Informe mes de Septiembre 2015

1) Titulo "Proceso de Soldadura"


2) Objetivo

El objetivo de este informe es que el lector adquiera conocimientos básicos acerca del proceso de soldadura, al finalizar será capaz de distinguir los diversos tipos de soldadura y algunas de sus aplicaciones.

3) Definición de Soldadura

Soldar consiste en reunir las partes integrantes de una construcción asegurando la continuidad de la materia entre ellas, entendiendo por continuidad no sólo la de carácter geométrico sino la homogeneidad en todo tipo de propiedades.
También se puede considerar soldadura la aportación mediante fusión de material sobre una pieza para modificar las dimensiones iniciales de la misma, o para conseguir características superficiales diferentes a las de origen.
La normativa actual distingue entre soldadura y soldeo, de manera que no se pueden usar indistintamente. Soldadura es el cordón físico que une las piezas y soldeo el método que se ha empleado para conseguir realizar dicha unión o soldadura.
    

4) Clasificación de la Soldadura (por ejemplo: autógena) 

5) Tipos de Soldadura y aplicación

Soldadura oxiacetilénica (con gases al soplete

El calor aportado en este tipo de soldadura se debe a la reacción de combustión del acetileno (C2H2) : que resulta ser fuertemente exotérmica, pues se alcanzan temperaturas del orden de los 3500 oC.

En la llama se distinguen diferentes zonas, claramente diferenciadas: Una zona fría ala salida de la boquilla del soplete sonde se mezclan los gases, a continuación el dardo que es la zona mas brillante de la llama y tiene forma de tronco de cono, posteriormente se encuentra la zona reductora que es la parte mas importante de la llama, donde se encuentra la mayor temperatura (puede llegar a alcanzar los 3150 ºC) y por último el penacho o envoltura exterior de la llama.

Según la relación oxígeno/acetileno la llama puede ser oxidante si tiene exceso de O2, es una llama corta, azulada y ruidosa. Alcanza las máximas temperaturas. Reductora si tiene falta de O2, es un llama larga, amarillenta y alcanza menos temperatura. Neutra o normal que es aquella ideal para soldar acero O2/C2H2 = 1 a 1’14

El procedimiento de soldeo puede ser a izquierda o a derechas.

Ejemplo de aplicación:

 

Soldadura por arco eléctrico
El procedimiento de soldadura por arco consiste en provocar la fusión de los bordes que se desea soldar mediante el calor intenso desarrollado por un arco eléctrico. Los bordes en fusión de las piezas y el material fundido que se separa del electrodo se mezclan íntimamente, formando, al enfriarse, una pieza única, resistente y homogénea. Al ponerse en contacto los polos opuestos de un generador se establece una corriente eléctrica de gran intensidad. Si se suministra la intensidad necesaria, la sección de contacto entre ambos polos -por ser la de mayor resistencia eléctrica- se pone incandescente. Esto puede provocar la ionización de la atmósfera que rodea a la zona de contacto y que el aire se vuelva conductor, de modo que al separar los polos el paso de corriente eléctrica se mantenga de uno a otro a través del aire.

Ejemplo de aplicación: 

Soldadura por arco en atmósfera inerte 

Este procedimiento se basa en aislar el arco y el me tal fundido de la atmósfera, mediante un gas inerte (helio, argón, hidrógeno, anhídrido carbónico, etc.). 

Existen varios procedimientos:

 - Con electrodo refractario (método TIG). 

El arco salta entre el electrodo de Wolframio o tungteno (que no se consume) y la pieza, el metal de aportación es una varilla sin revestimiento de composición similar a la del metal base.

 - Con electrodo consumible (método MIG y MAG). 

Aquí se sustituye el electrodo refractario de wolframio por un hilo de alambre contínuo y sin revestimiento que se hace llegar a la pistola junto con el gas. Según sea el gas así recibe el nombre, (MIG = Metal Inert Gas) o MAG si utiliza anhídrido carbónico que es mas barato. 

Ejemplo de aplicación:

6) Resumen de la importancia de los procesos de soldadura en la Industria Automotriz de VWM

La aplicación de la soldadura se extendió rápidamente una vez que se conocieron sus innegables ventajas frente al resto de procesos tradicionales de fabricación. dentro de la industria automotriz VWM la soldadura permite economizar una cantidad bastante considerable de material, que da a las piezas de trabajo y a los elementos estructurales una forma más ligera, económica y segura contra la rotura, salvando las dificultades técnicas de fundición, sobre todo en el caso de piezas de acero complicadas. La importancia de los procesos de soldadura dentro de VWM es demasiado alta debido al aprovechamiento en parte de material viejo y de desecho, la gran velocidad de trabajo, el montaje más económico y, por tanto, el empleo de menos máquinas de elaboración, la omisión de numerosas piezas sueltas, y el fácil cumplimiento del plazo de entrega son sin duda sus principales ventajas.

7) Cuestionario

1.-Definición de Soldadura

R: Soldar consiste en reunir las partes integrantes de una construcción asegurando la continuidad de la materia entre ellas.

2.- ¿Cuál es la diferencia entre soldadura y soldeo?

R: Soldadura es el cordón físico que une las piezas y soldeo el método que se ha empleado para conseguir realizar dicha unión o soldadura.

3.-La  temperatura de fusión es inferior a la de las piezas que han de soldarse.

R: Verdadero

4.- Clasificación de la Soldadura

R: Se pueden distinguir primeramente los siguientes tipos de soldadura:  Soldadura heterogénea y Soldadura homogénea

5.- El calor aportado en este tipo de soldadura se debe a la reacción de combustión del acetileno (C2H2).

R: Soldadura oxiacetilénica (con gases al soplete)

6.-Este tipo de llama es aquella ideal para soldar acero O2/C2H2 = 1 a 1’14

R: Neutra o normal

7.- Consiste en provocar la fusión de los bordes que se desea soldar mediante el calor intenso desarrollado por un arco eléctrico. 

R: Soldadura por arco eléctrico

8.- Este procedimiento se basa en aislar el arco y el me tal fundido de la atmósfera, mediante un gas inerte (helio, argón, hidrógeno, anhídrido carbónico, etc.). 

R: Soldadura por arco en atmósfera inerte 

8.- El arco salta entre el electrodo de Wolframio o tungteno (que no se consume) y la pieza, el metal de aportación es una varilla sin revestimiento de composición similar a la del metal base.

R: Método TIG

9.- Aquí se sustituye el electrodo refractario de wolframio por un hilo de alambre continuo y sin revestimiento que se hace llegar a la pistola junto con el gas. 

R: Método MIG y MAG

10.- ¿Cuál es la importancia de los procesos de soldadura en la Industria Automotriz de VWM?

R: La importancia de los procesos de soldadura dentro de VWM es demasiado alta debido al aprovechamiento en parte de material viejo y de desecho, la gran velocidad de trabajo, el montaje más económico y, por tanto, el empleo de menos máquinas de elaboración, la omisión de numerosas piezas sueltas, y el fácil cumplimiento del plazo de entrega son sin duda sus principales ventajas.

8) Bibliografía
http://definicion.de/soldadura/
http://soldaduraenlaindustria.wikispaces.com/La+soldadura
https://tecnologiafuentenueva.wikispaces.com/file/view/Soldadura.pdf

9) URL dibujo

https://onedrive.live.com/redir?resid=5224D3D950B1A53F!141&authkey=!APB4yvZcUezSYOI&ithint=file%2cpptx

Informe mes de Agosto 2015

1.- Título "Tratamientos Térmicos".

2.- Objetivo.

Se pretende dar al lector una visión práctica de lo estudiado en teoría, familiarizarse con los términos más comunes utilizados en los tratamientos térmicos y relacionar los cambios estructurales que teóricamente se producen con los cambios en las propiedades mecánicas  de los metales.
3.- Definición.

Se conoce como tratamiento térmico al conjunto de operaciones de calentamiento y enfriamiento, bajo condiciones controladas de temperatura, tiempo de permanencia, velocidad, presión, de los metales o las aleaciones en estado sólido, con el fin de mejorar sus propiedades mecánicas, especialmente la dureza, la resistencia y la elasticidad. Los materiales a los que se aplica el tratamiento térmico son, básicamente, el acero y la fundición, formados por hierro y carbono. También se aplican tratamientos térmicos diversos a los cerámicos.

4.- Tipos de tratamientos Térmicos.

En el siguiente diagrama podemos observar de manera general la clasificación y los tipos de tratamientos térmicos:

TRATAMIENTOS TÉRMICOS

• Recocido

El recocido es un tratamiento térmico cuya finalidad es el ablandamiento, la recuperación de la estructura o la eliminación de tensiones internas generalmente en metales.

Cualquier metal que haya sido tratado tiene como resultado una alteración de las propiedades físicas del mismo. El recocido consiste en calentar el metal hasta una determinada temperatura para después dejar que se enfríe lentamente, habitualmente, apagando el horno y dejando el metal en su interior para que su temperatura disminuya de forma progresiva. El proceso finaliza cuando el metal alcanza la temperatura ambiente. Mediante la combinación de varios trabajos en frío y varios recocidos se pueden llegar a obtener grandes deformaciones en metales que, de otra forma, no podríamos conseguir

• Temple

Es un tratamiento térmico consistente en el rápido enfriamiento de la pieza para obtener determinadas propiedades de los materiales. Se evita que los procesos de baja temperatura, es comúnmente utilizado para endurecer el acero mediante la introducción de martensita, en cuyo caso el acero debe ser enfriado rápidamente a través de su punto eutectoide, la temperatura a la que la austenita se vuelve inestable. 

• Revenido

Es un tratamiento complementario del temple, que regularmente sigue a éste. A la unión de los dos tratamientos también se le llama "bonificado". El tratamiento de revenido consiste en calentar al acero, después del normalizado o templado, a una temperatura menor ala inferior crítica, seguido de un enfriamiento controlado que puede ser rápido cuando se deseen resultados elevados en tenacidad, o lento, para reducir al máximo las tensiones térmicas que puedan causar deformaciones. El propósito fundamental es disminuir la gran fragilidad que tienen los aceros tras el tratamiento de temple.

TRATAMIENTOS TERMOQUIMICOS

• Cementación

La cementación es un tratamiento  termoquímico que se aplica en piezas de acero. El proceso aporta carbono a la superficie mediante difusión, que se impregna modificando su composición. La cementación tiene por objeto endurecer la superficie de una pieza sin modificar su núcleo, originando una pieza formada por dos materiales: la del núcleo de acero (con bajo índice de carbono) tenaz y resistente a la fatiga, y la parte de la superficie (de acero con mayor concentración de carbono) 0,2% de carbono.

• Cianuración

La cianuración es un tratamiento termoquímico que se da a los aceros. Cuando se quiere obtener una superficie dura y resistente al desgaste, se debe efectuar un baño de cianuro fundido. La cianuración se puede considerar como un tratamiento intermedio entre la cementación y la nitruración ya que el endurecimiento se consigue por la acción combinada del carbono y el nitrógeno a una temperatura determinada.

• Nitruración

La nitruración es un tratamiento termoquímico que se le da al acero. El proceso modifica su composición añadiendo nitrógeno mientras es calentado. El resultado es un incremento de la dureza superficial de las piezas. También aumenta la resistencia a la corrosión y a la fatiga. Una variante de este tratamiento, es el proceso tenifer.

• Carbonitruración

La carbonitruración busca un endurecimiento superficial del acero mediante el enriquecimiento simultáneo con nitrógeno y carbono. Se realiza con aceros de bajo contenido al carbono (tenaces y resistentes a la fatiga) obteniendo así piezas con superficies de una elevada dureza y resistencia al desgaste, pero que a su vez conservan un núcleo tenaz.

• Sulfinización

Con la sulfinización se consigue mejorar la resistencia al desgaste, favorecer la lubricación y evitar el agarrotamiento. Las piezas sulfinizadas tienen una duración de 5 a 6 veces más que las que no fueron tratadas. La incorporación superficial de azufre genera sulfuro de hierro (S2Fe) como inclusión no metálica (impureza).

TRATAMIENTOS MECÁNICOS

• Forja en caliente

Generalmente, el forjado en caliente es el proceso de fabricación y conformación de metales a través del martilleo, prensado o laminación. La forja en caliente implica una deformación de metal a una temperatura y a una tensión tal que la recristalización del material se produce simultáneamente con la deformación, evitando así el endurecimiento. Para esto, la temperatura de la pieza debe de mantenerse durante todo el proceso.

• Forja en frió

La forja se refiere a darle forma a los metales para producir formas y tamaños específicos. Los forjadores crean productos usando procesos que no derriten por completo el metal, y luego lo vierten en moldes. Los forjadores estampan, presionan, martillan y comprimen el metal para deformarlo y lograr la forma deseada.

TRATAMIENTOS TERMOMECANICOS

• Ausforming

Tratamiento derivado del temple martensitico normal y se realiza deformando del 60% al 90% del acero una vez calentado a temperatura de temple, evitando la recristalización de la austenita. Posteriormente se enfría de manera tradicional práctica del Ausforming, Los aceros para ausforming son de bajo contenido de carbono, inferior al 0,5%, alto en silicio, con 1,5% de media, aleados con cromo, níquel, molibdeno y algunas veces vanadio.

El proceso del ausforming se aplica en la fabricación de barras de torsión, muelles y multitud de piezas aerodinámicas.

5.- Ejemplos de uso (al menos 3 diferentes).

Usos del  revenido

El tratamiento térmico está íntimamente ligado a todas las actividades humanas, la mayoría de los equipos o herramientas que utilizamos en nuestro día a día, así como las máquinas que los producen han sido sometidas a un tratamiento térmico, componentes para la industria automotriz, industria del plástico, del vidrio, de la cerámica, equipos agrícolas, industria química, componentes para la aeronáutica, etc... Todo funciona mejor y por más tiempo por los beneficios de un buen tratamiento térmico.

Usos  del temple

El acero de temple total más comúnmente usado para los rodamientos es un acero al cromo rico en carbono, que contiene aproximadamente un 1% de carbono y un 1,5% de cromo según la normativa ISO 683-17:1999. A día de hoy, el acero al cromo es uno de los aceros más antiguos y más investigados, debido a que las exigencias de duración de los rodamientos son cada vez mayores. La composición de este acero para rodamientos ofrece un equilibrio óptimo entre la fabricación y el rendimiento de la aplicación. Normalmente, este acero recibe un tratamiento térmico martensítico o bainítico, durante el cual se endurece hasta un rango de 58 a 65 HRC.

Usos del recocido

El alambre recocido es uno de los derivados del Alambrón el cual se tre­la hasta alcanzar el diámetro requerido y posteriormente se calienta en un horno para eliminar excesos de carbono, para hacerlo maleable.

Características:

*Peso y tamaño ideal que facilita su manejo y transporte.

*Suavidad uniforme a lo largo de todo rollo que facilita su utilización al momento de ser doblado o anudado a mano

Ventajas:

*Ventajas de Recocido sin cascarilla

 *Mejor calidad del recocido.

*Mínima variación en sus propiedades mecánicas

*Menor suciedad al momento de trabajarlo

 *Misma suavidad a lo largo de todo el alambre

6.- Resumen sobre la importancia de los tratamientos térmicos en VW.

Como ya se ha mencionado anteriormente  la importancia de los tratamientos térmicos  en todos los ámbitos de la industria ha facilitado muchas tareas y mejorado la vida útil de los materiales, reduciendo así los costos.

Dentro de VW los tratamientos térmicos juegan un rol importante ya que se utilizan en muchas partes, desde un tornillo templado hasta las enormes prensas que requieren de una dureza impresionante en sus herramentales para la fabricación de carrocerías.

El uso de nuevos materiales y la aleación de estos mismos ha mejorado muchas propiedades de los metales haciéndolos más prácticos y adaptándolos a las nuevas exigencias que demanda el mercado industrial.
7.- Cuestionario.

• https://docs.google.com/forms/d/1Qif_IxNzGqZMLrubE-ivltciUwwzZT8-jdhZrNo5QmA/viewform

8.-Liga para dibujo

• https://onedrive.live.com/redir?resid=5224D3D950B1A53F!139&authkey=!ANmXLhH5aeML_b4&ithint=file%2cpptx

9.- Referencia y bibliografía.

• https://es.wikipedia.org/wiki/Tratamiento_t%C3%A9rmico
• http://lindaavila.blogspot.mx/2008/11/tratamientos-trmicos-temple.html
• http://es.slideshare.net/albertojeca/tratamientos-termoquimicos

Informe mes de Marzo 2015

Electrónica de Potencia

Objetivo

El objetivo consiste en desarrollar las disciplinas básicas de la conversión energética, con una suficiente profundidad, para exponer los principios fundamentales, conceptos, técnicas, métodos y circuitos suficientes para entender y ser capaces de diseñar sistemas de electrónica de potencia para aplicaciones industriales. Con esta concepción se abordan los sistemas AC/DC, AC/AC, DC/DC y DC/AC, donde se exponen los principios de funcionamiento de las distintas topologías que los constituyen, dejando constancia de las aplicaciones industriales de cada uno de los distintos sistemas de conversión energética.

Significado

La expresión electrónica de potencia se utiliza para diferenciar el tipo de aplicación que se le da a dispositivos electrónicos, se utiliza el control que permiten los circuitos electrónicos para controlar la conducción (encendido y apagado) de semiconductores de potencia para el manejo de corrientes y voltajes en aplicaciones de potencia.

La electrónica de potencia permite adaptar y transformar la energía eléctrica para distintos fines tales como alimentar controladamente otros equipos, transformar la energía eléctrica de continua a alterna o viceversa, y controlar la velocidad y el funcionamiento de máquinas eléctricas, etc. El principal objetivo de esta disciplina es el manejo y transformación de la energía de una forma eficiente, por lo que se evitan utilizar elementos resistivos, potenciales generadores de pérdidas por efecto Joule. 

Partes de un equipo electrónico de Potencia

Un equipo electrónico de potencia consta fundamentalmente de dos partes, tal y como se simboliza en la siguiente figura:

Un circuito de potencia, compuesto  de semiconductores de potencia y elementos pasivos, que liga la fuente primaria de alimentación  con la carga.

Un circuito de mando, que elabora la información proporcionada por el circuito de potencia y genera  unas señales de excitación que determinan la conducción  de los semiconductores controlados con una fase y secuencia conveniente.

Aplicaciones de la Electrónica de Potencia

Las aplicaciones de la Electrónica de Potencia pueden ser:

 LINEALES: En ellas los dispositivos activos trabajan en modo lineal, tienen un terminal de control (Base, Puerta) y dos terminales de potencia (Emisor Colector, Surtidor - Drenador)

CONMUTADAS: Se lleva al dispositivo desde una resistencia teóricamente infinita entre los terminales de potencia (interruptor abierto) a una resistencia cero (interruptor cerrado)

Dispositivos de la electrónica de potencia

Clasificación

Los dispositivos semiconductores utilizados en electrónica de potencia se puede clasificar en tres grandes grupos:

Dispositivos no controlados: en este grupo se encuentran los Diodos. Los estados de conducción o cierre (ON) y bloqueo o abertura (OFF) dependen del circuito de potencia.

Dispositivos semiconductores: en este grupo se encuentran dentro de la familia de los tiristores, los SCR (Rectificador Controlado de Silicio) y los TRIAC. En este caso su puesta en conducción se debe a una señal de control externa que se aplica en uno de los terminales del dispositivo; es decir se tiene el control externo de la puesta en conducción, pero no así el bloqueo del dispositivo.

Dispositivos totalmente controlados: en este grupo se encuentran los transistores bipolares BJT, MOSFET, IGBT y los tiristores GTO.

Diodos

Un diodo semiconductor es una estructura P-N que, dentro de sus límites de tensión y corriente, permite la circulación de corriente en un único sentido. Detalles de funcionamiento, generalmente despreciados para los diodos de señal, pueden ser significativos para componentes de mayor potencia, caracterizados por un área mayor (para permitir mayores corrientes) y mayor longitud (para soportar tensiones inversas más elevadas). La figura 2.1 muestra la estructura interna de un diodo de potencia.

La figura siguiente muestra el símbolo y la característica estática corriente-tensión de un diodo de potencia.

Dependiendo de las aplicaciones, existen varios tipos de diodos:

Diodos Schottky: 
Se utilizan cuando se necesita una caída de tensión directa muy pequeña (0,3 V típicos) para circuitos con tensiones reducidas de salida. No soportan  tensiones inversas superiores a 50 – 100 V.

Diodos de recuperación rápida: 
Son adecuados en circuitos de frecuencia elevada en combinación con interruptores controlables, donde se necesitan tiempos de recuperación pequeños. Para unos niveles de potencia de varios cientos de voltios y varios cientos de amperios, estos diodos poseen un tiempo de recuperación inversas (trr) de pocos nanosegundos.

 Diodos rectificadores o de frecuencia de línea: 

La tensión en el estado de conducción (ON) de estos diodos es la más pequeña posible, y como consecuencia tienen un trr grande, el cual es únicamente aceptable en aplicaciones de la frecuencia de línea. Estos diodos son capaces de bloquear varios kilovoltios y conducir varios kiloamperios. Se pueden conectar en serie y/o paralelo para satisfacer cualquier rango de tensión o de corriente.

Tiristores

 El nombre de Tiristor proviene de la palabra griega “ηθνρα”, que significa “una puerta”. El tiristor engloba una familia de dispositivos semiconductores que trabajan en conmutación, teniendo en común una estructura de cuatro capas semiconductoras en una secuencia P-N-P-N, la cual presenta un funcionamiento biestable (dos estados estables). La conmutación desde el estado de bloqueo (“OFF”) al estado de conducción (“ON”) se realiza normalmente por una señal de control externa. La conmutación desde el estado “ON” al estado “OFF” se produce cuando la corriente por el tiristor es más pequeña que un determinado valor, denominada corriente de mantenimiento, (“holding current”), específica para cada tiristor. Dentro de la familia de los tiristores podemos destacar los SCRs (tiristores unidireccionales) y TRIACs (tiristores bidireccionales).

SCR (Rectificador Controlado de Silicio)

 De las siglas en inglés “Silicon Controlled Rectifier”, es el miembro más conocido de la familia de los tiristores. En general y por abuso del lenguaje es más frecuente hablar de tiristor que de SCR. El SCR es uno de los dispositivos más antiguos que se conocen dentro de la Electrónica de Potencia (data de finales de los años 50). Además, continua siendo el dispositivo que tiene mayor capacidad para controlar potencia (es el dispositivo que permite soportar mayores tensiones inversas entre sus terminales y mayor circulación de corriente). El SCR está formado por cuatro capas semiconductoras, alternadamente P-N-P-N, teniendo 3 terminales: ánodo (A) y cátodo (K), por los cuales circula la corriente principal, y la puerta (G) que, cuando se le inyecta una corriente, hace que se establezca una corriente en sentido ánodo-cátodo. La figura 2.4 ilustra una estructura simplificada del dispositivo

 TRIAC (“Triode of Alternating Current”)
Es un tiristor bidireccional de tres terminales. Permite el paso de corriente del terminal A1 al A2 y viceversa, y puede ser disparado con tensiones de puerta de ambos signos. Cuando se trabaja con corriente alterna, es interesante poder controlar los dos sentidos de circulación de la corriente. Evidentemente, con un SCR, sólo podemos controlar el paso de corriente en un sentido. Por tanto uno de los motivos por el cual los fabricantes de semiconductores han diseñado el TRIAC ha sido para evitar este inconveniente. El primer TRIAC fue inventado a finales de los años 60. Simplificando su funcionamiento, podemos decir que un TRIAC se comporta como dos SCR en anti paralelo (tiristor bidireccional). De esta forma, tenemos control en ambos sentidos de la circulación de corriente. La figura 2.9 muestra el esquema equivalente de un TRIAC.

GTO (“Gate Turn-Off Thyristor”)

A pesar de que el GTO fue inventado en el inicio de la década de los años 60, ha sido poco empleado debido a sus reducidas prestaciones. Con el avance de la tecnología en el desarrollo de dispositivos semiconductores, se han encontrado nuevas soluciones para mejorar tales componentes que hacen que hoy ocupen una franja significa dentro de la electrónica de potencia, especialmente en aquellas aplicaciones de elevada potencia, con dispositivos que alcanzan los 5000 V y los 4000 A. Como se ha visto en los apartados anteriores, uno de los inconvenientes de los tiristores tipo SCR o TRIAC es que no tenemos control externo por parte del usuario del paso de conducción a bloqueo. Para aquellas aplicaciones en las que nos interese poder bloquear un interruptor de potencia en cualquier instante es necesario utilizar otro tipo de semiconductores diferentes a los SCRs o TRIACs.

El GTO es un tiristor con capacidad externa de bloqueo. La puerta permite controlar las dos transiciones: paso de bloqueo a conducción y viceversa. El símbolo utilizado para el GTO se muestra en la siguiente figura (Fig. 2.12), así como su estructura interna en dos dimensiones.

Transistores

 En Electrónica de Potencia, los transistores generalmente son utilizados como interruptores. Los circuitos de excitación (disparo) de los transistores se diseñan para que éstos trabajen en la zona de saturación (conducción) o en la zona de corte (bloqueo). Esto difiere de lo que ocurre con otras aplicaciones de los transistores, como por ejemplo, un circuito amplificador, en el que el transistor trabaja en la zona activa o lineal. Los transistores tienen la ventaja de que son totalmente controlados, mientras que, por ejemplo, el SCR o el TRIAC sólo dispone de control de la puesta en conducción. Los tipos de transistores utilizados en los circuitos electrónicos de potencia incluyen los transistores BJT, los MOSFET y dispositivos híbridos, como por ejemplo, los transistores de unión bipolar de puerta aislada (IGBT). A continuación veremos cada uno de ellos.

Transistor Bipolar de Potencia (TBP)

Más conocidos como BJTs (“Bipolar Junction Transistors”), básicamente se trata de interruptores de potencia controlados por corriente. Como el lector recordará existen dos tipos fundamentales, los “npn” y los “pnp”, si bien en Electrónica de Potencia los más usuales y utilizados son los primeros. La figura 2.15 muestra un recordatorio de los símbolos empleados para representar los transistores bipolares.

MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistors)

Así como podemos decir que el transistor bipolar se controla por corriente, los MOSFET son transistores controlados por tensión. Ello se debe al aislamiento (óxido de Silicio) de la puerta respecto al resto del dispositivo. Existen dos tipos básicos de MOSFET, los de canal n y los de canal p, si bien en Electrónica de Potencia los más comunes son los primeros, por presentar menores pérdidas y mayor velocidad de conmutación, debido a la mayor movilidad de los electrones con relación a los agujeros.

La figura 2.21 muestra un recordatorio de los símbolos utilizados para estos dispositivos.

IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)
El transistor IGBT, de las siglas en inglés “Isolated Gate Bipolar Transistor”, es un dispositivo híbrido, que aprovecha las ventajas de los transistores descritos en los apartados anteriores, o sea, el IGBT reúne la facilidad de disparo de los MOSFET con las pequeñas pérdidas en conducción de los BJT de potencia. La puerta está aislada del dispositivo, con lo que se tiene un control por tensión relativamente sencillo. Entre el colector y el emisor se tiene un comportamiento tipo bipolar, con lo que el interruptor es muy cercano a lo ideal. La figura 2.24 muestra la simbología para este tipo de transistores.

Su velocidad de conmutación, en principio, similar a la de los transistores bipolares, ha crecido en los últimos años, permitiendo que funcione a centenas de kHz, en componentes para corrientes del orden de algunas decenas de Amperios.

Comparación entre los diferentes transistores de potencia

 A continuación se presenta una breve tabla de comparación de tensiones, corrientes, y frecuencias que pueden soportar los distintos transistores descritos.

Los valores mencionados no son exactos, dada la gran disparidad que se puede encontrar en el mercado. En general, el producto tensión-corriente es una constante (estamos limitados en potencia), es decir, se puede encontrar un MOSFET de muy alta tensión pero con corriente reducida. Lo mismo ocurre con las frecuencias de trabajo. Existen bipolares de poca potencia que trabajan tranquilamente a 50kHz, aunque no es lo más usual.

En la siguiente tabla se añaden otras características importantes a tener en cuenta en el diseño de circuitos de electrónica de potencia.

Cuestionario
https://docs.google.com/forms/d/13lDngZb2smXc8432Qb7I_Lm9Totcg8ZL2Z9ttHQSNA4/viewform

Bibliografía
www.potencia.uma.es/
www.iuma.ulpgc.es/~roberto/asignaturas/EI/.../EI_Tema_2.Intro_EP.pdf
es.wikipedia.org/wiki/Electrónica_de_potencia
eueti.uvigo.es/files/material_docente/671/introduccion_parte_i.pdf

Informe Mes de Febrero 2015

Componentes Básicos de Electrónica

Son componentes que ofrecen cierta oposición al paso o circulación de la corriente eléctrica y producen una caída de tensión o diferencia de potencial entre sus terminales.

Toda resistencia tiene tres características importantes que definen sus condiciones de trabajo y utilización:

El valor y la tolerancia, magnitud óhmica y los límites o desviaciones establecidos por el fabricante para asegurar su precisión. La potencia que es capaz de disipar la resistencia (depende de I y V).La estabilidad del componente en condiciones de trabajo.

Clasificación

Se dividen en clasificaciones fijas y resistencias variables

Resistencias fijas

Son los que suministran energía eléctrica a un circuito (Pilas, baterías, etc) o bien modifican o amplían algún valor de la corriente eléctrica como su intensidad, su tensión, etc (transistores, diodos, etc).

 

 

El valor óhmico se obtiene al modificar las capas de carbón mediante una espiral que obligas a la corriente eléctrica a seguir un camino más o menos largo. (Su valor óhmico no se puede modificar).

Definición: Una resistencia es un componente que ofrece oposición al paso de la corriente eléctrica.

 Función: Se utilizan para reducir la intensidad o provocar caídas de tensión.

Aplicaciones: Reducir la tensión para alimentar un diodo LED
Su valor se mide en ohmios y se determina por el código de colores.

 

Clasificación

Bobinados: Están fabricados con hilos metálicos bobinados sobre núcleos cerámicos. Como regla general, se suelen utilizar aleaciones del Níquel

1.    Resistores bobinados de potencia: Son robustos y se utilizan en circuitos de alimentación, como divisores de tensión. Están formados por un soporte de porcelana o aluminio aglomerado, sobre el que se devana el hilo resistivo. La protección la aporta el proceso final de cementado o vitrificado externo. Las tolerancias son inferiores al 10 % y su tensión de ruido es prácticamente despreciable. Para garantizar su fiabilidad es conveniente que el diámetro no sea excesivo y que no se utilicen a más del 50 % de su potencia nominal.

2.   Resistores bobinados de precisión: La precisión del valor óhmico de estos componentes es superior a + 1 por 100. Su estabilidad es muy elevada y presentan una despreciable tensión de ruido. El soporte, cerámico o de material plástico (baquelita), presenta gargantas para alojar el hilo resistivo. El conjunto se impregna al vacío con un barniz especial. Son estabilizados mediante un tratamiento térmico y se obtienen tolerancias del + 0,25 %, + 0,1 % y + 0,05 %.

No bobinados: En estas resistencias el material resistivo se integra en el cuerpo del componente. Están previstos para disipar potencias de hasta 2 vatios. Son más pequeños y económicos que los bobinados, y el material resistivo suele ser carbón o película metálica.

-Resistencias aglomeradas o de precisión

-Resistencias de capa de carbón por depósitos

-Resistores paralíticos

-Resistencias de capa metálica

-Resistencias de película fotograbada

 

 

Resistencias variables.

Significado: Son resistencias cuyo valor varía en función de algún parámetro

Potenciómetro: Su estructura es semejante a la de los resistores ajustables, aunque la disipación de potencia es considerablemente superior. Se utilizan básicamente para el control exterior de circuitos complejos. Los potenciómetros pueden variar su resistencia de forma lineal .

Aplicaciones: regulación de la luminosidad de una bombilla.

                                                

LDR: Resistencia que varía en función de la luz que recibe. A más luz menos resistencia
Aplicaciones: Encendido y apagado de las farolas de la calle .

                                            

NTC: Resistencia que varía en función de la temperatura. A más temperatura menos resistencia.
Aplicaciones: Regulación de un sistema de calefacción

                                   

PTC: Resistencia que varía en función de la temperatura. A más temperatura más resistencia.
Aplicaciones: Regulación de un sistema de calefacción.

                                

Código de colores

 

Simbología 

 

 Resistencias fijas:
Son aquellas en las que el valor en ohmios que posee es fijo y se define al fabricarlas, 

No hay resistencias de cualquier valor, si no que se fabrican una serie de valores definidos y de los que damos las series normalizadas E12, E24 y E48, llamadas así por ser 12, 24 y 48 el número de valores que posee por década. Los valores dé las series estándar son los siguientes:

Cuadro con valores

 La forma de usar la tabla es la siguiente: si tomamos uno de los valores por ejemplo el 150, sabremos automáticamente que se fabrican los valores 1·5, 15, 150, 1.500, 15.000, 150.000, y 1500.000, ohmios, ya que el valor máximo que se fabrica es el de 10.000.000 ohmios.

 Las resistencias fijas se pueden clasificar en resistencias de usos generales y resistencias de alta estabilidad.

 

Las resistencias de uso generales se fabrican utilizando una mezcla de carbón, mineral en polvo y resina aglomerante; a estas se les llama resistencias de composición, y sus características más importantes son  : pequeño tamaño, soportan hasta 3watts de potencia máxima, tolerancias altas (5%, 10%, 20%), amplio rango de valores y mala estabilidad de temperatura.

 Las resistencias de alta estabilidad se clasifican a su vez en:

 RESISTENCIAS PIROLITICAS: Se fabrican depositando una película de carbón sobre un soporte cerámico, y seguidamente se raspa dicha capa de forma que lo que queda es una especie de espiral de carbón sobre el soporte cerámico sus características más importantes son: pequeño tamaño hasta 2watts de potencia máxima, tolerancias de 1 y 2% y coeficiente de temperatura medio.

 RESISTENCIAS DE HILO BOBINADO: se construye con un hilo metálico de constanta  o manganita arrollado sobre un tubo de porcelana sus características más importantes son: tamaño medio o grande, hasta 400watts de potencia máxima , baja tolerancia 0·25%  y coeficiente de temperatura bajo.

RESISTENCIA DE PELÍCULA METÁLICA: consiste en una película metálica a la que se le va eliminando parte de esta capa dejando una forma similar a un hilo muy largo. Las características más importantes son: tamaño medio, pequeños valores de resistencia eléctrica, hasta 6watts de potencia máxima, tolerancias de 1, 2 y 5% y bajo coeficiente de temperatura.

 En las resistencias metálicas hay que tener en cuenta que son inductivas y por tanto pueden variar el comportamiento a determinadas frecuencias.        

https://www.youtube.com/watch?v=YdaiLW4WOWo

Capacitores

Un capacitor o condensador (nombre por el cual también se le conoce), se asemeja mucho a una batería, pues al igual que ésta su función principal es almacenar energía eléctrica, pero de forma diferente.

 Electrolíticos

Los cuales presentan la mayor capacidad de todos para un determinado tamaño. Pueden ser de aluminio o de tántalo. Los primeros están formados por una hoja de dicho metal recubierta por una capa de óxido de aluminio que actúa como dieléctrico, sobre el óxido hay una lámina de papel embebido en un líquido conductor llamado electrolito y sobre ella una segunda lámina de aluminio. Son de polaridad fija, es decir que solamente pueden funcionar si se les aplica la tensión continua exterior con el positivo al ánodo correspondiente. Son usados en baja y media frecuencia.

Los capacitores electrolíticos de tántalo son muy similares a los de aluminio.

 

 Cerámicos

Están construidos normalmente por una base tubular de dicho material con sus superficies interior y exterior metalizadas con plata, sobre las cuales se encuentran los terminales del mismo. Se aplican tanto en bajas como en altas frecuencias.

Otro tipo es el de plástico, que está fabricado con dos tiras de poliéster metalizado en una cara y arrolladas entre sí. Este tipo de capacitor se emplea a frecuencias bajas o medias. Con este tipo de capacitor se pueden conseguir capacidades elevadas a tensiones de hasta 1.000 V.

NOMENCLATURA

Se emplean diferentes sistemas para escribir el valor de la capacidad de los condensadores, dependiendo del tipo de que se trate. 

En el caso de los electrolíticos, directamente se expresa la capacidad con números, generalmente en μF, por lo que su lectura no presenta problemas. Acompaña a este valor la tensión máxima para la que ha sido diseñado, y que no debe superarse si no queremos terminar con la vida útil del componente. 

En el caso de los condensadores cerámicos, se utiliza un sistema similar al de los resistores, pero en lugar de utilizar bandas de colores, se expresa el valor con números. Es habitual encontrar escrito sobre el cuerpo de estos condensadores un número de 3 cifras, donde las dos primeras corresponden a las unidades y decenas, y la tercera la cantidad de ceros. 

 

La capacidad se encuentra en picofaradios, por lo que pude ser necesario hacer la conversión si deseamos conocer el valor en otra unidad. De esta manera, si en el número escrito es, por ejemplo, 474, significa que la capacidad es de 470.000 pF.

Capacitores cerámicos: Este tipo de capacitores empleados, usualmente a base de dióxido de titanio o titanato de calcio con aditivos, pueden ser usados para lograr las características deseadas, éstas son el coeficiente de temperatura nominal sobre el rango de 25 a 85 ºC, la constante dieléctrica relativa de 6 a 500 y un factor de potencia de 0,4 o menor.
Los capacitores cerámicos de clase I son utilizados en circuitos resonantes, alta frecuencia y acoplamiento, dieléctricos de temperatura compensada, estabilidad dieléctrica y otras aplicaciones donde un alto Q son esenciales. Conocidos también como NP0 o Negativo Positivo Cero.
CAPACITORES ELECTROLITICOS:
Un condensador electrolítico es un tipo de condensador que usa un líquido iónico conductor como una de sus placas. Típicamente con más capacidad por unidad de volumen que otros tipos de condensadores, son valiosos en circuitos eléctricos con relativa alta corriente y baja frecuencia. Este es especialmente el caso en los filtros de alimentadores de corriente, donde se usan para almacenar la carga, y moderar el voltaje de salida y las fluctuaciones de corriente en la salida rectificada. También son muy usados en los circuitos que deben conducir corriente continua pero no corriente alterna.
En los condensadores electrolíticos de aluminio, la capa de óxido aislante en la superficie de la placa de aluminio actúa como dieléctrico, y es la delgadez de esta capa la que permite obtener una gran capacidad en un pequeño volumen. La capa de óxido puede mantenerse inafectada incluso con una intensidad de campo eléctrico del orden de 109 voltios por metro. La combinación de alta capacidad y alto voltaje resultan en una gran densidad energética.

Los diodos rectificadores son dispositivos electrónicos que se utilizan para controlar la dirección del flujo de corriente en un circuito eléctrico. Dos materiales comúnmente utilizados para los diodos son el germanio y el silicio. Mientras que ambos diodos realizan funciones similares, existen ciertas diferencias entre los dos que deben ser tomadas en consideración antes de instalar uno u otro en un circuito electrónico.

Diodo de silicio: La construcción de un diodo de silicio comienza con silicio purificado. Cada lado del diodo se implanta con impurezas (boro en el lado del ánodo y arsénico o fósforo en el lado del cátodo), y la articulación donde las impurezas se unen se llama la "unión pn". Los diodos de silicio tienen un voltaje de polarización directa de 0,7 voltios. Una vez que el diferencial de voltaje entre el ánodo y el cátodo alcanza los 0,7 voltios, el diodo empezará a conducir la corriente eléctrica a través de su unión pn. Cuando el diferencial de voltaje cae a menos de 0,7 voltios, la unión pn detendrá la conducción de la corriente eléctrica, y el diodo dejará de funcionar como una vía eléctrica. Debido a que el silicio es relativamente fácil y barato de obtener y procesar, los diodos de silicio son más frecuentes que los diodos de germanio.

Cuestionario 

 

1: ¿Qué es un capacitor?

R= su función principal es almacenar energía eléctrica, pero de forma diferente.

2: ¿Menciona los tipos de capacitores?

 R= electrolíticos y cerámicos 

3: ¿Capacitor  que presentan la mayor capacidad de todos para un determinado tamaño?

R= electrolítico

4:¿ Este tipo de capacitor se emplea a frecuencias bajas o medias?

 R= cerámico

5: Es un componente que ofrecen oposición al paso de la corriente eléctrica.

a)      capacitor             b) diodo               c) resistencia 

6: Dispositivo electrónico de dos electrodos por el que circula la corriente en un solo sentido.

a) Capacitor             b) diodo               c) resistencia

7: ¿Qué es un una resistencia variable?

R= Son resistencias cuyo valor varía en función de algún parámetro