriente por la inducción ocasionada. Esta regla se conoce como la regla de los generadores. Si conectamos un conductor a un bucle y estos a una bobina se puede aumentar la tensión inducida. Esta tensión es mayor cuánto más anillos tenga la bobina y cuanto más varíe el fluyo magnético, lo que puede modificarse mediante las revoluciones del generador.

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Si dentro de la bobina se encuentra un núcleo de hierro, entonces la corriente se induce en este núcleo de hierro, si a través de la bobina fluye corriente alterna. Este tipo de corriente se la conoce como corriente inducida o de Foucault. Dado que el hierro es un buen material conductor de corriente, el fluyo de la corriente inducida puede ocasionar que el núcleo de hierro se caliente. Para evitar la aparición de este tipo de corriente los núcleos de hierro se fabrican con finas láminas, aisladas la una de la otra mediante una capa de barniz. De esta forma solamente se crea corriente inducida en las láminas individuales. Cuando se conecta una bobina con tensión continua, cuando se conecta la tensión también se crea un campo magnético. De esta forma se induce tensión en la bobina, lo que produce que la corriente aumente lentamente a través de la bobina. Esta tensión de autoinducción contrarresta la corriente. Cuando desconectamos la tensión continua también se crea tensión debido a la autoinducción, que actúa en la misma dirección que la corriente anterior. Estas tensiones son tan altas que en los contactos del interruptor se producen arcos voltaicos, pudiendo dañar estos contactos. Para evitarlo se conecta, al lado de la bobina, el llamado diodo libre, que bloquea el fluyo de la corriente en normal funcionamiento y cuando se desconecta permite pasar la corriente que se crea de la autoinducción. En este caso, la corriente de la bobina desciende lentamente y así se evitan posibles fallos en los contactos del interruptor. A las bobinas se las conoce como inductancia. Con el término de inductancia se denomina la gran capacidad de la bobina para inducir tensión. Cuando se conecta una bobina con tensión alterna, entonces se opone resistencia por medio de inducción a la corriente. Por este motivo la corriente alcanza su valor máximo antes que la tensión. Este desfase tiene un valor de 90°como en los condensadores. Sin embargo, y al contrario que en los condensadores en una bobina, la tensión llega antes que la corriente. La reactancia que se crea en la bobina se llama reactancia inductiva. Al igual que en un campo eléctrico, en un campo magnético también se almacena energía. La cantidad depende de la inductancia de la bobina y de la corriente que fluye por ésta.

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Minos

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3.3

Fundamentos de la alimentación de corriente

3.3.1

La producción de energía eléctrica El término de producción de energía eléctrica se refiere a la transformación de otro tipo de energía en energía eléctrica. La producción de energía de forma directa no es posible. Dado que el almacenamiento de energía eléctrica en grandes dimensiones tampoco es posible, la corriente eléctrica se debe generar en el momento en el que se vaya a utilizar. En Alemania una gran parte de esta energía se genera por medio de centrales de carbón y nucleares. En estos dos tipos de centrales eléctricas se genera vapor calentando el agua. Con el vapor las turbinas se activan, que están acopladas a los generadores. Estos generadores producen finalmente la energía eléctrica. La producción de grandes cantidades de vapor no se puede transformar rápidamente. Por este motivo, las centrales eléctricas en las que se genera el vapor por medio de la quema de carbón se conocen como centrales de carga media. Las centrales nucleares trabajan con mecanismos base, dado que el arranque es mucho más complicado. Las centrales de turbinas de gas disponen de cortos periodos de tiempo de arranque y son establecidas en la parte del medio o en el mecanismo extremo. Las turbinas de gas accionan el generador. Dentro de la producción de energía regenerativa encontramos las centrales hidroeléctricas y eólicas. En estos casos también encontramos una turbina o una élice que accionan el generador. Las centrales solares con fotovoltaica no necesitan generadores. La energía eléctrica se obtiene de la luz solar dentro de las células de las placas solares. Sin embargo, las centrales con energía solar térmica producen gas, con los que se accionan las turbinas y los generadores. Otra posibilidad en la que no se necesita el uso de generadores para crear energía eléctrica que se basa en células de combustión. En este caso el hidrógeno reacciona con oxígeno al agua donde se produce tensión eléctrica. A gran escala las células de combustión se establecen como células carburantes pero no aún como generadoras de energía. El almacenamiento de energía eléctrica se lleva a cabo, sobre todo, mediante una estación de transmisión de energía por bombeo. La energía restante se aprovecha para extraer el agua en mayores y oportunos cuencos. Para el tiempo necesario, será generada energía eléctrica mediante una turbina.

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3.3.2

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Minos

Transporte de corriente y distribución La distribución de la energía eléctrica generada en las centrales eléctricas se realiza por medio de redes de transmisión, llamadas redes de alto voltaje si la tensión es superior a 1000 V. En general, cuando hablamos de redes de alta tensión nos referimos a redes de corriente trifásica que se utilizan con 110 kV, 220 kV o 380 kV. El voltaje a partir de 220 kV se denomina alta tensión. Las redes con 220 kV y 380 kV transfieren la energía eléctrica a largas distancias. Las centrales eléctricas de grandes dimensiones están conectadas a una red eléctrica de 380 kV. Normalmente estas redes son líneas aéreas. Las redes de monofásicas del ferrocarril, al igual que el aprovisionamiento con corriente alta-continua, no disponen de corriente trifásica. La transferencia de corriente continua es mucho más costosa largas distancias, aunque las pérdidas de la línea son menores, ya que se genera menos reactancia. El término de redes eléctricas de media tensión designa a redes que distribuyen sobre todo 10 kV, 20 kV ó 30 kV, conectados por medio de transformadores en las estaciones con red de alta tensión y conectados a una red de baja tensión. Los grandes consumidores están directamente conectados a la red de media tensión. La distribución de la energía se realiza a través de líneas aéreas suspendidas en unas torres o postes, aunque también se puede realizar bajo tierra por medio de cables. En el campo se prefieren los postes, mientras que en las ciudades se utiliza más bien cableado bajo tierra. La distribución hasta el pequeño consumidor se realiza mediante una red de baja tensión. Funciona con 400 V/230 V. También, en este caso, nos encontramos con líneas aéreas y cableado subterráneo. Los cables subterráneos están menos sujetos a averías que las líneas aéreas, además, ocupan menos lugar y no afectan a la región. Sin embargo, los costes de la instalación debido a los trabajos bajo tierra son más altos. Como materiales de trabajo conductores se utiliza tanto el aluminio como el cobre.

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3.4

Transformadores

3.4.1

Transformador ideal En la mayoría de los casos, un transformador consta de dos bobinas, conectadas entre sí. El acoplamiento de las bobinas se realiza mediante un campo magnético. El núcleo de hierro del transformador conduce el flujo magnético. En los transformadores perfectos no se producen pérdidas, el grado de eficiencia es del 100 %. Un transformador real, a cuyo arrojamiento secundario no se ha conectado impedancia de carga, se asemeja a un transformador ideal. A esto se le llama funcionamiento en vacío del transformador. Con un transformador se traspasa la tensión, la intensidad de la corriente eléctrica, la resistencia, la capacidad y la inductividad. En un transformador ideal la tensión se comporta según el número de espiras: a Vp Vs Np Ns

Relación de transmisión Tensión de entrada Tensión de salida Espiras de entrada Espiras de salida

ü = Vp / Vs = Np / Ns En un transformador ideal las espiras se comportan de forma contraria a número de espiras: iP iS Np Ns

Ejemplo

Corriente en la entrada Corriente en la salida Espiras de entrada Espiras de salida

ü = iP / iS = Ns / Np Un transformador considerado como ideal tiene un número de espiras de entrada de 200 y en la salida de 800. La tensión de salida comprende 48 V. Cómo es la tensión en la salida? Cómo es la tensión en la entrada si en la salida la corriente fluye a 2 A? Tensiones: U1 / U2 = N1 / N2 48 V / U2 = 200 / 800 U2 = 192 V La tensión de salida comprende 192 V.

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Intensidad de la corriente: iP / iS = Ns / Np iP / 2 A = 800 / 200 iP = 8 A La intensidad de corriente en la salida comprende 8 A. Un transformador ideal transfiere la relación de transmisión al cuadrado: a Z1 Z2 N 1 N 2

Relación de transmisión Impedancia en la entrada Impedancia en la salida Espiras en la entrada Espiras en la salida

a2 = Z1 / Z2 = N12 / N22

Ejemplo

Un transformador considerado como ideal tiene un número de espiras en la entrada de 200 y en la salida de 800. En la salida hay conectada una resistencia de 500 Ω. Cuántos ohms se ejercen en la entrada? Z1 / Z2 = N12 / N22 Z1 / 500 Ω = 2002 / 8002 Z1 = 31,25 Ω Un transformador no solo transfiere impedancia, sino también resistencia efectiva y reactancia inductiva y capacitada al igual que capacidad e inductividad. Para la capacidad C y la inductividad L se utilizan las siguientes operaciones de cálculo: Capacidad: 1 / ü2 = C1 / C2 Inductividad: ü2 = L1 / L2

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3.4.2

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El transformador real Un transformador real se encuentra en reposo si en la entrada no hay impedancia de carga. De esta forma, un transformador en reposo se comporta de la misma forma que una bobina con gran inductividad. Si la entrada del transformador está conectada a gran tensión, la corriente de imantación aumenta de gran forma, lo que puede ocasionar la quema del devanado y del transformador. La corriente en reposo aumenta por medio de entre hierros en el núcleo de hierro del transformador, por lo que el factor de potencia disminuye. Para evitarlo, las láminas del núcleo de hierro se distribuyen en capas de tal forma que hacen contacto con el núcleo de hierro de forma alterna. En los transformadores, la corriente de irrupción puede comprender valores muy altos, hasta diez veces más de la corriente asignada. Esta corriente tan fuerte puede aparecer cuando el transformador no está cargado. Por este motivo, los seguros en la entrada del transformador deben estar configurados con el valor doble de la corriente asignada. En los transformadores sometidos a peso una parte de las líneas de campo magnético fluyen también fuera del núcleo de hierro y, así, a través del aire. Este fluyo magnético se conoce como flujo disperso y requiere blindaje o apantallamiento, lo que se aplica, sobretodo, en la ciencia de las Telecomunicaciones. Para transferir la tensión de cortacircuitos del transformador las dos conexiones de la salida se conectan entre ellas. La tensión de cortocircuito se deriva a la entrada cuando el transformador adquiere corriente asignada. La tensión de cortocircuito baja indica baja resistencia interna del transformador. En estos transformadores, la tensión de salida disminuye solamente un poco debido a la carga. Sin embargo, si se cuenta con resistencia interna baja se crea tensión de cortocircuitos alta, lo que puede ocasionar defectos en el bobinado y, de este modo, en todo el transformador. Los transformadores que ofrecen resistencia se denominan de gran tensión, porque ejercen una gran resistencia interna, al contrario que los de tensión débil. En los transistores de corriente trifásica y alimentación eléctrica se cuenta con una tensión de cortocircuito bajo un 10 % de la tensión asignada del arrollamiento, sin embargo, en los transformadores de timbre encontramos solamente un 40 %.

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Minos

El relación entre la potencia activa del transformador suministrada y recibida se conoce como rendimiento. El rendimiento se reduce mediante hierro y las pérdidas en la bobina. Independientemente de la carga, el flujo magnético del núcleo permanece inalterable. La potencia en la pérdida de hierro también permanece igual. Sin embargo, la potencia perdida en el hierro aumenta al cuadrado en relación a la carga. El rendimiento de un transformador también depende de su carga. En los transformadores de red la potencia perdida en el hierro también es igual. Si un transformador se acciona sin carga en la bobina de salida aparecerán pérdidas. En la bobina de entrada también se producen pérdidas, aunque muy breves, ya que no fluye mucha corriente. La potencia obtenida de un transformador en vacío se corresponde con las pérdidas en el núcleo de hierro. Por este motivo, la potencia perdida en el hierro se puede medir en un ensayo en circuito abierto. Sin embargo, la potencia perdida en la bobina se mide en un ensayo de cortocircuito con la carga dimensionada. En este caso la corriente asignada fluye a través de las bobinas, provocando potencia perdida en la bobina. Por medio de pequeñas tensiones en el ensayo de cortocircuitos el flujo magnético del núcleo de hierro es bastante menos y casi no se crea potencia perdida en el hierro. Como rendimiento anual se conoce a la relación a lo largo de un año del trabajo suministrado al trabajo recibido en el mismo periodo de tiempo. La diferencia de ambos valores indica la pérdida de trabajo del transformador. Dado que las pérdidas en el núcleo de hierro son independientes de la carga se crea un grado de rendimiento anual escaso si el transformador ha estado conectado bastante tiempo y solo se a cargado temporalmente. Si los transformadores se cargan de forma esporádica aunque hayan estado conectados durante mucho tiempo entonces las pérdidas en el hierro son menores a las pérdidas en la bobina.

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Minos

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3.5

Máquinas eléctricas de rotación

3.5.1

Introducción La maquinaria eléctrica de rotación cuenta con un rotor que gira mientras la máquina está en funcionamiento. En general, se puede hablar de maquinaria eléctrica siempre y cuando no haya duda de que no se trate de otro tipo de máquinas eléctricas. Según sus cometidos,podemos diferenciar entre motores, generadores y convertidores. Los motores convierten la energía eléctrica en energía mecánica. El uso se aplica en muchos campos a modo de propulsión. La conversión de energía mecánica en energía eléctrica se realiza mediante generadores. Dado que la energía eléctrica se genera normalmente en instalaciones de gran tamaño, los generadores son mayores que los motores. Los generadores de menor tamaño se utilizan como suministradores de corriente y también se aplican en vehículos motorizados, utilizados como alternadores. A la hora de convertir energía eléctrica con una determinada tensión y frecuencia en otro valor de tensión y frecuencia se utilizan los convertidores eléctricos. Esta tarea la sustituyen hoy en día los inversores, aparatos electrónicos que no disponen de componentes de rotación. La maquinaria eléctrica de rotación puede ponerse en marcha mediante diversas formas de corriente. Normalmente se utiliza corriente trifásica, por este motivo se conoce a este tipo de maquinaria también como máquinas trifásicas. Las máquinas de corriente alterna monofásicas se poner en marcha, naturalmente, con este tipo de corriente. Al contrario que la corriente trifásica, se utiliza solamente una fase. La maquinaria de corriente continua se utiliza igualmente aunque no sea tan usual. Otro término utilizado para los motores eléctricos es la maquinaria de campo giratorio. Este término se utiliza cuando el rendimiento del motor se genera por medio de un campo magnético giratorio. Las máquinas sincrónicas son máquinas eléctricas en las que las revoluciones son iguales a las del campo giratorio. Sin embargo, las revoluciones de las máquinas asincrónicas son mayores o menores que las del campo giratorio. En los motores de inducción la energía eléctrica se transfiere por medio de inducción al rotor, por lo que no se necesita contacto de slider.

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3.5.2

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Minos

Máquinas de campo giratorio Si se gira un imán permanente de forma rectangular su campo magnético también girará, es decir, se crea un campo giratorio. Por medio de la corriente alterna trifásica se puede generar un campo giratorio sin necesidad de movimiento del imán. Además, se utiliza un juego de tres bobinas organizadas de tal forma que estén colocadas cada una respecto a la otra en 120°. Si a través de tres bobinas magnéticas fluye corriente trifásica, en cada bobina se creará un campo magnético. A continuación éstos se unen, derivando en un campo magnético único.. Dado que la fases por separado de la corriente alterna están colocados a 120º, alrededor de las tres bobinas se forma un campo de rotación de dos polos. En el transcurso de un periodo el campo giratorio rota 360º. SI tenemos frecuencia de 50Hz obtenemos 3.000 revoluciones por minuto. Si utilizamos seis bobinas, éstas se colocan a 60º, con lo que se crea un campo giratorio de cuatro polos que realiza solamente medio giro durante un periodo. A 50 Hz resultan 1500 revoluciones por minuto.

Imagen 57: Líneas de campo de un campo eléctrico

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3.5.3

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El par de giro y la potencia Tanto en motores que transforman la energía eléctrica en energía mecánica, como en generadores, que transforman la energía mecánica en energía eléctrica, se producen siempre ciertas pérdidas. El calentamiento se ocasiona debido a estas pérdidas. Las pérdidas de hierro son aquellas que se crean en material magnetizado mediante corriente de Foucault y desmagnetización. Las pérdidas de bobinas son pérdidas que se generan en las bobina cuando la corriente fluye por ellas. Además, aparecen también pérdidas a través del ventilador o mediante fricción. El rendimiento del motor determina la totalidad de las pérdidas, es decir, la relación entre la potencia absorbida y la suministrada. La potencia suministrada del motor se determina según la medida del par de giro y las revoluciones. La tensión absorbida se toma a través de la red y se puede determinar con ayuda de aparatos de medición. El par de gira representa la fuerza en la circunferencia del árbol de transmisión. Uno de los aparatos de medición en dinamómetro eléctrico. Los dinamómetro se conocen también como balanza de potencia. Se constituyen de generadores de CC, en los que el componente exterior, el estator puede girar. Cuando se mide el par de giro, se crea un par de giro en el cuerpo del generador. Este par de giro se transmite por medio de una palanca a la balanza, en la que se lee la fuerza derivada del par de giro. La energía producida en el generador se transforma en calor debido a las resistencias de carga. El producto derivado de las revoluciones del motor y el momento de medición resulta en la potencia asignada. En este caso se trata de la potencia mecánica que se ha creado. La placa descriptiva contiene los datos más importantes del motor. El sentido de giro del motor indica en qué dirección gira el árbol. El giro en el sentido de las agujas del reloj se conoce como giro a la derecha, al contrario que el giro a la izquierda. Si las bornas U1, V1 y W1 de un motor trifásico están conectadas con un conductor exterior L1, L2 y L3 obtendremos el giro a la derecha. El sentido de giro se puede modificar por medio de dos conductores exteriores.

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3.6

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Minos

Motores asíncronos Los motores asíncronos se emplean muy a menudo con corriente alterna o trifásica. Por medio del campo giratorio en el estator se induce la tensión del rotor, haciendo que gire. La transmisión de energía al rotor se produce mediante inducción. Por este motivo a los motores asincrónicos también se los conoce como motores de inducción. La aplicación de escobillas no es necesaria para transferir la corriente al rotor. En las máquinas asíncronas las revoluciones del rotor se diferencian de las del campo giratorio del estator. Esta diferencia se conoce como deslizamiento. Normalmente las revoluciones del campo giratorio se indican en porcentajes, que en los motores está entre el 3 y el 8 % de las revoluciones de este campo. En los motores asíncronos las revoluciones del rotor son menores a las del campo giratorio. Sin embargo, el número de revoluciones del generador asíncrono es algo mayor que el del campo de giro. Si un motor asíncrono se activa por medio de una fuerza exterior, y así, aumentado el número de revoluciones del rotor, entonces trabaja como generador. Los generadores asíncronos se emplean con un valor máximo de potencia de hasta aprox. 5 kW. Un generador asíncrono debe estar conectado a la red para que se genere el campo giratorio del estator, con lo que se alimenta de potencia reactiva. Sin embargo, en la red los generadores asíncronos emiten potencia activa.

Ejemplo

Un motor bipolar trifásico está conectado a una red de 50 Hz. El rotor gira a 2850 revoluciones por minuto. ¿Qué valor tiene el deslizamiento? En un motor bipolar conectado a 50 Hz él campo giratorio se mueve a 3000 revoluciones por minuto. De este modo, la diferencia del número de revoluciones del campo al del rotor es de 150 revoluciones por minuto. El deslizamiento se calcula mediante la diferencia del número de revoluciones con relación al número del campo giratorio: s = 150 min-1 / 3000 min-1 = 0,05 = 5,0 %. Si la carga del motor aumenta, el número de revoluciones disminuye. El deslizamiento es dependiente de la carga.

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3.6.1

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Rotor en jaula de ardilla El rotor de un motor asíncrono se conoce como rotor de jaula de ardilla. Junto al eje y el núcleo de chapas el rotor de jaula de ardilla cuenta con dos anillos en cortocircuito, conectados por medio de barras conductoras. Las barras conductoras se colocan a través del núcleo de hierro. Las barras y los dos anillos forma una jaula sin el núcleo de chapas, por este motivo a estos rotores se los conoce como rotores de jaula de ardillas. Normalmente las barras se colocan algo inclinadas y el momento de torsión será independiente de la posición del cursor. Las barras que se utilizan suelen ser redondas, aunque también ponemos encontrar barras en forma angular/cuadradas. El material para esta jaula suele ser el aluminio o el cobre. Dado que el cobre ofrece menos pérdidas que el aluminio, su rendimiento es mayor. Debido a estas pérdidas menores en los rotores de cobre no se necesitan pleurales frías en los anillos, como es el caso de los rotores de aluminio. Además, los rotores de cobre también son conocidos como motores de ahorro energético. El par de arranque en los motores con rotor de cobre es menor que en el aluminio, ya que la resistencia efectiva del cobre es menor. A través del campo giratorio del rotor en el motor se genera otro campo giratorio. De esta forma se crea tensión en la jaula y la corriente fluye a través del conductor, conectado por medio de los anillos de cortocircuito. El campo magnético se crea a través de la corriente en el rotor. Este campo magnético hace que el rotor gire en la dirección de rotación del campo de rotación del estator. Si el rotor alcanza el mismo número de revoluciones que el campo giratorio del estator, entonces no se induce tensión en el rotor, con lo que deja de producirse el movimiento giratorio. Por este motivo, en los motores asíncronos el número de revoluciones del rotor debe ser siempre menor al del campo giratorio del estator. En los motores de jaula de ardilla normalmente encontramos el rotor dentro del estator. Sin embargo, también es posible que se coloque el rotor en la parte exterior, sobre todo si contamos con motores de menor tamaño. Este rotor exterior se utiliza para el arranque, por ejemplo en líneas de producción.

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3.6.2

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Minos

Motores en jaula de ardilla con corriente monofásica En un motor concebido para corriente monofásica se crea un campo alternante que se puede dividir en dos campos giratorios de misma fuerza pero que giran en diferentes sentidos. Los motores de este tipo se conocen como motores de arranque. Después del arranque en un sentido de giro el campo magnético alternante ejerce un par de rotación en el rotor en jaula de ardilla y, a continuación, el motor gira en el sentido de arranque. Otro tipo de fabricación/construcción, junto al principal devanado se coloca a 90° otro devanado en el estator. Para que en el estator se cree campo giratorio se necesita desfase temporal en la corriente del devanado auxiliar con relación al devanado principal. Por medio del campo giratorio resultante los motores monofásicos pueden realizar el arranque por si solos. El desfase del devanado auxiliar con relación al devanado principal puede producirse con ayuda de condensadores, resistencias efectivas o mediante la inducción adicional de la bobina auxiliar. Dado que los motores monofásicos con inducción adicional cuentan con un momento de arranque menos, este tipo de procedimiento se utiliza en pocas ocasiones. En motores con condensador el desfase se produce por medio de un condensador. Cuentan con una potencia asignada de aproximadamente 2 kW. El sentido de giro se genera mediante el cambio en el sentido de la corriente en el devanado auxiliar. La disposición del devanado principal no varia. El par de arranque de los motores con condensador depende del tamaño del condensador. Si pretendemos conseguir un par de arranque mayor se conecta de forma paralela al condensador de funcionamiento un condensador de arranque. El condensador de arranque condensador de arranque debe desactivarse después de que el motor se ponga en funcionamiento, dado que una gran cantidad de corriente por medio de su gran capacidad fluye a través del devanado auxiliar y, si se deja en funcionamiento demasiado tiempo, se calienta en desmedida. Según la cantidad de kW de la potencia del motor, el condensador de funcionamiento indicará una potencia reactiva de 1,3 kvar. El condensador de arranque debe tener un valor tres veces mayor. Para motores de hasta 300W se puede, en lugar de un condensador, emplear, también, un bobinado a contraposición.

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Accionamientos y mandos eléctricos Con ayuda de un circuito piedra-piquero, pueden accionarse motores trifásicos con tensión alterna. El motor trifásico con tensión de 230 V debe estar adaptado para una conexión en triángulo, con la que se pueda conectar a la tensión alterna de 230 V. Uno de los devanados del motor trifásico se conecta directamente a la red. El condensador se conecta en paralelo a uno de los otros dos devanados. Según el devanado el giro se producirá hacia la derecha o hacia la izquierda. Dado que la corriente que fluye a través de las bobinas en diferente cantidad se crea un campo giratorio elíptico. A través de este procedimiento el motor solamente puede accionarse al 70 % de su potencia asignada en corriente trifásica. El motor de arranque también cuenta con la mitad de potencia que con corriente trifásica.

Cañón derecho

Imagen 58: Motor trifásico con corriente alterna monofásica

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Cañón izquierdo

3.7

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Motores con convertidores de corriente La mayoría de los motores con convertidor de corriente funcionan con corriente continua. Sin embargo, existen también motores de este tipo con corriente alterna. En el rotor encontramos el convertidor de corriente, en este caso llamado armadura, compuesto de varias láminas de cobre, aisladas entre sí. Estas láminas están conectadas a bobinas separadas. Además, encontramos otros términos para convertidor de corriente como colector o conmutador. En la parte exterior del motor del rotor, se encuentran las escobillas de carbón y grafito. Con un mecanismo de muelles se presionan las escobillas contra las láminas de cobre del convertidor de corriente. Mediante la rotación de la armadura las escobillas se deslizan sobre las láminas de cobre. A partir de las escobillas la corriente eléctrica se conduce hasta la armadura del motor por medio de las láminas de cobre. Ya que las escobillas están en contacto con las láminas de cobre por medio de movimientos giratorios de la armadura, la corriente fluye por las bobinas de la armadura. El estator de los motores con convertidor de corriente se denominan carcasa magnética. Aquí se crea un campo magnético estable. En los motores monofásicos de hasta 20 kW se crea el campo magnético con un imán permanente. La ventaja de los imanes permanentes se basa en que no generan pérdidas en el devanado de excitación y, con esto, el motor alcanza un mayor grado de rendimiento. Cuando la corriente fluye por el bucle del conductor de la armadura el campo magnético se carga por medio del propio campo magnético del estator. Así se crea un par de rotación en la armadura. En el momento de rotación, fluyen en los bucles de la armadura corriente por medio de las escobillas y del convertidor de corriente. Esto ocasiona un gran par de rotación. Este par de rotación es regular ya que el número correspondiente de bucles de la armadura es muy grande. Debido a la sobrecarga de las máquinas de corriente continua el campo magnético entero pierde su forma debido al campo magnético de la armadura. Dado que las escobillas no suministran corriente de forma óptima la armadura en las escobillas se crea chisporroteo de escobillas . La contorsión del campo magnético se puede evitar mediante los polos, devanados que se colocan a 90° del campo magnético principal en el estátor. Los polos están conectados en fila y, así, la corriente fluye de igual forma.

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Accionamientos y mandos eléctricos Los términos de las conexiones de motores de corriente continua y de generadores de corriente continua se denominan de igual forma. Para ello se utilizan las siguientes letras: A B C D E F

Devanado de armadura, Devanado de los polos, Devanado de compensación, Devanado de conexión en serie, Devanado de shunt, Bobina de excitado exteriormente.

Los devanados se indican por medio de cifras anteriores a las letras. Las cifras posteriores señalan el comienzo del devanado con un 1 y el final con un 2. Si la corriente fluye por cada uno de los devanados de comienzo a fin, entonces la rotación del motor será hacia la derecha. Para ello debemos poner atención en el eje de la tracción/propulsión. El cambio de dirección de rotación acontece mediante el cambio de la corriente de la armadura o del devanado del estator, aunque es conveniente cambiar la dirección de la corriente de la armadura.

Corriente de ancla

Productor de corriente

Imagen 59: Formación del par de rotación

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3.7.1

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Interruptores de motores de CC Dentro de los motores de CC se cuenta con diferentes formas de conexión entre el devanado de excitación y el devanado de inducido. En los motores en serie el devanado de excitación se conecta en serie con el devanado de inducido. La totalidad de la corriente, que fluye por la armadura, se consigue también mediante el devanado de excitación. Dado que, especialmente, cuando se arranca el motor el consumo de corriente es bastante alto, el par de arranque también es bastante alto. Los motores en serie cuentan con el par inicial de arranque más alto de los motores eléctricos. Si el motor se pone en marcha sin carga entonces la corriente en los devanados disminuye y el campo de excitación se debilita. De este modo el número de revoluciones aumenta. El motor en serie puede alcanzar tal número de revoluciones que dar lugar a graves defectos. Se dice que el motor se pasa de revoluciones. En los motores de menor tamaño se evita este problema mediante élices de ventilación en el motor. Si se cuenta con un gran número de revoluciones, se evita la carga. La propulsión mediante correas planas no puede realizarse en motores en serie, ya que las correas pueden salirse , con lo que el motor continuaría son carga.

Imagen 60: Interruptores en motores de CC

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Accionamientos y mandos eléctricos Los motores en serie se aplican sobre todo en vehículos propulsados de forma eléctrica, como, por ejemplo, el tranvía. El par inicial de arranque supone en este caso una gran ventaja. El control de las revoluciones se realiza mediante resistencia en serie. El número de revoluciones depende en gran medida de la carga. Si los motores en series cuentan con un bastidor de chapa eléctrica, entonces también son apropiados para corriente alterna, ya que la corriente cambia de dirección a través de la armadura y el devanado de excitación de forma sincrónica. En lo motores de excitación exterior la corriente del devanado de excitación se genera desde una fuente de tensión independiente. Los motores con excitación por medio de imanes permanentes también se consideran motores de excitación exterior. Los motores que cuentan con imanes permanentes para la excitación generan aproximadamente hasta 30 kW. En la puesta en marcha o en la regulación de las revoluciones la tensión de la armadura disminuye mediante la resistencia en serie. Por medio del cálculo de revoluciones se puede aumentar el número de revoluciones si se disminuye la tensión de la bobina de excitación. Dado que el campo magnético del devanado de excitación es independiente de la armadura, el número de revoluciones en los motores de es muy inestable. Sin la modificación de la armadura o de la bobina de excitación los motores --- se comportan como los motores trifásicos. Pueden pasarse de revoluciones sin carga. Los motores de excitación exterior se aplican sobre todo en las máquinasherramientas. El motivo principal para ello es la adecuación en un campo muy amplio de revoluciones.

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En los motores con excitación shunt, el devanado de excitación se conecta en paralelo a la armadura. En este caso el número de revoluciones puede modificarse mediante la variación de la tensión de la armadura y de la tensión del devanado de excitación. El número de revoluciones de estos motores se modifica levemente debido a la carga al igual que ocurre en los motores --- . Sin embargo debemos tener en cuenta que el devanado de excitación no puede desconectarse independientemente de la armadura cuando está en marcha. En este caso puede ocurrir que el motor se pase de revoluciones. En general, los motores en estado de reposo no se pasan de revoluciones y, al mismo tiempo, disminuyen, se conocen como motores de comportamiento shunt, lo que concierne, sobretodo, a motores con excitación independiente. Sin embargo, la utilización de este tipo de motores es casi nula. Los motores de excitación compuesta se conocen también como motor compuesto. Son motores consistentes en un devanado de excitación adicional en el shunt conectados en serie a la armadura. Esta bobina adicional en serie fortalece el campo magnético de la bobina de excitación. Esta característica hace se asemejen mucho a los motores en series, que sobre todo, cuentan con un momento de arranque muy claro. Si el devanado auxiliar está conectado de tal forma que su campo magnético tenga la misma dirección que el devanado en shunt, entonces se habla de un motor compuesto. Sin carga, este motor se comporta como un motor con excitación shunt. Cuando aumenta la carga, las revoluciones disminuyen, pero en los motores compuestos mucho más que en los de excitación shunt. Por otro lado, la bobina serial auxiliar en un motor compuesto debilita el campo magnético de la bobina de excitación. Esto puede ocurrir, por ejemplo, cuando la polaridad de la dirección de la rotación se cambia por equivocación. En los motores compuestos el número de revoluciones aumenta debido a la carga. Por este motivo el motor también se puede pasar de revoluciones. Así, este tipo de motores se evita y se aplica en ciertas excepciones cuando, por ejemplo, se pretende disminuir las revoluciones. Los motores de excitación externa disponen normalmente de un devanado auxiliar en serie. La ventaja consiste en el par de arranque más alto.

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Minos

3.7.2

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Motores universales En los motores anti-shunt la corriente fluye del devanado de excitación al devanado de inducido. Si la dirección de la corriente cambia, entonces los dos campos magnéticos se interpolan y el par de rotación actúa en la misma dirección. Los motores anti-shunt son apropiados tanto para la CC como para la CA. Para mantener al mínimo las pérdidas de la corriente de Foucault que se generan cuando la corriente alterna está en funcionamiento el rotor y el estátor edl motor deben ponerse en funcionamiento. La auto-inducción que se genera en el devanado de excitación limita el flujo de corriente. Con ello la potencia del motor, las revoluciones y el momento de arranque también disminuyen. El número de arrollamientos del devanado de excitación debe ser menor cuando se acciona con corriente alterna que con corriente continua. Los motores de este tipo se conocen como motores universales. Sin embargo se utilizan sobretodo para el accionado con corriente alterna. Los motores universales tienen un comportamiento anti-shunt. El momento de arranque es alto. En estado de reposo estos motores se pueden pasar, lo que normalmente se evita con ventiladores o transmisores. Los motores universales se aplican sobretodo en herramientas eléctricas pequeñas, como, por ejemplo, en taladradoras de mano, aunque también se encuentran en electrodomésticos como aspiradoras. la potencia máxima comprende aproximadamente 1,5 kW. La limitación de potencia se fundamente en que, en los motores universales, solamente una fase de la red de corriente trifásica se verá sobrecargada. Sin embargo, en un tranvía se utilizan motores anti-shunt con corriente alterna de cientos kW. El control del número de revoluciones se lleva a cabo mediante una resistencia adicional. En las máquinas-herramientas se cuenta, además, con una proporción de fases con tiristores o mediante triacs. Para evitar el chisporroteo de las escobillas se utiliza un condensador antiparásito que evita las distorsiones que se producen debido a impulsos de frecuencias demasiado altas. Además los convertidores de corriente son apropiados también para corriente trifásica. Para ello se colocan tres escobillas en el convertidor a una distancia de 120° el uno del otro. Aún así, este tipo de motores se utiliza relativamente poco.

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3.7.3

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Fallos en los motores con convertidores de corriente Dado que estos motores cuentan con una construcción bastante complicada, por ejemplo motor en jaula de ardilla con corriente trifásica, pueden producirse muchos fallos. Especialmente hay que prestar atención al chisporreteo de las escobillas. En los convertidores que se activan mediante corriente continua no puede producirse ningún chisporroteo. Cuando se acciona con corriente alterna este chisporroteo debe ser muy débil. En general, este chisporroteo indica que las escobillas o el convertidor se encuentran en mal estado. A continuación se debe comprobar las escobillas y limpiarlas, además de volverlas a lijar. El convertidor es para explorar la suciedad. Además, no puede haber ninguna conexión entre las láminas del convertidor. Si el cobre es desplazado debido a las escobillas y con esto ocasiona un cortocircuito entre las láminas, entonces hay que utilizar escobillas más suaves. Si se produce menos presión mediante las escobillas puede ocasionarse al igual chisporreteo. La presión de las escobillas debe aumentarse modificando la fuerza de los muelles. Los chisporroteos fuertes pueden indicar que hay suciedad entre las láminas del convertidor. En este caso habrá que limpiar el convertidor. Si los convertidores no tienen forma redonda habrá que darles la vuelta. Si debido a una sobrecarga muy fuerte se produce chisporreteo más fuerte entonces es posible que el motor se encuentre en sobre carga. Tendremos que reducir la sobrecarga o utilizar un motor más potente. También se puede producir chisporroteo más fuerte a poca carga cuando los polos se han conectado de forma errónea. En este caso debemos comprobar los polos y cambiar la conexión. Si el chisporroteo solamente se produce en un solo sentido de rotación, entonces seguramente las escobillas se encuentren en la posición errónea. Sin embargo, si al cambiar el sentido de rotación se observa de nuevo chisporreteo de mayor intensidad, entonces los polos se han colocado mal y se debe cambiarlos. El motor se calienta demasiado cuando hay sobrecarga o subtensión. Debido a este chisporroteo el convertidor también se puede calentar. En cualquier caso, cada vez que contemos con calentamiento de las piezas, debemos repararlas inmediatamente. Además, debemos evitar que el número de revoluciones sea demasiado alto, ya que el motor puede estropearse.

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3.8

Otros motores

3.8.1

Motores sincrónicos Los motores sincrónicos también se conocen como rotores magnéticos, dado que en un rotor se encuentra un imán permanente o un electroimán. En los motores sincrónicos de corriente trifásica se utiliza preferentemente un imán permanente. Para el suministro de energía de los electroimanes se necesitan colectores en la armadura. Por medio de la corriente trifásica y los devanados del estator se crea un campo magnético giratorio. Este campo giratorio hace efecto sobre los polos del imán del rotor. Si el rotor está en reposo y el campo giratorio activo, entonces el rotor no puede seguir al campo giratorio. Si el rotor se mueve entonces arrastrará el campo giratorio con él. Así el rotor alcanza el mismo número de revoluciones que el campo giratorio. Para que un motor sincrónico funcione a toda potencia, la frecuencia del campo giratorio debe aumentar lentamente de 0 Hz a 50 Hz. Para ello se necesita una ayuda en el arranque. Si en el rotor se encuentra devanado en jaula de ardilla adicional, entonces el motor arrancará inicialmente como asíncrono. El devanado de excitación en la armadura debe estar conectado a una resistencia cuando esté en funcionamiento, en la que se reducen las tensiones inducias creadas en la bobina. Después de que el rotor en funcionamiento de forma asíncrona casi haya alcanzado el número de revoluciones del campo giratorio, la corriente de excitación se conecta a la armadura. De este modo el motor seguirá a modo síncrono. El devanado en jaula de ardilla impide, además, en cambio de cargas, la oscilación del rotor y por ello es llamado sordina bobinada. Sobretodo en grandes sincromotores la sordina bobinada está incluida. Además, el devanado de jaula de ardilla evita, cuando se producen sobrecargas alternas, el oscilado del rotor. Por este motivo, a este devanado también se le conoce como devanado amortiguador. Este tipo de devanado se encuentra, sobre todo, en los motores síncronos. Mientras el motor está en funcionamiento, la armadura mantiene las revoluciones del campo giratorio incluso bajo sobrecarga. En un motor de dos polos se alcanza un máximo de grado de carga de 90º. Este valor se denomina par de desenganche sincrónico. Si se produce más sobrecarga el par de giro disminuye y la jaula de amortiguación para el motor. Normalmente, en los motores síncronos el momento calculado el doble que el par de desenganche sincrónico.

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En los motores síncronos la corriente magnetizante puede ser mayor o menor durante su funcionamiento. Cuando la corriente es menor, entonces la tensión inducida también es menor que la tensión de la red. Por esta razón, el motor síncrono recibe potencia reactiva de la red.. Si la corriente es mayor el motor se muestra en sobre excitación, lo que deriva en que la potencia reactiva se envíe a la red. El motor síncrono actuará como carga capacitada. Los motores síncronos de mayor tamaño se ponen en funcionamiento sin sobrecarga pero con sobre-excitación. Dependiendo de la función que desempeñen, los motores síncronos se denominan desfasadores. Los motores de anillos de desfase son motores síncronos apropiados para corriente alterna monofásica. El rotor dispone de un imán permanente con dos o cuatro polos. El estator cuenta con el mismo par de polos del motor que el rotor. Una vez puesto en marcha, el rotor gira al mismo número de revoluciones que el campo de giro. El número de revoluciones es relativamente alto con relación al número de par de polos. Por este motivo, estos motores se conocen como motores de anillos de desfase de mayor velocidad. En los motores de anillos de desfase de menor velocidad se necesita un mayor número de par de polos. Existen diferentes tipos de fabricación con rotores internos y eternos. La potencia absorbida comprende desde 1 a 4 W. Según este valor de potencia estos motores se aplican en relojes, por ejemplo, o en aparatos de medición. No se aprecia número de revoluciones. Los motores con condensador cuentan con un mayor número de revoluciones que trabajan a modo de motor síncrono. Tienen 2 ó 4 polos. En algunos casos, siempre y cuando seas necesario, el número de revoluciones se reduce por medio de un transmisor. Por medio del condensador se logra un desfase de la corriente que se genera en el devanado de un segundo estator, con lo que se genera un campo giratorio. Según el interruptor del condensador, colocado con anterioridad a los dos devanados, se crea un giro a la izquierda o a la derecha. El par de giro de arranque se produce, al igual que en los motores síncronos, levemente a la derecha. El rotor de los motores con condensador pueden ser externos o internos, como es el caso de los motores de anillos de desfase. Sin embargo, el campo giratorio es más uniforme y el grado de rendimiento es mayor. La potencia se encuentra en un nivel comparable. Los motores con condensadores son los de menor tamaño

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3.8.2

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Los motores paso a paso Los motores PaP cuentan con un imán permanente en el rotor. Su control se realiza mediante una serie de impulso eléctricos con corriente continua. El rotor gira con cada impulso paso a paso. Si estos pasos se suceden de forma rápida, el motor PaP gira de forma ininterrumpida. El giro que se realiza el rotor con cada impulso se denomina desplazamiento angular/ ángulo de paso. El número de pasos depende directamente del número de los impulsos, lo que significa que el motor trabaja sin fallo de pasos. Podemos encontrar motores de un, dos o cinco ramales. Las bobinas de cada ramal pueden ser unipolares o bipolares. Para la conversión del campo magnético se necesita una bobina unipolar en un conmutador bipolar. El control de estos motores no se realiza mediante interruptores mecánicos o eléctricos sino con interruptores de control especiales, tales como un micro-ordenador y un generador de tiempo. Los motores de hilo generan solamente un campo de giro en una sola dirección. La modificación del sentido de rotación no es posible. En los --- se crea una modificación del de rotación por medio del control temporal de las bobinas. Si el rotor se desplaza otro paso más después de la modificación del control, entonces este se denomina funcionamiento de paso completo. A diferencia de este, en el funcionamiento de medio paso el rotor solo se desplaza medio ángulo de paso. Además, contamos con el funcionamiento de paso micro, en el que el ángulo de paso se divide en muchos pasos pequeños mediante diferentes fuerzas de corriente. El tamaño del ángulo de paso depende del número de polos y de ramales. El tipo de funcionamiento, es decir, de medio paso o de paso completo, también desempeña un papel importante. Los ángulos de paso más usuales se colocan de 45º a 1,8º . De aquí se obtienen 8 pasos por casa revolución y hasta 200 pasos en cada ángulo de paso. El número de revoluciones del motor PaP depende del ángulo de paso y de la frecuencia con la que las bobinas se conmutan.

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Los motores de magnetización permanente cuentan con un rotor que dispone de una placa magnética permanente. El peso del rotor es muy leve, con lo que el motor puede modificar el número de revoluciones muy rápido. En los motores PaP con un ángulo de paso a partir de 7,5º el estátor funciona según el principio de polaridad, lo que indica que los polos de ambas bobinas del estator se alternan. El rotor cuenta con el mismo número de polos. Los motores PaP con el mismo principio polo, tienen más polos que los motores PaP con principio de cambio. El rotor está constituido por dos ruedas polares dentadas. Los dientes de las ruedas pol están para asentar medio diente. Si por el estator no fluye corriente, el rotor se posicionará en bloqueado. Para el control del motor de PaP la corriente debe estar conectada por medio de las bobinas del estator en un orden determinado. En el control de un ramal se excita solamente una bobina en un periodo determinado de tiempo, en el de dos ramales son dos bobinas las que se excitan. El microcontrolador se encarga de contar los impulsos y de la conexión de las bobinas en el orden correcto. Los controladores que se conecten con posterioridad pueden establecer la conexión directa con las bobinas. Para que el motor PaP pueda ponerse en marcha con carga y sin violación bipolar, no puede excederse del par de arranque. Además, la aceleración para la frecuencia deseada puede disminuirse, lo que puede realizarse mediante rampas de aceleración y freno. La carga máxima en el motor PaP de funcionamiento se denomina par de funcionamiento y freno. Si se cuenta con cargas mayores, se crea un ángulo de carga, en el que el ancla está en frente del valor nominal. Este ángulo de carga puede ser como máximo tan grande como uno de los pasos. Los motores PaP cuentan con poca potencia. Si se dispone de transmisión se puede influenciar el número de revoluciones y el par de giro. Estos motores se aplican, por ejemplo, en impresoras o en actuadores.

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Minos

3.9

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Control de motores de campo giratorio Para acelerar el motor del estado de reposo a la puesta en marcha de giro se requiere un sistema de control. A este proceso se le conoce como arranque. Los interruptores se utilizan para la conexión directa en motores de menor tamaño. Para lograr la conexión indirecta se hace uso de contactos. En el caso de que se activen los interruptores de levas de forma manual los contactos se abrirán y se cerrarán mediante levas de control. En el esquema de cuadro de conexiones se representan qué contactos están conectados a qué interruptores. Los contactos que se operan de forma electromagnética funcionan tanto con corriente continua como alterna. El circuito principal normalmente cuenta con tres contactos. Los demás contactos están indicados como auxiliares y se utilizan para conmutar los circuitos de control. Los contactos semiconductores no disponen de componentes mecánicos. Se constituyen de elementos semiconductores funcionan de forma silenciosa. Sin embargo, crean mucho más calor que los contactos electromagnéticos. Estos contactos no son apropiados para la separación

marcha marcha de de ala actitud

marcha de ala abierta marcha de ala cerrada

Imagen 61: Símbolos de interruptor para lso contactos

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Los motores eléctricos absorben una gran cantidad de corriente cuando se accionan. Además, la corriente inicial de arranque es bastante grande mientras se alcanza el número normal de revoluciones por minuto. Para que la tensión de la red pública no disminuya o se produzca sobrecarga, la corriente inicial de arranque no debe sobrepasar los 60 A, regulado por las condiciones generales de conexión locales. Los motores, cuya corriente inicial de arranque no superen los 60 A, se puede conectar directamente. Los motores monofásicos de corriente alterna son motores que presentan corriente asignada de hasta 1,7 kVA. Los motores trifásicos con corriente inicial de arranque de menos de 60 A cuenta con una potencia asignada de 5,2 kVA. En motores de mayor tamaño se requiere un aparato de arranque. Con este aparato el motor se puede establecer en varios niveles de reposo y así limitar la corriente inicial de arranque. Además se suele usa una resistencia. Cuando hablamos de motores de arranque nos referimos a pequeños motores de arranque que cuentan con una resistencia. Además, suelen disponer de un dispositivo anti-sobre corriente.

3.9.1

Interruptores de arranque en motores trifásicos En los motores trifásicos en jaula de ardilla la corriente inicial de arranque puede tener un valor diez veces mayor que la corriente asignada. En el arranque la tensión disminuye, con lo que la corriente inicial de arranque también es menor. Con ello el par de giro también es menor. En los motores con potencia asignada de hasta 11 kW se utiliza normalmente una conexión de estrella de hasta 400V. Cuando el motor se acciona se conecta en primer lugar las bobinas en forma de estrella. En cada bobina se cuenta con una tensión de 230 V. Debido a este valor tan bajo de la tensión, el momento de arranque del motor comprende solamente un tercio del par de giro en la conexión en triángulo. Por este motivo, este tipo de conexión se usa solamente cuando el motor va a ponerse en marcha de forma lenta. Después de lograr el número de revoluciones normales por minuto las bobinas del interruptor en estrella se desconectan. En este momento las bobinas cuentan con una tensión de 400 V y el motor logra el par de giro completo.

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Minos

Accionamientos y mandos eléctricos La desconexión de los interruptores en estrella puede realizarse de forma manual con interruptores de levas. Sin embargo, si estos interruptores siguen en funcionamiento, fluirá una gran carga de corriente por las bobinas, con lo que el motor tendrá sobrecarga y las bobinas se quemarán. Si se usan contactos, se necesitan contactos de red para el accionamiento de la tensión, al igual que contactos de estrella para los diferentes tipos de interruptores. En el arranque el motor se conecta a la protección de red y a la de estrella. Por medio de un relé temporal la protección en estrella se desconecta después de corto periodo de tiempo. Esta desconexión se realiza de forma automática. Otra posibilidad para limitar la corriente eléctrica cuando se acciona un motor se basa en la utilización de bobinas de reactancia, que se aplican como resistencia adicional antes del motor en jaula de ardilla. Después de que el motor haya logrado las revoluciones, la tensión del motor aumenta. Así se conectan los contactos y se evitan las bobinas de reactancia.

Arranque

Imagen 62: Conexión estrella-triángulo

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Accionamiento

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Minos

Además en los motores con potencia asignada de hasta 15 kW se puede utilizar resistencias adicionales en vez de bobinas de inductancia. Este interruptor se aplica como estrellla, en este caso se conocen como als motor de arranque de estrella. Sin embargo, cuando el motor se pone en marcha se debe contar con un calentamiento de la resistencia. En los motores de menor tamaño, que se pueden poner en funcionamiento de forma directa, incluye además una resistencia solamente en el conductor de la línea. Después de la puesta en marcha del motor se evita la resistencia. El arranque del motor se suaviza debido a la resistencia. Con referencia a esto, a este tipo de interruptores se les denomina motor en jaula de ardilla con arranque suave y alcanza una potencia asignada de hasta 2,2 kW. Otra variante la constituye el empleo de transformadores de arranque. En este caso se reduce la tensión del motor durante el arranque. Los transformadores de arranque se aplican en motores trifásicos de jaula de ardilla los que la potencia asignada es menor a 15 kW.

Imagen 63: Contacto de arranque y resistencia

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Accionamientos y mandos eléctricos En los motores de arranque electrónicos se usan para evitar las desventajas de las resistencias adicionales que absorben una parte de la potencia. Esto supone un problema económico, sobre todo cuando está en funcionamiento durante mucho tiempo. Sin embargo, con los motores de arranque la tensión se reduce cuando se desconecta el fluyo de tensión senoidal. Se cuenta con tres tipos de posibilidades para modificar la corriente durante el paso de tensión senoidal. Mediante el control del ángulo de fase no fluye corriente a través del motor de arranque durante la primera parte de la tensión alterna senoidal. Después de un tiempo se libera el resto de la curva senoidal. La tensión resultante es menor que en la curva sin influencia. En el control de ángulo de fase descendiente el principio de la curva senoidal no se altera. La tensión resultante se reduce cuando el flujo de corriente no ha llegado todavía al valor 0 de la curva. La fase del segmento resulta de una combinación entre las dos anteriores. Lo restante es la parte central de la curva senoidal. La tensión resultante se obtiene por medio del ancho del sector.

fase ascendente

fase descendente

fase de sector

Imagen 64 Control de ángulo de fase ascendente, descendente y de sector

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Minos

En los motores de arranque eléctricos se utilizan tiristores o triacs, que presentan mayor resistencia. Esta bloquea la corriente Después de que los tiristores o Triacs activan la resistencia de la corriente, no ofrece más resistencia a la corriente. Por este motivo, la potencia perdida es relativamente baja. El motor de arranque eléctrico se compone de los componentes de mando y de potencia. En el componente de mando se encuentra la unidad de control que genera los impulsos de activación para el componente de potencia. En cada fase del componente de potencia existen dos tiritores en paralelo, pero en sentido contrario. Los motores de arranque se utilizan también en tres fases para controlar solamente dos fases. Además, también existen motores que se usan para controlar tres fases. En este caso se requieren dos tiritores adicionales. Otra posibilidad de empleo de este tipo de motores es el arranque suave de motores. Mediante el control del ángulo de fase la tensión del motor aumenta lentamente del 40 % al 100 %. Este periodo transcurrido se conoce como tiempo de rampa. Cuanto menor es el tiempo de rampa, más rápido se eleva el motor. Con ayuda de un limitador de corriente en el motor de arranque se puede limitar la corriente de arranque. En este caso la tensión aumenta de tal modo que no sobrepasará la corriente de arranque. El tiempo de arranque también se puede aumentar. Los motores iniciales electrónicos pueden disponer también de una función para una desconexión más lenta. Por medio de la disminución de la tensión de 100 % a 40 % se reduce el número de revoluciones del motor. Con la función de ahorro de energía del motor de arranque, en los motores que no tiene demasiada carga, se evita la tensión. Con una carga mayor la tensión aumentará. Sin embargo, no se debe separa de forma completa al motor de la red. Por este motivo se requiere un interruptor con contactos que permanezcan abiertos. También se emplea para los sistemas de emergencia. En motores de arranque de mayor tamaño, sobre todo, se debe tener en cuenta las pérdidas de calor. Estos aparatos vienen previstos con aletas de refrigeración según el grado de calentamiento. El calor resultante debe desviarse.

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Minos

3.9.2

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Control de maquinaria con convertidores Los motores en serie de menor tamaño de CC se pueden conectar de forma directa. En los motores mayores la tensión se reduce. Para ello se utilizan resistencias adicionales. Los contactos o los transformadores no pueden aplicarse ya que no se dispone de corriente alterna. Normalmente la corriente continua se deriva de la corriente alterna. Los diodos que se requieren para la rectificación se sustituyen por tiritores. Los tiritores, al igual que los diodos, cortan la corriente en los dos sentidos. Después de realizarse el encendido la corriente puede fluir. El encendido se realiza mediante impulsos, que deben enviarse desde un control. Según el tiempo del impulso se cortará una mayor o menor parte de la curva senoidal de la tensión alterna. La distancia desde cero hasta el encendido se denomina ángulo de encendido. Puede encontrarse en un margen de 5° hasta 180°. El valor medio de la tensión resultante es menor. Principalmente, los tiristores pueden aplicarse en todos los montajes rectificadores. Sin embargo, un tiristor influiría demasiado en la red, por este motivo se utilizan circuitos puente. SI todos los diodos de la conexión en puente se sustituyen por tiritores, entonces hablamos de una conexión en puente completamente controlada. Estas se necesitan cuando el motor trabaja también como freno y, en este caso, la energía proviene de la red. En estos casos se utilizan circuitos en puente de control medio. Se debe sustituir solamente un diodo por bifurcación del puente por un tiritor. Cuando conectamos un motor de CC en una red trifásica necesitaremos también tres diodos y tres tiritores. Si los motores en serie están conectados a la red de CC se requerirá un convertidor de CC. Así la corriente se podrá conectar y desconectar. La corriente resultante se rebaja mediante inductividad. Cuanto más tiempo permanezca la corriente conectada, mayor será la tensión. Este tipo de influencia se conoce como modulación del pulso. Con lo convertidores de CC resultan muy pocas pérdidas que al colocar resistencias adicionales.

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Minos

Para el arranque de un motor de CC excitado exteriormente se aplica normalmente un dispositivo de arranque, con el que se consigue la tensión de excitación en el encendido y se evita la tensión en la armadura. Si colocamos una resistencia adicional se puede evitar fácilmente la tensión en la armadura. La alimentación de motores con CC excitados exteriormente se realiza normalmente con ayuda de un dispositivo de rectificación de la red de corriente trifásica. En este caso, estos dispositivos deben ser capaces de evitar la tensión de la armadura. Para ello se aplica el tase ascendente o descendente. Los motores universales también se pueden conectar directamente, ya que hablamos de motores de menor tamaño. Para un arranque suave la tensión se puede evitar con una resistencia adicional o con un contacto. Además, en los motores universales se puede influenciar la tensión con la tase ascendente o descendente. Los dimmer, que desempeñan una función parecida, deben ser apropiados para el motor si se intenta llevar a cabo el control del número de revoluciones con ellos.

Imagen 65 Circuito en puente de control medio

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Minos

3.10

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El guardamotor Los motores eléctricos puede soportar un cierto nivel de sobrecarga. Sin embargo, las bobinas se calientan cuando el nivel de sobrecarga es demasiado alto y puede sufrir fallos. En este caso, el motor se quemará. Los fusibles cortacircuitos normales no presentan protección suficiente en el motor. Estos fusibles están pensados para corriente más potente y por este motivo no protegen contra sobrecarga. En los conmutadores del circuito del motor se encuentran los contactos en láminas bimetales. Si se recibe demasiada corriente el bimetal se calienta y se dobla. A continuación, los contactos se abrirán y el motor se apagará. Este fenómeno se conoce como disparo térmico. El calentamiento de las láminas bimetales requiere un periodo determinado de tiempo. En los interruptores para la protección del motor se necesita este desfase temporal, dado que los interruptores no responden siempre frente al flujo de corriente alto o sobrecarga. Sin embargo, estos interruptores con bimetal no son adecuados para una protección ante cortocircuito. Para ello se cuenta con fusibles de cortacircuitos. Muchos interruptores disponen de láminas bimetales con un disparo rápido adicional. Este disparo rápido se compone de una bobina con una armadura. Con valores de corriente más altos los contactos del conductor se separan del motor debido al el movimiento de la armadura. El disparo térmico y el disparo electromagnético se conectan en serie. El disparo término se configura según la corriente asignada del motor. Sin embargo, el disparo electromagnético se configura según un valor alto de corriente y responde en caso de cortocircuito. Sin embargo, en los cortocircuitos puede pasar que los contactos abiertos de los interruptores de protección del motor se eviten debido a los arcos eléctricos. Por este motivo se aplican también en interruptores de protección de motores con desconexión rápida y fusibles cortacircuitos. Los interruptores de protección se colocan sobre todo en motores de tamaño pequeño y medio, debido a que solamente el recibimiento de corriente puede sufrir fallos, pero la temperatura de las bobinas no.

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El control directo de la temperatura de las bobinas se realiza mediante conductores en frío, que se encuentran en las bobinas del motor. En las bobinas, bajo temperaturas muy elevadas, aumenta la resistencia del conductor en frío . Debido a la resistencia en aumento del conductor en frío, los relés se desconectan, y así, la protección desconecta también el motor. El control de la temperatura de las bobinas se encuentra en un estado de mucha seguridad. La desventaja del control de temperatura con el conductor en frío son los altos costes, ya que los conductores en f deben integrarse en el motor. Por este motivo son los motores de mayor tamaño los que cuentan con estos conductores. Dentro de los interruptores de protección del motor se puede distinguir entre enfriado del motor y conexión por sí misma, o bloque de conexión. En este caso se debe poner en funcionamiento de forma manual de nuevo, aunque muchos dispositivos también pueden hacerlo automáticamente.

Imagen 66: Relés de guardamotores

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3.10.1 Tipos de aislamiento Cuando trabajamos con maquinaria eléctrica ésta se calienta debido a la potencia de las pérdidas resultante. La temperatura aumenta hasta que se disipa en el ambiente y se consigue un equilibrio de temperatura. Para ello se utilizan diferentes tipos de aislamiento para que no se sobrepase las temperaturas máximas. En la maquinaria eléctrica se utilizan los siguientes parámetros de aislamiento: Y

90 °C

(p.ej. PVC en conductores)

105 °C (p.ej. Laca de clase A en bobinas)

120 °C (p.ej. Cartón en componentes de prensa)

130 °C (p.ej. Productos de mica en componente de prensa)

155 °C (p.ej. Fibra óptica con resina en bobinas)

180 °C (p.ej. Fibra óptica de silicona en conductores)

>180 °C

(p.ej. Porcelana para aislamientos)

La diferencia de temperatura máxima para refrigerar se conoce como temperatura límite. Esta diferencia se indica en Kelvin. Para refrigerar se toma el valor 40 °C. El valor de temperatura máximo en las bobinas comprende de 75 hasta 100 K. En los productos con materiales de mica, vidrio o silicona la diferencia de temperatura puede comprender hasta 125 K. Para los apoyos deslizantes y rodillos, la temperatura se encuentra entre los 45 hasta los 65 K.

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3.10.2 Modos de funcionamiento El calentamiento de una máquina depende del tiempo en el que esté en funcionamiento. Si está en marcha durante poco tiempo la máquina no aumenta la temperatura con sobrecarga, al igual que durante mucho tiempo, pero con poca carga. La diferencias de carga según el tiempo en marcha vienen dadas según el modo de funcionamiento, que indica en qué condiciones debe ponerse en marcha un dispositivo. En el servicio continuo S1, la máquina se pone en funcionamiento con su peso medio sin que se supere el máximo de energía permitida. Si en la placa descriptiva de la máquina no encontramos ninguna información acerca del tipo de funcionamiento de ésta, está capacitada para trabajar en largos periodos de tiempo. En el servicio corto S2 el tiempo de funcionamiento de la máquina es corto en comparación con el periodo de desconexión. De este modo no se alcanza la temperatura máxima. En las pausas la temperatura de la máquina disminuye a temperatura ambiente. La duración de este corto funcionamiento está fijada en 10, 30, 60 o 90 minutos y debe constar en la placa descriptiva. En el servicio intermitente S3 no se toma en cuenta el calor en pleno funcionamiento. Se indica un valor de porcentaje que determina el tiempo que el motor debe estar en marcha. El servicio intermitente S4 tiene en cuenta que si el motor debe conectarse a menudo o si el procedimiento debe durar más tiempo. En este caso se toma en cuenta la capacidad de carga del motor y el momento de carga. El freno eléctrico de los motores también ocasiona calor. En el servicio intermitente S5 este valor se indica en la placa descriptiva. Los demás tipos de funcionamiento se utilizan para la puesta en marcha ininterrumpida del motor, aunque no con carga. El tipo S6 señala durante cuanto tiempo el motor puede trabajar con carga. El S7 no indica de nuevo el calor del freno eléctrico. Si un motor trabaja con diferentes velocidades se utilizará el S8 para definir durante cuánto tiempo puede estar en funcionamiento. El tipo S9 tiene en cuenta las modificaciones no periódicas de carga y revoluciones.

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Seguridad de funcionamiento Con objeto de evitar accidentes causantes por electricidad, el trabajo en instalaciones eléctricas se debe llevar a cabo en situaciones donde no exista voltaje. Por este motivo debemos tener en cuenta ciertas medidas de seguridad. Además, debemos diferenciar entre principiantes y personal profesional. Los principiantes solamente debe ejercer sus tareas donde la tensión no supere los 50 V de tensión alterna, o los 120 V de tensión continua. El personal de formación no es considerado como profesional, aunque hayan recibido formación al respecto. El profesional del sector ha recibido ya esta formación, además obtiene cierto grado de experiencia cuando lleva varios años desempeñando esta profesión, como formación adicional y ha aprobado exámenes de rangos superiores. Para conseguir una situación sin existencia de tensión se han creado ciertas reglas. El desconexión se conoce como la separación dentro de las instalaciones de los conductores de voltaje. Los conductores a tierra no se incluyen aquí. En tensiones mayores de 1 kV esta desconexión debe ser visible. La persona en vigilancia es la responsable de la desconexión. Antes de comenzar a trabajar debe tenerse en cuenta la desconexión. Después de haber desconectado hay que tener en cuenta que las instalaciones no vuelvan a estar conectadas a la red apagando los fusibles. Además, encontraremos una señal de prohibición de conexión . En tercer lugar hay que comprobar si la desconexión de las instalaciones están excluidas de toda tensión. Así estaremos seguros de que no se fluya corriente pr los circuitos. Esta comprobación se llevará a cabo en el lugar de trabajo, no en el de la desconexión. Si trabajamos con líneas exteriores de hasta 1000 V debemos desconectarlas en el cuarto paso y en tierra. Para ello debemos conectar un aparato primero a tierra y después a la instalación. En el quinto paso debemos tapar los componentes que aún dispongan de tensión. Se evitará cualquier contacto con estos elementos. Este paso,al igual que el cuarto, no es requerido, aunque se lleva a cabo para extremar la seguridad.

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Para volver a conectar la instalación debemos llevar a cabo estos cinco pasos al revés. La tensión se conecta una vez que se haya abandonado el puesto de trabajo. Para ahorrar costes también es posible trabajar bajo tensión. Para ello debemos tener en cuenta ciertas medidas. Además, estas tareas solamente serán realizadas por personal cualificado.

3.11.1 Medidas de protección Para evitar accidentes con dispositivos eléctricos se debe evitar el contacto con sistemas con voltaje. Debemos diferenciar entre contacto directo bipolar, en el que la corriente de un conductor fluye a través del cuerpo hasta el conductor siguiente, y el contacto unipolar. En este caso la corriente fluye a través del cuerpo hasta tierra. En principio, el contacto unipolar es tan peligroso como el bipolar. Sin embargo, si la persona está aislada contra tierra esta situación no supone peligro, algo que se tiene en cuenta a la hora de examinar las áreas de trabajo o cuando se dispone de conductores de alto voltaje. La protección de alto voltaje se realiza mediante aislamiento, cubriendo los componentes conductores de tensión. Las barreras protegen además de contactos inesperados. El contacto indirecto suele presentarse cuando normalmente existen componentes de voltaje con fallos de aislamiento. Los sistemas de protección de bloqueo de corriente suponen otra posibilidad de protección. En este caso se iguala la corriente que fluye con la que vuelve con ayuda de un transformador de corriente. En un sistema bien equipado los dos tipos de corriente deben tener el mismo valor. Si se produce un fallo se aislamiento una parte de la corriente no regresa a través del transformador y el sistema de seguridad se activa cuando se detecta una diferencia de 30 mA. De esta forma no ocurrirá ningún fallo grave. Sin embargo, los dispositivos de seguridad que hacen uso de corriente solamente se utilizan como método alternativo.

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3.11.2 Método de protección contra errores Cuando hablamos de protección contra errores nos referimos a sistemas que evitan peligro si se producen errores de aislamiento. Debemos prestar especial atención a la protección en los contactos indirectos. En los fallos de aislamiento puede producirse un cortocircuito, un cortocircuito a tierra, o un cortocircuito a cuerpo. Estos fallos puede producirse tanto de forma individual o en conjunto. Se denomina cortocircuito de cuerpo cuando, debido a un fallo de aislamiento, existe tensión en el cuerpo de la máquina, como, por ejemplo, en la montura de la máquina. Un cortocircuito se define como el contacto de dos conductores por los que fluye tensión. En este caso se puede presentar tensión en un cuerpo. Un cortocircuito de tierra consiste en un conductor que tiene tensión establece contacto tierra. Esta tensión puede transmitirse a través de la tierra a otros lugares. Las medidas de protección se dividen en tres tipos. El tipo de protección I hace uso de conductores de protección. En caso de que se produzca un error la corriente fluye a través de este conductor y activa la desconexión de la energía eléctrica. Dentro del tipo de protección II encontramos ELV (extra-low voltage). En este caso la tensión media no puede superar los 50 V de tensión alterna o los 120 V de tensión continua. En ciertos casos se establece también un valor de tensión de 25 V para la tensión alterna o 60 V para la tensión continua, y de este modo, no se requiere protección ante contacto directo. Como ejemplo tenemos los sistemas de cables para lámparas de bajo voltaje o las maquetas de trenes. Esta baja tensión se diferencia de la tensión baja de seguridad SELV, que no dispone de contacto a tierra sino de una protección contra tensión baja.

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3.11.3 Compatibilidad electromagnética CEM La compatibilidad electromagnética esta constituida, sobre todo, por componentes electrónicos, y, con ello, la seguridad de funcionamiento de dispositivos con componentes electrónicos. La alta tensión eléctrica puede aparecer debido a carga electroestática. Esta tensión resulta de la separación de cargas en los procesos normales sobre un suelo sintético. Los semi-conductores se pueden estropear debido a tensión que aparece de la carga electroestática. Por este motivo, debemos descargas la tensión de componentes de tierra antes de ponernos en contacto con los semi-conductores. Cuando trabajamos con componentes electrónicos se requieren puestos de trabajo con contacto a tierra. La tensión eléctrica también se puede producir mediante rayos. Normalmente la causa no suele ser el rayo directo en la red de suministro eléctrico. Un rayo que ha caído a cientos de metros puede transmitir tensiones capacitadas o inductivas. La sobre tensión debe derivarse por medio de un conductor de sobre tensión a tierra y deben incorporarse a los sistemas de protección. Estos fallos también pueden aparecer por medio de campos electromagnéticos. Estas interferencias deben evitarse en la fuente de interferencia, así, por ejemplo, las señales de radio afectan a las de televisión. En la UE los aparatos eléctricos deben constar de los símbolos CE. Sus responsables son aquellos trabajadores que se encargan del transporte de las máquinas. Por medio de los símbolos CE se constata que los dispositivos cumplan con las normas de seguridad, para ello se cuenta con la normativa CEM.

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