Un mundo automatizado

Un mundo automatizado

Un poco (poquito) de historia

El alumbrado público que se enciende al anochecer y se apaga al salir el sol, el semáforo del pueblo, el ascensor que se detiene exactamente en el piso que le indicamos, la planta que elabora y empaca las galletitas que compramos en el kiosko, un sistema de seguridad que al detectar humo toca una alarma, arroja agua y llama a los bomberos, el juego en el que tratamos de ganar un muñeco de  peluche moviendo una grúa con una palanca…. Todos los anteriores y seguramente mil más que se te ocurran son ejemplos de dispositivos o mecanismos que utilizan algún tipo de automatización. Casi que no podemos imaginar alguna disciplina o actividad -tanto en el campo como en la ciudad- en la que no participen procesos automatizados. Prácticamente la totalidad de esos procesos automatizados requieren de energía eléctrica. Hacia ella nos dirigimos entonces.

Si bien el concepto de electricidad (y de su primo mayor el magnetismo) eran conocidos por la humanidad desde épocas muy tempranas, su generación recién se logró sobre el fin del siglo XVIII a través del italiano Alessandro Volta quien fue el creador de la primera pila capaz de producir energía eléctrica, a través de una reacción química. A partir de allí varios varios científicos y físicos decimonónicos estudiaron y desarrollaron las aplicaciones prácticas de esa energía eléctrica. 

Con la invención primero del telégrafo por Samuel Morse y Alfred Vail y la lámpara eléctrica luego por Thomas A. Edison se lograron las dos primeras implementaciones sustantivas de la energía eléctrica. La iluminación hogareña con la lámpara y la transmisión de datos a través de grandes distancias por medio del telégrafo empezaron a cambiar -literalmente- al mundo. Párrafo aparte merece Nikola Tesla quien con sus estudios sobre la distribución de la energía a largas distancias y la implementación de la corriente alterna permitió que las ciudades enteras puedan tener suministro eléctrico en todos los hogares; y a través de la invención del motor eléctrico provocó lo que se conoce como Segunda Revolución Industrial. ¡Sí, en este curso somos fans de Tesla!

Manos a la obra - Circuito simple

Vamos a realizar nuestro primer circuito eléctrico. Se llama circuito simple y consta de una fuente de energía y un elemento de consumo (en nuestro caso una lámpara). Todo circuito eléctrico tiene que estar cerrado, es decir que para que la corriente eléctrica circule debe haber un camino sin cortes, continuo. La corriente eléctrica sale de la fuente de energía circula por los conductores (cables) pasa por el elemento de consumo y regresa a la fuente Vamos a hacerlo entonces en nuestro simulador TinkerCAD. Primero desplegamos la pestaña de componentes y cambiamos de “Básicos” a “Todos” para que tengamos la totalidad de ellos a disposición. Busquemos “Suministro de energía” y lo arrastramos al lugar de trabajo. Podemos cambiarle allí sus propiedades. En este caso fijé la tensión (voltaje que suministra) a 12 Volts.  Imaginemos este componente como la fuente de nuestro celular, computadora o cualquier elemento que enchufamos a la línea de nuestra casa y que transforma los 220 V corriente alterna que hay en el enchufe hogareño a (por ejemplo ) 6, 9 o 12 V corriente continua que necesita un dispositivo electrónico. Cambiamos entonces estas propiedades y le ponemos un nombre adecuado. 

 

Nuestra fuente tiene dos conectores, uno rojo llamado positivo (+) y uno negro llamado negativo ( - ) . Estos colores están normalizados y son válidos en todo el mundo y para todos los dispositivos de corriente continua. En el enchufe hogareño no hay positivo y negativo porque la corriente alterna responde a otra tipología. Por ahora utilizaremos solo Corriente Continua (CC) y diremos que para dispositivos pequeños y locales es perfecta. Pero para grandes distancias y grandes consumos se utiliza la Corriente Alterna (CA). Por eso en nuestras casas tenemos CA y los dispositivos que enchufamos tienen que convertirla a CC. Más adelante utilizaremos corriente alterna para algunos de nuestros proyectos. 

Ahora necesitamos una lámpara y cables. Los agregamos y nos aseguramos de que estén bien conectados. Los cables los hacemos con el mouse manteniendo apretado mientras dibujamos las conexiones. 

Llegó el emocionante momento de probar nuestro primer circuito!! Le cambiamos el color a nuestros cables para mayor claridad y hacemos clic en el botón de arriba a la derecha que dice “Iniciar simulación”... 

¡¡Pero miren qué belleza!! ¡Nuestra lámpara se encendió, felicitaciones! Veamos qué pasó allí:

Al darle clic al botón de inicio de simulación fue como si enchufáramos la fuente a la pared. Vemos que el visor indica 12V que es la tensión que le habíamos configurado. La corriente DC sale por el negativo (cable negro) pasa por la lámpara, la enciende y regresa al origen por el cable rojo. Así lo hará eternamente, o hasta que se produzca alguna falla en el circuito como por ejemplo que se desconecte un cable o se queme la lámpara. También tenemos la opción de apagarlo desde la fuente porque nos provee un pequeño interruptor a la izquierda de los conectores. La fuente nos indica también una magnitud 250mA, quiere decir que la corriente que está circulando por el circuito en este momento es de 0,25 Amperes. 

Experimentemos un poco. Usando el cursor del mouse bajemos progresivamente la perilla del voltaje (superior)… veamos qué es lo que sucede…

En el ejemplo yo la bajé hasta 1 Volt y podemos ver dos cosas:

• La lámpara se prende pero con muy baja intensidad (de hecho llega un punto en el que ya no enciende).

• La corriente bajó a 0,0208 A

De lo que se deduce que:

1. Las lámparas y otros elementos de consumo están fabricados para trabajar de manera óptima solo en un rango de tensión. 

2. A igual carga (en nuestro caso es la lámpara) si bajamos la tensión también bajará proporcionalmente la corriente que circule por un circuito. 

Sigamos experimentando… ahora subamos la perilla de tensión pero pasémonos de los 12 V iniciales…

Lo primero que se nos ocurre es… “Qué bueno es trabajar con simuladores” !!!! Si fuera un ejemplo real esa lámpara se hubiese quemado irremediablemente. :D

Por el punto 1 anterior sabemos que los dispositivos están hechos para un determinado rango. Debajo y sobre ese rango funcionan mal o incluso se malogran de manera grave. 

Otra conclusión que podemos sacar es que si subimos la tensión en un circuito, también sube la corriente. Se mantiene la proporcionalidad que ya habíamos notado en el punto 2 anterior.

Simbología

En el mundo de las ciencias, siempre hay representaciones que nos permiten hacer más simples y entendibles las cuestiones reales. Sabemos que los elementos químicos son Au, AG, K, etc. Los carteles de las rutas y las calles nos indican reglas de tránsito. Los colores del semáforo nos indican qué debemos hacer... En el mundo de la electricidad también existen símbolos y los vamos a usar mucho durante todo el curso. El circuito simple que acabamos de hacer e investigar se representa así:

En realidad las palabras “interruptor”, “lámpara” y “fuente de alimentación” las puse ahora porque es nuestro primer circuito, pero la idea de la simbología es que ya conozcamos la misma y no haga falta poner las leyendas. O sea que más profesionalmente nuestro circuito simple se simboliza así 

Solamente se aclaran las tensiones y conexiones que sean necesarias y críticas. En nuestro caso podríamos haber intercambiado los polos + y - y nuestra lámpara prendería igual, pero no siempre sucede así. Incluso podríamos dañar los componentes si lo conectamos al revés. Así que siempre que trabajamos con CC se indica la polaridad. 

Finalizando 

Terminamos nuestra primera ficha y recorrimos rápidamente el desarrollo de la investigación de la electricidad hasta llegar al circuito simple. Esta ficha es un poco larga porque aprendimos muchos conceptos que teníamos que saber antes de encarar la primera experiencia. Te recomiendo que fijes los conceptos que vimos en este primer paso. Nos vemos en la próxima ficha!