Electrónica y mecánica unidas

Electromecánica

Escrito por: Juan Sebastián Ortiz Baquero

Estudiante de ingeniería electrónica

Universidad del Quindio

 

La electromecánica es la combinación de las disciplinas del electromagnetismo, ingeniería eléctrica y una de las más importantes la mecánica; todas estas ciencias contribuirán al desarrollo del tema. Hay una ingeniería que también reúne estas disciplinas y es muy similar a la electromecánica y es la mecatronica. También en el texto veremos los avances y evolución de la electromecánica en todos sus campos. Además profundizaremos en equipos que contribuyeron a la evolución de la electromecánica y además de sus inventores. Y se trata la situación actual de la electromecánica, avances, investigaciones, nuevos expertos.

 

No obstante, muchos aparatos electromecánicos comunes que antiguamente hubiesen empleado dispositivos electrónicos muy grandes  para su control emplean hoy en día de una forma más barata y efectiva un circuito integrado estándar (con unos cuantos millones de transistores). Para el cual se diseña un programa informático que lleva acabo la misma tarea que antes hacia el artefacto pero ahora hará el control atravez de la lógica. Los transistores han contribuido prácticamente a la reducción de espacio en los circuitos electrónicos de un equipo electromecánico.

 

La bobina de tesla  es un prototipo de transformador resonante. Las bobinas de tesla están compuestas por un grupo de circuitos resonantes acoplados. En realidad este gran ingeniero experimento con una gran variedad de bobinas y montajes con diferentes configuraciones, así que es muy difícil decir un modo especifico de cómo se construyo realmente aquella bobina de tesla (nikola tesla). Entonces las primeras bobinas y las bobinas posteriores varían en configuraciones en sus montajes.la función de las bobinas tesla crean descargas eléctricas lo que las hace espectaculares; este fue uno de los primeros inventos electromecánicos que innovaría totalmente el ámbito de lo eléctrico y mecánico.

 

El relé seria uno de los más importantes dispositivos electromecánicos. Su funcionamiento es de un interruptor controlado por un circuito eléctrico, que por medio de una bobina y un electroimán, se acciona un varios contactos que permiten abrir o cerrar circuitos eléctricos (Henry, 1835). Dado que el relé es capaz de controlar una potencia de salida mayor que a la de entrada, se puede considerar, en un amplio sentido, como un amplificador eléctrico mediante un sistema electromecánico. Estos han ocupado un lugar muy importante en todos los prototipos electromecánicos. Algo muy curioso es que el mismo relé utiliza tecnología electromecánica dentro de su maquinaria y sin embargo es utilizado en equipos electromecánicos. (Ver tabla 1)

 

 

Tipos de relés electromecánicos definición
 

Relé de tipo armadura

Pese a ser los más antiguos siguen siendo los más utilizados en multitud de aplicaciones. Un electroimán provoca la basculación de una armadura al ser excitado, cerrando o abriendo los contactos dependiendo de si es NA o NC.

 

Relés de núcleo móvil

A diferencia del anterior modelo estos están formados por un émbolo en lugar de una armadura. Debido su mayor fuerza de atracción, se utiliza un solenoide para cerrar sus contactos. Es muy utilizado cuando hay que controlar altas corrientes.

 

Relé tipo Reed o de lengüeta

Están constituidos por una ampolla de vidrio, con contactos en su interior, montados sobre delgadas láminas de metal. Estos contactos conmutan por la excitación de una bobina, que se encuentra alrededor de la mencionada ampolla.

 

 

 

Relés polarizados o biestables

 Se componen de una pequeña armadura, solidaria a un imán permanente. El extremo inferior gira dentro de los polos de un electroimán, mientras que el otro lleva una cabeza de contacto. Al excitar el electroimán, se mueve la armadura y provoca el cierre de los contactos. Si se polariza al revés, el giro será en sentido contrario, abriendo los contactos ó cerrando otro circuito.

                                    (Tabla 1)


 

Uno de los dispositivos que también contribuiría al desarrollo de la electromecánica seria el disco de nipkow es principalmente un dispositivo mecánico (Nipkow, 1860). Este disco electromecánico fue un gran avance  para el desarrollo de dispositivos de captación y reproducción de imágenes seria uno de los que permitirían el hecho de que existiera la televisión como la conocemos hoy en día. (Baird, 1923) desarrollo y perfecciono el sistema de televisión electromecánico. El funcionamiento de este consiste en proyectar las escenas sobre un disco  mediante un lente; cuando se hace girar el disco, se hacen pasar sucesivamente las perforaciones por la proyección de manera que las imágenes se muestran como escenas; fue así como este disco mecánico se convirtió en uno de los inventos electromecánicos más importantes en la televisión.

 

Para hablar de la evolución de la electromecánica es necesario devolvernos a la historia de la ingeniería tradicional por decirlo así, ya que la electromecánica es una ciencia hibrida, relativamente moderna, cuyo origen está ligado a otras disciplinas. Para entender esta casi nueva disciplina recordaremos que los inicios de la ingeniería datan desde el inicio de la humanidad pensante e íntimamente ligado a su desarrollo, podríamos decir que la ingeniería es más antigua que las matemáticas y las ciencias. Cuenta la historia que los principios de la ingeniería fue cuando se construyo una catapulta, la ingeniera como profesión surge en los inicios del siglo XIX. Que es cuando se desarrolla por primera vez la ingeniería civil que abarca todo aspecto relacionado con la ingeniería. Los aportes lo dieron Arquímedes, galileo Galilei, Leonardo da vinci; entre otros.

 

En la época moderna América hizo aportes transcendentales a la ingeniería electromecánica con Henry Ford. Esta ha llegado a ser una disciplina de capital y vital importancia para la evolución de la industria, económicamente y social de la humanidad. Aunque por otro lado la ingeniería electromecánica que como decíamos al principio es una ciencia hibrida porque combina otras ramas de la ingeniería como: el electromagnetismo, la ingeniería eléctrica y mecánica. Logrando así una gran evolución en esta materia que incursiona con gran fuerza en los países americanos superando a Europa donde el desarrollo ha sido más lento y donde aun no cuenta con un departamento de ingeniería electromecánica  (ver graficas 1y 2).

 

(Gráfica 1)

 

 

(Gráfica 2)

 

 Los últimos avances tecnológicos de la electromecánica ha sido el transistor (Ver imagen1). este es un dispositivo electrónico semiconductor que cumple varias funciones dentro de los montajes electromecánicos; algunas de estas funciones son de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. Hoy en día al transistor se le encuentra  en cualquier aparato eléctrico o electromecánico que usamos a diario.

 

(Imagen1)

A lo largo de la historia han existido varios tipos de transistores unos mejores que otros aunque todos han sido de gran ayuda en el campo que estamos tratando, la historia se remonta cuando en los laboratorios Bell de EE.UU. En diciembre de 1947 por John bardeen, Walter houser brattain y William Bradford shockley; quienes fueron premiados con el premio nobel de física en 1956. El transistor fue el sustituto de la válvula termoiónica de tres electrodos. El transistor de efecto de campo fue descubierto en 1930 pero en aquel entonces no se encontró un aplicación útil y además no se disponía de la tecnología para fabricarlos masivamente. Ya al seguir transcurriendo los años fueron surgiendo otro tipos de transistores que harían la comercialización de estos productos electromecánicos con menores costos. El transistor consta de un sustrato de silicio y tres Partes dopadas artificialmente que forman dos uniones bipolares; a diferencia de las válvulas el transistor es un dispositivo controlado por corriente y del que se obtiene una corriente amplificada, en el diseño de circuitos electromecánicos el transistor ocupada un lugar esencial a diferencia de resistores, condensadores e inductores, su funcionamiento solo puede explicarse mediante la mecánica cuántica, los transistores utilizados en electromecánica son: (ver tabla 2)

 

transistores

definición

Transistor de contacto puntual

Llamado también transistor de punta de contacto, fue el primer transistor capaz de obtener ganancia, inventado en 1947 por J. Bardeen y W. Brattain. Consta de una base de germanio, semiconductor para entonces mejor conocido que la combinación cobre-óxido de cobre, sobre la que se apoyan, muy juntas, dos puntas metálicas que constituyen el emisor y el colector. La corriente de base es capaz de modular la resistencia que se “ve” en el colector, de ahí el nombre de “transfer resistor”. Se basa en efectos de superficie, poco conocidos en su día. Es difícil de fabricar (las puntas se ajustaban a mano), frágil (un golpe podía desplazar las puntas) y ruidoso. Sin embargo convivió con el transistor de unión (W. Shockley, 1948) debido a su mayor ancho de banda. En la actualidad ha desaparecido.

 

 

Transistor de unión bipolar

 

El transistor de unión bipolar, o BJT por sus siglas en inglés, se fabrica básicamente sobre un mono cristal de Germanio, Silicio o Arseniuro de galio, que tienen cualidades de semiconductores, estado intermedio entre conductores como los metales y los aislantes como el diamante. Sobre el sustrato de cristal, se contaminan en forma muy controlada tres zonas, dos de las cuales son del mismo tipo, NPN o PNP, quedando formadas dos uniones NP.La zona N con elementos donantes de electrones (cargas negativas) y la zona P de aceptadores o “huecos” (cargas positivas).

Transistor de unión unipolar o de efecto de campo

 

El transistor de unión unipolar, también llamado de efecto de campo de unión (JFET), fue el primer transistor de efecto de campo en la práctica. Lo forma una barra de material semiconductor de silicio de tipo N o P. En los terminales de la barra se establece un contacto óhmico, tenemos así un transistor de efecto de campo tipo N de la forma más básica. Si se difunden dos regiones P en una barra de material N y se conectan externamente entre sí, se producirá una puerta. A uno de estos contactos le llamaremos surtidor y al otro drenador. Aplicando tensión positiva entre el drenador y el surtidor y conectando a puerta al surtidor, estableceremos una corriente, a la que llamaremos corriente de drenador con polarización cero. Con un potencial negativo de puerta al que llamamos tensión de estrangulamiento, cesa la conducción en el canal.

(Tabla 2)

 

Como conclusión podemos decir que la electromecánica ha sido una de las especialidades que han contribuido al desarrollo del ser humano en cuanto a la industria. Se podría decir que gracias a la electromecánica o más bien gracias a los genios que sacaron esta especialidad adelante con sus inventos. Ya que sin estos esta especialidad no sería lo que es hoy en día y algo muy importante no tendríamos todos estos artefactos que tenemos en nuestras casas y que nos dan un estilo de vida mucho mejor. En si hoy en día todo está relacionado con la electromecánica desde  el transporte hasta la economía.

 

 

 


 


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