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junio 19, 2017

Conductores Eléctricos

Uno de los materiales indispensables para el montaje de cualquier circuito eléctrico/electrónico, son los conductores eléctricos estos se encargan de unir cada uno de los componentes que permiten el correcto funcionamiento de un dispositivo eléctrico/electrónico. Por tanto, para que haya una buena conductividad eléctrica estos deben estar elaborados de algún tipo de material metálico: Cobre (Cu), Hierro (Fe), Plata (Ag), Oro (Au), Aluminio (Al), entre otros usados para la fijación de los componentes como el Estaño (Sn). En la actualidad también existen conductores líquidos con los que podemos realizar pistas circuitales y fijación de los componentes con el mismo material, además de las ya conocidas placas impresas. Vamos entonces a conocer cada tipo y sus ventajas en cuanto a su uso. 

Conductores en estado sólido
Los más comúnmente utilizados para realizar las prácticas de laboratorio en el protoboard, así como, montajes de circuitos eléctricos/electrónicos pequeños. Estos conductores suelen estar formados por cobre (Cu) o algún tipo de material metálico conductor de electricidad.  Los podemos encontrar en los cables de red telefónica o de Ethernet ya que estos en su parte interna están formados por 8 cables de par trenzado que se conecta mediante conectores RJ-11 o RJ-45. Si extraes estos cables obtendrás los conectores que necesitas para realizar tus prácticas de laboratorio utilizando un protoboard. Para realizar esta operación necesitaras de una herramienta llamada pinzas que te permiten manipular y/o cortar el cable según el largo a necesitar. 

Ilustración 1. Cables de cobre utilizados para conectar componentes dentro de un circuito eléctrico.


🔍¿Qué es el Cobre?  Es un elemento químico de tipo metálico, con gran capacidad de conducir electricidad y calor, su símbolo químico dentro de la Tabla Periódica Universal se representa empleando las letras Cu. Este metal presenta muy buena adaptabilidad a su mezcla con otros metales creando de esta manera nuevas aleaciones. Después del hierro, el cobre es el metal más útil del que disponemos.  


Placas metálicas de impresión
Las placas impresas, son aquellas que elaboramos utilizando un programa de diseño de PCB, los mas comúnmente utilizados son: Proteus, LimeWire, OrCad, aunque existe gran variedad de programas para su elaboración. Pueden realizarse de manera rudimentaria, empleando una impresora láser además de otros materiales como el cobre, marcadores y sustancias corrosivas que ayuden a marcar las pistas sobre una bakelita no perforada que es la mayormente utilizada para la elaboración de este tipo de base de circuitos. Estas si son realizadas con sumo cuidado pueden funcionar en casos de circuitos medianos, mas no presentan la misma calidad que las fabricadas a nivel industrial. Por tanto, son mayormente empleadas en fabricación de equipos a nivel industrial y en proyectos de mediana envergadura. Otra opción alternativa a la fabricación de este tipo de pistas, es el empleo de las bakelitas perforadas, estas cuentan con pistas semejantes a las de un protoboard o tabla de pruebas en cobre, y nos facilitan el trabajo además si se trabaja con delicadeza en el montaje del circuito se puede lograr un gran resultado.   

Ilustración 2. Bakelita perforada - Cara frontal y Posterior
☝Recuerda: Para realizar este tipo de montajes necesitaras: tener conocimiento en algún programa de diseño de circuitos impresos (PCB), marcadores, herramientas, cautín, cloruro férrico, bakelita y estaño. En el caso de usar bakelita perforada solo necesitaras: el diagrama del circuito, cautín, estaño y cables de cobre para realizar las conexiones.  Para el diseño de cualquier pista de un circuito eléctrico, tienes que tener conocimientos previos en lectura de planos eléctricos/electrónicos.

🔍Haciendo un poco de historia…  Sus orígenes provienen de 1936, cuando el ingeniero austriaco Paul Eisler fabrico un circuito impreso como parte de un radio. Se comenzó a utilizar a gran escala en EE.UU en el año 1943 para su uso durante la segunda guerra mundial. Su popularidad se afianzo para la década de los 50’s, cuando el proceso de auto-ensamblaje fue desarrollado por la Armada de EE.UU.

Conductores en estado líquido
La técnica de conductores en estado líquido, es una forma relativamente nueva que se ha comenzado a utilizar desde hace algunos años atrás, desde escuelas hasta proyectos de mediana envergadura y con la cual la compañía Arduino diseño una máquina impresora a lápiz que se encarga de generar el diagrama directo para ser utilizado. 
Te presento cuatro enlaces externos a unos vídeos, donde se explica desde cómo elaborar un conductor en óleo de manera sencilla y barata con carbón, hasta como imprimir un circuito impreso con Arduino, pasando por el uso de un lápiz conductor de electricidad. Muy buenos para poner en práctica…👍

                        Smiley facePaper Circuit
                        Smiley faceThe pen that draws electricity
                        Smiley facePaperduino: How to Print a Paper Arduino


En términos generales los mejores conductores de electricidad son: el cobre (Cu), la plata (Ag), el oro (Au), el hierro (Fe) y el aluminio (Al), además de sus aleaciones. Otros buenos conductores de electricidad son: el grafito o las disoluciones o soluciones salinas, por ejemplo el agua de mar.  

junio 14, 2017

Charles Augustin Coulomb

Charles Coulomb.
Nacido en Angulema, Francia el 14 de junio de 1736. Noble de nacimiento, tuvo condiciones económicas que le permitieron forjarse una buena educación, fue educado en la École du Génie en Mézieres y se graduó en 1761 como ingeniero militar con el grado de Primer Teniente. Durante el quinquenio anterior a la revolución francesa, realizó una serie de investigaciones y experimentos que le condujeron a concluir sus inmortales trabajos sobre las leyes de la torsión, las leyes de las atracciones eléctricas y magnéticas, las teorías sobre la electricidad y el magnetismo. Coulomb, mediante el aparato que lleva su nombre, comprobó que el roce no depende del tamaño de la superficie de contacto entre dos cuerpos. Admitió la existencia de dos fluidos magnéticos (uno Norte y otro Sur) y estableció el concepto de los imanes moleculares. Investigo con su balanza de torsión la acción mutua de dos polos magnéticos, y estableció de esta manera su bien conocida Ley. Realizo investigaciones sobre la repartición de la electricidad en un conductor, llegando a la conclusión de que la densidad eléctrica superficial depende solo de la forma del conductor, y no de su naturaleza.

En su honor la unidad de carga eléctrica lleva el nombre de coulomb (C). Entre otros estudios se le debe la teoría de la torsión recta y un análisis del fallo del terreno dentro de la mecánica de suelos.

Su investigación sobre la electricidad y el magnetismo permitió que esta área de la física saliera de la filosofía natural tradicional y se convirtiera en una ciencia exacta. La historia lo reconoce con excelencia por su trabajo matemático sobre la electricidad conocida como la Ley de Coulomb.

Murió Coulomb a los 70 años, el 23 de agosto de 1806 en Paris (Francia) sin haber abandonado nunca sus trabajos, rodeado de amigos que se había granjeado por su valer, su honestidad y su bondad.

Es uno de los 72 científicos cuyo nombre figura inscrito en la Torre Eiffel.

Fuentes:
Wikipedia.org 
Física 3. Autores: Camero y Crespo.

junio 13, 2017

James Clerk Maxwell

James Clerk Maxwell
Nacido en Edimburgo el 13 de junio de 1831, fue un matemático británico conocido principalmente por haber desarrollado la teoría electromagnética clásica, sintetizando todas las anteriores observaciones, experimentos y leyes sobre electricidad, magnetismo y aun sobre óptica, en una teoría consistente. Realizo sus estudios en la universidad de Edimburgo, fue durante mucho tiempo profesor de educación media, y en 1860 nombrado profesor de Física del King’s College de Londres, allí entro en contacto con grandes hombres de ciencia, sobre todo con Michael Faraday quien ejerció gran influencia en su formación. En 1871 acepto la catedra de Física Experimental de la Universidad de Cambridge y la dirección del Cavendish Laboratory.

Su obra más conocida versa sobre la teoría electromagnética de la luz, ejemplo de la matemática aplicada a través del estudio de la naturaleza. Partiendo de las Leyes de Faraday y de Laplace e introduciendo la hipótesis fundamental de la existencia de corrientes de desplazamientos, Maxwell obtuvo una terna de ecuaciones diferentes que relacionan entre si las tres componentes de la intensidad del campo magnético, y una segunda terna, que unida a la primera determina las propiedades del campo eléctrico. Demostró, siguiendo a Faraday, que un fuerte campo magnético hace desviar el campo de polarización de la luz, indicando con ello la existencia de una relación entre fenómenos magnéticos y luminosos, y que los campos eléctricos se difunden con una velocidad de 300.000Km/seg, rapidez calculada para la propagación de las ondas luminosas. De igual importancia son sus estudios sobre los gases (camino libre de una molécula gaseosa, coeficiente de viscosidad, entre otros), la tricotomía (rojo, verde, azul) en 1861, Maxwell demostró que era posible realizar fotografías en color utilizando una combinación de filtros rojo, verde y azul obteniendo por este descubrimiento la Medalla Rumford ese mismo año. Entre sus primeros trabajos científicos Maxwell se empeñó en el desarrollo de una teoría del color y de la visión y estudió la naturaleza de los anillos de Saturno demostrando que éstos no podían estar formados por un único cuerpo sino que debían estar formados por una miríada de cuerpos mucho más pequeños. También fue capaz de probar que la teoría nebular de la formación del Sistema Solar vigente en su época era errónea ganando por estos trabajos el Premio Adams de Cambridge en 1859. 

Maxwell fue una de las mentes matemáticas más preclaras de su tiempo, y muchos físicos lo consideran el científico del siglo XIX que más influencia tuvo sobre la física del siglo XX, habiendo hecho contribuciones fundamentales en la comprensión de la naturaleza. Muchos consideran que sus contribuciones a la ciencia son de la misma magnitud que las de Isaac Newton y Albert Einstein. En 1931, con motivo de la conmemoración del centenario de su nacimiento, Albert Einstein describió el trabajo de Maxwell como «el más profundo y provechoso que la física ha experimentado desde los tiempos de Newton».

Murió el 05 de noviembre de 1879 en la ciudad de Cambridge. 

Fuentes:
Física. Autores: Camero y Crespo 
Wikipedia- Enlace: https://goo.gl/B2Cs8n

mayo 25, 2017

Energía Solar: Paneles Solares

Puesta de sol (2016) - Venezuela.
La energía solar como fuente para producir energía eléctrica se usó por primera vez en el siglo XX, en diseño, elaboración y puesta en órbita de satélites espaciales, que producían energía eléctrica necesaria para su funcionamiento a través de la conversión de energía solar en energía eléctrica empleando paneles solares. La energía solar es una fuente de energía renovable e inagotable por lo mismo nos ayuda a resolver problemas relacionados a la dependencia de recursos fósiles y energía nuclear, además su desarrollo también beneficia el cuidado de los suelos, dado que la energía obtenida mediante extracción de recursos fósiles erosiona los suelos y provoca un desnivel en el subsuelo llegando a debilitarlo y generar hundimientos.

Las bases teóricas de la tecnología fotovoltaica fueron desarrolladas a finales del siglo XIX, cuando Michael Faraday, James Clerk Maxwell, Nicola Tesla y Heinrich Hertz realizaron estudios sobre la inducción electromagnética, fuerzas eléctricas y ondas electromagnéticas, además de los hallazgos por parte de Albert Einstein en 1905 sobre el efecto fotovoltaico, el cual es el fundamento de la conversión de energía solar a energía eléctrica. 

La primera célula solar, se construyó en 1883 cuando Charles Fritts construyera una recubriendo una muestra de selenio semiconductor con un pan de oro para formar el empalme, pero este solo representaba en 1% de eficiencia. 

El año 1954 se le conoce como la llegada de la era moderna, en cuanto a la tecnología fotovoltaica, gracias al hallazgo de manera accidental por parte de los Laboratorios Bell de las características fotosensibles de los semiconductores de silicio dopados con ciertas impurezas.
La producción a gran escala de paneles solares comenzó en la década de los 80’s. En cuanto al uso de esta tecnología en la era espacial los países pioneros en su empleo son la Unión Soviética, EE.UU, Japón y Europa.

Actualmente esta tecnología está siendo utilizada para el desarrollo de automóviles autónomos, alumbrado público, aeronáutica y sistemas de respaldo de energía eléctrica en viviendas. El caso más reciente de éxito en el uso de esta tecnología renovable fue en el año 2016, cuando el Avión Solar Impulse 2 logro completar su primera vuelta al mundo utilizando energía limpia. 

Diferentes usos de los paneles solares.
Entonces…

¿Qué son paneles solares? 
Celdas Foto-voltaicas.

Son estructuras formadas por numerosas células foto-voltaicas (capas de silicio monocrystalino o polycrystalino) que convierten luz solar en energía eléctrica, el efecto foto-voltaico, es aquel donde la energía lumínica produce cargas positivas y negativas en dos semiconductores próximos de diferente tipo, que produce un campo magnético capaz de generar una intensidad de corriente. 

Funcionamiento
  1. La radiación del sol impacta sobre estas celdas y se convierte en electricidad de corriente continua (CC).
  2. Esta potencia de CC viaja a un conversor eléctrico, que convierte la potencia de corriente continua (CC) en potencia de corriente alterna (CA), esto en caso de que el proyecto necesite dicha conversión para proyecto de corriente continua no seria necesario el uso de este componente. Un tablero de distribución y controles inteligentes, administran el funcionamiento de la  energía solar, conjuntamente con la red de suministro de electricidad o el generador.
  3. La electricidad de CA producida por el sistema solar, es igual a la electricidad suministrada por la red eléctrica o por los grupos electrógenos. Puede emplearse para alimentar  desde ventiladores, bombas o luces, hasta computadoras, maquinaria de una fábrica o todos los sistemas que su vivienda necesita para operar.
  4. Puede seguir conectado a la red eléctrica convencional, pero necesitará mucha menos. El exceso de energía se puede volver a exportar a la red. Por esta razón este sistema en algunos casos se utiliza como sistema de respaldo ante fallos de la red eléctrica tradicional. 

Ilustración. Funcionamiento de una red eléctrica basada en energía solar.

Conexión de paneles solares
Los paneles foto-voltaicos se asocian en serie para su instalación y la cantidad de celdas utilizadas dependerá de los niveles de potencia que se necesitan para cubrir la demanda de energía eléctrica. Por lo mismo, antes de construir un panel de celdas foto-voltaicas o solicitar uno a nivel industrial tienes que tener muy en cuenta la cantidad de artefactos que necesitas conectar a la red, sus características eléctricas (corriente, voltaje y potencia) y las horas totales de uso que estos tendrán. También hay que hacer énfasis en la temperatura de la zona en donde se instalará el equipo no es lo mismo una zona templada o fría a una zona caliente. Tienes que tener en cuenta las características del proyecto que quieres llevar a cabo por que estos paneles transforman la energía solar en electricidad de corriente continua por lo que si tu proyecto requiere este tipo de alimentación no necesitas de un conversor a corriente alterna. La celda más pequeña genera un voltaje de 0.5 voltios. Estas celdas solares una vez realizada la instalación necesitan ser empaquetadas, si el panel lo estas realizando de manera casera puedes utilizar vidrio u otro material adecuado para la actividad, pero lo más conveniente es el empaquetado de fábrica o industrial.

Principales fabricantes y distribuidores en el mundo
Entre los diez mayores fabricantes y distribuidores mundiales de paneles fotovoltaicos se encuentran:
  • Las empresas chinas: Trina Solar, Jinko Solar,  JA Solar, SFCE, Yingli; con presencia en el continente americano, europeo y asiático. 
  • La empresa Canadiense: Canadian Solar. 
  • La empresa Sur-Coreana: Hanwha Q-Cells. 
  • Las empresas Estadounidenses: First Solar, ReneSola, Sunpower.



Fuentes:
Wikipedia.org - Enlaces: https://goo.gl/zKQ4x1 / https://goo.gl/419kta
Solarcentury.com - Enlaces: https://goo.gl/jNupVN