analogia entre hidraulica y electronica

Existe una analogía entre el flujo hidráulico y la corriente eléctrica, y las moléculas de fluido en un circuito hidráulico se comportan de manera muy similar a los electrones en un circuito. Veamos la analogía entre presión y voltaje y entre tierra y tanque hidráulico.

Moléculas y Electrones

Cuando la válvula cambia para alimentar el motor hidráulico, el motor no responde inmediatamente, sino poco después de que la válvula cambie. Esto se debe a que hay un retraso de tiempo cuando las moléculas dentro del motor comienzan a moverse, lo que depende de la velocidad del sonido y del tamaño físico del circuito. Por otro lado, cuando la válvula se mueve, las moléculas de fluido individuales dentro de la bomba pueden tardar unos segundos o minutos en atravesar el motor, mucho después de que el eje del motor comience a girar.

Del mismo modo, pueden pasar minutos o incluso horas antes de que un solo electrón dentro de un generador pueda ingresar a una carga, como un motor eléctrico. Sin embargo, el motor reacciona al cierre del interruptor con un tiempo de retardo determinado por la velocidad de la luz. Estos conceptos son útiles porque ayudan a comprender por qué la electrónica y la hidráulica no siempre responden de inmediato.

presión y voltaje

La presión es la fuerza que impulsa a las moléculas de fluido a moverse desde áreas de alta presión a áreas de baja presión. Las bombas hidráulicas aumentan el contenido de energía del fluido en forma de alta presión, la mayor presión en la bomba entrega el fluido energizado a la carga para realizar un trabajo útil. Las partículas de fluido están sujetas a una presión decreciente a medida que se desvían del circuito y eventualmente regresan al depósito. El voltaje es similar a la presión, y es lo que impulsa a los electrones a migrar de regiones de alta presión a regiones de baja presión.

Considere el diagrama de circuito simple en el lado izquierdo de la Figura 1, que muestra la batería, el interruptor, el motor y los cables de conexión que conectan los componentes entre sí y a tierra. El propósito de este circuito es poder encender y apagar el motor. El lado derecho de la Figura 1 muestra la hidráulica para un circuito de motor simple.

El símbolo de la batería es una serie de líneas paralelas largas y cortas que se alternan. La línea más larga representa el lado positivo de la batería y la línea más corta representa el lado negativo. El símbolo de la batería no da ninguna pista sobre la construcción. Podría ser el tipo de ácido de plomo que se usa en los automóviles, el tipo de alcalino que se usa en las linternas o el tipo de iones de litio que se usa en las computadoras portátiles. Asimismo, el símbolo de la bomba que se utiliza en los sistemas hidráulicos no indica el tipo de construcción; puede ser una bomba de engranajes, una bomba de paletas o una bomba de pistón.

¿Abierto o cerrado?

El símbolo del interruptor es genérico, pero alude a una hoja móvil que se engancha con dos hojas, sujetando la hoja para el contacto eléctrico. Al hacer una conexión decimos que el interruptor está cerrado, lo cual es una de las fuentes de confusión al pasar del mundo hidráulico al mundo electrónico. Cerrar un interruptor es similar a abrir una válvula.

Una de las leyes más fundamentales de la electricidad es que la corriente siempre debe estar cerrada y, por lo tanto, la corriente describe y sigue un camino completamente cerrado. En nuestro circuito simple, esto significa que por cada electrón que sale del terminal negativo de la batería, un electrón debe ir al terminal positivo. Debe existir un bucle completo para que fluya la corriente.

Algunas de las fallas en la analogía se deben a que el circuito usa una fuente de presión constante (batería) mientras que el circuito hidráulico usa una fuente de corriente constante (bomba de desplazamiento positivo). Cuando la válvula de derivación hidráulica está abierta (fluyendo), el motor sentirá muy poca presión y, si no hay carga, el eje del motor puede incluso girar.

En el circuito de la esquina superior izquierda de la Figura 1, el bucle está abierto, por lo que no es posible el flujo de corriente. En el circuito inferior, el bucle está completo, por lo que hay corriente;El motor está alimentado, por lo que gira. Entonces, cuando «apagamos el interruptor», realmente queremos decir que cerramos el circuito.

conectado a tierra

Puesta a tierra es un término que puede causar confusión debido a la forma en que se utiliza, especialmente en los sistemas de control electrónico. El término puesta a tierra se deriva del hecho de que la industria energética utiliza la Madre Tierra como conductor. Por ejemplo, en el cableado de su casa, el código eléctrico requiere que parte del cableado de su casa (el cable verde) debe estar conectado a la Madre Tierra. Ese cable eventualmente conduciría a una estaca de madera insertada en la Madre Tierra o una conexión física a una tubería de agua enterrada en el suelo. La palabra tierra ha evolucionado para significar cualquier punto común en el circuito al que regresan todos los circuitos, no necesariamente la Madre Tierra.

La disposición de la tierra en el circuito de la figura 1 es similar a la conexión del depósito en el circuito hidráulico. Suelo y depósito son términos similares. Podemos definir un depósito como el punto del circuito al que deben regresar todos los fluidos. Sin embargo, el diseñador del circuito electrónico tiene más flexibilidad para definir la superficie que el diseñador del sistema hidráulico para definir la ubicación del depósito.

El circuito de la Figura 2 no tiene tierra en absoluto;Sin embargo, el circuito funcionará bien. De manera similar, el depósito se ha retirado del circuito hidráulico de la figura 2. Esto crea la posibilidad de cavitación, ya que no hay forma de mantener la presión mínima por encima de la presión que provocaría la cavitación. El tanque de la Figura 1 permite que el motor fluya a presión ambiental y la entrada de la bomba es asistida por la presión atmosférica a medida que se llena.

Los circuitos no pueden ser cavitados. El voltaje puede ser tan negativo como sea necesario para satisfacer las leyes de la electricidad, y no existe un voltaje de cero absoluto. Sin embargo, existe un cero absoluto de presión: un vacío perfecto. Incluso si no se puede lograr un vacío perfecto, si la presión en el sistema hidráulico está ligeramente por debajo de la presión atmosférica, los gases disueltos pueden salir de la solución (desgasificación), causando daños por cavitación.

La ubicación del suelo es diferente. En general, con algunas excepciones bien definidas, la conexión a tierra del circuito se puede colocar en cualquier lugar. Por ejemplo, el circuito de la Figura 3 tiene tres puntos de tierra distintos. Cada uno representa una selección opcional de ubicaciones terrestres. Solo se puede elegir uno, pero no importa cuál se elija. Este no es el caso al colocar el tanque del circuito hidráulico.¿razón?En ninguna parte del sistema debe caer la presión por debajo de la presión atmosférica, o puede ocurrir cavitación.

la madre tierra y la tierra

Un error común es que la tierra (Madre Tierra) es un objeto que absorbe cualquier corriente eléctrica que se le envía. Este no es el caso en absoluto. Es solo un conductor en la red eléctrica porque hace años la industria eléctrica eligió conectar un lado del alternador a la Madre Tierra.

A menudo les pregunto a mis alumnos: «¿Qué sucede si tomas una estaca de metal, la enchufas en el suelo unos dos o tres pies y conectas un cable de puente desde el lado positivo de la batería del automóvil a la estaca?»Respuesta: ¡Nada!No se forma un bucle completo desde el terminal positivo de la batería, a través del cable de puente azul, a través de la estaca y a través de la tierra. Los neumáticos son aislantes eléctricos que evitan que la corriente fluya a través de los cables de puente y tierra.

El circuito de la Figura 2 no tiene ninguna conexión de bus de tierra, por lo que tiene una tierra flotante. Es decir, cualquier punto que designemos como tierra, por arbitrario que sea, tiene un voltaje indeterminado y sin importancia con respecto a la Madre Tierra. Hay miles de millones de circuitos funcionando en este momento, pero no tienen ninguna conexión a tierra. Son juguetes a pilas, linternas, teléfonos móviles y hasta aviones. La analogía más cercana que tenemos a un suelo flotante en un sistema hidráulico es un tanque presurizado sellado. En tal sistema, el punto de presión más bajo flota por encima de la presión atmosférica en una cantidad igual al valor de la presión del yacimiento.

Algunos dispositivos de control electrónico están diseñados con una especie de tierra local o punto común: un almacenamiento electrónico que no tiene nada que ver con la Madre Tierra. Preferiría llamar a estos puntos de tierra común, pero algunos fabricantes de circuitos insisten en llamarlos puntos de tierra, lo que puede generar confusión ya que no se refieren a la madre tierra.

También existe confusión entre positivo y negativo, probablemente porque todos nuestros autos están construidos con sistemas de tierra negativa (chasis). No hay nada especial en negativo o positivo, algunos autos están construidos con conexiones de chasis positivas.

Antes de esto, la gente arbitrariamente decidió etiquetar a los electrones como números negativos. También se pueden marcar como positivos. El problema es que muchos diseñadores de electrónica usan + para señal o terminal y – para tierra o común. Esto no solo puede dar lugar a malentendidos, sino que también puede provocar conexiones defectuosas e incluso ser peligroso para las personas y las máquinas. Prefiero usar los términos señal y tierra o común para distinguir los dos terminales.

construir conexión

La integración del sistema de control electrónico incluye la conexión de muchos dispositivos electrónicos, incluidos amplificadores, acondicionadores de señal, computadoras, controladores de movimiento, sensores y más. Al construir estas cadenas de control, es absolutamente necesario conectar el común de cada dispositivo al común del otro. Todos ellos tienen que compartir la misma cosa en común.

Considere un análogo hidráulico, Figura 4. Si un circuito tiene dos bombas, cada una alimentada por depósitos separados que no están conectados entre sí, eventualmente todo el fluido se extraerá de un depósito y se depositará en el otro. Obviamente, esto no funciona. Si no conectáramos los terminales comunes en el circuito, las consecuencias serían más sutiles, pero el resultado sería un funcionamiento ruidoso (hablando electrónicamente), lo que provocaría que los ejes de las máquinas se desplacen, se muevan o salten si estuvieran completamente funcionales. En un sistema hidráulico, todos los tanques deben estar conectados entre sí, al igual que los terminales comunes de todos los componentes electrónicos.

error: Content is protected !!