Temas Examen CYR 3º ESO PDF

Tema 0. Antecedentes y breve historia Curso: 2021 – 2022 0 Antecedentes y breve historia Un logro importante del proceso tecnológico es el desarrollo de sistemas que funcionan prácticamente sin intervención humana. Se han inventado a lo largo de...

Tema 0. Antecedentes y breve historia Curso: 2021 – 2022 0 Antecedentes y breve historia Un logro importante del proceso tecnológico es el desarrollo de sistemas que funcionan prácticamente sin intervención humana. Se han inventado a lo largo de la historia, infinidad de ingenios que persiguen esta finalidad y que podemos considerar antecesores de los robots actuales. En la actualidad, las investigaciones están encaminadas hacia la creación de sistemas capaces de resolver problemas y tomar decisiones por sí mismos. Aunque es imposible detenernos en todos ellos, los siguientes ejemplos nos darán una idea de la evolución. 2 0 Antecedentes y breve historia Año 62 a.C. Herón de Alejandría describe, 1352 en su obra Autómata, ingenios 1750 que se mueven por sí solos aprovechando circuitos de 1801 agua o vapor. En la figura 1946 podemos ver un sistema para abrir las puertas del templo 1970 cuando se encendía una llama. 1999 Actualidad 0 Antecedentes y breve historia Año 62 a.C. 1352 El gallo de Estrasburgo es el 1750 autómata más antiguo que se conserva. Fue instalado en el 1801 reloj de la catedral de 1946 Estrasburgo y movía el pico y las alas cuando daba las horas. 1970 1999 Actualidad 3 0 Antecedentes y breve historia Año 62 a.C. El pato de Vaucanson fue un ingenio que hizo furor en la 1352 época. Estaba compuesto por 1750 más de 400 piezas móviles y era capaz de comer grano 1801 alargando el cuello, graznaba y 1946 hasta completaba la digestión 1970 realizando una disolución de los alimentos que ingería hasta 1999 llegar a evacuarlos. Actualidad 0 Antecedentes y breve historia Año El telar de Jacquard consistía 62 a.C. en una máquina textil 1352 programable con tarjetas de cartón perforadas. Permitía a 1750 operarios no expertos realizar 1801 dibujos exactos en la tela sin la posibilidad de equivocarse. Las 1946 hebras de hilo se controlaban a 1970 través de un sistema que 1999 utilizaba las tarjetas de cartón perforadas. Actualidad 4 0 Antecedentes y breve historia George Devol y Joe Engleberger Año (considerado el padre de la 62 a.C. robótica actual) patentaron, en 1352 1946, el Unimate, el primer robot industrial eléctrico. 1750 Paralelamente apareció la 1801 primera computadora, ENIAC, en la Universidad de Pensilvania. Se 1946 puede decir que nace la robótica 1970 moderna. Posteriormente, en 1999 1954, Devol diseñó y patentó el primer robot programable al que Actualidad llamaron Unimation. 0 Antecedentes y breve historia En 1970, en la Universidad de Año Standford, Víctor Scheinman 62 a.C. desarrolló, con fines de 1352 investigación, el brazo de Standford. Estaba dotado de una 1750 cámara y controlado por 1801 ordenador. Posteriormente, en 1977, la empresa Unimation 1946 desarrolló el brazo PUMA 1970 (Programmable Universal 1999 Machine for Assembly) empleado para manipulación y Actualidad montaje. 5 0 Antecedentes y breve historia Año Compañías como Sony y Honda 62 a.C. han desarrollado robots: el AIBO 1352 o el ASIMO. El primero producido en 1999, es un robot mascota de 1750 compañía. Tiene funciones como 1801 grabar vídeo, tomar fotografías, responder a ordenes de voz, e 1946 incluso bailar al ritmo de la 1970 música. Puede ser dirigido mediante un PC con control 1999 inalámbrico. Actualidad 0 Antecedentes y breve historia Año 62 a.C. 1352 1750 1801 1946 Actividad 1970 1 En la actualidad 1999 ¿qué avances en automática y robótica conoces? Actualidad 6  Tema 1.-Automatismos Curso: 2022–23 Tema 1 Automatismos Como hemos visto, a lo largo de la historia se han desarrollado sistemas que funcionan prácticamente de forma autónoma. De esta forma se ha conseguido que tareas repetitivas o que requieren mucho esfuerzo sean realizadas por máquinas. Piensa, por ejemplo, en un ascensor. Basta con pulsar un botón para que traslade al usuario a cualquier piso. 1 Tema 1 Automatismos Podemos decir entonces que: Un sistema automático es un conjunto de elementos eléctricos y mecánicos capaz de funcionar sin necesidad de realizar ningún esfuerzo. Tema 1 Automatismos 1.1- Sistemas de control 5 Tema 1 Automatismos 1.1- Sistemas de control El dibujo representa un sistema automático de control de temperatura. La única intervención humana que necesita es la fijación de la temperatura deseada. Tema 1 Automatismos 1.1- Sistemas de control En general, todos los sistemas automáticos tienen una estructura similar: un sensor, un controlador y un actuador. En nuestro caso el sistema lo componen tres elementos principales: Un sensor que mide la temperatura ambiente. Los sensores son elementos que captan información del entorno y se usan para medir magnitudes físicas: velocidad, temperatura, humedad del ambiente, presión, intensidad de la luz, etcétera. Un circuito controlador que, en función de la información proporcionada por el sensor, activa o no el radiador. En los sistemas automáticos el controlador puede ser desde un sencillo circuito eléctrico hasta un ordenador. Un elemento actuador encargado de llevar a cabo la acción para la que se ha diseñado el sistema automático. En nuestro caso sería el radiador. Habitualmente son motores, lámparas, cilindros o válvulas neumáticas, etc., los que desempeñan esta función. 6 Tema 1 Automatismos 1.1- Sistemas de control El sistema anterior puede representarse mediante el siguiente diagrama de bloques: Tema 1 Automatismos 1.1- Sistemas de control Un sistema de control es un conjunto de elementos que, interconectados, permiten automatizar una máquina o un proceso. La entrada (E) es la información que recibe el sistema: en nuestro ejemplo, la temperatura de la habitación. La salida (S) es la respuesta del sistema a esa información: el encendido o apagado del radiador. 7 Tema 1 Automatismos 1.2- Tipos de sistemas de control (En función de si existe realimentación o no) No todos los sistemas automáticos realizan su función correctamente. Observa lo que ocurre con este sistema de riego automático que ha sido programado para regar por las tardes. Tema 1 Automatismos 1.2- Tipos de sistemas de control (En función de si existe realimentación o no) Esté seca o húmeda, la planta se riega. Un sistema como este, que se activa sin tener en cuenta el estado de la salida, recibe el nombre de sistema de control en lazo abierto: 8 Tema 1 Automatismos 1.2- Tipos de sistemas de control (En función de si existe realimentación o no) Esté seca o húmeda, la planta se riega. Un sistema como este, que se activa sin tener en cuenta el estado de la salida, recibe el nombre de sistema de control en lazo abierto: Tema 1 Automatismos 1.2- Tipos de sistemas de control (En función de si existe realimentación o no) Se utilizan sistemas de control en lazo abierto, por ejemplo, en una tostadora de pan, un reloj, un semáforo, etcétera.: 9 Tema 1 Automatismos 1.2- Tipos de sistemas de control (En función de si existe realimentación o no) Para solucionar el problema anterior se debe diseñar un sistema cuyo funcionamiento dependa de la salida en cada momento, es decir, un sistema que mida continuamente el grado de humedad de la planta y ponga en marcha el riego solo cuando sea necesario. En estos casos, se dice que existe una realimentación de la salida a la entrada: Tema 1 Automatismos 1.2- Tipos de sistemas de control (En función de si existe realimentación o no) Cuando la salida se compara con la entrada con el fin de corregir posibles errores debidos a perturbaciones que afecten al sistema, se habla de un sistema de control en lazo cerrado. 10 Tema 1 Automatismos 1.2- Tipos de sistemas de control (En función de si existe realimentación o no) Otros sistemas de control en lazo cerrado son el mecanismo de llenado de una cisterna de agua, los sistemas automáticos de iluminación, etcétera. Tema 1 Automatismos 1.2- Tipos de sistemas de control (En función de si existe realimentación o no) Sistemas de control en lazo abierto Son sistemas en los que no se tiene en cuenta el estado de salida. Sistemas de control en lazo cerrado Son sistemas en los que existe una realimentación de la salida a la entrada. La salida se compara a la entrada a fin de corregir posibles errores, debido a perturbaciones, que afecten al sistema. 11 Tema 1 Automatismos 1.2- Tipos de sistemas de control (En función de si existe realimentación o no) Sistemas de control en lazo abierto Ejemplos: - Tostador - Reloj - Semáforo Sistemas de control en lazo cerrado Ejemplos: - Cisterna de agua - Sistemas automáticos de iluminación Tema 1 Automatismos 1.2- Tipos de sistemas de control (En función de si existe realimentación o no) Se entiende por realimentación al proceso que consiste en enviar información sobre el estado de salida al de entrada. 12 Tema 1 Automatismos 1.3- Tipos de sistemas de control (En función del sistema que empleen) Control electromecánico Control electrónico Control programado Tema 1 Automatismos 1.3- Tipos de sistemas de control (En función del sistema que empleen) Control electromecánico Se basa en la activación de dispositivos por medio del desplazamiento de piezas móviles. 13 Tema 1 Automatismos 1.3- Tipos de sistemas de control (En función del sistema que empleen) Control electrónico Se basa en el empleo de transistores y de circuitos integrados que operan como controladores. Tema 1 Automatismos 1.3- Tipos de sistemas de control (En función del sistema que empleen) Control programado Utilizan dispositivos que puedan almacenar un programa en su interior. De esta forma, para cambiar su funcionamiento no es necesario alterar ningún circuito, basta con cambiar las instrucciones del programa. 14  Tema 2. Sensores Curso: 2021 – 2022 Tema 2 Sensores Como vimos en el tema anterior, los sensores son elementos que captan información del entorno y se usan para medir magnitudes físicas: velocidad, temperatura, humedad del ambiente, presión, intensidad de la luz, etcétera.. En este apartado analizaremos los sensores que se usan habitualmente en los sistemas de control. Tema 2 Sensores 2.1.- De temperatura 2.2.- De posición 2.3.- Basados en la variación de fuerza y presión Tipos de sensores 2.4.- De humedad 2.5.- De gases o humos 2.6.- De sonido 2.7.- De parámetros biológicos Tema 2 Sensores 2.1- Sensores de temperatura Los sensores de temperatura se basan en diferentes fenómenos físicos que dependen de la variación de temperatura: la dilatación de los metales, el cambio de la resistencia eléctrica o la emisión de radiación infrarroja. Tema 2 Sensores 2.1- Sensores de temperatura Los sensores de temperatura se basan en diferentes fenómenos físicos que dependen de la variación de temperatura: la dilatación de los metales, el cambio de la resistencia eléctrica o la emisión de radiación infrarroja. Sensores basados en la dilatación Sensores de temperatura Sensores basados en la variación de la resistencia eléctrica Sensores sensibles a la radiación infrarroja Tema 2 Sensores 2.1- Sensores de temperatura Sensores basados en la dilatación Los cuerpos experimentan un aumento de tamaño con la temperatura. Este fenómeno se ha utilizado tradicionalmente para medir la temperatura mediante termómetros de mercurio. Tema 2 Sensores 2.1- Sensores de temperatura Sensores basados en la dilatación También se basan en este hecho las láminas bimetálicas utilizadas par controlar la temperatura de las planchas y los secadores de pelo. El mecanismo consiste en dos láminas metálicas unidas entre sí. Tema 2 Sensores 2.1- Sensores de temperatura Sensores basados en la variación de la resistencia eléctrica Podemos distinguir: Termorresistencias o RTD Termistores Termopares Tema 2 Sensores 2.1- Sensores de temperatura Sensores basados en la variación de la resistencia eléctrica Termorresistencias o RTD RTD: Resistance Temperature Detector (detectores de temperatura resistivos) Se basan en la variación de resistencia que experimentan los metales en función de la temperatura. Para obtener este tipo de sensores se enrolla un hilo muy fino de platino o níquel en un aislante. Las RTD de platino se usan para medir temperaturas de hasta 600 °C. El modo de funcionamiento de una termorresistencia se explica haciendo clik en la foto Tema 2 Sensores 2.1- Sensores de temperatura Sensores basados en la variación de la resistencia eléctrica Termistores Se basan en la variación de la resistencia de un semiconductor en función de la temperatura. La principal ventaja respecto a las RTD es que responden más rápidamente a los cambios de temperatura. Pueden ser de dos tipos: a) Termistores PTC. (Positive Temperature Coeficient) b) Termistores NTC. (Negative Temperature Coeficient) Tema 2 Sensores 2.1- Sensores de temperatura Sensores basados en la variación de la resistencia eléctrica Termistores a) Termistores PTC (coeficiente de temperatura positivo). Su resistencia aumenta con la temperatura. b) Termistores NTC (coeficiente de temperatura negativo). Su resistencia disminuye al aumentar la temperatura. Estos sensores se utilizan en sistemas de control de temperatura de sistemas de calefacción y aire acondicionado, de equipos electrónicos, sistemas de alarma de protección contra incendios, controlador del nivel del líquidos, etc. Tema 2 Sensores 2.1- Sensores de temperatura Sensores basados en la variación de la resistencia eléctrica Termopares Están formados por dos metales diferentes. En el punto de unión de los mismos se genera un voltaje proporcional a la temperatura que deseamos medir. Se usan cuando es preciso medir un amplio margen de temperaturas (procesos industriales, obtención de acero, investigación médica, etc.). Así, por ejemplo, podemos medir temperaturas entre 200 °C y 1.200 °C El modo de funcionamiento de un termopar se explica haciendo clik en la foto Tema 2 Sensores 2.1- Sensores de temperatura Sensores sensibles a la radiación infrarroja Dado que todos los cuerpos emiten una radiación infrarroja proporcional a su temperatura, mediante sensores de infrarrojos se puede medir su temperatura sin estar en contacto directo con estos cuerpos. Se utilizan en cámaras de visión nocturna, en algunos sistemas detectores de incendios y en los detectores de presencia que permiten abrir automáticamente una puerta. Tema 2 Sensores 2.2- Sensores de posición El empleo de este tipo de sensores en un sistema automático permite conocer la posición de un objeto. Por ejemplo, en el caso del ascensor, si ya ha llegado al piso seleccionado o, en un sistema de alarma, si alguien ha abierto una puerta. Interruptores mecánicos Sensores de Interruptores de proximidad magnéticos posición Sensores de posición ópticos Otros Tema 2 Sensores 2.2- Sensores de posición Interruptores mecánicos Se produce la detección del objeto por contacto de este con el interruptor. L os más usados son los interruptores de final de carrera, que incorporan una lámina sobre la que choca el objeto y que activa el interruptor. Dentro de este tipo de sensores se encontrarían los sensores tipo flotador. Tema 2 Sensores 2.2- Sensores de posición Interruptores de proximidad magnéticos Están formados por dos láminas metálicas imantadas que modifican su posición cuando aproximamos un imán. Se usan para detectar campos magnéticos producidos por corrientes o por imanes. Uno de los más utilizados es el interruptor reed, constituido por un par de láminas metálicas encerradas dentro de una ampolla de vidrio en un gas inerte. Cuando el interruptor se encuentra dentro de un campo magnético, este hace que los extremos de las láminas adquieran polaridades de distinto signo, lo que provoca que las láminas de atraigan y cierren el circuito. Interruptor reed Tema 2 Sensores 2.2- Sensores de posición Interruptores de proximidad magnéticos Sus aplicaciones son: determinar la posición de objetos, por ejemplo en la apertura de puertas y ventanas; detectar las posiciones de partes móviles sin que haya contacto físico, por ejemplo saber en que piso se encuentra un ascensor. Sensor magnético ascensor Tema 2 Sensores 2.2- Sensores de posición Sensores de posición ópticos La detección de objetos se realiza emitiendo un rayo de luz y comprobando si alcanza al receptor. Se utilizan para el control de apertura y cierre de puertas, alarmas, control de iluminación, arranque y parada de cintas transportadoras, etc. Como emisor suele utilizarse un diodo LED de radiación infrarroja, para evitar interferencias con la luz visible. La intensidad luminosa puede registrarse en el receptor mediante: Resistencias LDR Fotodiodos Fototransistores Tema 2 Sensores 2.2- Sensores de posición Sensores de posición ópticos Resistencias LDR (Light Dependent Resistor) Su resistencia varía en función de la cantidad de luz que reciben. Constan de dos terminales y tienen una zona fotosensible que detecta la intensidad luminosa. La resistencia varía de modo inversamente proporcional al nivel de la luz que hay en su entorno, es decir, si aumenta la luz, baja la resistencia y viceversa. Símbolo de LDR Resistencia LDR Tema 2 Sensores 2.2- Sensores de posición Sensores de posición ópticos Fotodiodos Es un diodo especialmente sensible a la luz visible o infrarroja, al exponerse a la luz a través de una cápsula cristalina, a veces en forma de lente. Consta de dos terminales: el ánodo (A-), que se corresponde con la patilla más larga, y él cátodo (K+) con la más corta. Cuando no incide luz sobre el fotodiodo, por él circula una intensidad de corriente muy pequeña. Aumentará la corriente eléctrica cuando se ilumine. Fotodiodo y su símbolo Tema 2 Sensores 2.2- Sensores de posición Sensores de posición ópticos Fototransistor Es un transistor sensible a la luz, normalmente infrarroja, que posee dos terminales: el emisor (E) que es el negativo, y el colector (C) que es el positivo.. La base se ha reemplazado por una capa de silicio fotosensible. Cuando la base recibe luz, produce una corriente y desbloquea el transistor. Fototransistor y su símbolo Tema 2 Sensores 2.2- Sensores de posición Otros sensores de posición Dependiendo de las características del objeto que hay que detectar, se emplean otros dispositivos. Por ejemplo, la detección de objetos metálicos puede basarse en las propiedades magnéticas de estos; así, en un sistema antihurto de un supermercado, la presencia de un determinado material modifica la señal que llega al receptor: Para detectar la presencia de otros materiales, como madera, papel o líquidos, se pueden emplear detectores capacitivos, formados por un condensador cuya capacidad se altera en presencia de esos materiales. Estos dispositivos se usan en sistemas de llenado automático de botellas, corte de piezas de madera, empaquetado de folios, etcétera. Asimismo, muchas pantallas táctiles basan su funcionamiento en detectores capacitivos. Tema 2 Sensores 2.3- Sensores basados en la variación de fuerza y presión Dentro de este apartado vamos a ver dos tipos de sensores: Galgas extensiométricas Sensores tipo Bourdon Tema 2 Sensores 2.3- Sensores basados en la variación de fuerza y presión Galgas extensiométricas Las básculas utilizan unos sensores denominados galgas extensiométricas. Estas están formadas por una fina lámina metálica depositada sobre un material flexible. Cuando se deforma, se produce una variación de la resistencia de la misma (debido al cambio de forma y a la presión) proporcional a la deformación producida por el peso del objeto. Estos dispositivos se emplean en básculas, para controlar deformaciones ( en edificios, puentes, etc.), para medir la presión, etcétera. Tema 2 Sensores 2.3- Sensores basados en la variación de fuerza y presión Sensores tipo Bourdon Existen otras formas de medir la presión. Un modelo de sensor muy usado (por ejemplo, para medir la presión de los neumáticos) es el tipo Bourdon, en cuyo interior hay un tubo flexible que modifica su forma en función de la presión de entrada. Tema 2 Sensores 2.4- Sensores de humedad Estos sensores se utilizan para detectar cambios de humedad y para detectar el nivel en depósitos de líquidos conductores. Están formados por dos laminas metálicas muy próximas cuya resistencia o capacidad varía con la humedad. Si entre las dos láminas aumenta la humedad, la resistencia que hay entre ellas disminuye, lo que provoca que circule por ellas una pequeña corriente eléctrica. Se emplean para el control del nivel de depósitos de agua, sistemas de riesgo de jardines o inv ernaderos, o sistemas de alarma para evitar inundaciones. Sensor de humedad y su símbolo Un ejemplo de sensor para evitar inundaciones en viviendas es el siguiente: Sensor de inundaciones para alarmas inalámbricas Tema 2 Sensores 2.5- Sensores de gases o humos Capaces de detectar la presencia de gases. Sensor de monóxido de carbono basa su funcionamiento en la modificación de la resistencia eléctrica en presencia de este gas. Tema 2 Sensores 2.6- Sensores de sonido Se basan en la modificación de la resistencia a causa del movimiento de un diafragma producido por las ondas de sonido, o en el efecto piezoeléctrico: variación de la resistencia eléctrica con la presión. Tema 2 Sensores 2.7- Sensores de parámetros biológicos Existen sensores de glucosa, oxígeno en sangre, imágenes de huesos… Se usan películas sensibles a los rayos X, ondas luminosas que varían sus parámetros en función de la composición de una sustancia, biosensores (algas, bacterias), etcétera.