Dr. José Sebastián Gutiérrez Calderón Profesor Investigador Universidad Panamericana

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1 ó Dr. José Sebastián Gutiérrez Calderón Profesor Investigador Universidad Panamericana 1

2 Respeto al compañero, al profesor y a la UP Participación en clase Trabajo en Equipo 2

3 Expulsión de la Asignatura 3

4 4

5 5

6 ó Proyecto de Laboratorio: 100 % Funcionando correctamente: 40% Bien terminado (cableado, presentación): 30% Documentación en formato IEEE: 30% IMPORTANTE: Despuésdelafechayhoradeentregadelproyecto,el valordelaprácticatomaráunvalordel50% Exámenes de diagnostico en cada parcial 6

7 á í ó ó 7

8 á ó ó ó ó í ó ó 8

9 ó ó ó 9

10 Es la integración sinérgica de tres campos de ingeniería tradicional para el proceso de diseño a nivel de sistema. Ingeniería mecánica +eléctrica o electrónica +Informática 10

11 11

12 Un ingeniero en mecatrónica es aquel individuo que esta capacitado para realizar las siguientes funciones: 12

13 Diseñar e implementar componentes mecánicos de un producto. 13

14 Diseñar e implementar componentes eléctricos (actuadores, sensores y amplificadores), así como el diseño de lógica y algoritmos de control. 14

15 Diseñar e implementar el hardware y software de cómputo para controlar el producto en tiempo real. 15

16 Investigación Desarrollo Innovación 16

17 17

18 Analogía entre un sistema de control manual (a) y uno automatizado (b). 18

19 19

20 20

21 21

22 Son los ojos de un sistema controlado por computadora. 22

23 Sirven para la medición de temperatura, presión, fuerza, esfuerzo, posición, velocidad, aceleración, flujo, etc. 23

24 Convierte un tipo de energía a otra un indicador o detector en pocas palabras 24

25 Convierte un tipo de energía a otra se convierte en impulsos eléctricos que son captadas por las máquinas de control. 25

26 Temperatura: termopar, termistor Deformación: galga extensiométrica (deformaciones, presiones, aceleraciones) Luz: fotodiodo, fotorresistencia, fototransistor Sonido: micrófono 26

27 27

28 Actuadores Son los «músculos» de un sistema controlado por computadora. 28

29 Actuadores Dispositivos capaces de generar una fuerza a partir de líquidos, de energía eléctrica y gaseosa. Dispositivo inherentemente mecánico cuya función es proporcionar fuerza para mover o «actuar» otro dispositivo mecánico. 29

30 Actuadores 30

31 Neumáticos Fuente de energía: aire a presión Pistones, motores, válvulas Actuadores Hidráulicos Fuente de energía: fluido Pistones, motores, válvulas Eléctricos Fuente de energía: electricidad Motores AC, DC, paso a paso, servomotores A. Neumáticos: transforman la energía acumulada del aire comprimido en trabajo mecánico de movimiento circular o rectilíneo. A. Hidráulicos: obtienen su energía de un fluido a presión, generalmente algún tipo de aceite mineral. La principal ventaja de estos actuadores es su relación potencia/peso. A. Eléctricos: transforman la energía eléctrica en energía mecánica rotacional. 31

32 ó 32

33 ó 33

34 ó Nuestros sentidos son incapaces de estimar ciertas variables físicas. 34

35 ó Necesidad de instrumentos de medida que suplan estas deficiencias. 35

36 ó Entrada -Temperatura -Presión -Velocidad -Luz -ph Sistema de medida Salida -Visualización -Almacenamiento 36

37 ó Un sistema consiste en una caja negra con una entrada y una salida. Entrada Energía eléctrica Motor Salida Rotación 37

38 ó Un sistema de medición se podría considerar como una caja negra que se utiliza para medir. Su Entrada es la magnitud que se desea medir y su Salida es el valor correspondiente a dicha magnitud. Entrada Temperatura Termómetro Salida Número en una escala 38

39 ó Están formados por tres elementos: 1. Sensor: corresponde a la cantidad que se mide dando como salida una señal eléctrica (voltaje o corriente) relacionada con dicha cantidad medida. 2. Acondicionador: toma la señal del sensor y la manipula para convertirla a una forma adecuada para su presentación visual (amplificación, filtrado). 3. Presentación visual: (indicador análogo o digital) donde se despliega la salida producida por el acondicionador de señal. Entrada Temperatura Sensor Acondicionador de Señal Presentación visual Salida Lectura 39

40 í 40

41 Principios físicos El diseño de un sensor y un transductor siempre involucra la aplicación de alguna ley o principio de física o química que relaciona la variable de interés con alguna cantidad mensurable. 41

42 donde la frecuencia recibida de una fuente de onda (sonido o luz) depende de la velocidad de la fuente. 42

43 cuando la luz golpea ciertos materiales semiconductores, la resistencia del material disminuye. 43

44 cuando la luz golpea un semiconductor en contacto con una base metálica, se produce voltaje. 44

45 la fuerza de flotación ejercida sobre un objeto sumergido o que flota es igual al peso del fluido desplazado. El volumen desplazado depende de la densidad del fluido. 45

46 aplicar un voltaje a través de una sustancia puede producir polarización óptica. 46

47 4. Medición, exactitud, y precisión 47

48 ó ó Medición: asignar números o símbolos para poder clasificar un algo o un fenómeno. Exactitud: grado de concordancia entre el valor medio y el valor verdadero. Precisión: cuando concuerdan dos o más mediciones de una misma cantidad. 48

49 ó ó Error: es la diferencia entre el resultado de una medición y el valor verdadero de la cantidad que se mide. 49

50 ó ó Ejemplo: Las medidas de tiempo de un recorrido efectuadas por diferentes alumnos: 3.01 s; 3.11 s; 3.20 s; 3.15 s Valor que se considera exacto: = =. =. Errores absoluto y relativo de cada medida? Medidas Errores absolutos Errores relativos 3.01 s = s / 3.12 = (- 3.6%) 3.11 s = s / 3.12 = (- 0.3%) 3.20 s = s / 3.12 = (+ 2.6%) 3.15 s = s / 3.12 = (+ 1.0%) 50

51 51

52 Transductor Elemento o dispositivo que tiene la misión de transformar, traducir o adaptar un tipo de variable física (por ejemplo fuerza, presión, temperatura, velocidad, etc.) en otro más adecuado para el sistema. 52

53 Transductor Convierte una magnitud física, no interpretable por el sistema, en otra variable interpretable por el sistema. El transductor suele incluir al sensor. 53

54 Transductor Siempre se produce una transformación de energía: térmica mecánica magnética mecánica óptica eléctrica mecánica eléctrica 54

55 Transductor 55

56 Sensor Un sensor es un transductor que se utiliza para medir una variable física de interés. 56

57 Sensor La clasificación de los sensores es de acuerdo a la magnitud medida (sensores de temperatura, presión, humedad, proximidad, aceleración, velocidad, fuerza, etc.). 57

58 Sensor La clasificación no es absoluta ya que la cantidad de magnitudes físicas que se pueden medir es muy grande. 58

59 Sensor Existen diversos criterios de clasificación, siendo los más importantes los siguientes: Por la señal de salida generada por el sensor (análogo, digital) Por el aporte de Energía. (pasivo y activo) Por el modo de operación (deflexión y comparación) Por la relación Entrada/Salida (orden cero, 1er. orden, 2do. orden) 59

60 Sensor - Señal de salida (análogo-digital) 60

61 Sensor Aporte de energía PASIVO O MODULADOR Para su funcionamiento necesitan una fuente de energía externa. sensores de parámetros variables (de resistencia variable, de capacidad variable, de inductancia variable). 61

62 Sensor Aporte de energía ACTIVO O GENERADOR No necesitan alimentación auxiliar. Convierten parte de la energía de la variable a medir en energía eléctrica para la salida del sensor. sensores piezoeléctricos, fotovoltaicos, termoeléctricos, electroquímicos, magnetoeléctricos. 62

63 Diferencia sensor y transductor 63

64 Diferencia sensor y transductor 64

65 Actuador Elemento capaz de intervenir en el proceso que pretendemos controlar, su clasificación es según el tipo de energía empleada: Accionamientos eléctricos Accionamientos neumáticos Accionamientos hidráulicos 65

66 Actuador 66

67 Cómo hacer un sensor de movimiento o luz? 67

68 68

69 Realizar un sistema de medición de temperatura controlado por un microcontrolador, obteniendo en tiempo real los datos publicados en HTML en la computadora. 69

70 La temperatura del sistema se encuentra en un rango óptimo entre 20 y 25 C. En el caso de exceder los 25 C, entraría en operación un ventilador del sistema que regularía la temperatura al rango establecido. En el caso de estar por debajo de los 20 C, entraría en operación el calentamiento del sistema mediante el funcionamiento de un foco (60 Watts) conectado a corriente alterna (110 V). 70

71 Microprocesador (AVR con ADC) Laptop o computadora con puerto serie Sensor de temperatura Ventilador de computadora Foco con socket 71

72 Documentación del proyecto en formato de artículo IEEE en doble columna. mx/mecatronica/ieee 72

73 73

74 Son conocidos como Optoaisladores o dispositivos de acoplamiento óptico, basan su funcionamiento en el empleo de un haz de radiación luminosa para pasar señales de un circuito a otro sin conexión eléctrica. Estos son muy útiles para proteger nuestros controladores, PIC s, AVR s. 74

75 En general pueden sustituir a los relevadores ya que tienen una velocidad de conmutación mayor, así como, la ausencia de rebotes. La gran ventaja de un Optoacoplador reside en el aislamiento eléctrico que puede establecerse entre los circuitos de entrada y salida. 75

76 El MOC 3011 es un Opto - TRIAC Fundamentalmente este dispositivo está formado por una fuente emisora de luz, y un fotosensor de silicio, que se adapta a la sensibilidad espectral del emisor luminoso. 76

77 77

78 Fototriac: se compone de un Optoacoplador con una etapa de salida formada por un TRIAC (MOC 3011). Fototransistor: se compone de un Optoacoplador con una etapa de salida formada por un transistor BJT (4N25 y 4N26). 78

79 79

80 Qué es un TRIAC? El TRIAC es un dispositivo semiconductor de tres terminales que se usa para controlar el flujo de corriente promedio a una carga. 80

81 El TRIAC al igual que el tiristor tiene dos estados de funcionamiento: bloqueo y conducción. El TRIAC es equivalente a dos tiristores (SCR) conectados en paralelo, su función es la de interruptor o switch electrónico en corriente alterna únicamente. 81

82 El SCR(Rectificador Controlado de Silicio): Este es un pequeño dispositivo de tres terminales, que hacen el mismo trabajo semiconductor de un diodo normal (deja pasar corriente en un solo sentido), pero con la diferencia de que en éste se puede controlar el momento en el cual pueden comenzar a pasar los electrones. 82

83 Dado que el TRIAC es un dispositivo bidireccional, no es posible identificar sus terminales como ánodo y cátodo. Un TRIAC puede ser activado con una sola señal positiva o negativa en la compuerta G. 83

84 ó 84

85 85

86 Conexión: Conexión MOC: 1 2 G RG Vcc 86

87 Para poder leer en tiempo real los datos publicados en HTML en una computadora, se deben seguir los siguientes pasos: Entrar en el sitio mastec.mx/mecatronica y seleccionar la pestaña laboratorio. Entrar en el apartado HTML y JavaScript para leer un archivo de texto. Estudiar el apartado y aplicarlo a nuestro proyecto. 87

88 88

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