SSeerriiee:: RReeccuurrssooss ddiiddááccttiiccooss

Tapa:Imagen combinada de la Supernova Remnamt captadapor el telescopio Hubble - NASA.

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PRESIDENTE DE LA NACIÓN

Dr. Néstor Kirchner

MINISTRO DE EDUCACIÓN, CIENCIA Y TECNOLOGÍA

Lic. Daniel Filmus

SECRETARIO DE EDUCACIÓN, CIENCIA Y TECNOLOGÍA

Prof. Alberto E. Sileoni

DIRECTORA EJECUTIVA DEL INSTITUTO NACIONAL DE

EDUCACIÓN TECNOLÓGICA

Lic. María Rosa Almandoz

DIRECTOR NACIONAL DEL CENTRO NACIONAL DE

EDUCACIÓN TECNOLÓGICA

Lic. Juan Manuel Kirschenbaum

Probador de inyectores y de motorespaso a pasoCarlos Colombini,

Ernesto Forgan,

Enrique Martín,

Graciela Pellegrino,

Pablo Pilotto,

Hilmar Bordo,

con la colaboración de Federico Sar.

Martín, EnriqueProbador de inyectores y de motores paso a paso / Enrique Martín; GracielaPellegrino; Ernesto Forgan; coordinado por Juan Manuel Kirschenbaum.- 1a ed. - Buenos Aires: Ministerio de Educación, Ciencia y Tecnología de laNación. Instituto Nacional de Educación Tecnológica, 2005.132 p.; 22x17 cm. (Recursos didácticos; 2)

ISBN 950-00-0497-6

1. Inyectores-Probador. 2. Motores-Probador. I. Pellegrino, Graciela. II. Forgan,Ernesto. III. Kirschenbaum, Juan Manuel, coord. IV. Título

CDD 621.4

Fecha de catalogación: 12/05/2005

Impreso en Gráfica Pinter S. A., México 1352 (C1097ABB), Buenos Aires, en julio 2005

Tirada de esta edición: 3.000 ejemplares

Colección Serie “Recursos didácticos”.Coordinadora general: Haydeé Noceti.

Distribución de carácter gratuito.

Queda hecho el depósito que previene la ley n° 11.723. © Todos los derechosreservados por el Ministerio de Educación, Ciencia y Técnologia - InstitutoNacional de Educación Tecnológica.

La reproducción total o parcial, en forma idéntica o modificada por cualquiermedio mecánico o electrónico incluyendo fotocopia, grabación o cualquier sis-tema de almacenamiento y recuperación de información no autorizada en formaexpresa por el editor, viola derechos reservados.

Industria Argentina.

ISBN 950-00-0497-6

Instituto Nacional de Educación TecnológicaCentro Nacional de Educación TecnológicaCeNET-Materiales

Serie: “Recursos didácticos”

1 Invernadero automatizado

2 Probador de inyectores y motores paso a paso

3 Quemador de biomasa

4 Intercomunicador por fibra óptica

5 Transmisor de datos bidireccional por fibre óptica, entre computadoras

6 Planta potabilizadora

7 Medidor de distancia y de velocidad por ultrasonido

8 Estufa de laboratorio

9 Equipamiento EMA -Características físicas de los materiales de construcción-

10 Dispositivo para evaluar parámetros de líneas

Ministerio de Educación, Ciencia y Tecnología.Instituto Nacional de Educación Tecnológica.Saavedra 789. C1229ACE.Ciudad Autónoma de Buenos Aires.República Argentina.

El Instituto Nacional de EducaciónTecnológica -INET- enmarca sus líneas deacción, programas y proyectos, en las metasde:

• Coordinar y promover programasnacionales y federales orientados a for-talecer la educación técnico-profesional,articulados con los distintos niveles y ci-clos del sistema educativo nacional.

• Implementar estrategias y acciones decooperación entre distintas entidades,instituciones y organismos –gubernamen-tales y no gubernamentales-, que permi-tan el consenso en torno a las políticas,los lineamientos y el desarrollo de lasofertas educativas, cuyos resultados seanconsiderados en el Consejo Nacional deEducación-Trabajo –CoNE-T– y en elConsejo Federal de Cultura y Educación.

• Desarrollar estrategias y acciones desti-nadas a vincular y a articular las áreas deeducación técnico-profesional con lossectores del trabajo y la producción, aescala local, regional e interregional.

• Diseñar y ejecutar un plan de asistenciatécnica a las jurisdicciones en los aspectosinstitucionales, pedagógicos, organizativosy de gestión, relativos a la educación téc-

nico-profesional, en el marco de los acuer-dos y resoluciones establecidos por elConsejo Federal de Cultura y Educación.

• Diseñar y desarrollar un plan anual decapacitación, con modalidades presen-ciales, semipresenciales y a distancia, consede en el Centro Nacional de EducaciónTecnológica, y con nodos en los CentrosRegionales de Educación Tecnológica ylas Unidades de Cultura Tecnológica.

• Coordinar y promover programas deasistencia económica e incentivos fis-cales destinados a la actualización y eldesarrollo de la educación técnico-profe-sional; en particular, ejecutar lasacciones relativas a la adjudicación y elcontrol de la asignación del CréditoFiscal –Ley Nº 22.317–.

• Desarrollar mecanismos de cooperacióninternacional y acciones relativas a dife-rentes procesos de integración educativa;en particular, los relacionados con lospaíses del MERCOSUR, en lo referente ala educación técnico-profesional.

Estas metas se despliegan en distintos pro-gramas y líneas de acción de responsabilidadde nuestra institución, para el período 2003-2007:

VVIIIIII

LAS METAS, LOS PROGRAMAS Y LAS LÍNEAS DE

ACCIÓN DEL INSTITUTO NACIONAL DE

EDUCACIÓN TECNOLÓGICA

Programa 1. Formación técnica, media ysuperior no universitaria:

1.1. Homologación y validez nacional detítulos.

1.2. Registro nacional de instituciones deformación técnica.

1.3. Espacios de concertación.

1.4. Perfiles profesionales y ofertas formati-vas.

1.5. Fortalecimiento de la gestión institu-cional; equipamiento de talleres y la-boratorios.

1.6. Prácticas productivas profesiona-lizantes: Aprender emprendiendo.

Programa 2. Crédito fiscal:

2.1. Difusión y asistencia técnica.

2.2. Aplicación del régimen.

2.3. Evaluación y auditoría.

Programa 3. Formación profesional para eldesarrollo local:

3.1. Articulación con las provincias.

3.2. Diseño curricular e institucional.

3.3. Información, evaluación y certifi-cación.

Programa 4.Educación para el trabajo y laintegración social.

Programa 5. Mejoramiento de la enseñanzay del aprendizaje de la Tecnología y de laCiencia:

5.1. Formación continua.

5.2. Desarrollo de recursos didácticos.

Programa 6. Desarrollo de sistemas de infor-mación y comunicaciones:

6.1. Desarrollo de sistemas y redes.

6.2. Interactividad de centros.

Programa 7. Secretaría ejecutiva del ConsejoNacional de Educación Trabajo –CoNE-T–.

Programa 8. Cooperación internacional.

Los materiales de capacitación que, en estaocasión, estamos acercando a la comunidadeducativa a través de la serie “Recursosdidácticos”, se enmarcan en el Programa 5del INET, focalizado en el mejoramiento dela enseñanza y del aprendizaje de la Tec-nología y de la Ciencia, uno de cuyos pro-pósitos es el de:

• Desarrollar materiales de capacitacióndestinados, por una parte, a la actua-lización de los docentes de la educacióntécnico-profesional, en lo que hace a co-nocimientos tecnológicos y científicos; y,por otra, a la integración de los recursosdidácticos generados a través de ellos, enlas aulas y talleres, como equipamientode apoyo para los procesos de enseñanzay de aprendizaje en el área técnica.

Estos materiales didácticos han sido elabora-dos por especialistas del Centro Nacional deEducación Tecnológica del INET y por espe-cialistas convocados a través del Programa delas Naciones Unidas para el Desarrollo–PNUD– desde su línea “Conocimientoscientífico-tecnológicos para el desarrollo deequipos e instrumentos”, a quienes estaDirección expresa su profundo reconoci-miento por la tarea encarada.

María Rosa AlmandozDirectora Ejecutiva del Instituto Nacional de

Educación Tecnológica.Ministerio de Educación, Ciencia y

Tecnología

IIXX

Desde el Centro Nacional de EducaciónTecnológica –CeNET– encaramos el diseño,el desarrollo y la implementación de proyec-tos innovadores para la enseñanza y el apren-dizaje en educación técnico-profesional.

El CeNET, así:

• Es un ámbito de desarrollo y evaluaciónde metodología didáctica, y de actuali-zación de contenidos de la tecnología yde sus sustentos científicos.

• Capacita en el uso de tecnología a do-centes, profesionales, técnicos, estudian-tes y otras personas de la comunidad.

• Brinda asistencia técnica a autoridades e-ducativas jurisdiccionales y a edu-cadores.

• Articula recursos asociativos, integrandoa los actores sociales involucrados con laEducación Tecnológica.

Desde el CeNET venimos trabajando en dis-tintas líneas de acción que convergen en elobjetivo de reunir a profesores, a especialistasen Educación Tecnológica y a representantesde la industria y de la empresa, en accionescompartidas que permitan que la educacióntécnico-profesional se desarrolle en la escuelade un modo sistemático, enriquecedor, pro-fundo... auténticamente formativo, tanto paralos alumnos como para los docentes.

Una de nuestras líneas de acción es la de di-señar y llevar adelante un sistema de capaci-

tación continua para profesores de educacióntécnico-profesional, implementando trayec-tos de actualización. En el CeNET contamoscon quince unidades de gestión de apren-dizaje en las que se desarrollan cursos,talleres, pasantías, conferencias, encuentros,destinados a cada educador que desee inte-grarse en ellos presencialmente o a distancia.

Otra de nuestras líneas de trabajo asume laresponsabilidad de generar y participar enredes que vinculan al Centro con organismose instituciones educativos ocupados en laeducación técnico-profesional, y con organis-mos, instituciones y empresas dedicados a latecnología en general. Entre estas redes, seencuentra la Red Huitral, que conecta aCeNET con los Centros Regionales deEducación Tecnológica -CeRET- y con lasUnidades de Cultura Tecnológica –UCT–instalados en todo el país.

También nos ocupa la tarea de producirmateriales de capacitación docente. DesdeCeNET hemos desarrollado distintas seriesde publicaciones –todas ellas disponibles enel espacio web www.inet.edu.ar–:

• Educación Tecnológica, que abarca mate-riales que posibilitan una definición cu-rricular del área de la Tecnología en elámbito escolar y que incluye marcosteóricos generales, de referencia, acercadel área en su conjunto y de sus con-tenidos, enfoques, procedimientos yestrategias didácticas más generales.

XX

LAS ACCIONES DEL CENTRO NACIONAL DE

EDUCACIÓN TECNOLÓGICA

• Desarrollo de contenidos, nuestra segundaserie de publicaciones, que nuclea fascícu-los de capacitación en los que se profun-diza en los campos de problemas y decontenidos de las distintas áreas del cono-cimiento tecnológico, y que recopila, tam-bién, experiencias de capacitación docentedesarrolladas en cada una de estas áreas.

• Educación con tecnologías, que propicia eluso de tecnologías de la información y dela comunicación como recursos didácti-cos, en las clases de todas las áreas yespacios curriculares.

• Educadores en Tecnología, serie de publica-ciones que focaliza el análisis y las pro-puestas en uno de los constituyentes delproceso didáctico: el profesional queenseña Tecnología, ahondando en losrasgos de su formación, de sus prácticas,de sus procesos de capacitación, de suvinculación con los lineamientos curricu-lares y con las políticas educativas, deinteractividad con sus alumnos, y consus propios saberes y modos de hacer.

• Documentos de la escuela técnica, quedifunde los marcos normativos y curricu-lares que desde el CONET –ConsejoNacional de Educación Técnica- deli-nearon la educación técnica de nuestropaís, entre 1959 y 1995.

• Ciencias para la Educación Tecnológica,que presenta contenidos científicos aso-ciados con los distintos campos de la tec-nología, los que aportan marcos concep-tuales que permiten explicar y funda-mentar los problemas de nuestra área.

• Recursos didácticos, que presenta con-tenidos tecnológicos y científicos,

estrategias –curriculares, didácticas yreferidas a procedimientos de construc-ción– que permiten al profesor de la edu-cación técnico-profesional desarrollar,con sus alumnos, un equipamientoespecífico para integrar en sus clases.

Desde esta última serie de materiales decapacitación, nos proponemos brindar he-rramientas que permitan a los docentes nosólo integrar y transferir sus saberes y capaci-dades, sino también, y fundamentalmente,acompañarlos en su búsqueda de solucionescreativas e innovadoras a las problemáticascon las que puedan enfrentarse en el procesode enseñanza en el área técnica.

En todos los casos, se trata de propuestas deenseñanza basadas en la resolución de pro-blemas, que integran ciencias básicas ytecnología, y que incluyen recursos didácti-cos apropiados para la educacióntécnico–profesional.

Los espacios de problemas tecnológicos, lasconsignas de trabajo, las estrategias deenseñanza, los contenidos involucrados y,finalmente, los recursos didácticos estánplanteados en la serie de publicaciones queaquí presentamos, como un testimonio derealidad que da cuenta de la potencialidadeducativa del modelo de problematización enel campo de la enseñanza y del aprendizajede la tecnología, que esperamos que resultede utilidad para los profesores de la edu-cación técnico-profesional de nuestro país.

Juan Manuel KirschenbaumDirector Nacional del Centro Nacional de

Educación Tecnológica.Instituto Nacional de Educación Tecnológica

XXII

Desde esta serie de publicaciones del CentroNacional de Educación Tecnológica, nos pro-ponemos:

• Poner a consideración de los educadoresun equipamiento didáctico a integrar enlos procesos de enseñanza y de apren-dizaje del área técnica que coordinan.

• Contribuir a la actualización de losdocentes de la educación técnico-profe-sional, en lo que hace a conocimientostecnológicos y científicos.

Inicialmente, hemos previsto el desarrollo deveinte publicaciones con las que intentamosabarcar diferentes contenidos de este campocurricular vastísimo que es el de la educacióntécnico-profesional.

En cada una de estas publicaciones es posiblereconocer una estructura didáctica común:

1 Problemas tecnológicos en el aula. Enesta primera parte del material sedescriben situaciones de enseñanza y deaprendizaje del campo de la educacióntécnico-profesional centradas en la re-solución de problemas tecnológicos, y sepresenta una propuesta de equipamientodidáctico, pertinente como recurso pararesolver esas situaciones tecnológicas ydidácticas planteadas.

2 Encuadre teórico para los problemas.En vinculación con los problemas didác-ticos y tecnológicos que constituyen elpunto de partida, se presentan conceptos

tecnológicos y conceptos científicos aso-ciados.

3 Hacia una resolución técnica. Manualde procedimientos para la construc-ción y el funcionamiento del equipo.Aquí se describe el equipo terminado y semuestra su esquema de funcionamiento;se presentan todas sus partes, y los mate-riales, herramientas e instrumentos nece-sarios para su desarrollo; asimismo, sepauta el “paso a paso” de su construc-ción, armado, ensayo y control.

4 El equipo en el aula. En esta parte delmaterial escrito, se retoman las situa-ciones problemáticas iniciales, aportandosugerencias para la inclusión del recursodidáctico construido en las tareas quedocente y alumnos concretan en el aula.

5 La puesta en práctica. Este tramo dela publicación plantea la evaluacióndel material didáctico y de la experien-cia de puesta en práctica de las estrate-gias didácticas sugeridas. Implica unaretroalimentación –de resolución vo-luntaria– de los profesores destinata-rios hacia el Centro Nacional deEducación Tecnológica, así como elpunto de partida para el diseño denuevos equipos.

Esta secuencia de cuestiones y de momentosdidácticos no es azarosa. Intenta replicar –enuna producción escrita– las mismas instanciasde trabajo que los profesores de Tecnologíaponemos en práctica en nuestras clases:

XXIIII

LA SERIE “RECURSOS DIDÁCTICOS”

XXIIIIII

Es a través de este circuito de trabajo (pro-blema-respuestas iniciales-inclusión teórica-respuestas más eficaces) como enseñamos ycomo aprenden nuestros alumnos en el área:

• La tarea comienza cuando el profesorpresenta a sus alumnos una situacióncodificada en la que es posible recono-cer un problema tecnológico; para con-figurar y resolver este problema, es nece-sario que el grupo ponga en marcha unproyecto tecnológico, y que encare análi-sis de productos o de procesos desarro-llados por distintos grupos sociales pararesolver algún problema análogo.Indudablemente, no se trata de cualquierproblema sino de uno que ocasionaobstáculos cognitivos a los alumnosrespecto de un aspecto del mundo artifi-cial que el profesor –en su marco curri-cular de decisiones– ha definido comorelevante.

• El proceso de enseñanza y de aprendiza-je comienza con el planteamiento de esasituación tecnológica seleccionada por elprofesor y con la construcción del espa-cio-problema por parte de los alumnos, ycontinúa con la búsqueda de respuestas.

• Esta detección y construcción derespuestas no se sustenta sólo en losconocimientos que el grupo disponesino en la integración de nuevos con-tenidos.

• El enriquecimiento de los modos de “ver”y de encarar la resolución de un proble-ma tecnológico –por la adquisición denuevos conceptos y de nuevas formastécnicas de intervención en la situación

desencadenante– suele estar distribuidamaterialmente –en equipamiento, enmateriales, en herramientas–.

No es lo mismo contar con este equipamien-to que prescindir de él.

Por esto, lo queintentamos des-de nuestra seriede publicacio-nes es acercar alprofesor distin-tos recursos di-dácticos que a-yuden a sus a-lumnos en estatarea de proble-matización y dei n t e r v e n c i ó n– s u s t e n t a d ateórica y técni-camente– en elmundo tecno-lógico.

Al seleccionar los recursos didácticos queforman parte de nuestra serie de publica-ciones, hemos considerado, en primer térmi-no, su potencialidad para posibilitar, a losalumnos de la educación técnico-profesional,configurar y resolver distintos problemas tec-nológicos.

Y, en segundo término, nos preocupó quecumplieran con determinados rasgos que lespermitieran constituirse en medios eficacesdel conocimiento y en buenos estructurantescognitivos, al ser incluidos en un aula por unprofesor que los ha evaluado como perti-

XXIIVV

Caracterizamos comorecurso didáctico a to-do material o compo-nente informático se-leccionado por un edu-cador, quien ha evalua-do en aquél posibili-dades ciertas para ac-tuar como mediadorentre un problema de larealidad, un contenidoa enseñar y un grupode alumnos, facilitandoprocesos de compren-sión, análisis, profundi-zación, integración,síntesis, transferencia,producción o evalua-ción.

nentes. Las cualidades que consideramosfundamentales en cada equipo que promove-mos desde nuestra serie de publicaciones”Recursos didácticos”, son:

• Modularidad (puede adaptarse a diversosusos).

• Resistencia (puede ser utilizado por losalumnos, sin peligro de romperse confacilidad).

• Seguridad y durabilidad (integrado pormateriales no tóxicos ni peligrosos, ydurables).

• Adaptabilidad (puede ser utilizado en eltaller, aula o laboratorio).

• Acoplabilidad (puede ser unido o combi-nado con otros recursos didácticos).

• Compatibilidad (todos los componentes,bloques y sistemas permiten ser integra-dos entre sí).

• Facilidad de armado y desarmado (posi-bilita pruebas, correcciones e incorpo-ración de nuevas funciones).

• Pertinencia (los componentes, bloquesfuncionales y sistemas son adecuadospara el trabajo con los contenidos cu-rriculares de la educación técnico-pro-fesional).

• Fiabilidad (se pueden realizar las tareaspreestablecidas, de la manera esperada).

• Coherencia (en todos los componentes,bloques funcionales o sistemas se siguenlas mismas normas y criterios para elarmado y utilización).

• Escalabilidad (es posible utilizarlo enproyectos de diferente nivel de com-

plejidad).

• Reutilización (los diversos componentes,bloques o sistemas pueden ser desmonta-dos para volver al estado original).

• Incrementabilidad (posibilidad de iragregando piezas o completando elequipo en forma progresiva).

Haydeé NocetiCoordinadora de la acción “Conocimientoscientífico-tecnológicos para el desarrollo de

equipos e instrumentos”.Centro Nacional de Educación Tecnológica

XXVV

2. Probador de

inyectores y

de motores

paso a paso

22

Este material de capacitación fuedesarrollado por:

Carlos Colombini,Ernesto Forgan,Enrique Martín,Graciela Pellegrino,Pablo Pilotto,Hilmar Bordo,coordinadores de acciones de capacitacióndel Centro Nacional de EducaciónTecnológica, con la colaboración deFederico Sar.

Coordinación general:Haydeé Noceti

Diseño didáctico:Ana Rúa

Administración:Adriana Perrone

Monitoreo y evaluación:Laura Irurzun

Diseño gráfico:Tomás Ahumada

Karina LacavaAlejandro Carlos Mertel

Diseño de tapa:Laura Lopresti

Juan Manuel Kirschenbaum

Con la colaboracióndel equipo de profesionales

del Centro Nacionalde Educación Tecnológica

Las metas, los programas y las líneas de accióndel Instituto Nacional de Educación Tecnológica VIII

Las acciones del Centro Nacional de Educación Tecnológica X

La serie “Recursos didácticos” XII

1 Problemas tecnológicos en el aula 4

• El recurso didáctico que proponemos

2 Encuadre teórico para los problemas 7

• Combustión

• Motor de ciclo de Otto

• Sistema de inyección de combustible

• Probador de inyectores y de motores paso a paso

3 Hacia una resolución técnica.Manual de procedimientos para la construcción yel funcionamiento del equipo 68

• El producto

• Los componentes

• Los materiales, herramientas e instrumentos

• La construcción

• El armado

• El ensayo y el control

• La superación de dificultades

4 El equipo en el aula 85

• Probando el motor

• Probando los inyectores

• Propuestas finales

5 La puesta en práctica 92

Índice

44

Veamos qué sucede en estas situaciones deenseñanza y de aprendizaje, familiares paratodos nosotros:

Haydeé tiene a su cargo el módulo"Componentes e instalaciones mecánicas, eléc-tricas, electrónicas, hidráulicas y neumáticas"del Trayecto Técnico-Profesional Automotores.Enrique es responsable de "Mantenimientoelectromecánico" del TTP Equipos e instala-ciones electromecánicas. En este momento,están encarando contenidos correspondientesa motores de combustión interna, con sus gru-pos de alumnos.

Para avanzar en las capacidades de compren-sión y de operación con estos motores, presen-tan a los estudiantes la siguiente situación:

Luego de haber planteado la situación pro-

¿¿SSeerráá ppoorr eell ppeeaajjee??

Regresando de mis vacaciones y cerca de la cabinade peaje, noto con estupor que el motor de mi auto sedetiene. Al arrancarlo nuevamente, no sólo no sedetiene sino que queda girando a un número más ele-vado de revoluciones por minuto -esto es evidencia-do por el indicador de rpm del panel (tacómetro) y,además, por un mayor nivel de ruido en el fun-cionamiento del motor-.

Después de haber pasado por el peaje, continúo lamarcha; presto mucha atención al comportamientodel motor y noto que el problema no vuelve a repe-tirse. Puedo comprobar que, al mantener una veloci-dad constante más elevada, no se manifiesta eldefecto.

Pero, llegando a casa, se repite el inconveniente.Preocupado, decido buscar las causas del problema.

¿Cuál o cuáles pueden llegar a ser las causas de estaanomalía?

blemática a sus alumnos, Enrique les proponeanalizar los elementos involucrados, para queexpresen sus hipótesis:

• El origen del problema puede ser el sistema quecontrola el ralenti del motor -dice Carlos.

• Si el motor paso a paso no es el causante de miproblema, podría ser algo en los inyectores -plantea Laura.

• ¿Problemas con el circuito de alimentación decombustible? -se pregunta Pablo.

El profesor sugiere, entonces:

• ¿Con qué dispositivo harían las pruebas nece-sarias?

• ¿Cómo podemos realizar las determinacionescorrespondientes?

• Para realizar las pruebas, ¿es necesario algúntipo de dispositivo? ¿Qué deberíamos poderhacer con él?

En el aula de Tecnología del 9º año de EGB 3, los alumnos están resolviendo proble-mas referidos a motores eléctricos; en particu-lar, respecto de cuestiones de regulación y con-trol. La profesora plantea este problema:

TTrreenn bbaallaa jjaappoonnééss

En un viaje de nego-cios que hizo porJapón, Tito Tapia lescompró a sus hijos unpar de trenes eléctri-cos en escala HO, queestaban de oferta.

La escala HO es unade las tantas existen-tes en la actualidadpara representar tre-nes en miniatura.Corresponde a una es-cala 1:87, con una tro-cha de 16,5 mm.

1. PROBLEMAS TECNOLÓGICOS EN EL AULA

5555

Luego de la presentación de esta situación, ladocente plantea a los distintos grupos de alum-nos la necesidad de agregar al juguete algún tipode dispositivo para controlar la velocidad deltren:• Tendríamos que tener la posibilidad de cambiar,

a voluntad, la velocidad del tren. ¿Sobre quévariables podríamos influir?

• ¿Podríamos realizar la variación de la velocidaden forma automática? Esto es que, cuando estéacercándose a una de las curvas, el tren dis-minuya su velocidad y vuelva a aumentarlaluego de haberla traspasado. ¿De qué forma?

• ¿Con qué dispositivo podríamos realizar laspruebas necesarias?

Cada uno de los equipos está compuesto por cuatrovagones -dos de ellos, motores; dos, de arrastre-para pasajeros, conformando un convoy de losdenominados "tren bala", catorce tramos de vías enlínea recta y doce curvas de 480 mm de radio, y losaccesorios correspondientes para su conexionado ala red de energía eléctrica domiciliaria y para su fun-cionamiento.

Después de un interesante trabajo de armado y pos-terior alimentación con una fuente de 12 V, incluidaen el kit, los chicos descubren que todo va per-fecto... Pero, sólo hasta que alguno de los trenesdebe tomar una curva: Son tan rápidos que siemprese descarrilan...

Su primera idea es bajarles la velocidad. Pero, no entodo el recorrido; solamente en las curvas -que esdonde se presenta el problema-.

8 entradas analógicas (4 entradas en tensión enun rango de -10 V a +10 V y 4 entradas en corrien-te con un rango de variación de 0 a 20 mA),

• un canal de medición de frecuencias hasta 1000kHz que permite medir la frecuencia de un tren depulsos,

• 8 salidas digitales con una corriente máxima porsalida de 0.3 A,

• una corriente máxima total para las 8 salidas de 2A. y 2 salidas analógicas de tensión.

Entusiasmados, los chicos -con el apoyo del maes-tro de enseñanza práctica de "Automatización yrobótica"- comienzan a trabajar acerca de qué esun PLC, cuál es su lógica de funcionamiento, cuálesson sus partes componentes, cómo son los lengua-jes de programación.

Realizan, también, las primeras pruebas con pro-gramas sencillos, accediendo a estructuras bási-cas de programación, interpretando los resultadosobtenidos y analizando fallas. Desarrollan las expe-riencias integrando elementos disponibles en eltaller: pulsadores, interruptores, lamparitas, relés,pequeños motores eléctricos, bocinas, zum-badores...

En un momento de este proceso de análisis tec-nológico del PLC, se escucha la pregunta de uno delos alumnos del grupo:

• El PLC, ¿puede servir para controlar cuántasvueltas giró un motor?

El maestro de enseñanza práctica, entonces,plantea:

• ¿Cómo lo harías? ¿Cómo podemos verificar lascaracterísticas del PLC para que controlar lasvueltas? ¿Qué elementos o dispositivos que uste-des conocen, son capaces de emitir una señaleléctrica digital?

Ante esta propuesta, los chicos comienzan a pen-sar en posibles respuestas y a buscar materialampliatorio en la biblioteca del taller, para averiguarcómo y con qué tipo de señales se utiliza el PLC.

¡¡EEssttee ccoonnttrroollaaddoorr qquuee nnoo ccoonnttrroollaa!!

A una escuela técnica llega un PLC -contro-lador lógico programable-, como donación deuna de las empresas de la zona.

El PLC tiene como características básicas:

• tensión de alimentación de 24 volts de co-rriente continua -VCC- (fluctuación admisible16 a 30 VCC), 16 entradas digitales (máximacorriente admisible a 24 VCC: 6 miliamper, mA),

En estos testimonios de situaciones deenseñanza y de aprendizaje, los alumnos seenfrentan a problemas que requieren unasolución, para la cual resultaría de utilidadcontar con algún recurso didáctico que per-mita, en primer lugar, generar señales eléctri-cas y, luego, dé la posibilidad de modificarparámetros característicos de estas señales.

Para encontrar una respuesta eficaz a estassituaciones, los alumnos tienen que aprendera controlar pulsos de secuencia, de frecuen-cia y ancho ajustables, por lo que en su auladebería haber un equipo basado en eltratamiento de las características de estasseñales eléctricas.

Como una de las muchas alternativas posi-bles en esta tarea de búsqueda de un buenrecurso didáctico, vamos a presentarle unPPrroobbaaddoorr ddee iinnyyeeccttoorreess yy ddee mmoottoorreess ppaassoo aappaassoo..

Se trata de un dispositivo que utiliza compo-nentes electrónicos para la generación deseñales, que nos permite introducirlas en labobina del inyector, y variar tanto el anchode pulso como la frecuencia, verificando larespuesta a estos cambios.

Este equipo permite que un docente que, porejemplo, aborda con su grupo el tratamientode contenidos vinculados con el sistema deinyección de combustible utilizado en laactualidad en la industria automotriz, cuentecon un recurso didáctico necesario para su

correcta modelización.

El recurso didáctico PPrroobbaaddoorr ddee iinnyyeeccttoorreessyy ddee mmoottoorreess ppaassoo aa ppaassoo tiene bajo costo,supera la necesidad de recurrir a téster oscanner, es fácil de utilizar, permite una clarainterpretación de los resultados obtenidos y...está al alcance de la mano.

66

NNuueessttrraa pprrooppuueessttaa ddeerreeccuurrssoo ddiiddááccttiiccoo

77

2. ENCUADRE TEÓRICO PARA LOSPROBLEMAS

Lo invitamos a recordar la situación problemática "¿Será por el peaje?". El siguiente diagramaen bloques representa los efectos que se van produciendo en el automóvil:

El motor sedetiene

Vuelve a repetirseel inconveniente.

A mayor velocidad, no semanifiesta el defecto.

Arranca nuevamente el motor (amayor número de revoluciones) y se

apaga otra vez.

¿Cuáles pueden ser las posibles causas que originan el inconveniente? Veamos...

El motor se detiene alsoltar el acelerador

Falla de combustible Falla eléctrica

Falla de alimentaciónde combustibleFalta de combustible

El problema puedeser la falta de com-

bustible

Arranca nuevamente Falla aleatoria

RReevviissaarr:• Inyector de combustible• Motor paso a paso

RReevviissaarr:• Estado del combustible• Obstrucción en elpasaje de combustible

¿Arranca nuevamente?

¿Vuelve adetenerse?

¿Falla a altavelocidad?

SíNo

Sí No

Sí No

El primer bloque plantea que el motor sedetiene al soltar el acelerador. Esta falla puedeestar originada por dos tipos de causas: porfalla de combustible o por alguna falla eléctri-ca (que no analizamos en este material).

La falla puede ser por falta de combustible opor falla de la alimentación. Como el autovuelve a arrancar, se plantea un bloque dedecisión: ¿Vuelve a detenerse? Si no se detienemás, podemos pensar que se trató de unafalla aleatoria; pero, si se vuelve a detener ya arrancar, podemos preguntarnos: ¿Falla aalta velocidad?

Si el defecto ocurre a alta velocidad, tenemosque revisar el estado del combustible, laobstrucción en el pasaje de combustible y laentrada del aire obstruido. Pero, esto nosucede en el problema planteado; por lo tanto,como la falla noocurre a alta veloci-dad, revisamos losdispositivos del sis-tema de inyección:el inyector de com-bustible y el motorpaso a paso.

¿Cómo podemosdetectar si el motor paso a paso es el causantedel problema?

88

Nuestra propuesta esque usted vaya cons-truyendo este diagra-ma con sus alumnos, amedida que ellos vanexpresando sushipótesis respecto delproblema.

PPrruueebbaa ddeell mmoottoorr ppaassoo aa ppaassoo(auto estacionado)

Sin desmontar del automóvil

Reemplazar la alimentación eléctrica del motor paso apaso (proveniente de la unidad electrónica de control)por el probador de motor paso a paso. Con el motor delauto funcionando, accionar la variación del tren depulsos que genera el probador.Si el motor paso a paso funciona bien, se debe obser-var una variación de las revoluciones del motor delauto (rpm).

¿Varían lasrevolucionesdel motor del

auto?

El motor paso a pasofunciona correcta-

mente.

Seguir buscando lacausa del problema.

El motor paso a paso nofunciona correcta-mente. Retirarlo del

automóvil.

Medir la resistencia de lasbobinas del motor paso a

paso. Deben ser del ordende 20 � a 100 �.

Las resistenciasde las bobinas,

¿están entre 20 � y100 �?

El motor paso a pasofunciona correcta-

mente.

Seguir buscando lacausa del problema.

Reemplazar el motorpaso a paso

El motor paso apaso está roto o

desgastado

Puede tenersuciedad que nopermita que gire.

ReemplazarloLimpiarlo

Sí

No

No

NoConectar

el probador al motorpaso a paso

¿Gira?

Sí

Sí

99

Los resultados del análisis que nuestrosalumnos efectúan:

• Si el motor paso a paso funciona correc-tamente, hay que seguir buscando lacausa del problema.

• Si el motor paso a paso se encuentrasucio, se recomienda limpiarlo y probarnuevamente.

• Si el motor paso a paso está dañado, esnecesario reemplazarlo; de este modo, seha solucionado el problema.

Análogamente, ¿cuál es el procedimientopara detectar si el inyector es el causante delproblema?

Vayamos planteando algunas ideas básicasacerca de este proceso:

Como sabemos, el resultado de la com-bustión genera monóxido de carbono. Paracontrolar la emisión de gases a la atmósfera yevitar la contaminación, resulta imprescin-dible controlar la cantidad de monóxidohasta reducirla a cero. Con el sistema decombustión... es imposible lograrlo; sola-mente en teoría tenemos una combustióncompleta sin generación de monóxido.

Lo que debemos concretar, entonces, es unacombustión más adecuada a nuestra necesi-dad y a la del medio ambiente.

Al respecto, las necesidades actuales son:

• Baja emisión de monóxido de carbono -CO-.

• Excedente de oxígeno en la combustión,

que se utilice posteriormente en el catali-zador para reducir u oxidar el monóxidode carbono.

Uno de los impli-cados en la gene-ración del CO esel carburador, queno puede mante-ner la relaciónestequiométricadurante todas lasetapas del fun-cionamiento. De-bido a ello esreemplazado porun sistema deno-minado iinnyyeecccciióónnddee ccoommbbuussttiibbllee.

El principio de funcionamiento de este sis-tema de inyección de combustible es unmicroprocesador que recibe información deparámetros reales de funcionamiento delmotor y genera, a partir de ellos, la informa-ción necesaria para que, a través de los actua-dores, se concrete una combustión con bajaemisión de monóxido de carbono, y el exce-dente necesario de oxígeno para que el catali-zador oxide o reduzca el CO.

Unos de esos actuadores son los inyectores,electroválvulas que, en el momento de laexcitación, permiten que el combustible -mantenido a presión por la bomba corres-pondiente-, entre en contacto con el aire deadmisión en la proporción adecuada.

Este caudal de aire es variable y depende delnúmero de revoluciones al que esté girando

La relación este-quiométrica expresalos componentes deuna combustión teóri-ca en la que los reac-tivos actúan en canti-dades exactas comopara que el com-bustible se oxide com-pletamente; por lotanto -siempre, enteoría- no existe com-bustible no quemadoen los productos de lareacción.

el motor, situación controlada con el pedalcorrespondiente -excepto en el momento enel cual el motor tiene que mantener un régi-men de ralentí-. Este régimen es variable enfunción de las cargas que están actuandosobre el motor. Los inyectores dosifican lacantidad de combustible administrada, enfunción de la frecuencia con la que son exci-tados, así como en función del ancho depulso de dicha excitación.

Por otra parte, para que este régimen se man-tenga constante, es necesario variar los cau-dales de aire, de allí la necesaria intervencióndel motor paso a paso, para abrir y cerrar elpaso alternativo de aire. Para que el motorpaso a paso funcione como tal, es necesarioexcitar las dos bobinas, de acuerdo con unadeterminada secuencia, permitiendo invertirno sólo el orden de la excitación sino tam-bién la velocidad con la que ésta se realiza.Esto nos otorga la posibilidad de verificar doscosas: en primer lugar, si el motor funciona y,en segundo, su sentido de giro.

En el caso de la inyección de combustible, las

posibles fallas pueden ser determinadas porel uso de un probador de inyectores y motorpaso a paso como el que sugerimos desarro-llar, el que permite trabajar muy fuertementesobre el análisis de los datos obtenidos yposibles de obtener.

En este proceso de control que estamos anali-zando, están involucrados conceptos en losque resulta oportuno que nos detengamos.Organizamos su presentación, de este modo:

1100

El dispositivo didáctico PPrroobbaaddoorr ddeeiinnyyeeccttoorreess yy ddee mmoottoorreess ppaassoo aa ppaassoo

permite introducir señales en las que es posi-ble variar tanto el ancho de pulso como la fre-cuencia, verificando la respuesta delinyector.

Para esto, el recurso didáctico presen-tado dispone de cuatro conectores de

alimentación: dos para cada bobina que formaparte del motor paso a paso.

CCoommbbuussttiióónn

• Reacción química de la combustión.• Combustibles.• Contaminación del aire.

MMoottoorr ddee cciicclloo ddee OOttttoo

• Leyes físicas de los gases.• Termodinámica.• Ciclos en los motores térmicos.• Ciclo Otto ideal.• Ciclo real.

SSiisstteemmaa ddee iinnyyeecccciióónn ddee ccoommbbuussttiibbllee

• El carburador como antecedente del sistema deinyección.

• Clasificación y descripción de los sistemas.

PPrroobbaaddoorr ddee iinnyyeeccttoorreess yy ddee mmoottoorreess ppaassoo aa ppaassoo

• Componentes electrónicos del probador de inyec-tores.

• Circuitos electrónicos del probador de inyectores.• Control del motor paso a paso.• Control del inyector de combustibles.

1111

CCoommbbuussttiióónn

RReeaacccciióónn qquuíímmiiccaa ddee llaa ccoommbbuussttiióónn

La combustión es una reacción química entreel oxígeno y el carbono (que, en este caso, seencuentra en el combustible gasolina) y esexotérmica.

Si se realiza bajo determinadas condiciones -por ejemplo, en un recipiente cerrado- lareacción genera un aumento de la presióndentro del recinto; si una de las paredes delrecipiente se puede desplazar, podríamosmantener la presión con un aumento delvolumen, lo cual permite transformar estacombustión en trabajo mecánico.

Para producir una combustión se debemezclar el oxígeno y el carbono, de formadirectamente proporcional; de esta relacióndependen los residuos. Consideremos queobtenemos el oxígeno del aire y que su con-centración es variable, dependiendo de lascondiciones atmosféricas.

La combustión puede entenderse desde unplano teórico o eesstteeqquuiioommééttrriiccoo. En esteestudio químico teórico, intervienen com-bustibles formados, principalmente, por car-bono e hidrógeno, los cuales reaccionan enpresencia de suficiente oxigeno, dando comoproductos CO2 y NH2O. En este caso, se tiene

una reacción de combustión completa.

Considerando un combustible como el iso-octano (C8H18), la ecuación de combustión

es:

La ecuación estábalanceada: Lacantidad de áto-mos de cada ele-mento de los reac-tivos es igual a lade los productos.De esta forma,podemos analizarqué cantidad deoxigeno se necesitapara que 500 gramos de iso-octano produz-can una combustión completa.

Primero, expresamos la cantidad de reactivosy productos de la ecuación en gramos, uti-lizando la masa atómica de los distintos ele-mentos.

Se sabe que 114 gramos de C8H18 reaccionan

con 400 gramos de O2; entonces,

500 gramos de C8H18 necesitan X gramos de

O2.

Calculemos, ahora, qué cantidad de aire senecesita para tener 1754,3 gramos de O2.

Como el aire tiene 23 % de O2.

0,23 gramos de O2 1 gramo de aire

1754,3 gramos de O2 XC8H18 + 12,5O2 + 47N2 8CO2 + 9H2O + 47N2

Advierta la presenciade nitrógeno en losgases de escape. Estedato es decisivo en elmomento de estudiarlos principales conta-minantes que son pro-ductos de la com-bustión en los motorestérmicos.

114g C8H18 + 400g O2 + 1316g N2

352g CO2 + 162g H2O + 1316g N2

X g O2 =500g C8H18 * 400g O2

114g C8H18

1754,3 g O2X g O2 =

Por lo tanto, para que la combustión seacompleta, se necesitan 7627,3 gramos deaire atmosférico.

Decíamos que los productos de la com-bustión están formados, principalmente porCO2 y H2O. Detengámonos en analizarlos.

A alta temperatura, estos productos se diso-cian con absorción de energía (por lo tanto,baja la temperatura). El dióxido de carbono(CO2) se disocia a monóxido de carbono

(CO) y oxígeno (O2). Éstos, a su vez, reaccio-

nan y forman CO2 y, además, ocasionan el

aumento de la temperatura. Esta reacción seda en ambos sentidos hasta que se alcanza unequilibrio, denominado eeqquuiilliibbrriioo qquuíímmiiccoo.

El agua (H2O) se disocia a hidrógeno (H2) y

oxígeno (O2); éstos reaccionan para formar

H2O. También se produce reacción y diso-

ciación, hasta alcanzar el equilibrio químico.

Las ecuaciones que representan la diso-ciación son:

La disociación de CO2 y H2O absorbe calor,

provocando una pérdida del calor de la reac-ción de combustión.

El ppooddeerr ccaalloorrííffiiccoo es la cantidad de calor quese libera cuando se quema combustible conexceso de aire (es el contenido de energía delcombustible). Se expresa en unidades deenergía por unidades de masa; por ejemplo,kcal/kg, kcal/mol.

Existen dos poderes caloríficos del com-bustible: el superior y el inferior. El podercalorífico superior es la cantidad de calordada por 1 kg de combustible que se quemacon exceso de aire; los productos (H2O, entre

otros) se enfrían a temperatura atmosférica yse observa que el vapor de agua se condensa.El poder calorífico inferior es la cantidad decalor que se produce por 1 kg de com-bustible que se quema con exceso de aire;mientras que los productos se enfrían, elvapor de agua de los productos no se con-densa.

A fines prácticos, pensando en los motores,interesa el poder calorífico inferior porque nohay posibilidad de convertir el calor de con-densación en trabajo mecánico: A mayorpoder calorífico, menor es el gasto de com-bustible que produce el motor.

En el control electrónico de un motor decombustión interna, el inyector y el motorpaso a paso son los actuadores que cumplenun rol fundamental en el control de la reac-ción de combustión que se produce dentrodel cilindro, ya que:

1122

1554,3g O20,23g O2

X =

7627,3g de aireX =

CO2 CO + 12

O2

H2O H2 + 12

O2

1133

• El inyector permite introducir una canti-dad exacta de combustible en la cámarade combustión (cilindro).

• El motor paso a paso permite regular lacantidad de aire que intervendrá en lareacción de combustión.

De este modo, se trata de realizar una mezclaaire/combustible que produzca una reacciónque tienda a ser completa.

PPooddeerr ccaalloorrííffiiccoo ddee aallgguunnooss ccoommbbuussttiibblleess

CCoommbbuussttiibbllee SSíímmbboolloo RReeaacccciióónn eessttqquuiioommééttrriiccaa PPooddeerr ccaalloorrííffiiccoo iinnffeerriioorrkkccaall//kkgg

Metano CH4 CH4 + 2O2 CO2 + 2 H2O 12030

Propano C3 H8 C3 H8 + 5O 3CO2 + 4H2O 11148

Iso-octano C8 H18 C8 H18 + 12,5O2 8CO2 + 9H2O 10672

CCoommbbuussttiibblleess

Los combustiblesse clasifican segúnel estado en quese encuentran:sólido, gaseoso olíquido.

Los ccoommbbuussttiibblleess llííqquuiiddooss industriales comola nafta, el kerosene, el gasoil, son prove-nientes de la destilación destructiva -cracking- del petróleo.

Los combustibles líquidos más utilizados sonlos que provienen del petróleo. El petróleocrudo es una mezcla de hidrocarburos: gasesde estructura simple y líquidos espesos; tam-bién contiene varias cantidades de azufre,oxígeno, nitrógeno, arena y agua. Por logeneral, el porcentaje de carbono es de� 85 % y de hidrógeno � 12 %.

Los hidrocarburos son buenos por tener altavolatilidad (tendencia a la evaporación), laque posibilita que se mezclen con aire fácil-mente, para luego provocar la combustión.

Las principales familias de hidrocarburos,que constituyen las naftas empleadas en losmotores de combustión interna son:

FFaammiilliiaa ppaarraaffíínniiccaa: El componente básico esel metano. La fórmula general es:Cn H2.n+2. Donde n es igual a la cantidad de

átomos de carbono. Por ejemplo, el metanoposee n = 1; por lo tanto la fórmula es CH4.

La aplicación de com-bustibles sólidos espoco usual en losmotores, ya que provo-ca daños en ellos.

El metano es un compuesto saturado: Lasvalencias del átomo de carbono están com-pletamente ocupadas por hidrógeno.

La cantidad de átomos de carbono está indi-cada en el prefijo del nombre que, por ser defamilia parafinica, lleva el sufijo ano. Porejemplo:

Metano CH4

Etano C2H6

Propano C3H8

Butano C4H10

Estos ejemplos muestran la cadena de car-bonos en línea recta; pero, también puedentener una cadena de carbono ramificada,siempre cumpliendo con la fórmula parafíni-ca:

Isobutano C4H10

FFaammiilliiaa oolleeffíínniiccaa: Estos compuestos tienenun enlace doble de átomos de carbono y, porlo tanto, son no saturados. Tienen cadenaabierta. Su fórmula general es CnH2.n.

La familia olefínica tiene sufijo eno y prefijoigual al de la parafínica.

Por ejemplo: Eteno C2H4

FFaammiilliiaa ddiioolleeffíínniiccaa: Son similares a las ole-fínicas pero con dos enlaces dobles en susátomos de carbono. Está constituida porcompuestos no saturados de cadena abierta.

El sufijo es dieno. Su fórmula general esCnH2.n-2.

Por ejemplo: Butadieno C4H6

FFaammiilliiaa nnaaffttéénniiccaa: Su fórmula es igual a lasolefínicas CnH2.n. Sus componentes son satu-

rados con estructura de anillo o cerrada.

Se los nombra con el prefijo ciclo. Por ejemp-lo, el nombre correspondiente a la parafínicade cadena recta:

1144

1155

Ciclohexano C6H12

FFaammiilliiaa aarroommááttiiccaa: Son hidrocarburos deestrucura de anillo, no saturados. Su fórmulageneral es CnH2.n-6. Los aromáticos son los

compuestos más estables entre los no satura-dos. Esta familia brinda combustible de muybuena calidad.

Por ejemplo, Benceno C6H6

Los alcoholes son productos que provienende la oxidación parcial del petróleo. Sonsaturados con estructura de cadena, de formatipo R-OH, donde R es parafina que se uneal grupo oxidrilo (OH). Se denominan con elnombre del radical, el hidrocarburo, seguidodel sufijo ol.

CH3OH alcohol metílico (metanol)

Son buenos antidetonantes; pero, poseen unpoder calorífico bajo.

En ccoommbbuussttiibblleess eenn eessttaaddoo ggaasseeoossoo, laspartículas se encuentran más dispersas; porlo tanto, tienen más facilidad de reaccionarcon el oxígeno, produciendo una com-bustión muy eficiente.

La mayoría de los gases utilizados enautomóviles es mezcla de hidrocarburosparafínicos u olefínicos. En determinadascondiciones de temperatura y presión, pasandel estado líquido al gaseoso.

La causa por la cual no tuvo difusión inicialel uso de gases como combustible es, princi-palmente, al inconveniente de su almace-namiento; porque, para almacenar una canti-dad suficiente de gas, se ocupa un volumenmuy grande que, para ser reducido, requiereaumentar la presión dentro del recipienteque lo almacena.

Los gases que resultan de la combustión sonmenos contaminantes que los producidospor los combustibles líquidos.

Las propiedades más importantes de loscombustibles son:

• CCoommppoossiicciióónn. La composición de uncombustible se utiliza para determinarlas cantidades que entran en juego en laestequiometría de la reacción de com-bustión. La composición se expresa conel porcentaje en volumen de cada uno desus componentes, en condiciones nor-males de temperatura y presión. Si seexpresa este porcentaje relativo al 100 %del total, se obtiene la fracción molar.

• PPooddeerr ccaalloorrííffiiccoo. Para un combustible, esla cantidad de energía desprendida en lareacción de combustión, referida a launidad de masa de combustible. El podercalorífico está dado por las cantidades decarbono y de hidrógeno que contiene elcombustible. En los productos de la reac-ción de combustión aparece agua, la queprovoca una disminución del podercalorífico del combustible. Cuando elpoder calorífico de un combustible esgrande, ocasiona un menor volumen deconsumo.

• VViissccoossiiddaadd. Es una propiedad intensiva(no depende de la cantidad de muestraque se toma para su estudio) que tieneimportancia para los combustibles líqui-dos.

• DDeennssiiddaadd. Es la relación entre la masa yel volumen de un cuerpo; es decir, masapor unidad de volumen (kg/m3). Para uncombustible, podemos calcular los datosde volumen y de masa, y, por ende, cal-cular la energía interna (por unidad demasa), la que está dada en Joule por kgde mezcla.

• LLíímmiittee ddee iinnffllaammaabbiilliiddaadd. Propiedad quese considera en los combustiblesgaseosos. Establece la proporción de gas(combustible) y aire necesaria para quese produzca la combustión.

• PPuunnttoo ddee iinnffllaammaacciióónn oo tteemmppeerraattuurraa ddeeiiggnniicciióónn. Para que se produzca la reac-ción de combustión, la mezcla de com-bustible y comburente debe alcanzar unatemperatura mínima necesaria, la querecibe el nombre de punto de infla-mación o temperatura de ignición. Unavez que se llega a dicho punto, el calorproducido mantiene la temperatura porencima de la de ignición y la reaccióncontinúa, hasta que se agotan el com-bustible o el comburente.

• TTeemmppeerraattuurraa ddee ccoommbbuussttiióónn. Es la tem-peratura máxima de llama que se alcanzadurante el proceso de combustión.

• CCoonntteenniiddoo ddee aazzuuffrree. Es importanteconocer el contenido de S de los com-bustibles, ya que éste determina la canti-dad de dioxido de azufre (SO2) que

aparece en los humos del escape comoresultado de la combustión. El SO2 se

oxida a SO3, lentamente, y es el respon-

sable de las lluvias ácidas.

Una forma de reducir la formación de trióxi-do de azufre (SO3) es controlar el exceso de

aire en la reaccion de combustión, de formatal que se emplee el "mínimo" exceso de aireposible.

1166

Su formación ocasiona daños en distintaspartes del motor, debido a que el agua resul-tante del proceso de combustión se puedecombinar con el azufre y generar ácidosulfúrico, el que provoca corrosión de laspartes metálicas del motor. Un 0,15 % deazufre resulta peligroso para el motor.

• EEssttaabbiilliiddaadd qquuíímmiiccaa. Está asociada con lasaturación de la molécula. Representa lamayor o menor facilidad que tiene elhidrocarburo para entrar en reacciónquímica capaz de producir alguna modi-ficación en su estructura molecular. Laestabilidad es grande en los hidrocar-buros saturados y pequeña en los nosaturados.

• CCoonnssttaanncciiaa oo ccoonnssiisstteenncciiaa mmoolleeccuullaarr.Está relacionada con la detonancia ydepende de la fórmula de la molécula. Esla resistencia que pone la molécula dehidrocarburos a su rotura o división endos o más hidrocarburos de estructuramás sencilla. La consistencia moleculares grande en hidrocarburos de cadenacerrada y pequeña en hidrocarburos decadena abierta.

• DDeettoonnaanncciiaa. Es un fenómeno originadoinmediatamente después de que salta lachispa dentro del cilindro. Se debe alnacimiento de una onda explosiva en losgases -mucho más rápida de lo normal-que produce un ruido característico(como si fuese un martillo mecánico).

La onda explosiva sin detonancia posee unavelocidad de 8 a 20 m/s; la detonante, de 300a 500 m/s.

Un instante antes de la detonancia, se puedeconsiderar la masa gaseosa dividida en dospartes; una que ya entró en combustión yotra que todavía no lo hizo; en esta última, lapresión es uniforme en toda su extensión, noasí su temperatura. En los puntos en que latemperatura es máxima se produce la infla-mación de la mezcla, originándose otrofrente de llama que, al chocar con el pro-ducido por la chispa, origina la detonancia.Por consiguiente, la detonancia está íntima-mente ligada con el punto de inflamación dela mezcla.

La detonancia ocurre debido a la alta tem-peratura producida en algún punto de lacámara de combustión, a causa de la defi-ciente refrigeración o bien de la acumulaciónde impurezas sobre un punto.

El poder antidetonante de una nafta (com-bustible examinado) se mide por el númerode octano -NO-. Este número se obtienemediante un ensayo práctico normalizadoque consiste en tomar un motor monocilín-drico haciéndolo girar a cierta cantidad derevoluciones; entonces, se toma la tempe-ratura de la mezcla -y otros datos-, a la vezque se va aumentando la relación de la pre-sión hasta que se produce la detonación.Mediante un sensor específico se mide laintensidad de la detonación producida.

Para obtener el número de octano, se utilizauna escala de 0 a 100. Se toma el motor y selo hace funcionar con heptano puro -(C7H16); es el combustible más detonante-;

se mide la intensidad de detonación y se aso-cia este punto con el valor cero antideto-

1177

nante. Luego, se ensaya el mismo motor coniso-octano puro -(C8H18); hidrocarburo muy

resistente a la detonancia-; se mide nueva-mente la intensidad de detonación y se le dael valor 100. Luego, se ensaya el motor conuna mezcla de estos hidrocarburos paradetectar los puntos intermedios de estaescala; una mezcla de 99% de iso-octano y 1 % de heptano tiene el valor 99; a 98 % deiso-octano y 2 % de heptano corresponde elnúmero 98. Por lo tanto, el número deoctano del combustible examinado es elnúmero de % de iso-octano (de la mezcla iso-octano y heptano) que produzca la mismaintensidad de detonación con los dos com-bustibles. La mezcla de iso octano y heptanoactúa como combustible de referencia.

El número de octano de un combustible nosda la capacidad que tiene el combustible deresistir a la detonación; si es mayor, entoncesel combustible es mejor.

Vale la pena aclarar que el número de octanose puede cambiar, mediante el agregado deaditivos químicos que hacen variar la estruc-tura de la molécula del hidrocarburo.

• VVoollaattiilliiddaadd. Es la capacidad que tiene uncuerpo sólido o líquido de transformarseen gas o vapor. La volatilidad del com-bustible es una propiedad que tiene granimportancia en el funcionamiento delmotor. Por ejemplo, la evaporación decombustible permite que éste llegue másdisperso a los cilindros; por lo tanto, máspartículas de combustible pueden reac-cionar con aire, produciendo una mejorcombustión. La evaporación es funciónde la temperatura del combustible; por

esto, para cada combustible existe unacurva de destilación que permite conocerel porcentaje de evaporación al variar latemperatura. El ensayo se realiza colo-cando combustible en un vaso abierto -inicialmente, entonces, a temperaturaatmosférica-; se hace variar la temperatu-ra y se observa el porcentaje de com-bustible destilado para cada temperatura.

En épocas de temperaturas bajas, convieneutilizar naftas con evaporación a menor tem-peratura.

CCoonnttaammiinnaacciióónn ddeell aaiirree

Se define como contaminante a aquella sus-tancia que produce un efecto perjudicial almedio ambiente y a la salud.

La contaminación del aire es una cuestiónque preocupa a todo el mundo. A pesar delos grandes esfuerzos llevados a cabo por dis-tintos actores involucrados -por ejemplo,organizaciones destinadas a proteger elmedio ambiente-, no se ha logrado una solu-ción total a esta crisis.

Las causas básicas que provocan contami-nación se relacionan directamente con lagran cantidad de combustibles que son que-mados y, también, con diversas actividades

1188

Conocer las propiedades de los com-bustibles -sabiendo cuál es su contenido deazufre o de plomo- resulta importante paracontrolar la contaminacion producida porlos motores de combustion.

industriales.

Los contaminantesproducidos por lacombustión en losmotores, que seidentifican comoperjudiciales parala salud y el bien-estar de los sereshumanos son:

• Monóxido de carbono

• Óxido de azufre

• Óxidos de nitrógeno

• Hidrocarburos

• Plomo

• Ozono

La eemmiissiióónn ddee CCOO en un motor de encendidopor chispa es de 1 a 3 % del volumen de gasde escape (en un motor diesel, la cantidad deCO es de 0,01 a 0,1 % del volumen del gasde escape). De este modo, advertimos que elmotor de encendido a chispa es altamentenocivo para el medio ambiente. La apariciónde CO se debe, principalmente, a la quemaincompleta de combustibles (para el caso delmotor ech).

Para que la combustión sea completa -o,mejor dicho, sea lo menos incompleta posi-ble-, es necesario controlar la cantidad deoxígeno de manera adecuada. Cuando eloxígeno es insuficiente durante el proceso decombustión, se produce mayor cantidad demonóxido de carbono (CO).

El CO es un gasincoloro, inodoro,insípido y no irri-tante. Es el conta-minante que másabunda en la capainferior de laatmósfera. Si laexposición a él esprolongada y, a la vez, en cantidades de con-centración elevadas, puede llegar a ocasionarla muerte.

El monóxido de carbono ingresa en el orga-nismo por los pulmones y, parte del gas, sedirige al torrente sanguíneo. La toxicidad delCO se debe a que éste se combina con lahemoglobina, formando carboxihemoglobi-na (COHb), la que no transporta O2.

La afinidad de la hemoglobina por elmonóxido de carbono es de 220 veces mayorque por el oxígeno, con lo cual, si tenemoshemoglobina (Hb) en presencia de unamolécula O2 y otra de CO, se forma (COHb)

carboxihemoglobina.

Hb + O2 + CO O2 + COHb

De este modo, la sangre tiene menor capaci-dad de transportar oxígeno porque lasmoléculas de hemoglobina (Hb) están unidasa CO. Por otro lado, disminuye aún más lacantidad de oxígeno que llega a los tejidos,porque la COHb se comporta como inhibidora en la disociación o separación dela molécula oxihemoglobina (O2Hb)

disponible.

1199

En nuestro caso, nospreocupa principal-mente la contami-nación debida a losprocesos de com-bustión y, en particu-lar, los procesos decombustión que sedan en los motores deencendido por chispa -ech-.

Un gran número demuertes sucede cadaaño debido a lainhalación de este gasproducido por ventila-ciones inadecuadas,como sucede enhornos y automóviles.

Los factores que determinan la toxicidad deCO dependen, principalmente, de la concen-tración de gas inspirado, del tiempo deexposición, del volumen respirado por mi-nuto, del gasto cardíaco y, también, de laconcentración de hemoglobina en la sangre.Las personas anémicas -con poca cantidadde glóbulos rojos o hemoglobina- son mássensibles a la intoxicación.

Para controlar el oozzoonnoo en la atmósfera serequiere disminuir la cantidad de óxido denitrógeno. La principal fuente de este conta-minante es constituida por los productos dela combustión incompleta -que se produceen los motores de los vehículos-, los que sonexpulsados por los escapes; también, el usode solventes orgánicos en procesos indus-triales, entre otros.

La contaminación con ozono afecta princi-palmente al pulmón, ocasionando diferentessíntomas, según su concentración.

Concentración de O3 en ppm -partes por mi-

llón-:

• 0,75 a 1 Irritación de los pulmones.

• 0,25 a 0,75 Tos, sequedad de lafaringe, sensación de presión en el pecho.

• 0 a 0,25 Sin síntomas.

La concentración de ozono en las zonasurbanas no es considerada como un alto ries-go para la salud.

Los óóxxiiddooss ddee aazzuuffrree son gases inodoros; sufuente principal es la quema de com-bustibles. La cantidad de dióxido de azufreemitido por el escape de un automóvil esprácticamente la misma cantidad que seencuentra en el combustible, debido a queaquél pasa de reactivo a producto casi sinmodificaciones.

Los efectos sobre la salud están dados, prin-cipalmente, en el pulmón.

Concentración de SO2 ( �g / m³):

El aire contiene nitrógeno en un 78 %. Losóóxxiiddooss ddee nniittrróóggeennoo se producen en formanatural y, también, por procesos llevadosadelante por el hombre, como es el de lacombustión. El nitrógeno del combustible y

2200

Los primeros auxilios frente a esta situación,consisten en llevar a la víctima a un medio conaire fresco. Si ya no respira, encargamos aalguna persona que llame al servicio de emer-gencia y comenzamos -sin pérdida de tiempo-la operatoria de respiración artificial.

Ya en manos expertas, el tratamiento consisteen suministrar cantidades adecuadas de O2 alas células y apresurar la eliminación de CO.

2900

2300 }Síntomas respiratorios en indivi-duos sanos.Posible agravamiento en personascon enfermedades pulmonares.

2300600 } Síntomas respiratorios (tos,

irritación de garganta) en personascon asma

0 } Sin síntomas

el aire forman: NO (óxido nítrico) y NO2

(dióxido de nitrógeno) que son las dos for-mas de óxido de nitrógeno.

Los efectos sobre la salud humana dependende la concentración. El óxido nítrico es rela-tivamente inofensivo; en cambio, el dióxidode nitrógeno puede causar efectos sobre lasalud -principalmente, daños en el sistemarespiratorio- porque penetra en las zonasmás profundas del pulmón.

Los hhiiddrrooccaarrbbuurrooss se encuentran presentesen los gases de escape de los vehículos. Estosucede de dos formas: como hidrocarburosno quemados y como parcialmente oxidadosdebido a la combustión incompleta. Endeterminadas condiciones atmosféricas, pro-ducen reacciones químicas que forman alde-hídos; éstos tienen olor desagradable, irritanlas mucosas y los ojos; además, son nocivospara las plantas.

Los compuestos de pplloommoo -presentes en elescape de los vehículos- se deben a que loscombustibles contienen aditivos (que seagregan a los combustibles para evitar ladetonancia), como el tetraetilplomo. Estetipo de combustible no es usado en la actua-lidad ya que el plomo es un contaminantetóxico para los seres humanos, muy difícil deeliminar del organismo; se acumula en losdistintos órganos y puede dañar el sistemanervioso central.

Los efectos en la salud de los niños para unaconcentración de plomo en sangre (�g /100 ml):

MMoottoorr ddee cciicclloo ddee OOttttoo

Organizaremos nuestra exposición de estemodo:

2211

80 % Daño cerebral grave, retardo men-tal, anemia.

70 % Disminución del coeficiente inte-lectual.

50 % Reducción de la producción dehemoglobina, alteraciones en elaprendizaje.

30 % Síntomas gastrointestinales.20 % Alteración en la conducta, déficit

en la atención; alteraciones elec-trofisiológicas en el sistemanervioso central.

15 % Interferencia en el metabolismo dela vitamina D.

10 % Bajo peso al nacer (en exposiciónprenatal), retardo en el crecimien-to.

Ciclo real

Ciclos en los motorestérmicos

Termodinámica

Leyes físicas de losgases

Motor de ciclode Otto

Ciclo Otto ideal

LLeeyyeess ffííssiiccaass ddee llooss ggaasseess

Los gases tienen comportamientos parecidos,al variar las condiciones (parámetros) a lasque se encuentran sometidos.

Si se tiene una masa gaseosa constante atemperatura constante y se varía la presión,se observa que el volumen ocupado por elgas se modifica.

A temperatura y masa constantes, el produc-to del volumen por la presión que soporta elgas se mantiene constante (Ley de Boyle yMariotte):

p1.V1 = p2.V2 = p3.V3 = - - - - = CONSTANTE

Las leyes de Charles Gay-Lussac muestran elcomportamiento de un gas, cuando semantiene la presión constante o el volumenconstante. Para los dos casos, la masa gaseosase mantiene constante.

A presión constante, el volumen y la tempe-ratura absoluta son proporcionales (PrimeraLey):

A volumen constante, la presión y la tempe-ratura absoluta mantienen una relación pro-porcional (Segunda Ley):

Integrando estas tres leyes, se formula la Leygeneral de los gases ideales:

Si se mantiene la masa constante:

Si el gas se encuentra en condiciones nor-males de temperatura y presión:T =273°K, P = 1 atmósfera y V = 22,4 dm3.

Donde:- R es la constante universal de los gases.

Si se considera para n moles, la ecuación deun gas ideal se expresa como:

P . V = n . R . T

Donde:

- R es 0.082

- n es el número de moles.- T es la temperatura.- V es el volumen.- P es la presión.

2222

V1 V2 V3

T1 T2 T3

= = = - - - - - - = CONSTANTE

P1 P2 P3

T1 T2 T3

= = = - - - - - - - = CONSTANTE

p1.V1 p2.V2 p3.V3

T1 T2 T3

= = = - - - -= CONSTANTE

pV

T R =

atm.dm3

°K.mol

1 atm . 22,4 dm3 mol-1

273° KR =

0,082 atm.dm3

°K molR =

TTeerrmmooddiinnáámmiiccaa

Calor es la energía térmica en transición através de las superficies, que limita un cuer-po o sistema.

Se mide en Joule o en kcal (1 kcal = 4186,8 Joule).

La Primera ley de la termodinámica se obtuvoexperimentalmente: El calor es transformableen trabajo y viceversa. Para pasar de una aotra energía hay una relación constante.

La Segunda ley de la termodinámica, aplicada alos motores de combustión interna, estableceque el fluido (combustible), absorbe unadeterminada cantidad de calor Q1 de un foco

térmico que se encuentra a temperatura T1.

Luego, realiza trabajo W y cede calor Q2 a

otro foco térmico que está a una temperaturamenor T2.

Esta máquina trabaja en forma cíclica. Endistintos momentos del ciclo, absorbe o cedecalor y produce trabajo: Obtiene trabajo apartir del calor.

Aunque el rendimiento de las máquinas tér-micas ha ido aumentando a través de lostiempos, es completamente imposible con-seguir que una máquina térmica alcance el100 % de rendimiento; es decir, que no cedacalor a un foco que está a menor temperatu-

ra. (La expresión general de este hecho cons-tituye la Segunda ley de la termodinámica).

Dicho de otro modo, estas dos formas deenergía -térmica y mecánica- no pueden sercreadas ni destruidas; lo que ocurre es que setransforma una a otra.

¿Cómo se vinculan las leyes con nuestroprobador de inyectores? En el proceso decombustión que se realiza dentro del cilin-dro, el combustible quemado genera calor yel fluido se expande; de este modo, la energíase convierte en trabajo mecánico. Paraanalizar los diferentes estados de este proce-so, se utilizan distintos parámetros: la pre-sión, el volumen, la temperatura, la energíainterna, la entropía y la entalpía.

Recordemos estos conceptos:

EEnneerrggííaa ppootteenncciiaall -nos referiremos, en estecaso, a la "energía potencial química" del flui-do- es aquella que se encuentra almacenadaen enlaces químicos. Otro tipo de energíapotencial es aquella energía que se debe a la

2233

FOCOCALIENTE

T1

MOTORTÉRMICO

FOCOFRÍO

T2

Q1 Q2

W

posición del fluido; para motores endotérmi-cos, ésta se considera despreciable

EEnneerrggííaa cciinnééttiiccaa es la energía que tiene el flui-do; se debe a la velocidad que posee.

Donde:- m es la masa de fluido.- v es la velocidad.

TTrraabbaajjoo mmeeccáánniiccoo. Al expandirse, el fluidoaplica una fuerza sobre la cabeza del pistón,desplazándolo en sentido longitudinal.

W = � F .dx

Trabajo = Fuerza . Desplazamiento

El módulo de la fuerza es igual a la presiónpor el área del cilindro: F = p. Área

El volumen es igual al área por la longitud:Vol = área . x

W = � p.A.dx

W = � p.dv

Se puede simplificar, diciendo que el trabajoes: W = presión . volumen

La eenneerrggííaa iinntteerrnnaa -U- es la energía debida alas moléculas del fluido; está asociada con sutemperatura:

U = cv .T

Donde:- T es la temperatura del fluido.- cv es el calor específico.

La eennttaallppííaa -h- se define como h = U + p . V

Si se plantea la ecuación de conservación dela energía para el sistema pistón, definiendoque el pistón se mueve entre el punto 1 y elpunto 2:

Donde:- Q es el calor (energía térmica).- W es el trabajo o energía mecánica que esrealizado para mover el pistón desde el punto2 al 1.

La energía potencial es despreciable enambos casos, por lo que en su expresiónmatemática se hace igual a cero.

La energía cinética mv2 es cero, porque lavelocidad del fluido es cero en los puntos deanálisis. Por lo tanto:

El calor es igual a la suma del trabajo realiza-do más la variación de energía interna. Estaecuación es la representación del primerprincipio de la termodinámica, donde U1 y

2244

x2

x1

vol2

vol1

h1 + mv + Q + Ep1 = h2 + mv + W + Ep212

12

2

1

2

2

U1+pV1+ mv +Q+Ep1= U2+pV2+ mv +W+Ep212

12

2

12

2

12

U1 + pV1 + mv + Q = U2 + pV2 + mv + W + Ep212

12

2

12

2

Q = W + (U2 - U1)

12

Ec = m . v2

x2

x1

U2 son la energía interna en los estados 1 y 2,

respectivamente.

El ddiiaaggrraammaa pprreessiióónn--vvoolluummeenn -P-V- se utilizapara calcular el trabajo mecánico realizadopor el pistón.

El trabajo, como fue deducido antes, es:

W = fuerza . desplazamiento

Y, como el módulo de la fuerza es igual a lapresión por el área, entonces:

W = � pAdx

W = � pdV

Por lo tanto, el área encerrada en el diagramaP-V, es el trabajo realizado por el pistón parair de 1 a 2.

También resulta de utilidad el ddiiaaggrraammaa ddeetteemmppeerraattuurraa--eennttrrooppííaa -T-S-. La entropía Sestá relacionada con el segundo principio dela termodinámica. Si nos detenemos en elcaso especial del gas ideal, es fácil demostrar

que existe la función de estado S que estárelacionada con el calor absorbido por el sis-tema y con la temperatura a la que el calor esabsorbido.

Para obtener la cantidad de calor Q inter-cambiada, no son necesarios los valoresabsolutos de S, sino sólo la variación de S.

Q = � T.ds

Es el calor intercambiado entre el fluido y elexterior

La cantidad de energía térmica necesaria paraelevar la temperatura de un objeto (fluido) enun grado centígrado, se denomina ccaappaacciiddaaddccaalloorrííffiiccaa C del objeto (fluido). La capacidadcalorífica de un objeto es proporcional a sumasa.

La capacidad calorífica absorbida por la masaes el ccaalloorr eessppeeccííffiiccoo c.

2255

2

12

1

dS = dQT

S2

S1

calor específico (c) = capacidad calorífica masa

calor específico (c) = Cm

Se ha determinado y tabulado el calor especí-fico y la capacidad calorífica de muchas sus-tancias.

La energía térmica Q que interviene en unavariación de temperatura �T de un sistemade masa m es:

Q = C.(T2 - T1)

Q = m.c.(T2 - T1)

Siendo: [c] = o [c] =

El calor necesario para elevar la temperaturade un fluido a presión constante cp no es, engeneral, el mismo que el calor a volumenconstante cv.

Se define:

K =

K =

Utilizamos esta relación K para el cálculo delrendimiento, en el motor de combustióninterna.

El calor específico de los gases varía muchocon la temperatura. A mayor temperatura, elfluido tiene mayor capacidad calorífica.

En los motores endotérmicos, los procesosmás importantes son:

• iissooccóórriiccooss (a volumen constante), • iissoottéérrmmiiccooss (a temperatura constante),• iissoobbáárriiccooss (a presión constante), • aaddiiaabbááttiiccooss (a entropía constante).

PPRROOCCEESSOO AA VVOOLLUUMMEENN CCOONNSSTTAANNTTEE

((IISSOOCCÓÓRRIICCOO))

En un proceso isocárico -a volumen cons-tante- no se efectúa trabajo, ya que siendo

W = p�V y �V = 0 W = 0

Todo el calor que se incorpora permite incre-mentar la energía interna y, por lo tanto, latemperatura del gas.

Q = U2 - U1 + W

El calor específico a volumen constante estádefinido por:

Q = cv (T2 - T1)

Como el trabajo a volumen constante es iguala cero (W = 0), las ecuaciones quedan:

Si Q = U2 - U1 + W y W = 0 Q = U1 - U2

y Q = cv (T2 - T1)

2266

J

kg° K

calor específico a presión constantecalor específico a volumen constante

cpcv

Se denomina pprroocceessoo a toda transforma-ción de un sistema, desde un estado de equilibrioa otro, También, al cambio de estado de una sus-tancia (fluido) o sistema desde unas condicionesiniciales (estado inicial) hasta unas condicionesfinales (estado final), proceso que se realiza poruna trayectoria definida.

kcal

kg° C

Para un kilogramo de fluido:

Q = c.(T2 - T1)

Donde:- Q es el calor aportado por la variación deenergía interna.

Esta variación se puede ver en el diagrama T-S:

De la ley general de los gases ideales:

y como V = constante, entonces V1 = V2.

Por lo tanto:

PPRROOCCEESSOO AA TTEEMMPPEERRAATTUURRAA

CCOONNSSTTAANNTTEE ((IISSOOTTÉÉRRMMIICCOO))

En un proceso isotérmico, laenergía interna del gas idealpermanece constante:

�U = 0 ya que la temperaturaes constante.

Según la Primera Ley de la Termodinámica:

Q = �U + W

Siendo: �U = 0 Q = W

Esta expresión matemáticaindica que, para un gas ideal,un proceso isotérmico es talque la energía calorífica setransforma en energía mecáni-ca.

De la ecuación de los gasesideales:

p . V = n.R.T y, además:

W = � p.dV

W = � n dV

W = n.R.T.1n

2277

p1.V1

T1

p2.V2

T2=

p1

T1

p2

T2=

V2

V1

V2

V1

RTV

� �V2V1

PPRROOCCEESSOO AA PPRREESSIIÓÓNN CCOONNSSTTAANNTTEE

((IISSOOBBÁÁRRIICCOO))

En un proceso isobárico -a presión cons-tante-, el calor agregado al gas pasa a laenergía interna, que se incrementa y permiterealizar un trabajo.

Q = U2 - U1 + W

Q = U2 - U1 + p2.V2 - p1.V1

Q = U2 - U1 + p.(V2 - V1)

Como el calor específico es, a presión cons-tante:

Q = cp.(T2 - T1)

Q = U2 - U1 + p.(V2 - V1)

Q = cp.(T2 - T1)

En el gráfico P-V, el trabajo W es el área bajola curva.

En el grafico T-S, el calor Q es el área bajo lacurva.

De la ecuación general de los gases ideales:

y, como p1 = p2 , se deduce:

PPRROOCCEESSOO AA EENNTTRROOPPÍÍAA CCOONNSSTTAANNTTEE

((AADDIIAABBÁÁTTIICCOO))

Al realizarse a entropía constante, el procesose efectúa sin transferencia de calor. Esto seve, porque el área encerrada en el gráfico T- S es cero, lo que significa que Q = 0.

De la ecuación de la Primera Ley:

Q = 0

Q = U2 - U1 + W

La energía interna U = cv. �T; por lo tanto

U2 - U1 = cv .(T2 - T1)

como

W = -�U = -(U2 - U1) = cv.(T2 - T1)

Reemplazando en la ecuación

2288

Área=W

Área=Q

p1.V1

T1=

p2.V2

T2

V1

T1=

V2

T2

de la Primera Ley de la termodinámica:

0 = cv .(T2 - T1) + p .(V2 - V1)

0 = cv .�T + p.�V

Expresando las variaciones � como diferen-ciales, se puede integrar:

0 = cv .dT + p .dV

A partir de la ecuación de los gases: p.V = R .T, para n = 1 mol

0 = cv .dT + dV

derivando ambos miembros (p.V) = (n.R.T):

p .dv + V .dp = n .R .dT

De la ecuación (1) se sabe que dT = - .dV

p .dv + V .dp = n .R . - dV

Lo que es lo mismo:

cv .p .dV + cv .V .dP = -n .R. p .dV

Reagrupando:

(cv + n .R )p .dV + cv .V .dp = 0

cp .p .dV + cv .V .dp = 0

Dividiendo cv .V .p:

.dV + .dp = 0

Integrando:

K .1n V + 1n p = constante

siendo K =

Por propiedad de logaritmos:

1n VK + 1n p = constante

1n p.VK = constante

p.VK = constante

Esta ecuación relaciona p con V para unaexpansión adiabática. La ecuación también esaplicable para la compresión adiabática. Deeste modo, queda caracterizado el trabajorealizado en la expansión y en la compren-sión del pistón.

Por lo tanto: p1 .V1K = p2 V2

K

De otro modo = .

2299

RTV

� �pcv

� �pcv

cv Vcp 1

p1

P1

p2 � �V1V2

K

(1)

cvcp

� �

3300

Por otro lado, tenemos la ecuación del gasideal:

Agrupando las dos ecuaciones:

El cciicclloo tteerrmmooddiinnáámmiiccoo es un conjunto deprocesos que, de forma secuencial, retornana la sustancia de trabajo (fluido) a sus condi-ciones iniciales. El sistema realiza una trayec-toria cerrada -pasa de un estado inicial aotros estados para, finalmente, regresar alestado inicial-.

El ciclo termodinámico se puede representaren el diagrama P-V:

En el diagrama T-S, el áreaencerrada por el ciclo, repre-senta la cantidad de calor Q.

Para motores endotérmicos,el área del ciclo en el diagra-ma P-V representa el trabajorealizado por el fluido.

Recordemos que el motortérmico es un dispositivo

que, a partir de calor Q (energía térmica),produce trabajo W (energía mecánica). Elciclo térmico se realiza entre dos focos queestán a temperaturas diferentes. El motorabsorbe calor Q1 del foco que se encuentraa temperatura T1; parte de este calor es trans-formada en el trabajo (W) mecánico y el calor

p1.V1

T1=

p2.V2

T2

T2

T1=

p2V2

p1V1

T2

T1= .

T2

T1=

� �KV1

V2

V2

V1

� �K -1V1

V2

sobrante Q2 es cedido al foco que se encuen-tra a menor temperatura.

La cantidad de calor que se transforma entrabajo es: W = Q1 - Q2

Se define como rreennddiimmiieennttoo eenn uunn mmoottoorrttéérrmmiiccoo a la relación que existe entre el tra-bajo realizado y el calor absorbido Q1.

El cciicclloo ddee CCaarrnnoott es un proceso cíclicoreversible, en el cual el fluido de trabajo esun gas ideal; está constituido por dos trans-formaciones isotérmicas y dos transforma-ciones adiabáticas.

En el diagrama siguiente se muestra el ciclode Carnot representado por el movimientode un pistón:

El ciclo de Carnot representado en los dia-gramas P-V y T-S:

Tramo 1-2: Expansión isotérmica a tem-peratura T1.

Tramo 2-3: Expansión adiabáticaTramo 3-4: Compresión isotérmica a tem-

peratura T2

Tramo 4-1: Compresión adiabática

El ciclo de Carnot, en la práctica, no es reali-zable.

Expresamos el rendimiento en función de lastemperaturas T1 y T2.

3311

W

Q1� =

Q1 - Q2

Q1� =

Área=W

Área=Q

W

Q� = = 1 -

T2

T1

CCiiccllooss eenn llooss mmoottoorreess ttéérrmmiiccooss

Los ciclos en los motores térmicos alterna-tivos se dividen, básicamente, en dos tipos:

• CCiiccllooss tteeóórriiccooss:

- CCiicclloo iiddeeaall. Se considera que el fluidode trabajo está formado por aire, gasperfecto para el cual los calores especí-ficos son constantes. Para el aire a 15 ºCy a una presión de una atmósfera, cp = 1 kJ/kg.ºK. Cv = 0,72 kJ / kg ºK;entonces, el rendimiento térmico y eltrabajo útil calculados son máximos,comparados con los otros ciclos.

- CCiicclloo aaiirree--ccoommbbuussttiibbllee. En él, lamáquina es ideal y el fluido es real. Es elmás cercano al ciclo real. El uso de unfluido real trae aparejada la dificultad deobtener las leyes de comportamiento delos gases reales; para salvarla, se utilizantablas de datos obtenidos experimental-mente. Por otra parte, no se puedendespreciar los efectos de la variación delos calores específicos ni la disociación

de algunos gases de la mezcla, debidosa la alta temperatura que alcanzan losproductos de la combustión.

• CCiicclloo rreeaall. Se considera que la máquinaes real y que el fluido es real. El ciclo sedetermina experimentalmente y difieredel ideal por tener asociadas pérdidas decalor -debido a que hay transmisión decalor por las paredes del cilindro-, fugade gases a través de válvulas y aros delpistón, falta de instantaneidad en el pro-ceso de combustión, combustión incom-pleta -debido al equilibrio químico-,mezcla de gases que no es perfecta, varia-ciones en la relación aire-combustible,distinto tiempo de encendido de la mez-cla, la válvula de escape que se abre antesde terminar la expansión. Por estascausas, el rendimiento del motor esmenor.

El objetivo principal de los motores térmicoses transformar la energía potencial del com-bustible en trabajo mecánico.

3322

PPrroocceessoo CCaalloorr TTrraabbaajjoo VVaarriiaacciióónn ddee llaaeenneerrggííaa iinntteerrnnaa

Isocórico(V = constante)

Q = cv (T2 - T1) W = 0 �U = cv .(T2 - T1)

Isotérmico(T = constante) Q = W W = n.R.T. ln . �U = 0

Isobárico(P = constante)

Q = cp (T2 - T1) W = p .(V2 - V1) �U = Q -W

Adiabático(S = constante) Q = 0 W = �U �U = cv .(T1 - T2)

� �V2V1

MMoottoorreess eennddooddéérrmmiiccoossRReessuummeenn ddee ssuuss pprroocceessooss mmááss iimmppoorrttaanntteess

Por la SSeegguunnddaa LLeeyy ddee llaa TTeerrmmooddiinnáámmiiccaasabemos que no se puede convertir todo elcalor aportado en trabajo mecánico; por lotanto, definimos el rendimiento en el motor.

Donde:- Q1 es el calor entregado al fluido.

- Q2 es el calor que permanece en el sistema

(calor sobrante en el fluido luego de realiza-do el trabajo).

El fluido es expulsado por el escape. Debidoal segundo principio, Q2 no puede ser nulo;

por lo tanto, el rendimiento es siempremenor a la unidad.

CCiicclloo OOttttoo iiddeeaall

El motor completa un ciclo en cuatro reco-rridos del pistón; por este motivo, se lodenomina motor de combustión interna decuatro tiempos. Y, como la mezcla de aire-combustible se enciende mediante unachispa, se lo suele llamar, también, motor deencendido por chispa -ech-.

En los distintos recorridos del pistón (ca-rrera), se realizan procesos que vamos ainterpretar a través del diagrama de presiónen función del volumen (p-V) y del diagra-ma de temperatura en función de la entropía (T-S).

El recorrido del pistón está acotado o limita-do a dos puntos extremos:

3333

trabajo útil o calor utilizadocalor entregado al sistema

� =

Q1 - Q2

Q1� =

• punto muerto superior -PMS, asociadocon el mínimo volumen en la cavidad delcilindro (mayor distancia del pistónrespecto del cigüeñal)-,

• punto muerto inferior -PMI, asociadocon el máximo volumen que encierra elcilindro (menor distancia del pistónrespecto del cigüeñal)-.

Reconstruyamos las fases:

• FFaassee ddee ccoommpprreennssiióónn ((11--22)). En el diagra-ma P-V se ve graficado el trabajo realiza-do por el pistón, para comprimir el flui-do (compresión adiabática).

• FFaassee ddee eexxpplloossiióónn ((22--33)). En el diagramaT- S se ve el calor aportado Q1 por la

combustión. El diagrama P- V muestra lapresión a volumen constante.

• FFaassee ddee eexxppaannssiióónn ((33--44)). El aumento depresión desplaza el pistón desde PMS aPMI. W1 es el trabajo realizado durante la

expansión

• FFaassee ddee ddeessccaarrggaa ddee ggaass ddee eessccaappee ((44--11))1.Eliminación de calor Q2 que no se puede

aprovechar. Aquí se extrae el gas quema-do resultante de la combustión, a volu-men constante, y el calor extraído Q2,

mostrado por el gráfico T- S. En el dia-grama P-V, se observa que la presión dis-minuye del punto 4 al 1.

W1 - W2 es igual al trabajo útil producido

por el ciclo.

Q1 - Q2 es la cantidad de calor utilizada, es

decir la cantidad de calor que se transformó

en trabajo mecánico.

El cálculo del rendimiento para el motor deciclo de Otto:

Por otro lado, para un gas ideal:

3344

1 Los pasos 4-5-6-1 se representan con el paso 4-1(elimina

calor a volumen constante).

calor entregado al sistema� =

Q1 - Q2

Q1

calor ingresado al sistema calor extraido del sistema

� =cv (T3 - T2) - cv(T4 - T1)

cv (T3 - T2)

� = 1-T4 - T1

T3 - T2

T2

T1=

V1K - 1

V2� �

� =

donde K =

y como

V1 = V4 y V2 = V3

Donde:

- rc es la relación de compresión. Al aumen-tar rc se tiene mayor eficiencia del motor.

CCiicclloo rreeaall

El ciclo teórico que acabamos de describir notiene en cuenta las condiciones reales de fun-cionamiento del motor, las que modifican losdiagramas o curvas termodinámicas.

La figura siguiente muestra el ciclo de Ottoreal y teórico, superpuestos, para poder ser

comparados..Las variaciones entre el ciclo real y el teóricoestán dadas por los siguientes factores:

• PPéérrddiiddaa ddee ccaalloorr. En el ciclo teórico no setienen en cuenta y, por lo tanto, se modi-fica la curva. Debido a esto, se observauna pérdida de trabajo útil en la zona 1.

• VVáállvvuullaass ddee eessccaappee. En el ciclo teórico sesupone que la apertura de la válvula parala extracción de gases quemados, esinstantánea en el PMI; pero, en realidad,se abre antes de llegar a este punto paradar tiempo a los gases quemados a salir;si la válvula se abre en PMI, la pérdida es

3355

=T3

T4

� = 1-T1 - 1

T4

T1� �

T2 - 1T3

T2� �

� = 1- 1T2

T1

� = 1- 1

� �K -1

� = 1- rc1 -K

cp

cv

T3

T4=

V4K - 1

V3� �

T2

T1

V2

V1

mayor; por lo que se opta por abrir antesde PMI.

• LLaa ccoommbbuussttiióónn nnoo eess iinnssttaannttáánneeaa. En elciclo teórico suponemos que es instan-tánea y que se produce en PMS (a volu-men constante). Pero, como la com-bustión no es instantánea, encendemos lamezcla antes de que el pistón llegue aPMS. Se realiza de esta manera porque asíse reduce la pérdida de trabajo útil.

• CCaalloorr eessppeeccííffiiccoo ddeell fflluuiiddoo. En el cicloteórico no se tiene en cuenta que el calorespecífico varía con la temperatura. Porlo tanto, cp y cv varían, con lo cual K semodifica y, por ende, el rendimiento delmotor disminuye.

• DDiissoocciiaacciióónn ddee pprroodduuccttooss ddee llaa ccoomm--bbuussttiióónn. Los productos de la combustiónson CO2 y H2O; éstos se disocian en CO,

H2 y O2, reacción que produce absorción

de calor, con lo cual genera pérdida detrabajo útil asociado. En la consideraciónteórica, esta disociación no es tenida encuenta.

También existen diferencias en el ciclo teóri-co debido a que, en la carrera de admisión, lapresión en la cámara de combustión (interiordel cilindro) es inferior a la atmosférica. En lacarrera de escape, la presión es un pocomayor que la ideal (atmosférica); entonces, elárea encerrada entre escape y admisión re-presenta un trabajo perdido.

En importante estudiar, finalmente, el ddiiaa--ggrraammaa ddee pprreessiióónn que se desarrolla dentro delpistón, en función del ángulo del eje. Para elcaso de un motor de cuatro tiempos, el dia-grama de presiones se grafica durante las

cuatro fases del ciclo: admisión, compresión,expansión y escape.

1. AAddmmiissiióónn. El pistón se desplaza desdePMS a PMI. Antes de producirse laadmisión de la mezcla, se produjo elescape; debido a éste, se observa inicial-mente una pequeña presión levementesuperior a la atmosférica graficada con lacurva 1-2. En el punto 2 se observa unaleve disminución de la presión, porque seestá aspirando la mezcla, la que dependede la velocidad con que ésta ingrese. En elpunto 3 (PMI) el pistón comienza adesplazarse hacia PMS; pero, aún hay unapequeña depresión debida a que sigueingresando mezcla. Cuando el pistón llegaal punto 4, existe igualdad entre la presióninterna y la presión externa -la de fuera delcilindro, la atmosférica-, ya que, en estepunto, se cierra en la válvula de admisión.Aquí se inicia la fase de compresión.

2. CCoommpprreessiióónn. Continuando el desplaza-miento del pistón hacia PMS, comienza aelevarse rápidamente la presión dentro delcilindro. Antes de llegar a PMS (punto 5),se produce el encendido de la mezcla, deforma tal que se logre el mejor resultado -es decir, la máxima presión en el pistón-.

3. EExxppaannssiióónn. Con la combustión se producela máxima presión, mientras el pistón estádesplazado de PMS a PMI. Su valor máxi-mo se da en el punto 7. Antes de llegar aPMI termina la combustión, debido a laapertura de la válvula de escape (punto 8).A partir de aquí, disminuye rápidamentela presión.

4. EEssccaappee. Al abrir la válvula de escape, en un

3366

3377

momento en el que aún hay presión supe-rior a la atmosférica, los gases se expulsanrápidamente fuera del pistón. La presiónen este tramo es ligeramente superior a la

atmosférica. En PMS, la presión coincidecon el punto inicial de nuestro análisis(punto 1); en el punto 2 se cierra nueva-mente la válvula de escape.

EEll ccaarrbbuurraaddoorr ccoommoo aanntteecceeddeenntteeddeell ssiisstteemmaa ddee iinnyyeecccciióónn

El carburador es el encargado de mezclar elcombustible con el aire.

Durante el recorrido de admisión del pistónentre el punto muerto superior -PMS- y elpunto muerto inferior -PMI-, se abre laválvula de admisión del cilindro, denomina-da carrera de admisión. El pistón produce elvacío en el interior del cilindro y, por diferen-cia de presión con la atmosférica, circula airellenando el cilindro. Para aprovechar estascondiciones de funcionamiento, se disponede un tubo (2) que es el único camino por elque el aire puede pasar a llenar el cilindro, encuyo extremo se monta el carburador (1)que, a su vez, no es más que una prolon-

SSiisstteemmaa ddee iinnyyeecccciióónn ddee ccoommbbuussttiibbllee

EEssqquueemmaa bbáássiiccoo ddeell ccaarrbbuurraaddoorr

aaddmmiissiióónn ccoommpprreessiióónn ccoommpp.. eexxppaannss.. eessccaappee

PPMMSS PPMMII PPMMSS PPMMSSPPMMII

4

3

1

2

gación de este tubo de admisión.

El carburador consigue dosificar la mezclapor medio de un tubo surtidor (3) que seencuentra en medio del paso de la corrientede aire. Esta corriente, a su vez, producedepresión en el interior del tubo pulveri-zador, pulverizando combustible que es mez-clado con aire y haciendo que ascienda elcombustible que se encuentra en la cubapróxima (4), en la cual se mantiene el nivelde combustible constante por medio de unflotador.

Con este sistema se pretende que la cantidadde combustible que se mezcla con el aire seaproporcional al volumen del aire que circulapor el tubo y que es regulado por la mariposadel acelerador. Así, cuando pasa gran canti-dad de aire, sale también, en forma propor-cional, una gran cantidad de combustible. Deesta forma, existe relación casi constanteentre la cantidad de aire y la cantidad decombustible que ingresa al cilindro

Pero, este sistema no tiene en cuenta el pesodel aire y dosifica por medio de su volumen.Es necesario, entonces, implementar algunascorrecciones.

En primer lugar, tenemos una ccuueessttiióónn ddeeiinneerrcciiaa ddee llooss ddiiffeerreenntteess ccoommppoonneenntteess ddee llaammeezzccllaa. Como todos los gases, el aireresponde con gran rapidez a una solicitaciónde vacío, como la que ocurre en el interiordel cilindro, cuando el émbolo o pistón aspi-ra. El combustible, por el contrario, por serun líquido, tarda bastante más en estarespuesta. El resultado es que, cuando seabre de golpe el paso del aire, se producesiempre un notable empobrecimiento de la

mezcla (la relación aire-nafta pierde propor-cionalidad, faltando combustible) hasta queel líquido reacciona. Para solventar estedefecto, los carburadores llevan incorporadoun dispositivo que inyecta una cantidad decombustible (bomba de pique) a medida quese mueve la compuerta de paso del aire(mariposa de aceleración); este mecanismocompensa, en parte, el problema.

Por otro lado, no se puede mantener cons-tante la depresión en el múltiple, habiendotendencia a un enriquecimiento excesivo dela mezcla (la relación aire-nafta pierde pro-porcionalidad sobrando combustible) y, conél, a humos tóxicos por el escape y derrochede combustible, en determinados estados deuna aceleración. Este problema de diferenteinercia de los componentes de la mezcla esuno de los condicionantes del funcionamien-to del carburador, aún cuando disponga degran cantidad de dispositivos que tiendan aenmendar las deficiencias que esta situacióntrae aparejada.

En segundo lugar, tenemos el propio incon-veniente de ttrraabbaajjaarr ppoorr vvoolluummeenn ddee aaiirree, locual aporta irregularidades para una dosifi-cación adecuada. El aire cambia sustancial-mente de peso según las condiciones de tem-peratura, presión y altitud. En invierno, porejemplo, por acción de las bajas tempera-turas, las moléculas de aire se modifican yéste se vuelve más denso -es decir, más pesa-do-. Los carburadores trabajan por volumende aire, con lo cual siguen aspirando lamisma cantidad; pero, el aire es más pesado,puesto que hay una mayor concentración deoxigeno y la mezcla resultante tiende aempobrecerse instantáneamente. Por el con-trario, en verano o en climas en los que la

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temperatura es más elevada, el aire se vuelvemás liviano con relación a su volumen; comoen el caso anterior, la dosificación quedaalterada; pero, ahora, generando un enri-quecimiento de la mezcla, ya que a igualdadde volumen, el peso del aire es inferior, pordisminución del oxigeno con respecto alcombustible.

Existe todavía un tercer defecto para el car-burador. Nos referimos a los ttuubbooss ddeell mmúúllttii--ppllee ddee aaddmmiissiióónn que forman el cuerpo delcarburador. Para que exista la suficiente suc-ción en el tubo pulverizador, es necesariohacer aumentar la velocidad del aire pormedio de un difusor, que no es más que unestrechamiento del tubo (Venturi), por el quese ve obligado a pasar el mismo volumen deaire, lo que aumenta su velocidad. Sinembargo, este estrechamiento es, a su vez, unfreno por medio del cual se dificulta el llena-do del cilindro; fundamentalmente, a medidaque el motor aumenta su velocidad derotación y debe aspirar un volumen muchomayor de aire.

Consecuentemente, el sistema de carburadorno permite la entrada de aire al cilindro contoda la libertad que sería deseable para sumáximo llenado. Los conductos relativa-mente pequeños, en diámetro, dificultan elllenado; pero, si los conductos son másgrandes, la mezcla pierde velocidad y laspartículas gasificadas de combustible sedepositan en las paredes del tubo, precipi-tándose y empobreciendo la mezcla, ademásde contribuir a su vez, a un llenado defi-ciente.

No vale la pena entrar en otro tipo dedetalles, en los cuales el carburador encuen-

tra también dificultades, como una buenaatomización de la mezcla, la formación dehielo, etc. Es particularmente interesante, eneste momento, poner de manifiesto las con-secuencias de la utilización del volumen deaire como rector de todo el sistema. Y ésta esla base de la técnica que utilizan de carbu-radores. Si bien esta técnica ha evolucionadomucho a través del tiempo y se fabrican car-buradores muy sofisticados que puedensuplir muchas de sus deficiencias por mediode ingeniosos dispositivos, no es menos cier-to que el carburador está lejos de tener undesempeño acorde a las necesidades delfuturo del automóvil, de hecho ya no se fa-brican automóviles con este sistema.

CCllaassiiffiiccaacciióónn yy ddeessccrriippcciióónn ddee lloossssiisstteemmaass

En el motor de encendido a chispa, el carbu-rador es reemplazado por el sistema deinyección de combustible, que presentamuchas ventajas respecto del sistema prece-dente.

El sistema de inyección de combustible, enlos motores de encendido a chispa represen-ta una innovación en la forma de aportar elcombustible: Éste es inyectado, independien-temente del caudal de aire que ingresa por eltubo de admisión.

Con este procedimiento ya se pueden dar poreliminados todos los defectos que el carbu-rador presenta, como la inercia del aire conrespecto al combustible. Tampoco afectan eneste sistema la forma y longitud de los tubos,dado que el inyector se coloca antes de la

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válvula de admisión y con el chorro orienta-do hacia el punto más conveniente, de formatal que el combustible ingresa al cilindro enel momento y en la forma adecuada, cuandola válvula de admisión se abre.

Existen distintas clasificaciones, según la ca-racterística que tomemos en cuenta:

Según el lluuggaarr donde se inyecta el com-bustible:

• Inyección ddiirreeccttaa. El combustible seintroduce por medio del inyector, dentrode la cámara de combustión.

• Inyección iinnddiirreeccttaa. El combustible seinyecta en el colector, justo antes de laválvula de admisión.

Según el nnúúmmeerroo de inyectores:

• Inyección mmuullttiippuunnttoo -MPI, Multi PointInjection- tiene la característica de tenerun inyector por cada cilindro. Este sis-tema -como otros- utiliza una bomba depresión que se encuentra, en general,dentro del tanque de combustible; poseeuna "mariposa" que permite regular elingreso de aire dentro del múltiple y unsensor que informa la posición a launidad de control, la que regula la canti-dad de combustible que ingresa al cilin-dro. El sistema actúa teniendo en cuentaparámetros como: caudal de aire en elmúltiple de admisión, temperatura tantodel motor como del aire, cargas y veloci-dad del motor y del vehículo para regularla alimentación de combustible y contro-lar las emisiones del escape. Éste es elmás utilizado por los sistemas de controlelectrónico de inyección de combustible.

• Inyección mmoonnooppuunnttoo -SPI, Single PointInjection-. Un solo inyector introduce elcombustible al colector de admisión. Estesistema tiene la válvula de "mariposa" yes muy similar al sistema de carburador;las otras características son comunes a lossistemas multipunto. Este sistema no estan eficaz, comparado con el sistemaMPI.

Analicemos uno de los mas recientes sis-temas de control electrónico del encendido yde la inyección.

En la figura2 de la página siguiente se mues-tra el esquema general, con los elementosconstitutivos de un equipo Motronic®.

El sistema tiene una unidad electrónica decontrol -UCE-, la cual es informada de lascondiciones de funcionamiento a través delas señales de los diferentes sensores; éstaproporciona un control integrado tanto delencendido como de la alimentación de com-bustible y permite, también, ahorro energéti-co y la reducción de la contaminación atmos-férica, los que resultan factibles gracias a laaplicación, en forma automática, de una dis-posición que impide el ingreso de com-bustible -fuel cut-off- en el momento de ladesaceleración a un sensor de oxígeno(sonda lambda) y la utilización de un catali-zador en el caño de escape, que forman parteen el esquema general del equipo.

La uunniiddaadd ddee ccoonnttrrooll eelleeccttrróónniiccaa es la encar-gada de gobernar todo el sistema; su compo-nente principal es un microprocesador que

4400

2 LUDD -Lulea Academic Computer Society-.http://www.ludd.luth.se/~rotax/motronic/motronic.html

4411

11.. Depósito de combustible.22.. Bomba eléctrica de alimentación.33.. Filtro.44.. Regulador de presión.55.. Amortiguador de vibraciones.66.. Unidad electrónica de control.77.. Distribuidor de encendido.88.. Inyector.99.. Inyector de arranque.1100.. Mariposa de aceleración.1111.. Caja de contactos de la mariposa.1122.. Caudalímetro.

1133.. Sonda lambda.1144.. Termocontacto temporizado.1155.. Sensor de temperatura del motor.1166.. Actuador de ralentí (Caja de aire adicional).1177.. Sensor de referencia.1188.. Relé principal.1199.. Relé de la bomba.2200.. Rampa distribuidora de combustible.2211.. Bobina de encendido.2222.. Sensor de temperatura del aire.2233.. Sensor de rpm.

tiene la capacidad de recibir la informaciónde los sensores y detectores (por medio deseñales eléctricas); basándose en estos datospara el control del funcionamiento delmotor, genera señales de salidas que sonenviadas a los distintos actuadores, para go-bernar el funcionamiento de los sistemas deencendido y de dosificación de combustible,entre otros.

El ssiisstteemmaa ddee aaddmmiissiióónn tiene la función depermitir la llegada del caudal de aire posiblea cada cilindro del motor. El sistema estácompuesto por un colector de admisión, unamariposa de control, sensores de temperatu-ra, caudal de aire y presión, además del sis-tema de control para el ralentí.

El combustible es suministrado por el ssiiss--tteemmaa ddee aalliimmeennttaacciióónn, constituido por eldepósito de combustible, una bomba eléctri-ca de alimentación, un filtro, una rampa dis-tribuidora de combustible, un regulador de

presión, un amortiguador de presiones,además de los inyectores de combustible. Labomba impulsa el combustible y el reguladorlo mantiene a presión constante. El com-bustible sobrante en el sistema es desviado através del regulador de presión y devuelto aldepósito3.

Los sseennssoorreess son dispositivos que transformanlas magnitudes físicas variables asociadas a loscomponentes del motor en señales eléctricas.Estos sensores proveen señales de entrada a launidad electrónica de control. Algunos de lossensores utilizados son: sensor de presión,sonda lambda, sensor de temperatura del re-frigerante del motor, sensor de temperatura deaire de admisión, sensor de caudal de aire, etc.

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3 http://www.ludd.luth.se/~rotax/motronic/motronic.html

• El sseennssoorr ddee rrééggiimmeenn ddee ggiirroo ((rrppmm)) yy ddeeppoossiicciióónn ddeell cciiggüüeeññaall se encuentra en elbloque del motor enfrentado a losdientes de la rueda denominada fónica.Está constituido por un imán perma-nente, a modo de núcleo rodeado por unbobinado o devanado; al girar la corona,se induce una corriente en el bobinado y,como consecuencia, se genera una ten-sión en la bobina que, al paso de suce-sivos dientes, origina un tren de pulsoscuya frecuencia es proporcional a lavelocidad del motor. El número de revo-luciones por minuto al que gira el motores uno de los factores que la UCE tieneen cuenta para calcular la cantidad decombustible a inyectar.

• Existe un sseennssoorr ddee ppiiccaaddoo. El picado delmotor se verifica debido a la combustiónviolenta de partículas alcanzadas por elfrente de combustión iniciado por lachispa. En este caso, se debe a que elpunto de encendido está demasiadoavanzado.

• La ssoonnddaa llaammbbddaa permite detectar lasmodificaciones del contenido de oxígenode los gases de escape. Está construidapor un cuerpo de cerámica (de bióxidode zirconio); la parte exterior de su cuer-po entra en contacto con los gases deescape, mientras que la parte interna delcuerpo de cerámica se halla en contactocon el aire atmosférico; estas partesposeen un contacto de platino. Por esto,si la proporción de oxigeno entre losgases de escape y del aire atmosférico esdiferente, se genera una corriente entrelos contactores de platino interno yexterno que produce una tensión eléctri-ca.

La sonda produce una tensión eléctrica quees variable, entre 0.1 y 0.9 volt, dependiendode la relación de mezcla. La unidad de con-trol recibe esta tensión (información) y pro-duce una salida adecuada para lograr que losgases de escape (residuos) no sobrepasen losvalores contaminantes establecidos; actúacontrolando la proporción aire/combustible.

Un porcentaje bajo de oxígeno (0,5 %) indi-ca que la mezcla es rica; en este caso, la señal(tensión eléctrica) emitida por la sonda lamb-da es alta (0,8 V- 0,9 V). Un porcentaje altode oxigeno (4 %- 5 %) indica que la mezclaes pobre y la señal generada es baja (0-0,1 V).A una mezcla con relación estequiométrica

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correcta 14.7:1 -es decir 14.7 kg de aire semezcla con 1 kg de nafta-, le corresponde elvalor de lambda 1 y produce una señal noconstante de 0,5 volt.

Lambda: Relación estequiométrica real14.7:1Relación estequiométrica teórica(ideal) 14.7:1

Lambda < 1 mezcla ricaLambda > 1 mezcla pobre

• El sseennssoorr ddee tteemmppeerraattuurraa ddeell aaiirree ddeeaaddmmiissiióónn. La información suministradapor él es importante, debido a que ladensidad del aire también es función dela temperatura. El sensado de latemperatura se realiza mediante unaresistencia del tipo NTC -NegativeTemperature Coeficient- que modifica elvalor de la resistencia en función de lavariación de la temperatura; por estavariación de resistencia, la unidad decontrol determina la temperatura del aireaspirado. Este sensor se encuentra ubica-do muy próximo a la mariposa. Con estedato y otros, a la vez, calcula la cantidadde oxigeno aspirado y determina el cau-

dal de combustible a inyectar.

• El sseennssoorr ddee tteemmppeerraattuurraa ddeell mmoottoorr tam-bién puede ser del tipo NTC. De acuerdocon este dato se determina la mezcla quedebe proporcionarse. Cuando el motorestá frío, es necesaria una mezcla rica; launidad de control tiene en cuenta esteparámetro (temperatura del motor) paradosificar de manera adecuada.

Los aaccttuuaaddoorreess son dispositivos capaces degenerar acciones que posibilitan controlar unelemento o proceso -válvulas, bombas, actua-dor de ralentí (motor para paso, caja de aireadicional), inyectores, módulos de encendi-do, etc.-. Los actuadores son comandadosmediante las señales de salida generadas porla unidad de control electrónica.

Se designa como ralentí al número mínimode revoluciones que necesita un motor parasu funcionamiento. Se dice que un motorgira al ralentí, cuando gira en vacío; es decir,cuando la transmisión está desacoplada.Normalmente, el número de revolucionesestá entre 700 y 950 rpm. Como las cargas alas que está sometido el motor varían, cuan-do está regulando -por distintos motivos: aireacondicionado, menor carga por parte delalternador, dirección hidráulica, etc.- se debeproducir una corrección para mantener cons-tante el número de revoluciones. Para ello sedispone de un conducto que trabaja comoby-pass que permite el paso del aire sinimportar la posición de la mariposa. Losactuadores de ralentí son los encargados deajustar el paso de aire por este conducto.

Existen distintos tipos de actuadores deralentí; a continuación, planteamos los másimportantes.

4444

Actuador de ralentí 1 (caja de aire adicional): Lacaja tiene una lámina recubierta por unaresistencia eléctrica, unida a una placacorrediza. Cuando se hace circular corrientepor la resistencia, ésta calienta la lámina(bimetal) haciendo que se desplace. En lanueva posición, se limita el paso de aire (con-ducto by-pass) y, por ende, el motor baja surégimen.

Actuador de ralentí 2 (válvula de regulación deralentí): En algunos equipos de inyección seencuentra este tipo de actuador de ralentí; laválvula de paso de aire puede girar 90° y, deeste modo, abre o cierra el conducto by-pass.Pero, para ajustar las revoluciones, se debelograr mantenerla en posiciones intermedias.

Actuador de ralentí 3 (motor paso a paso): Enmuchos equipos de inyección, el actuador deralentí es un motor paso a paso.

El eje del motor posee un sin fin que hacedesplazar una punta cónica en sentido longi-tudinal al giro del motor. Este desplazamien-to permite tapar el orificio de by-pass y mo-dular el régimen del ralentí.

Una de las características principales de losmotores PAP es que, en ellos, se puede con-trolar el ángulo de giro; podemos hacer queel motor realice una rotación en la cantidadde grados que deseamos -360º, 180º, 90º,50º...... hasta 1.8º-, dependiendo de cadamotor en particular. El menor ángulo al quepuede girar el motor se denomina paso (Porejemplo, si hacemos que un motor de menorángulo de paso de 1.8º gire 3 pasos, obtieneuna rotación de 5.4º)

4455

www.msi-motor-service.com

Para controlar los pasos del motor, es nece-sario alimentar sus bobinados con tensión,de acuerdo con una secuencia; esto quieredecir que, al ir variando las tensiones apli-cadas a los bobinados, el motor gira la canti-dad de pasos que deseamos. Según la secuen-cia aplicada, se puede hacer girar el motor enuno u otro sentido. La frecuencia con que sevarían las secuencias de excitación permitecontrolar la velocidad de giro del motor.

Este tipo de motores se encuentra en distin-tos equipos: impresoras, brazos mecánicos,sistemas de inyección de combustible, etc.

Existen varios tipos de motor paso a paso;aquí vamos a explicar solamente los motoresPAP con rotor de imán permanente, ya queson los más utilizados en robótica. Las dospartes principales del motor son:

• el rotor

• el estator.

Las bobinas son parte del estator. El rotorposee imán permanente.

El rroottoorr se mueve un paso cuando la ubi-cación de la tensión en las bobinas cambia,invirtiendo el campo magnético del estator.Como se sabe, un imán se orienta según elcampo magnético presente; por lo tanto, elrotor gira un paso, obedeciendo al campomagnético generado por las bobinas del esta-tor. Según la secuencia de combinacionescon que se alimentan las bobinas del estator,se provoca una determinada cantidad depasos.

Según el tipo de bobinado que posee el esta-tor (pueden tener dos o más estatores ade-cuadamente devanados), los motores se clasi-fican en:

• Motor paso a paso bipolar.

• Motor paso a paso unipolar.

En general, estos motores se alimentan con5 V, 12 V, etc., dependiendo del modelo uti-lizado.

En el mmoottoorr ppaassoo aa ppaassoo bbiippoollaarr, Vs es la ten-sión de alimentación del motor -que repre-sentamos, de aquí en más, como 1 "lógico";la masa 0 V se representa por un 0 "lógico"-.

En el esquema se observa un motor PAP condos estatores sobre cada uno de los cuales

4466

Un motor es un dispositivo que convierte energíaeléctrica en energía mecánica.El motor paso a paso -PAP- es un dispositivoelectromecánico que convierte pulsaciones eléc-tricas en movimientos mecánicos de rotación, dis-cretos. El eje del motor gira con una rotación angu-lar precisa y específica para cada pulsación oexcitación. Los motores paso a paso se utilizan para construirmecanismos que requieren alta precisión de posi-cionamiento.

hay una bobina. Los bobinados se encuen-tran conectados a unos conmutadores decontrol que permiten cambiar el sentido delflujo magnético en el estator y, de este modo,mover el rotor por pasos.

Si el interruptor se conmuta -como en las fi-

guras siguientes-, se invierte el sentido de latensión que circula y, por lo tanto, el campomagnético en el estator también se invierte.De este modo, el rotor gira 90º respecto de laposición que tenía. Para dar una vuelta com-pleta, en este modelo básico, se necesitan 4pasos.

4477

Este modo de operación se denomina depaso completo -full step-. El código necesariopara realizar la secuencia de pasos es:

Donde:- A, B, C, D son las conexiones de las respec-tivas bobinas

Otra manera de hacer funcionar el motorpaso a paso es duplicando el número depasos; se hace girar, entonces, cada 45º. Eldefecto que se presenta en este modo esun inferior torque -fuerza en el giro-.

En principio, el funcionamiento es igual alanterior modo -full step-. Se aplica tensióna los devanados, de modo que el estatoradquiera una determinada magnetizaciónque oriente al rotor a una posición inicial.

Suponiendo que el código está en la posi-ción inicial A: (L1=1, L2=0, L3=1, L4=0),

para que el rotor se mueva a la posiciónsiguiente, se conecta L1=1 y L2=1, lo que

significa que no hay circulación de co-rriente en ese bobinado y, por lo tanto, nose genera magnetismo en ese estator. Elotro bobinado permanece como estabaL3=1 y L4=0 y, de este modo, la ori-

entación magnética del estator hace giraral estator 45º (que, para este caso, esmedio paso).

El mmoottoorr ppaassoo aa ppaassoo uunniippoollaarr es similar albipolar. Desde el punto de construcción, pre-senta un punto medio en cada bobina delmotor.

Cada bobinado del estator se encuentra divi-dido en dos, mediante una derivación en lamitad de la bobina, la que se encuentraconectada a un terminal de alimentación Vs.De este modo, el sentido de la corriente quecircula por la bobina queda determinado porla conexión de los otros dos puntos y, medi-ante un dispositivo de conmutación, es posi-ble invertir los polos magnéticos del estatoren forma apropiada.

Si hacemos una comparación entre motoresbipolares y unipolares (con característicasconstructivas iguales), se observa que losmotores bipolares tiene mayor torque.

El mmeeddiiddoorr ddee ccaauuddaall ddee aaiirree provee infor-mación a la unidad UCE sobre la cantidad deaire que el motor aspira a través del sistemade admisión (Para un buen funcionamiento,se requiere que la cantidad de combustible ainyectar sea proporcional a la cantidad deaire aspirado por el motor y, además, tener encuenta el estado de carga de éste). Está cons-tituido por un potenciómetro (pista resistivasobre la que se desplaza un cursor), conecta-do a una compuerta dispuesta en el únicocamino posible de ser transitado por el aireingresante (en consecuencia, para alcanzar al

4488

L1 L2 L3 L4

A 1 0 1 0

B 0 1 1 0

C 1 0 0 1

D 0 1 0 1

cilindro debe provocar el movimiento pi-votante de la esta compuerta, cuyo eje es elpropio potenciómetro).

La variación de la resistencia asociada alpotenciómetro es proporcional al caudal deaire aspirado.

La bboommbbaa ddee ccoommbbuussttiibbllee consiste de unmotor eléctrico. Su función es bombear elcombustible para alimentar los inyectores. Elcaudal enviado de combustible es, aproxi-madamente, de 80 litros/hora, que resultamuy superior al necesario; pero, de estemodo, la circulación de esta gran cantidad decombustible mantiene refrigerado el sistema.El mayor caudal de combustible enviado porla bomba logra generar aumento de presiónen la línea. La bomba está ubicada, por logeneral, dentro del depósito de combustible;se acciona mediante un relé que está coman-dado por la UCE.

El iinnyyeeccttoorr tiene la función de permitir elpaso de combustible y, además, pulverizar elcombustible; por lo general, se encuentraubicado antes de la válvula de admisión decada cilindro. En algunos modelos, hay uninyector de arranque que provee el com-bustible en el tubo de admisión, justodespués de la mariposa.

La válvula de inyección se abre cuando laUCE envía una señal al inyector; es decir, ali-menta con tensión la bobina del inyector.Esta bobina atrae una aguja (parte del inyec-tor que permite o no el paso de combustible)ésta al desplazarse permite que el com-bustible salga pulverizado. El inyector escomandado por la UCE, que se basa en lascondiciones de funcionamiento del motor enese instante: la presión del aire, el grado deaceleración, etc., para poder dosificar canti-dades apropiadas de combustible.

4499

IInnyyeeccttoorr cceerrrraaddoo --iizzqquuiieerrddaa-- ee iinnyyeeccttoorr aabbiieerrttoo --ddeerreecchhaa--ccuuaannddoo llaa sseeññaall ddee eennttrraaddaa iinndduuccee eell ccaammppoo mmaaggnnééttiiccooeenn eell bboobbiinnaaddoo.. CCoonnssttiittuucciióónn iinntteerrnnaa ddee uunn iinnyyeeccttoorr:: AA))AAgguujjaa iinnyyeeccttoorraa.. BB)) BBooccaa ddee eennttrraaddaa.. CC)) AAssiieennttoo ddee llaaaagguujjaa iinnyyeeccttoorraa.. DD)) TTeerrmmiinnaall eellééccttrriiccoo.. EE)) BBoobbiinnaa eelleecc--ttrroommaaggnnééttiiccaa.. FF)) FFiillttrroo ddee ccoommbbuussttiibbllee.. II)) NNúúcclleeoo iinndduuccii--ddoo.. MM)) MMuueellllee ddee rreettoorrnnoo ddee llaa aagguujjaa iinnyyeeccttoorraa..

La unidad electrónica de control permite laalimentación de la bobina de encendido. Lafunción de la bobina de encendido es elevarla tensión, ya que ésta es necesaria para quese produzca el salto de chispa entre los elec-trodos de la bujía. La bobina está formadapor dos arrollamientos de alambre esmaltado(aislado) denominados bobinado primario(entrada) y bobinado secundario (salida); ladiferencia de resistencias resultantes entre la

entrada y la salida, nos permite obtener larelación de tensión entre la alimentación y elborne de salida.

Recordemos que la resistencia resultante estádada por la sección del conductor y su longi-tud; este último dato marca la relación entrela cantidad de vueltas del alambre en laentrada y en la salida. El bobinado primariotiene, aproximadamente, 200 vueltas; el

5500

En el siguiente gráfico se muestra el ssiisstteemmaa ddee eenncceennddiiddoo básico:

secundario, cerca de 21.000 vueltas de alam-bre más delgado.

La tensión en el primario (baja; aproximada-mente, de 400 a 500 V) llega al secundariodebido al efecto del campo magnético(inducción) producido en la bobinadel primario. El alto voltaje pro-ducido en el secundario (alrededorde los 15000 V) es llevado me-diante un cable al distribuidor yéste lo hace llegar a las bujías,según el orden de encendido que seestablezca en el conexionado y deacuerdo con la unidad electrónicade control, de modo de encender lamezcla en el momento adecuado.

El momento de encendido es muyimportante, en función delrendimiento de la potencia delmotor, el consumo de combustible,la composición de los gases de escape y ladetonación.

Como la combustión no es instantánea, paramejorar la potencia y el consumo del motores conveniente realizar el encendido de lamezcla unos grados antes que el pistón llegueal punto muerto superior (PMS). Este ade-lanto se denomina ángulo de encendido oavance de encendido.

Para determinar el ángulo de avance deencendido más conveniente, hay que teneren cuenta la velocidad de giro del motor y, asu vez, la carga a la que se encuentraexpuesto, el tipo de combustible, la relaciónde compresión, la forma de la cámara decombustión; es decir, considerar bajo quéesfuerzo está trabajando el motor.

Es evidente que existen muchas combina-ciones entre la carga y la velocidad. En elsiguiente gráfico, un mapa de encendido, semuestra el valor del avance de encendido oángulo de encendido para cada combinaciónde carga y velocidad de giro del motor.

Estos mapas se determinan a través de unaserie de pruebas en las que, para cadacarga y velocidad del motor, se optimiza elángulo de encendido, de modo de lograrla mejor potencia con menor consumo decombustible y menor emisión de gasescontaminantes. Los datos obtenidos sonalmacenados en la memoria del equipo, laque recibe información de los sensores;éstos le permiten obtener los datos develocidad y giro que, comparados con latabla almacenada en la UCE, generanseñales de salida (actuadores) que pro-ducen el ángulo de encendido óptimo paracada momento.

5511

wwwwww..iieessppaannaa..eess//mmeeccaanniiccaavviirrttuuaall//eenncceennddiiddoo--eelleeccttrroonniiccoo--iinntteeggrraall..hhttmm

5522

UUNNIIDDAADD EELLEECCTTRRÓÓNNIICCAA DDEE CCOONNTTRROOLL ((UUCCEE))

Sistema de control

MOTOR DECOMBUSTIÓN

INTERNA

Reacción de com-bustión

Energía térmicatransformada a

energía mecánicaSe produce lamezcla de aire

/combustible y seenciende para

provocar la com-bustión.

AIRE ASPIRADO

Actuador: Motorpaso a paso.

ALIMENTACIÓNDE COMBUSTIBLE

Actuador: inyector.

SENSOR SONDALAMBDA

Detecta el con-tenido porcentualde oxígeno en los

residuos.

NNoottaa:: EEll sseennssoorr ssoonnddaa llaammbbddaa ttrraannssffoorrmmaa llaa iinnffoorrmmaacciióónn ddeell ccoonntteenniiddoo ppoorrcceennttuuaall ddee ooxxííggeennoo eenn llooss ggaasseess ddee eessccaappee eenn sseeññaalleesseellééccttrriiccaass;; eessttaass sseeññaalleess eellééccttrriiccaass ssee eennvvííaann aa llaa uunniiddaadd ddee ccoonnttrrooll,, llaa qquuee pprroocceessaa eessttooss ddaattooss yy ggeenneerraa sseeññaalleess eellééccttrriiccaass qquuee sseeeennvvííaann aa llooss aaccttuuaaddoorreess,, ppaarraa qquuee rreegguulleenn llaa pprrooppoorrcciióónn aaiirree//ccoommbbuussttiibbllee qquuee iinnggrreessaa aall cciilliinnddrroo ppaarraa pprroodduucciirr llaa ccoommbbuussttiióónn..DDee eessttee mmooddoo,, ssee llooggrraa qquuee llooss ggaasseess ddee eessccaappee ((rreessiidduuooss)) ccoonntteennggaann llaa mmeennoorr ccaannttiiddaadd ddee ccoonnttaammiinnaanntteess..

Residuos o pro-ductos de la com-

bustión

Señales eléc-tricas

recibidas delos distintos

sensores(sonda lambda,sensor de cau-

dal de aire,etc.).

UNIDAD LÓGICA

Procesa la informaciónrecibida y genera señaleseléctricas para controlar

los distintos sistemas (sis-tema de encendido, sis-tema de dosificación de

combustible, etc.).

ACELERADOR

Exigencia de fun-cionamiento al

motor mediante elacelerador.

ACTUADOR:Mariposa.

Señales eléctricasenviadas a los

distintos actuado-res (motor pasoa paso, inyector,

etc.).

5533

CCoommppoonneenntteess eelleeccttrróónniiccooss ddeellpprroobbaaddoorr ddee iinnyyeeccttoorreess

Analizamos a continuación los rasgos funda-mentales de:

• Diodo

• Transistor TJB

• Transistor en sus modos corte y satu-ración

• Transistor MOS

• Reguladores de tensión

• Amplificadores operacionales

El ddiiooddoo es un dispositivo semiconductor dedos terminales -ánodo y cátodo-; tiene lapropiedad de permitir el paso de la corrientecuando el ánodo es positivo respecto delcátodo. Esta polarización se denomina direc-ta.

Cuando el ánodo es negativo y el cátodo espositivo, el diodo no conduce. Esta polari-zación se denomina inversa -opuesta a lapolarización directa-.

Cuando el diodo tiene aplicada una polari-zación directa, la caída de tensión es, aproxi-madamente, VD � 0.7 V y la corriente IDqueda limitada por el valor de la resistenciadel circuito y de la tensión de alimentación:

Cuando el diodo se encuentra polarizado eninversa (estado sin conducción), posee unacorriente de fuga que es prácticamente cero,denominada IS.

La característica de un diodo en directa einversa se representa en la siguiente gráfica.

PPrroobbaaddoorr ddee iinnyyeeccttoorreess yy ddee mmoottoorreess ppaassoo aa ppaassoo

Control del motor paso apaso

Control del inyector

Circuitos electrónicos delprobador de inyectores

Componentes electrónicosdel probador de inyectores

PPrroobbaaddoorr ddeeiinnyyeeccttoorreess yy ddeemmoottoorreess ppaassoo aa

ppaassoo

V - VDID = R

ÁNODO CÁTODO

En la figura se observa que:

• en polarización directa, la corriente crecelentamente hasta que la tensión en eldiodo (VD) alcanza un valor aproximado

de 0.7 V; a partir de este punto, se man-tiene casi constante aunque la corrientesuba a un valor elevado4;

• en polarización inversa, la gráfica mues-tra una recta casi paralela al eje de ten-sión, significando que, a medida queaumenta la tensión inversa (-V), la co-rriente prácticamente no aumenta; suvalor es muy pequeño, del orden de 10-12 Ampere.

El ttrraannssiissttoorr es un dispositivo semiconductorque se utiliza, básicamente, para amplificarseñales que pueden ser de tensión o corrien-te, y en conmutación. Existen varios tipos,según sea su estructura interna:

El ttrraannssiissttoorr TTJJBB --ttrraannssiissttoorr ddee jjuunnttuurraa bbiippoo--llaarr-- es un dispositivo que tiene tres termi-nales -emisor, base y colector-. Existen dostipos de transistores bipolares, según sea suestructura interna (PNP o NPN).

La forma de conectarlos reside, básicamente,en tres configuraciones: emisor común (EC),colector común (CC) y base común (BC).

Para que el transistor funcione, es necesarioque se encuentre polarizado, es decir, que lastensiones en sus bornes sean las adecuadaspara el uso que se le va a dar.

El principio de funcionamiento del transistor-tanto para NOP como para PNP- implicaque:

• la juntura base-emisor esté polarizada endirecta,

• la juntura base-colector esté polarizadaen inversa.

El transistor cumple con la ley de Kirchhoffde nodos:

IE = IB + IC

La corriente que circula por la base es muypequeña, comparada con las corrientes decolector y emisor.

Se define como ganancia de corriente deltransistor a � o hFE:

Si � =100 significa que lacorriente del colector es100 veces mayor que lade base; por lo tanto, lade colector es práctica-mente igual a la deemisor.

Como IB �� IC entonces IC � IE

5544

� = = hFE

IC

IB

4 El límite de este valor es especificado por el fabricante en lahoja de datos del diodo que se está utilizando.

La polarización en la juntura o unión base-emisor tiene un comportamiento "similar" aun diodo. Esta juntura debe estar polarizadaen directa, es decir, VBE = 0.7 V. La tensión

VCE tiene que ser mayor de 0.2 V.

En la siguiente figura se muestra un transis-tor NPN polarizado en configuración emisorcomún:

En sus mmooddooss ccoorrttee yy ssaattuurraacciióónn, el transistores utilizado para conmutación, es decir, tra-baja como si fuese una llave de interrupciónque puede estar cerrada o abierta. Para ello,se lo hace funcionar en las zonas extremas desu curva característica.

Para un transistor NPN en configuraciónemisor común, se analizan las tensiones quellevan al transistor a estos dos estados; paraun transistor PNP es análogo, teniendo encuenta que las tensiones de polarización sonlas opuestas.

En el modo corte, la condición principal esque la tensión VBE � 0.7 V y, en consecuen-

cia, IB=0.

La corriente que circula porel colector es cero porqueIB=0 y, por lo tanto, IE = 0,

y la tensión VCE=VCC

(debido a que no circulacorriente por RC).

Entonces, si VBE � 0.7 V

El transistor funciona comouna llave abierta.

En el modo saturación, las condiciones prin-cipales son que las tensiones, VBE � 0.7 V y

VCE � 0.2 V.

5555

VCC - VCEIC = RC

Entonces, si VBE � 0.7 V y VCE � 0.2 V El

transistor funciona como una llave cerrada.

El transistor MMOOSS es un transistor de efectode campo (FET)

Los FET se dividen en dos tipos:

• FET de juntura - J-FET -

• FET de compuerta aislada, comúnmentedenominado "FET de metal-óxido-semi-conductor, MOSFET o simplementeMOS

J-FET canal N MOSFET empobre-cimiento canal N canal P

J-FET canal P enriquecimientocanal N -canal P

Los FET poseen tres electrodos que sedenominan:

• S: Fuente o surtidor.

• G: Compuerta.

• D: Drenador.

El transistor de efecto de campo recibe este

nombre, debido a que el flujo de corriente através de él se controla variando el campoeléctrico (tensión), que actúa sobre el elec-trodo denominado compuerta (G). Esto, porcontraste con un TJB donde el flujo de corri-ente de colector IC es controlado por la cor-riente de base IB.

En muchas aplicaciones el FET posee venta-jas sobre el TJB:

• Alta impedancia de entrada.

• Bajo ruido.

• Alta estabilidad térmica.

En el esquema de polarizaciónde un ttrraannssiissttoorr MMOOSS, apa-recen las tensiones: VGS (ten-

sión compuerta-fuente) y VDS

(tensión drenador-fuente)

Dependiendo de la curva ID = f(VGS), los transistores

MOS se clasifican para su apli-cación en circuitos en:

1) modo agotamiento /aumento y,

2) modo aumento

De la misma manera que en los transistoresbipolares, el MOS se puede utilizar paraamplificar o como llave de conmutación,teniendo en cuenta sus tensiones de corte ysaturación -las que obtienen de la hoja dedatos del dispositivo que es brindada por elfabricante-.

5566

5577

TTrraannssiissttoorr MMOOSS ccaannaall NN TTrraannssiissttoorr MMOOSS ccaannaall PP

CCiirrccuuiittooss eelleeccttrróónniiccooss ddeell pprroobbaaddoorr ddee iinnyyeeccttoorreess

En el análisis y diseño de circuitos electróni-cos, es necesario conocer conceptos básicoscomo el de tensión, corriente, resistencia,etc.

CCiirrccuuiittooss eelleeccttrróónniiccoossddeell pprroobbaaddoorr ddee iinnyyeeccttoorreess

AAmmpplliiffiiccaaddoorr ooppeerraacciioonnaall• Amplificador diferencial• Amplificador operacional• Comparador

MMaaggnniittuuddeess eellééccttrriiccaass• Señal• Tipos de señales

- Señal continua- Señal alterna- Señal alterna periódica

• Regulador de tensión

OOsscciillaaddoorreess ccoonn::• Amplificadores operacionales• Cristales de cuarzo• Capacitores e inductores• Dispositivos digitales• Circuito integrado LM555

- Modo de funcionamiento astable- Cálculo de la frecuencia de oscilación

La sseeññaall es una magnitud que se modifica ono con el tiempo, y que puede ser represen-tada en un gráfico.

Podemos reconocer:

• SSeeññaall ccoonnttiinnuuaa. Es una magnitud que nose modifica en el tiempo y que no varia lapolaridad de la fuente de energía (porejemplo, la tensión continua provenientede una pila).

• SSeeññaall aalltteerrnnaa. Es una magnitud que semodifica en el tiempo y varia constante-mente la polaridad de la fuente deenergía (por ejemplo, la tensión alternade alimentación eléctrica domiciliaria esuna función sinusoidal).

• SSeeññaall aalltteerrnnaa ppeerriióóddiiccaa. Una señal pe-riódica repite sus valores luego de untiempo T, denominado período, sinimportar el punto que se tome como re-ferencia.

El ciclo es el juego completo de valores queadopta una señal, que se realiza en el tiempode un período T

V (t) = V( t + T )

Para todo valor t

Los valores característicos de una señal alter-na son:

• AAmmpplliittuudd A. Es el valor que adopta lamagnitud en cada instante de tiempo t.

• PPuullssaacciióónn �. Es la velocidad angular; rep-resenta un desplazamiento angular porunidad de tiempo. Su unidad es rad/s.

• PPeerrííooddoo T. Es el tiempo en el cual dedescribe un ciclo de la señal; su unidades segundos.

En este tiempo transcurre un ciclo de laseñal.

• FFrreeccuueenncciiaa f. Es el número de ciclos quese repiten en un segundo; su valor es elinverso del período.

Los rreegguullaaddoorreess ddee tteennssiióónn son dispositivosde tres terminales que permiten fijar la ten-

5588

T = 2�

f = 1T

Su unidad es el Hertz

sión de salida a partir de una tensión conti-nua de entrada. Su nombre comercial esLM7805, LM7812, LM7815 y proporcionanuna tensión fija de 5 V, 12 V, 15 V, etc.,respectivamente. La corriente que puedesuministrar cada dispositivo es cercana a 1 A,máximo.

Los ccaappaacciittoorreess actúan de filtro paradisminuir el rizado proveniente de lafuente de la alimentación. Pueden evi-tarse, si la fuente de alimentación estábien diseñada.

La estructura básica en un aammpplliiffiiccaaddoorr ddiiffee--rreenncciiaall es de dos entradas y una salida,amplificando sólo la diferencia de las señalesde entrada. El amplificador diferencial seforma a partir de dos transistores dispuestoscomo se ve en la siguiente figura:

El aammpplliiffiiccaaddoorr ooppeerraacciioonnaall ((OOPP--AAMMPP)) es undispositivo integrado; en su interior poseeuna agrupación de componentes básicos,transistores, diodos, resistores, capacitores,etc., que forman etapas sucesivas en las quese obtiene su característica principal: La ele-

vada ganancia de tensión.

El amplificador operacional es un cir-cuito integrado analógico, que se pre-senta montado en un chip, un"paquete dual en línea" denominadoDDIIPP.

Un amplificador operacional se puedeanalizar como si fuese un único componenteelectrónico que cumple con determinadascaracterísticas ideales:

• ganancia de tensión, de lazo abierto,infinita;

• impedancia de entrada, infinita; porlo tanto, no ingresa corriente por laspatillas V+ ni V-;

• impedancia de salida, cero;

• ancho de banda, infinito.

Se considera, idealmente, que V+= V-,condición que facilita los cálculos.

Analizando las hojas de datos de los

5599

fabricantes, se observa que estos valores sonideales y que los reales son:

• Ganancia de tensión (sin realimentación)� 100.00 veces.

• Impedancia de entrada = 1 M�

• Impedancia de salida = 70 �

• Ancho de banda = 1.1 MHz

A pesar de que los valores característicos noson los ideales, los consideramos como si lofuesen.

Estas características hacen del OP-AMP unampliicador casi ideal para construir muchoscircuitos prácticos como:

• Comparadores de tensión.

• Filtros pasabajos, pasaaltos y pasabanda.

• Rectificadores de instrumental.

• Amplificadores diferenciales. etc.

Cuando el amplificador operacional seutiliza sin realimentar (sin unir la salidacon la entrada; "lazo abierto"), trabajacomo comparador de tensión. Cuando selo utiliza con realimentación negativa (esdecir, se une la salida con la patilla nega-tiva -entrada inversora- mediante compo-nentes), funciona como amplificador.

Si se necesita un ccoommppaarraaddoorr que permi-ta contrastar un valor de tensión de entra-da con un valor de tensión de referencia VR,

se puede utilizar un amplificador opera-cional.

Del gráfico se observa que la tensión en V- = VR

Por lo tanto, cuando V1 > VR entonces la sali-

da V2 = VCC y cuando VR > V1 la tensión de

salida V2 = 0 V (masa).

Un circuito diseñado con amplificadoresoperacionales puede analizarse mediante eluso de las leyes de Kirchhoff y la ley de Ohm.

Como V+ = V- V+ = 0 VPlanteo nodo V- ; i = 0A

i1 = i- + i2 = i2 i1 =i2

6600

VR = .R2VCC

R1 + R2

El signo menos entre V0 y V1 significa que la

salida desfasa 180º respecto de la señal deentrada.

La característica principal de un oosscciillaaddoorr esque puede generar una tensión variable, apartir de una determinada agrupación decomponentes electrónicos elementales:transistores, capacitores, amplificadoresoperacionales, etc.

La tensión variable que genera el circuitooscilador, puede ser de distintos tipos:senoidal, cuadrada, exponencial, dependien-do de la necesidad del diseño.

Un oscilador está formado por un amplifi-cador y una realimentación, desde su salidahacia su entrada. La característica principales que esta realimentación es positiva, esdecir, que la señal con la cual se realimenta ala entrada se suma con la de entrada, llevan-do a la señal de salida hacia un extremo (porejemplo, el positivo + VCC). Luego, mediante

algún tipo de comparación, se invierte el sen-tido de crecimiento de la señal hacia el otroextremo GND (0V) y, nuevamente, comparay crece hacia el otro extremo. De este modo,se forma la señal de oscilación. Esta expli-cación intuitiva sirve para comprender elconcepto de oscilación.

En la siguiente figura se observa la estructurabásica de un oscilador en el que A es unamplificador y B es el lazo de realimentaciónpositiva5.

6611

i1 = V1 - 0 V

R1

i1 = 0 - V0

R2

V0 = - . V1R2

R1

5 Un circuito oscilador real no posee señal de entrada; en lafigura se utiliza sólo para ayudar a explicar el principio deoperación.

Existen distintos tipos de osciladores:

• OOsscciillaaddoorreess ccoonn aammpplliiffiiccaaddoorreess ooppeerraa--cciioonnaalleess. El siguiente gráfico muestra unoscilador denominado Puente de Wien;el circuito está formado por un amplifi-cador operacional conectado en configu-ración no inversora; en la trayectoria derealimentación de este amplificador deganancia positiva, se conecta una red RC.

• OOsscciillaaddoorreess ccoonn ccrriissttaalleess ddee ccuuaarrzzoo. Sucaracterística principal es la estabilidaden el valor de la frecuencia de oscilación;la frecuencia no varía con el tiempocomo puede ocurrir con otros osciladoresque poseen capacitores, resistores, etc.

Cuando se le aplica una tensión variableentre los bornes del cristal, se genera unaoscilación estable y de gran precisión.

Este tipo de oscilador se suele utilizar en dis-positivos digitales como los microcontro-ladores o microprocesadores. La frecuenciade oscilación que necesitan estos dispositivos

es muy variada y depende de la aplicación enparticular; por ejemplo, en microcontro-ladores se suele usar de frecuencia del ordende fo = 4 MHz; 12 MHz, etc.

• OOsscciillaaddoorreess ccoonn ccaappaacciittoorreess ee iinndduuccttoorreess.El capacitor tiene la particularidad dealmacenar cargas eléctricas mientras queel inductor almacena corriente en sucampo magnético. Se alimenta el circuitohasta que se cargue el capacitor; luego,comienza la transferencia de energía queda lugar a una oscilación que, en condi-ciones ideales, se mantiene constante.

La frecuencia de oscilación es: f =

• OOsscciillaaddoorreess ccoonn ddiissppoossiittiivvooss ddiiggiittaalleess.Las compuertas lógicas funcionan condos niveles de tensión: 1 lógico que, porlo general, es 5 V; y 0 lógico que repre-senta el 0 V. Además, una compuerta ló-gica posee un tiempo de retardo para quela señal que se encuentra a la entradallegue a la salida. Aprovechando el retar-do y, además, realimentando la salida enla entrada, se consigue una oscilación.

Por ejemplo, utilizando compuertas inverso-ras dispuestas como se muestra en la siguien-te figura, se consigue una oscilación de ondacuadrada:

6622

12 � LC

• OOsscciillaaddoorreess ccoonn cciirrccuuiittoo iinntteeggrraaddoo.Existen varios integrados que generanoscilación. Analicemos el integradoLM555 que tiene varios modos de usocomo, por ejemplo, oscilador de ondacuadrada, timer (activación de la salidadurante un intervalo de tiempo definidopor el diseñador), etc. Además, da laposibilidad de ajustar el ciclo de trabajode la señal de salida. La corriente de sali-da puede alcanzar hasta 200 mA; poseebuena estabilidad frente a las variacionesde temperatura 0,005 %/°C. Se puederemplazar directamente por los circuitosintegrados NE555 o SE555.

El siguiente gráfico muestra el diagrama enbloques interno del CI LM555.

Podemos ver dos amplificadores opera-cionales que actúan como comparadores, enflip-flop (circuito lógico que genera una señalde salida Q, dependiendo de los valores quetomen sus entradas R y S). La compuertainvierte el valor de la salida Q. El transistorpermite descargar el capacitor, según el esta-do en que se encuentre (corte o saturación).

• Espiga (Pin) 1 -Masa GND-; es la corres-pondiente a 0V.

• Espiga 2 -disparo o Trigger-; se conecta in-ternamente al comparador 2.Cuando la tensión de V-

supera a V+, que está defini-da por el divisor resistivo, lasalida cambia.

• Espiga 3; es la salida -Output- del integrado por lacual obtenemos la señal deoscilación.

• Espiga 4 -Reset- se puede utilizar parareiniciar al circuito integrado; es raro suuso; en los modos de operación astable ymonostable se la conecta a VCC espiga 8

6633

HHttttpp::////wwwwww..ffaaiirrcchhiillddsseemmii..ccoomm//ddss//LLMM//LLMM555555..ppddff

• Espiga 5 -control de tensión-; es la entra-da V- del comparador 1. La espiga 5tiene distintas funciones, dependiendodel uso que se dé al integrado. Si se uti-liza en el modo estable, se suele colocar aeste terminal, un capacitor para mante-ner estable a la tensión del divisor resisti-vo que se encuentra en el interior del CI.

• Espiga 6 - Umbral, Threshold-; se encuen-tra conectada a la parte V+ del com-parador 1. Cuando el nivel de tensiónen esta espiga 6 es mayor que V-= VCC (por el divisor resistivo), la

salida del comparador pasa de 0 V aVcc (1 lógico).

• Espiga 7; descarga.

• Espiga 8 -VCC-; es la alimentación

positiva, la que puede variar de 4,5 Va 16 V.

En el gráfico anterior se muestra el esquemade conexión del modo astable.

En este modo de funcionamiento, los pines oespigas 2 y 6 se encuentran conectados entre

sí. El capacitor que se conecta al pin 2, secarga a través de RA + RB y se descarga a

través de RB. A través de RA y RB, la diferen-

cia de potencial en el capacitor aumenta conel transcurso del tiempo hasta alcanzar

VCC, en el que se inicia la descarga, dis-

minuyendo la tensión al pasar el tiempohasta alcanzar, aproximadamente, VCC,

según se muestra en el siguiente diagrama.

La salida de los capacitores activa un circuitode conmutación, generando una señal digitalcuadrada:

El ciclo de trabajo puede ser definido eligien-do los valores de los resistores RA y RB.

Vo = Tensión de salida

El cálculo de la frecuencia de oscilación:

t1= Tiempo en que la salida esta en nivel alto.

t1 = 0.693 .(RA + RB). C

6644

32

Astable significaque tiene dose s t a d o sestables.

32

31

t2= Tiempo en que la salida esta en nivel

bajo.t2 = 0.693 . RB . C

T= Período de la onda cuadrada.T= t1 + t2f= Frecuencia de oscilación. f = El ciclo de trabajo se calcula:

DC =

CCoonnttrrooll ddeell mmoottoorr ppaassoo aa ppaassoo

Existen diversas maneras de controlar unmotor paso a paso. Para el caso de nuestroproblema, el motor a controlar es de tipobipolar (4 conectores; es decir, 2 bobinas).Cada bobina es conectada a un puente H (H-bridge) que es una configuración de com-ponentes electrónicos (transistores y diodos)que dan la posibilidad de hacer circular co-rriente por la bobina, en uno u otro sentido,para poder variar el campo inducido en elestator y, de este modo, hacer girar al rotordel motor paso a paso.

En el siguiente grafico se muestran dos posi-bles configuraciones para el puente H.

Los transistores utilizados en estas configura-ciones son del tipo bipolar de juntura.También pueden usarse los del tipo MOS.

En esta configuración trabajan de maneraconjunta los transistores Q2 y Q3 que, cuan-

do están activados (estado de saturación),permiten que circule la corriente i1 en la

bobina (con Q1 y Q4 en estado de corte).

Para que circule corriente en el sentido inver-so, se desactivan Q2 y Q3 (estado de corte) y

se activan Q1 y Q4 haciendo que estén en

estado de saturación, lo que permite que cir-cule corriente por la bobina, generando uncampo magnético opuesto al anterior.

Basándose en este concepto, se envía a lostransistores la secuencia de código necesariapara energizar el motor paso a paso, segúnnuestra necesidad.

Los diodos que se encuentran en la configu-ración puente H son para proteger a los tran-sistores de los picos de tensión.

Este tipo de puentes se suele encontrar den-tro de circuitos integrados que permiten el

6655

T1

RA + 2RB

RB

control de motores paso a paso de un modosimple.

El control propuesto está basado en el cir-cuito integrado MC3479.

El dispositivo electrónico posee un diseñointerno que posibilita controlar el fun-cionamiento de un motor paso a paso, en elmodo bipolar.

El circuito posee 4 entradas de control a unbloque de lógica. Sus salidas habilitan dosbloques denominados controladores -driver-que funcionan como etapas de salida parasuministrar energía suficiente a las bobinasdel motor. Cada etapa de salida posee unpuente H conformado por transistores bipo-lares.

Las características de este integrado son:

• La alimentación de tensión Vm puede ser

de 7.2 V a 16.5 V.

• La corriente de salida para cada bobinapuede alcanzar, como máximo, 350 mA.

• La tensión para controlar la etapa de lóg-ica se realiza con 5 V.

Permite:

• Seleccionar el sentido de giro que realizael motor: CW (sentido de las agujas delreloj)/ CCW (sentido contrario a las agu-jas del reloj). Esta entrada se activa con:CW = 0 (0 lógico), CCW = 5 V (1 lógico).

• Activar dos modos de operación para elfuncionamiento del motor Full (pasocompleto)/ Half Step (medio paso). Se

activan con: F = 0 (lógico), HS = 1 (lógi-co).

• Determinar la corriente de salida, que esfunción de IBS; con este valor se calcula la

resistencia RB.

• Descartar las señales de entrada, cuandoBias / Set = Vm, la lógica interna pone la

salida de PhaseA = 0 (las señales de entra-da se ignoran durante este tiempo).

• Marcar el ritmo al integrado. La pata Clkes una entrada para una onda cuadrada-Clock- que sirve para; por cada pulso declock se ejecuta un cambio en las señalesL1, L2, L3 y L4 . Esto se muestra en el dia-

grama de tiempos de las secuencias desalidas del circuito integrado, para pasocompleto y medio paso.

• La etapa de salida es un puente H que secontrola desde un bloque de lógica -LogicDecoding Circuit- al cual ingresan lasentradas {CW/CCW, F/HS, OIC, Clk}. Enel siguiente diagrama se muestra la etapade salida para cada bobina.

• La corriente IBS es fijada para una máxi-

ma corriente de salida; esto se hace medi-ante una resistencia RB entre Bias/Set y

masa, como muestra la figura anterior. Elvalor de RB se puede determinar por la

fórmula:

IBS se puede obtener a partir del gráfico si-

guiente en el que se muestra la corriente IBS

6666

RB =VM - 0.7 V

IBS

en función de la corriente en cada bobinaIOD.

Para una corriente de salida IOD =250 mA

por bobina, se obtiene del gráfico que la co-rriente IBS = 110 �A

Por lo tanto, el valor de RB es:

Eligiendo los posible valores comerciales,RB = 100 k� .

CCoonnttrrooll ddeell iinnyyeeccttoorr ddee ccoommbbuussttiibbllee

El diseño de nuestro probador de inyectoresse basa en la generación de un tren de pulsosde 12 V, en los que se pueda variar la fre-cuencia y el ancho del tren de pulsos que escapaz de entregar la corriente que demandael inyector.

De este modo, cuando el inyector se encuen-tra alimentado con 12 V, se activa y permiteel paso de combustible, si estuviera conecta-do a la alimentación.

El inyector se encuentra activado durante eltiempo en el que el pulso está en el nivel bajo(0 V). Durante al ancho del pulso, el otroextremo de la bobina está alimentado enforma permanente a 12 V.

La forma de prueba que proponemos esmediante la activación y desactivación delinyector, lo que se logra gracias a la gen-eración de la señal anteriormente descrita.Podemos generar este tren de pulso medianteun oscilador de onda cuadrada.

Entre toda la tecnología posible, optamos porun oscilador con amplificadores opera-cionales. La salida del oscilador activa unaetapa que amplifica corriente, lo suficientecomo para accionar el inyector.

La etapa de salida está formada por un tran-sistor MOS en configuración source común.

El circuito posee dos potenciómetros quepermiten modificar el ancho de pulso y lafrecuencia para, de este modo, simular lascondiciones a las que el inyector está someti-do en su funcionamiento real.

El diagrama en bloques de las dos etapasmencionadas:

6677

RB = �102 k�102 V - 0.7 V115 �A

Oscilador(Con amplificadores operacionales)

Etapa de salida(Amplificación de corriente) Inyector de combustible

Alimentación de tensión 12 V

6688

3. HACIA UNA RESOLUCIÓN TÉCNICAManual de procedimientos para la construcción yel funcionamiento del equipo

EEll pprroodduuccttoo

El modelo didáctico propuesto es un dispo-sitivo que posibilita a los alumnos generarseñales de frecuencia, ancho de pulso yorden variable de secuencia de pulsos, demodo tal de comprobar el funcionamiento deinyectores y de motores del tipo paso a paso,componentes del sistema de inyección decombustible de automóviles modernos.

El equipo didáctico PPrroobbaaddoorr ddee iinnyyeeccttoorreess yyddee mmoottoorreess ppaassoo aa ppaassoo consta de dos cir-cuitos electrónicos relativamente indepen-dientes, alojados en una misma caja, que sólocomparten la alimentación de 12 VCC pro-vista por una fuente externa.

• Uno de los circuitos electrónicos permitegenerar señales que pueden ser variadastanto en su ancho de pulso como en sufrecuencia. Esto posibilita -por ejemplo,en el caso de la primera de las situacionesdidácticas planteadas "¿Será por elpeaje?"- verificar la respuesta de uninyector.

• El otro circuito da la posibilidad degenerar una secuencia de pulsos, a la quepuede variársele el orden, el sentido deexcitación y la tensión. En este caso, el

circuito sirve para comprobar el fun-cionamiento, el sentido de giro y lavelocidad de excitación de un motorpaso a paso.

Este equipo resulta polifuncional, ya que nosda la oportunidad de verificar el fun-cionamiento no sólo de inyectores y demotores paso a paso sino también de aque-llos dispositivos que requieren trenes de pul-sos variables en ancho, frecuencia y tensión,dentro de un rango determinado.

Vista frontal del equipo

Vista posterior del equipo

6699

LLooss ccoommppoonneenntteess

El dispositivo propuesto consta de dospartes:

• probador de un motor paso a paso, • probador de inyectores.

Hemos colocado los dos circuitos en unamisma caja, para obtener un mejoraprovechamiento de algunos conectores que,de otra forma, estarían duplicados; estadecisión nos permitió reduce el costo -por lamenor cantidad de elementos- y optimizar elfuncionamiento del dispositivo.

A continuación, identificamos los principalescomponentes de cada una de las partes delcircuito y la función que cumplen en él.

PPrroobbaaddoorr ddee mmoottoorr ppaassoo aa ppaassoo

Para que el motor paso a paso funcione comotal, se deben excitar las -básicamente- cuatrobobinas, de acuerdo con una determinadasecuencia, permitiendo invertir no sólo el

orden de la excitación sino también la veloci-dad con la que ésta se realiza. Esto nos otor-ga la posibilidad de verificar, en primer lugar,si el motor funciona y, en segundo, su senti-do de giro. Para ello, el recurso didáctico pre-sentado dispone de cuatro conectores de ali-mentación, uno para cada una de las bobi-nas. También nos brinda la posibilidad dedesarmar y armar el motor para su limpiezay para su mantenimiento.

La secuencia de excitación de las bobinas delmotor paso a paso es proporcionada por elintegrado MC 3479, al que es necesario su-ministrarle los pulsos correspondientes, paraque los ordene. Recurrimos, para esto, a uncircuito integrado 555 que, de acuerdo con lavelocidad de carga y descarga del capacitorvinculado, permite aumentar o disminuir lafrecuencia de generación de los pulsos.Realizamos el ajuste de esta frecuencia pormedio del potenciómetro de 100 k�.

A través de los dos pulsadorescon retención, podemos inver-tir el orden de la secuencia -esdecir, el sentido de giro delmotor- o bien duplicar lavelocidad de rotación.

PPrroobbaaddoorr ddee iinnyyeeccttoorreess

Los inyectores dosifican la can-tidad de combustible admi-

nistrada, en función de la frecuencia con laque son excitados, así como en función delancho de pulso de dicha excitación. El dis-positivo permite introducir señales en las que

Esquema de componentes y de funcionamiento delprobador para motores paso a paso

7700

es posible variartanto el ancho depulso como la fre-cuencia, verifican-do la respuesta delinyector.

El probador deinyectores se basaen el principioconocido comoPWM -Pulse WidthModulation; pulsode ancho modula-do-: Para unamisma frecuencia(un mismo pulso),ofrece la posibili-dad de ampliar suancho. Para esto,incluye el integradoLM 324, que ge-nera un tren depulsos triangulares,en el que es posiblevariar la frecuenciamediante un divi-sor de tensión(potenciómetro de250 k�).

Sobre este tren depulsos triangularesse indica una ten-sión de umbral; elvalor de ésta defineel ancho de pulsoque se obtienecomo respuesta deldispositivo.

El LM324 está compuesto por cuatro amplificadores operacionales independientes, dealta ganancia y de frecuencia internamente compensada, los cuales fueron diseñadosespecíficamente para operar desde una única fuente de energía sobre un rango ampliode tensión (desde 3.0 V hasta 32 V). Los campos de aplicación incluyen amplificadorespara transductores, bloques de ganancia de CC y todos aquellos circuitos con amplifi-

cadores operacionales1.

En la siguiente figura podemos observar la variación del ancho del pulso para dos va-lores diferentes de la tensión de umbral:

La máxima intensidad de corriente entregada por el integrado es de un valor muypequeño; por lo tanto, debemos recurrir al transistor de efecto de campo FET -FieldEffect Transistor- IRF 530, que es el encargado de generar una señal a la tensión y lacorriente necesarias para excitar la bobina del electroinyector. Para la protección del

Circuito integradoLM 324

Variación del ancho de pulso según el valor de la tensión de umbral. Enel primero de los diagramas se observa cuál es el ancho de pulso resul-tante para una tensión de umbral baja. En la segunda imagen notamosuna reducción del ancho de pulso al aumentar la tensión de umbral.

1 Si desea una mayor información sobre este circuito integrado, le recomendamos dirigirse aNational®, la compañía fabricante de semiconductores: http://www.national.com

7711

Sobre la placa podemos disponer de un LED-Light Emitting Diode; diodo de emisión lumi-nosa- que nos indica si el circuito está enfuncionamiento, además de permitirnosvisualizar en él las variaciones de frecuenciay de ancho de pulso. Pero, si llega a fallar elIRF 530, el LED se apagará. Una forma deverificar que la falla se ha producido en eltransistor y no en el integrado puede sersolucionada colocando una derivación desde

la alimentación de señal del integrado haciauna de las patas, sin utilizar del dígito. Deesta forma, en funcionamiento y operaciónnormal de todos los componentes, amboselementos -tanto el LED como la barra deldígito- nos muestran el mismo "parpadeo".De no ser así, nos podemos dar cuenta, rápi-damente, cuál de estos dos elementos estáfallando.

transistor hemos dispuesto un capacitor y un diodo, a los efectos de minimizar las tensiones de conmutación.

El transistor IRF530 -de efecto de campo (FET) TMOS de potencia- ha sido diseñado para resistir elevados nive-les de energía en los modos de avalancha y conmutación. Posee un diodo para descarga de rápida recuperacióny ha sido concebido para aplicaciones en las que se requieren baja tensión y alta velocidad de conmutación, talescomo fuentes de alimentación, convertidores y control de motores PWM. Estos dispositivos son particularmenteadecuados para circuitos puente, en los que la velocidad del diodo y el área operativa de conmutación segura soncríticos, ya que ofrecen un margen de seguridad adicional contra tensiones transitorias inesperadas.

Simbología interna del transistor IRF 530

7722

Circuito del probador de motores paso a paso

Circuito del probador de inyectores

7733

Detallamos el listado de los componentes,herramientas e insumos que utilizamos para

la construcción del equipo.

LLooss mmaatteerriiaalleess,, hheerrrraammiieennttaass ee iinnssttrruummeennttooss

Cantidad

16

2321111211111111111111182412114344

Denominación

Placa Resistencias 10 k�

Resistencias 330 k�Resistencias 100 k�Resistencias 3 k�Resistencias 1 k�Resistencias 47 k�

Diodo 4002 Capacitor 0.47 �FCapacitores 0.1 �FCapacitor 47 �F

Potenciómetro 100 k�Potenciómetro 10 k�Potenciómetro 250 k�

Led Dígito 6680

Integrado 324Integrado 3479Integrado 555

Zócalo 8Zócalo 16Zócalo 18

Transistor 530Regulador Gabinete

Pinzas (tipo cocodrilo)Conector 2

Cable Conector 4

Pulsadores chicos Tecla Inversora

ChapaConector

PerillaTornilloTuerca

Tipo de piezas

elaboradaestándar

estándarestándarestándarestándarestándarestándarestándarestándarestándarestándarestándarestándarestándarestándarestándarestándarestándarestándarestándarestándarestándarestándarestándarestándarestándarestándarestándarestándarestándar

estándarestándarestándarestándar

Material / Denominación

Placa fotosensible positiva de 150 x 100 mmResistencia 10 k� 1/4 watt

Resistencia 330 k� 1/4 wattResistencia 100 k� 1/4 watt

Resistencia 3 k� 1/4 wattResistencia 1 k� 1/4 watt

Resistencia 47 k� 1/4 wattDiodo 4002

Capacitor de poliéster 100 Volt - 0.47 �FCapacitor cerámico x 0.1 �F

Capacitor de poliéster 100 Volt - 47 �FPotenciómetro lineal 100 k�Potenciómetro lineal 10 k�Potenciómetro lineal 250 k�

Led (diámetro 3 mm, color a elección)Dígito 6680

Circuito integrado LM 324Circuito integrado MC 3479

Circuito integrado 555Zócalo 8 patas Z8LPZócalo 16 patas Z16LPZócalo 18 patas Z18LP

Transistor IRF 530Regulador 7805

Gabinete plástico de 125 mm x 85 mm x 45 mm

Macho / hembra tipo AMP de 2 contactos Cables de sección 0,5 mm x 1 m (4 colores)Macho / hembra tipo AMP de 4 contactos

Pulsadores con retención (chicos)Tecla Inversora de 3 posiciones

Chapa de 150 x 6 x 0.75 mm Conector placa Cable

Perilla para potenciómetro (3 colores)Tornillo M4 x 10 mm cabeza fresada

Tuerca M4

Ubicación

R10, R11,R12, R13,R14, R15

R6, R9R4, R7, R8

R1, R2R3R5

D1, D2C1

C2, C3C4P1P2P3L1

DI 1CI 1CI 2CI 3

T1Re 1

Código

PIPAP-01PIPAP-02

PIPAP-03PIPAP-04PIPYP-05PIPAP-06PIPAP-07PIPAP-08PIPAP-09PIPAP-10PIPAP-11PIPAP-12PIPAP-13PIPAP-14PIPAP-15PIPAP-16PIPAP-18PIPAP-19PIPAP-20PIPAP-21PIPAP-22PIPAP-23PIPAP-24PIPAP-25PIPAP-26PIPAP-27PIPAP-28PIPAP-29PIPAP-30PIPAP-31PIPAP-32PIPAP-33PIPAP-34PIPAP-35PIPAP-36PIPAP-37

Nomenclador del probador

7744

IInnssuummooss yy hheerrrraammiieennttaass vvaarriiaass::

• Revelador de placa fotosensible positiva.• Percloruro férrico -cantidad necesaria-.• Alambre de estaño -cantidad necesaria-.• Soldador de 30 ó 40 watt.• Mecha de 0.75 mm de diámetro.• Mecha de 4 mm de diámetro.• Máquina de agujerear.

• Pinzas y destornilladores de uso comúnen trabajos de electrónica.

• Fuente de alimentación de 12 VCC• Pinza de punta.• Destornillador de pala.• Multímetro.• Motor paso a paso tipo bifase.• Inyector.

LLaa ccoonnssttrruucccciióónnA continuación, mencionamos los proce-dimientos y acciones que llevamos a cabopara la realización del probador.

La plaqueta decircuito impresopuede realizarsede varias formas,sin que ello mo-difique o alteresus prestaciones.No obstante,

cualquiera sea la opción seleccionada necesi-tamos de un diseño del circuito. Para nuestroprototipo, hemos realizado el dibujo enAutocad®2.

En este caso, hemosoptado por utilizar unaplaca fotosensible,debido a que presentamenos dificultades a lahora de ejecutar eldiseño y el grabado delcircuito en la plaqueta.

Disposición de los diferentes componentesen la plaqueta

2 Si usted desea conocer el software Autocad®, puede diri-girse a la página: www.autodesk.comAllí obtendrá la información referida a todos los sistemas deCAD de Autodesk.

7755

Una vezobtenidos todoslos elementos quese requieren parala construccióndel equipo, pro-cedemos de lasiguiente manera:

PPaassoo 11. Parapoder fotosensibi-lizar la placa,necesitamos tenerel dibujo anteriorimpreso en una filmina o transparencia. Estopuede llevarse a cabo, por ejemplo, foto-copiando la hoja sobre ese material (Tenga encuenta que de la calidad de la fotocopiadependerá la calidad del resultado).

PPaassoo 22. Cortamos la placa con las dimensionescorrespondientes; esto es: 50 x 100 mm.

Vista de la plaqueta desde el lado del cobre

Los pasos 1 a 4 men-cionados a conti-nuación, correspon-den a aquéllos que vana seguirse si se utilizala placa fotosensiblepositiva para la rea-lización de la plaquetade circuito impreso. Sise dispone de algúnotro proceso para surealización, se siguenlos requerimientospropios de éste.

Secuencia de trazadode la placa fotosensible

7766

PPaassoo 33. Colocamos la filmina -con el diseñodel circuito del lado del cobre- sobre laplaca fotosensible a la cual le hemos quita-do el film protector. Sugerimos colocar unvidrio o acrílico transparente para evitarque la filmina se deforme o se deslice.Sometemos este conjunto a la acción de luzultravioleta (lámpara de bajo consumo)durante 10 minutos, aproximadamente.

Secuencia de marcado y cortede la placa fotosensible

Placa fotosensible y circuito impre-so en transparencia bajo la luz

El tiempo de exposición de laplaca a la luz ultravioleta puedeser diferente al que nosotrosmencionamos, ya que va adepender de las característica dela lámpara. Le recomendamosprobar el resultado que seobtiene, tomando como base untiempo de 10 minutos. Luego, lle-var la placa al revelador y com-probar si se visualiza perfecta-mente el circuito. De no ser así,enjuague la placa con agua,séquela y vuelva a colocarla conla transparencia, bajo la acciónde la luz.

7777

PPaassoo 44. Retiramos la placa ya fotosensibiliza-da (el circuito aún no es visible) y la sumergi-mos en el revelador, hasta que el trazado delcircuito se logre ver perfectamente. Estaoperación no tiene un tiempo determinado;es necesario seguir con atención todo el pro-ceso para apreciar cuándo se ha completado.Verifique que las líneas sean perfectamentevisibles; si esto no ocurre, vuelva a sumergirla placa en el revelador durante el tiemponecesario; de otra forma, podrían llegar aocasionarse cortocircuitos entre pistas. Unavez cumplido el revelado, enjuague la pla-queta con agua; un enjuagado antes de tiem-po provoca la inacción posterior del reve-lador.

PPaassoo 55. Colocamos la plaqueta obtenida en elpercloruro, durante el tiempo necesariocomo para tener perfectamente definido elcircuito. Luego, enjuagamos con agua.

PPaassoo 66. Usando como referencia los centrosindicados, procedemos a realizar las perfora-ciones correspondientes. Aconsejamos uti-lizar una mecha de 0.75 mm.

PPaassoo 77. Ahora, colocamos y soldamos lasresistencias, puentes, diodos y el LED -veri-ficando la polaridad de estos últimos-.Realizamos lo mismo con los zócalos, tenien-do en cuenta la posición de la pata 1 (marca-da en el circuito con un punto) y, a conti-nuación, los capacitores.

PPaassoo 88. Agrandamos los orificios correspon-dientes a los potenciómetros, al transistor, alregulador. Soldamos estos elementos. Para lacolocación del transistor y del regulador esimportante comprobar su posición,conectando las patas en su lugar correspon-diente; para lograrlo, podemos utilizar (porejemplo, en el caso del transistor) la referen-cia de esta figura cuyas patas deben coincidircon los mismos puntos señalados en la figu-ra "Disposición de los diferentes compo-nentes".

El recipiente utilizado para realizar esta operaciónes de material plástico o similar (por ejemplo:bandejas de polipropileno como las que se usanen los supermercados). No utilice materialesmetálicos.

Tanto el percloruro férrico como el revelador uti-lizados en la realización de la plaqueta son com-puestos altamente corrosivos, tóxicos y, por lotanto, perjudiciales para la salud. No trabaje conellos sin adoptar las medidas de seguridad ade-cuadas. Tenga en cuenta las recomendaciones deuso brindadas por el fabricante que, segura-mente, se encuentran en el cuerpo del envase oen el instructivo correspondiente. Transistor

7788

PPaassoo 99. Conectamos el display de 7 segmen-tos (dígito) DI1 y los pulsadores. Para esteconexionado, utilizamos como referencia lospuntos E, F, G y H de la figura "Diagrama decircuito correspondiente al motor paso apaso", los cuales, posteriormente, sonconexiones a las patas 2, 3, 14 y 15 del inte-grado indicado como CI 2. Además, los pun-tos de conexión vinculados con las patas 9 y10 del mismo integrado, para los pulsadores.Existe un punto común a ambos pulsadoresque es el de masa. (El largo aproximado delos cables de conexión es de 60 mm).

PPaassoo 1100. Colocamos los integrados en laposición correspondiente -coincidiendo lapata 1 del zócalo con la pata 1 del circuitointegrado-.

PPaassoo 1111. Conectamos y soldamos los cablesde alimentación. Los cables correspondientesa los terminales positivos van conectados através de la tecla (pulsador) correspondientea los puntos A y B. (El largo aproximado delos cables de alimentación es de 90 mm).

PPaassoo 1122. Antes de colocar la placa terminadadentro del gabinete, realizamos algunaspruebas de funcionamiento, previa ali-mentación de las conexiones correspon-dientes desde una fuente de 12 volt externa.

Procedemos de la siguiente manera:

• Por medio de la tecla, seleccionamos laalimentación a cada uno de los circuitos.En una de las posiciones -de funcionartodo correctamente- va a "parpadear" elLED (L1) a la frecuencia y ancho depulso del probador de inyectores. Pormedio del potenciómetro de 250 k� (P3),

podemos ajustar la frecuencia. Con elpotenciómetro de 10 k� (P2) controla-mos el ancho, verificando, de este modo,la respuesta a las variaciones efectuadasen ellos, por el comportamiento del LED(L1).

• Con la tecla enla otra posición,vamos a obser-var en el dígitola secuencia deexcitación delas bobinas.Con el poten-ciómetro corres-pondiente (de 100 k� - P1), variamos lafrecuencia de dicha secuencia y con unode los pulsadores invertimos el sentidode la excitación (sentido de giro). El otropulsador permite duplicar el paso.

PPaassoo 1133.Ahora quenuestro dis-p o s i t i v of u n c i o n ac o r r e c t a -m e n t e ,p o d e m o spasar a las i g u i e n t eetapa: Elarmado y la colocación de las conexiones deentrada y salida. Para esto, tenemos quedisponer -además de los cables necesariospara el conexionado interno- de tres juegosde cables adicionales.

Para la alimentación del circuito, utilizamosuno de los conectores del tipo AMP de dospines (parte hembra). A uno de los pines lo

Si estas pruebas nodan el resultado espe-rado, le sugerimosconsultar el apartadoSuperación de difi-cultades.

Conector AMP de dos pines(parte hembra)

7799

conectamos, mediante un cable, al negativode la plaqueta (indicado como masa); el otrova conectado a la pata central de la tecla deselección de tres puntos.

Conectamos las patas restantes de la tecla deselección, respectivamente, a ambas ali-mentaciones positivas de la plaqueta.(Puntos A y B).

Vinculamos los puntos D y positivo (B) alotro conector tipo AMP de dos pines (partehembra), que corresponde a la alimentacióndel inyector.

Los puntos indicados con E, F, G y H son lassalidas correspondientes para el motor paso apaso. Estos cables van vinculados al conectorAMP hembra de 4 pines.

PPaassoo 1144. Pasamos al armado de los tres jue-gos de cables, correspondientes al conexio-nado externo.

• Juego 1. Está conformado por un par decables (de colores a elección -preferente-mente, rojo y negro, o los colores nor-malizados marrón y celeste- y un largoaproximado de 350 mm) que correspon-den a la alimentación. Estos dos cables se

ensamblan con los pines del conector AMPmacho, respetando la posición relativa delconector hembra. En el extremo libre deestos cables, colocamos los cocodrilos, quenos permiten acoplarnos a la fuente de ali-mentación externa de 12 VCC.

• Juego 2. Está conformado también por doscables (se aconseja para este caso, nueva-mente, utilizar cables de diferente color yde un largo aproximado a los 350 mm).Estos cables vinculan el conector restanteAMP macho de dos pines con otros doscocodrilos. Esto nos permite energizar elinyector a probar.

• Juego 3. En este caso, está conformadopor cuatro cables (de la misma longitudque en los casos precedentes). Estoscables vinculan la caja de cuatro pinesmacho AMP con cuatro cocodrilos.Utilizamos este juego para el probadordel motor paso a paso. El orden deconexión, por el momento, carece deimportancia.

PPaassoo 1155. Trabajamos sobre el gabinete. Paraello, en su cara frontal y posterior, realizamoslos orificios, según las ubicaciones y dimen-siones obtenidas de lo armado hasta elmomento (Va a serle de utilidad comprobarla distribución de orificios que se muestra enlas imágenes "Vista frontal del equipo" y"Vista posterior del equipo").

Hemos utilizado hasta el momento los dos conec-tores AMP hembra de dos pines; uno de ellos parala alimentación y el otro para el inyector. A losefectos de no confundirnos cuando tengamos queutilizar el dispositivo e intercambiar las conexiones,tenemos que diferenciar uno del otro. Para ello,una de las formas posibles es que, a uno de estosconectores AMP hembra, le coloquemos los pinesdel conector AMP macho y viceversa. De estaforma, es imposible conectarlos en formaerrónea.

Tanto la tecla como los pulsadores pueden ser demedidas diferentes a las que nosotros utilizamos;por lo tanto, la posición en la que los hemos ubi-cado resulta solamente una orientación. Para sudisposición definitiva, tenga presente que nointerfieran con el resto de los componentes de laplaca.

8800

EEll aarrmmaaddoo

PPaassoo 1166. Para la fijación de los conectoresAMP hembra utilizamos el recorte de chapade 6 mm de ancho x 150 mm de largo, al quedoblamos alrededor de dichos conectorespara que nos permita su fijación en el gabi-nete.

Centrados a lo largo de la chapa, realizamoscuatro orificios. Éstos nos permiten unir elconjunto al gabinete, utilizando los cuatrotornillos M4.

Para el armado final, tenemos que tener pre-sente que el clip de traba del conector AMPmacho tiene que disponer del espacio nece-sario para que éste cierre correctamente.

Debido a que efectuamos manualmente eldoblado del recorte -con la ayuda de unapinza de punta o similar-, la distancia finalentre conectores puede variar. Esto influye enel recorte del panel trasero del gabinete.También tenemos que tener en cuenta si elfrente del conector queda al ras o sobresaledel gabinete.

PPaassoo 1177. Ahora, pegamos el display de 7 seg-mentos (dígito) al frente, en su correspon-diente ubicación.

PPaassoo 1188. Ya tenemos el dispositivo armado.Sólo nos queda fijar la tapa del gabinetemediante los tornillos destinados a tal fin y,luego, montar las perillas y los pulsadores.

EEll eennssaayyoo yy eell ccoonnttrrooll

En este momento, resulta imprescindiblerealizar una comprobación completa del fun-cionamiento del equipo.

Vistas del circuito terminado y del corte rea-lizado en la caja para la colocación del dígito

Vistas del circuito terminado inserto en lacaja

8811

Uno de losmomentos de estacomprobación esde apreciaciónvisual; el otro,efectuando verifi-caciones y/omediciones devalores de tensiónen los diferentescomponentes eléctricos y electrónicos delcircuito, con la asistencia de un multímetro.

Para esta comprobación, necesitamos extraerla plaqueta del circuito desde el interior delgabinete. De esta forma, podemos acceder deun modo más fácil a los diferentes terminalesde los componentes que tenemos que veri-ficar.

En primer lugar, procedemos a alimentar alcircuito utilizando la fuente de alimentaciónde 12 volt. Para efectuar la conexión corre-spondiente, utilizamos el juego 1 de cables -los hemos realizado en el paso 14 de la cons-trucción-, verificando la polaridad corres-pondiente.

Cuando hemos conectado la fuente de ali-mentación, con la tecla selectora en la posi-ción 1, observamos el "parpadeo" del LED; y,colocando la tecla selectora en la posición 2,notamos el "parpadeo" del dígito.

Analicemos estos resultados con más detalle:

TTeeccllaa sseelleeccttoorraa eenn ppoossiicciióónn 11 ((ppaarrppaaddeeoo ddeellLLEEDD))

En este caso, también podemos comprobarque, entre los puntos indicados con los

números A y B del "Circuito del probador",tenemos una tensión de 12 volt.

Para la comprobación del funcionamientodel integrado LM 324, tomamos como refe-rencia la pata 11 de este integrado (negati-vo/masa). Salvo indicación especial, en todoslos casos la tensión está medida entre estapata y la pata correspondiente.

Si usted tiene la posi-bilidad de disponer deun osciloscopio, puedecomprobar no sólo losvalores de tensiónsino, también, visua-lizar la respuesta delelemento analizado.

PPaattaa NNºº

1

23456789

1011

1213

14

FFuunncciióónn

Maneja la ten-sión de umbral

a través delpotenciómetro

Positivo

Negativo.

De ajuste defrecuencia a

través delpotenciómetroManeja la ten-sión de umbral

a través delpotenciómetro

VVeerriiffiiccaacciióónn

Tensión fluctuantede, aproximada-

mente, 3.5 a 7.5 V

*3

*Tensión de 12 V

******

Entre esta pata y lapata 4 tenemos una

tensión de 12 V*

Tensión variableentre, aproxi-

madamente, 5.5 y7.5 V

Tensión fluctuantede, aproximada-mente, 4.5 a 6 V

CCoommpprroobbaacciióónn ddeell ffuunncciioonnaammiieennttooddeell iinntteeggrraaddoo LLMM 332244

3 En las patas señaladas con asterisco, se presentan señales cuyosvalores no pueden ser comprobados con exactitud, ya que sonvariables; podemos observar su comportamiento si disponemosde un osciloscopio. No obstante, la ausencia de tensión encualquiera de ellas indicará el mal funcionamiento del integrado.

8822

TTeeccllaa sseelleeccttoorraa eenn ppoossiicciióónn 22 ((ppaarrppaaddeeoo ddeellddííggiittoo))::

En este caso, también podemos comprobarque, entre los puntos indicados con A y masadel "Circuito del probador", tenemos unatensión de 12 volt.

Para la comprobación del funcionamientodel integrado MC3479, tomamos comopunto de referencia, en este caso, el punto demasa indicado en el "Circuito del probador"o bien, cualquiera de las patas 4, 5, 12 ó 13de este integrado; salvo que se mencioneespecíficamente otra referencia.

Pata Nº

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

Función

Positivo.

Salida de señal

Salida de señal

Negativo

Negativo

Entrada de pulsos

0 volt - 5 volt

0 volt - 5 volt

Negativo

Negativo

Salida de señal

Salida de señal

Positivo

Verificación

Tensión de 12 V

Tensión fluctuante entre 0 y 5 V (pulsos)

Tensión fluctuante entre 0 y 5 V (pulsos)

Entre la pata 1 (positivo) y esta pata, tenemos una tensión de 12 V

Entre la pata 1 (positivo) y esta pata, tenemos una tensión de 12 V

Tensión de 10 V

Tensión variable entre, aproximadamente, 5.3 y 10.2 V

Sin conectar

Si el pulsador de cambio de sentido está activado, tenemos una tensión de 0 V

Si el pulsador de cambio de sentido está liberado, la tensión que se obtiene es de 5 V

Si el pulsador de paso completo está activado, tenemos una tensión de 0 V

Si el pulsador de paso completo está liberado, la tensión presente será de 5 V

Sin conectar

Entre la pata 1 (positivo) y esta pata, tenemos una tensión de 12 V

Entre la pata 1 (positivo) y esta pata, tenemos una tensión de 12 V

Tensión fluctuante entre 0 y 5 V (pulsos)

Tensión fluctuante entre 0 y 5 V (pulsos)

Tensión de 12 V

Comprobación del funcionamiento del integrado MC 3479

8833

Pata Nº

1

2

3

4

5

6

7

8

Función

Negativo

Entrada de disparo -trigger-

Salida

Reset

Tensión de control -control voltaje-

Umbral -threshold-

Descarga

-discharge-

Positivo (alimentación V+ ó VCC)

Verificación

Tensión de 12 volt entre esta pata y la pata 8

Con la pata 1 (negativo) tenemos una tensión variable entre,

aproximadamente, 5.5 y 6 V

Con la pata 1 (negativo) tenemos una tensión variable entre,

aproximadamente, 5.3 y 10.2 V

Con la pata 1 (negativo) tenemos una tensión de, aproximada-

mente, 3 V

Con la pata 1 (negativo) tenemos una tensión variable entre,

aproximadamente, 5.5 y 6 V

Con la pata 1 (negativo) tenemos una tensión variable entre,

aproximadamente, 5.5 y 6 V

Entre el negativo (punto 3) y esta pata tenemos una tensión de 12 V

Comprobación del funcionamiento del integrado 555

Para la comprobación del funcionamiento delintegrado 555, lo sacamos de su zócalo, para

medir una tensión de 12 volt en las patas 2,6, 7 y 8.

LLaa ssuuppeerraacciióónn ddeeddiiffiiccuullttaaddeess

En este apartado vamos orientarlo respectode la posible aparición de problemas en elarmado y en el funcionamiento del pprroobbaaddoorrddee iinnyyeeccttoorreess yy ddee mmoottoorreess ppaassoo aa ppaassoo.

Hemos organizado las dificultades en dospartes:

• Los problemas de índole básicamenteeléctrica.

• Los problemas de construcción y armado.

8844

PPrroobblleemmaa eellééccttrriiccoo

Ausencia de 12 volt entre los puntosA y masa del "Circuito del probador".

Ausencia de tensión entre el punto demasa, y la pata 1 y 16 del integrado

MC 3479.

Ausencia de 5 volt en las patas 9 y 10del MC 3479, en cualquiera de las

posiciones de los pulsadores.

AAcccciióónn

• Verifique el funcionamiento de la llave selec-tora.

• Verifique si la alimentación de masa es co-rrecta.

• Compruebe que la pista de alimentación noesté cortada.

• Verifique la polaridad del diodo.

• Verifique esta tensión en la pata 3 del regu-lador de tensión 7805. De comprobar el nivelde tensión mencionado, revise las pistas de laplaqueta.

PPrroobblleemmaa ddee ccoonnssttrruucccciióónn yy aarrmmaaddoo

Tiempo de luz en la plaqueta.

Tiempo de revelado.

Verificación visual de pistas cortadaso en cortocircuito.

AAcccciióónn

Hemos utilizado una lámpara de bajo consumo de21 watt durante 30 minutos, a una distancia de 10cm. Le recomendamos realizar una prueba en unrecorte de placa, para comprobar la respuesta delos dispositivos con los que usted cuenta.

Es variable y la comprobación es visual, duranteel baño.

Si llegara a ocurrir esto, verifique un corte depista o cortocircuito, con un multímetro. Analice,si es factible, la colocación de un puente; uti-lizando un cutter o trincheta, salve el inconve-niente.

8855

Ahora que le hemos explicado en qué con-siste el PPrroobbaaddoorr ddee iinnyyeeccttoorreess yy ddee mmoottoorreessppaassoo aa ppaassoo, retomemos el problema "¿Serápor el peaje?".

Los alumnos del curso han hipotetizado queuna de las posibles causas de falla en elautomóvil podría llegar a ser el mal fun-cionamiento del motor paso a paso y queotra de las causas probables sería el incorrec-to funcionamiento de alguno o algunos delos inyectores.

En el aula-taller, los alumnos podrían enca-rar, entonces, en primer lugar, el estudio delfuncionamiento del motor paso a paso, paracomprobar si es éste el causante del proble-ma.

PPrroobbaannddoo eell mmoottoorr

Recordemos, brevemente, cuál es la funciónde un motor paso a paso, en el automóvil:

Cuando el motor paso a paso funciona correctamente, se encarga de administrar el caudalde aire que es aspirado por el propio motor; el número de revoluciones del motor es propor-cional a esta cantidad de aire. Nos referimos a "cantidad de aire" en lugar de a "caudal demezcla", debido a que la relación estequiométrica se mantiene constante por la acción de losinyectores. Éstos serán los encargados de inyectar la cantidad de combustible en relacióndirectamente proporcional a la cantidad de aire aspirado.

El motor paso a paso, simplemente, restringe -por medio de una aguja- el paso de aire através del conducto correspondiente. El movimiento de esta aguja es solidario al desplaza-miento del eje. La posición de la aguja es aleatoria y es posible verificar sólo su ubicaciónrelativa, ya que ésta es proporcional al número de revoluciones por minuto.

Si el motor paso a paso no funciona o funciona mal, notamos que los ajustes de revoluciones-indicados por la computadora de a bordo- no se cumplen. Esto se traduce en un compor-tamiento inconstante del número de revoluciones del motor.

4. EL EQUIPO EN EL AULA

8866

Exactamente esto se manifiesta en lasituación problemática. Entonces, paracomprobar el funcionamiento del motorpaso a paso, los alumnos tienen varias ta-reas:

• Una de ellas consiste en conectar elequipo desarrollado al motor paso apaso, sin desmontarlo del automóvil.Esto va a permitirles, con el motor enmarcha, controlar la apertura y cierredel paso de aire, influyendo directa-mente en el número de revoluciones.

• De no obtener esta respuesta -y, antes desu reemplazo definitivo-, se hace nece-sario retirar el motor paso a paso delauto y verificarlo nuevamente.

Para realizar esta verificación es precisocontar con la ficha de conexión correspon-diente, similar a aquélla que conecta elmotor paso a paso en el automóvil. Estaficha asegura que cada bobina del motorpaso a paso esté conectada con su corres-pondiente alimentación. Si no contamoscon ella -que es nuestro caso, en elprobador-, podemos recurrir a las fichas deltipo cocodrilo.

Necesitamos cuatro cocodrilos, para ali-mentar los cuatro conectores de las bobinasdel motor paso a paso. Estos cables deconexión son los que mencionamos como

juego de cable de conexión Nº 3 en el paso14 de la secuencia de armado.

El motor paso a paso es representado sola-mente por dos bobinas y cuatro cables dealimentación conectados de a pares: Un parde cables para cada una de las bobinas.¿Cómo identificamos cuál es el par corres-pondiente a cada una de ellas?

Para hacerlo necesitamos disponer de unmultímetro, que nos permite medir laresistencia entre las salidas. Con elmultímetro en función ohmmetro, tomamoscualquiera de las salidas y medimos laresistencia con las restantes. Determinamos,así, con cuál de los conectores esta salidaposee la menor resistencia. Estos dos con-forman uno de los pares que corresponde auna de las bobinas.

Luego, verificamos el par restante,perteneciente a la otra bobina del motorpaso a paso. Tenemos que medir un valorde resistencia similar al del otro par de con-ductores. Este valor de resistencia seencuentra entre los 20 � y los 100 �.

Si los valores hallados son diferentes, esta-mos ante la presencia de una probable falla,ya que esto nos está indicando un corte ocortocircuito en alguna de las bobinas.

Una vez obtenidos los pares correspondien-tes a cada una de las bobinas, los alumnosproceden a su conexión con los pares de sa-lida del probador. Por tratarse de bobinas,deben estar alimentadas por positivo y nega-tivo -en nuestro caso, +12 V y masa-. Si elpar no es el correspondiente, vamos a notaruna oscilación por parte del eje del motor.

No le hemos propuesto ficha alguna para laconexión del motor paso a paso, debido aque existen varios tipos de ellas y no nos pro-ponemos limitar su uso sólo a uno.

8877

Una vez identificados los cables correspon-dientes de las bobinas:

• Conectamos a ellos los cuatro cocodrilos.Éstos están vinculados, mediante el cablecorrespondiente, al conector macho AMPde 4 pines. En el probador, tenemos queenchufar con la salida del AMP hembra.

• Alimentamos al probador desde la fuentede alimentación de 12 VCC, respetandola polaridad de alimentación prevista conlos colores en el armado del cable corres-pondiente (Habíamos propuesto rojo ynegro, o marrón y celeste para el positivoy negativo, respectivamente). Estoscables son los que mencionamos como"juego de cable de conexión 1", en elpaso 14 de la secuencia de armado.

• Colocando la tecla selectora en la posi-ción 2 (dígito mostrando la secuencia),alimentamos a las bobinas del motorpaso a paso con la tensión y el orden co-rrespondiente -dado éste por la disposi-ción de los cocodrilos-.

• Con el potenciómetro P1 (100 k�)podemos variar la frecuencia de lasecuencia de alimentación. Esto se vereflejado en una variación de la velocidadde desplazamiento de la aguja.

• Si observamos que la aguja se está sepa-rando del cuerpo, este hecho nos estáindicando un sentido de giro del motor.Al pulsar el interruptor correspondiente,se invierte el desplazamiento. Por mediodel otro pulsador, podemos variar lavelocidad de traslación de la aguja; esdecir, podemos ajustar velocidad y senti-do.

Si la frecuencia de la secuencia de excitaciónes demasiado elevada, pueden llegar a apare-cer problemas en la respuesta proporcionadapor el motor paso a paso, manifestada comoausencia de giro del eje.

Cabe destacar que, debido a que los motorespaso a paso son dispositivos electromecáni-cos y como tal deben vencer ciertas inercias,el tiempo de duración y la frecuencia de lospulsos aplicados es un punto muy impor-tante a tener en cuenta. En tal sentido, elmotor debe alcanzar el paso antes de quecomience la próxima secuencia de pulsos. Sila frecuencia de pulsos es muy elevada, elmotor puede reaccionar en alguna de lassiguientes formas:

• Puede que no realice ningún movimientoen absoluto.

• Puede comenzar a vibrar, pero sin llegara girar.

• Puede girar erráticamente. • Puede llegar a girar en sentido opuesto.

Para obtener un arranque suave y preciso, esrecomendable comenzar con una frecuenciade pulso baja y, gradualmente, ir aumentán-dola hasta la velocidad deseada, sin superarla máxima tolerada. El giro en inversadebería también ser realizado previamente,

El ordenamiento de los pares se puederealizar por el sistema de prueba y error yaque -por los tiempos de excitación y por lascorrientes manejadas- no existe la posibili-dad de ocasionar daños posteriores. Cuandoel conexionado es el correcto, los alumnospueden observar el desplazamiento de laaguja de obturación.

8888

bajando la velocidad de giro y, luego, cam-biando el sentido de rotación.

Hasta aquí hemos explicado el modo en quelos alumnos pueden conectar y probar unmotor paso a paso en el dispositivo.

Si no observan ningún movimiento, puedeser debido a:

• la formación de depósitos de carbón o,simplemente, a que

• la aguja se ha trabado.

La reparación de dicha falla es motivo de otraárea de competencia; pero, una vez que se haefectuado la limpieza o reparación de launidad, es posible verificar si, efectivamente,ésta ha surtido el efecto deseado. Podremospredecir que la aguja está trabada si noescuchamos el ruido de apertura y cierre delinyector4.

PPrroobbaannddoo llooss iinnyyeeccttoorreess

Ahora bien, retomando el problema plantea-do y efectuando las pruebas anteriormentemencionadas en el motor paso a paso delautomóvil, supongamos que los alumnoscomprueban que éste responde correcta-mente a los estímulos provenientes delprobador. Como resultado de estas pruebas,pueden concluir que el problema no estálocalizado en él y, por lo tanto, lo devuelvena su alojamiento.

Entonces, se orientan hacia la segunda solu-ción al inconveniente: La falla manifestadapor el motor puede deberse a los inyectores.

Si la intención del profesor es un ensayoexhaustivo del correcto funcionamiento delos inyectores, corresponde contar con unabomba que permita a los alumnos disponerde una adecuada presión de combustible,similar a la que se posee en el motor delautomóvil. Además, el grupo tendría quedisponer de los valores correspondientes alos caudales de combustible inyectado y altiempo de inyección para cada uno de estosvalores.

Pero, para resolver el problema planteado a

Los inyectores son los encargados de habili-tar, en mayor o menor medida, el pasaje de lacantidad de combustible necesaria, la que esproporcional a la cantidad de aire aspirado.

La forma en que el inyector realiza estaadministración del caudal es mediante laapertura y el cierre de la aguja correspon-diente que, a su vez, es proporcional al tiem-po de excitación del inyector.

En otras palabras, cuanto más tiempo seexcite el inyector, mayor es el tiempo deapertura de la aguja y, por lo tanto, mayor esla cantidad de combustible que ingresa.

4 En este caso, debe procederse a la limpieza del inyector,para lo cual podemos sumergirlo en un diluyente liviano(por ejemplo, tolueno o Carbulimp® -nombre comercial delproducto-), dejándolo sumergido durante, aproximada-mente, quince minutos. A retirarlo, lo conectamos nueva-mente al probador de inyectores y verificamos si seescuchan ruidos. En caso de que la obturación sea en losconductos de paso del combustible, debemos conectar elinyector a una alimentación de aceite liviano y verificar que,además del ruido, tengamos inyección de combustible. Parael desarmado, se puede utilizar el dispositivo construido.Para ello debemos conectar las bobinas en la forma corres-pondiente y mantenerlas excitadas hasta que se produzca laseparación de la aguja.

8899

"¿Será por el peaje?", la evaluación que senecesita realizar consiste en verificar de quéforma la aguja del inyector responde ante lapresencia de impulsos de tensión en su bobi-na. Para realizar esta prueba es que hemosprevisto un generador de pulsos de anchovariable.

• En primer lugar, los alumnos identifican,en forma visual, el conector en el inyec-tor.

• Una vez realizado esto, observan si tieneseñalada la polaridad. Obviamente, deposeer indicación al respecto y respetán-dola, proceden a su conexión, utilizandopara ello el juego de cables correspon-diente -el juego de cable de conexiónNº 2 del paso 14 de la secuencia de cons-trucción-.

• Si la polaridad no está indicada, significaque la conexión se puede realizar enforma indiferente.

• Con la tecla de selección, los alumnosalimentan el probador de inyectores. Elparpadeo de la barra del dígito -con unafrecuencia y ancho determinados- vuelvea indicar que el sistema se encuentra enfuncionamiento. Debe poder oírse elmaravilloso sonido proveniente delapoyo de la aguja en su respectivo asien-to. Este fantástico sonido es el que lesinforma que están en presencia de laexcitación de las bobinas correspon-dientes. La aguja se desplaza por accióndel campo magnético inducido.

Una vez que los estudiantes han comprobadoel correcto funcionamiento de la excitación

de la bobina, les proponemos observar larespuesta del sistema con mayor atención.

• A fin de comprender los efectos queestán verificando, les sugerimos trabajarcon los dos potenciómetros el P2 y el P3(el primero es el encargado de modificarel ancho del pulso; el segundo nos da laposibilidad de actuar sobre la frecuen-cia). Girando el potenciómetro P2 haciauno u otro extremo, nuestro grupo dealumnos puede notar que la agujaresponde a esta variación con un cambioen su frecuencia. Notamos que la perio-dicidad de desplazamiento aumenta enun sentido y disminuye en el otro. Estotambién puede percibirse auditivamente,por medio del golpeteo que produce elcierre de la aguja

• La barra del dígito nos brinda la posibili-dad de observar el mismo efecto, mani-festándolo como una mayor o menorvelocidad de secuencia.

Podemos suponer que, cuando la frecuenciaes elevada, el parpadeo del dígito no es apre-ciado por el ojo humano y parece encendidopermanentemente. En realidad, esto no esasí, sino que el parpadeo es superior a lo quepuede percibir el ojo humano (de igual formaque existen sonidos inaudibles para nuestrooído, hay parpadeos imperceptibles paranuestra vista). En el inyector no sucede lomismo. La frecuencia de excitación es tanelevada que, mecánicamente, no puederesponder a las variaciones del campo mag-nético a las que está exigido. A muy bajas fre-cuencias de excitación de la bobina delinyector, podemos observar el efecto con-trario.

Esto se verifica variando el ancho de pulso. Auna frecuencia elevada, la respuesta óptimase obtiene con un ancho de pulso del 50 %del ciclo. Es decir, cuando el tiempo deexcitación de la bobina es igual al tiempoen que ésta se encuentra sin excitar.

El ancho del pulso puede modificarse,girando el potenciómetro P2. De un análisissimilar surge que:

• si lo giramos en sentido horario, elancho de pulso disminuye;

• si lo hacemos en sentido antihorario,aumenta.

Para un ancho de pulso reducido opequeño, la intensidad de parpadeo deldígito es baja y, a la vez, el tiempo deexcitación de la bobina del inyector esmenor.

Cuanto más elevado es este tiempo deexcitación, mayor es el ancho de pulso ycon mayor intensidad brilla la barra deldígito. En el inyector, a un tiempo pequeñode excitación (ancho de pulso pequeño) lecorresponde un tiempo de inyecciónpequeño; esto es, menor cantidad de com-bustible que es inyectado.

En la realidad, en un automóvil en fun-cionamiento, el hecho de que la aguja sedesplace a una frecuencia establecida,determina la cantidad de combustible queingresa a través del inyector, hacia lacámara de combustión. De mantenerse larelación estequiométrica, el hecho de queingrese mayor cantidad de mezcla en elcilindro da como resultado un aumento de

revoluciones.

Cuando se tienen el menor tiempo deinyección y la menor frecuencia, el motorse encuentra en lo que denominamos ralen-tí.

Volviendo a nuestro problema...

Puede ocurrir que, a pesar de modificar lafrecuencia y el ancho de pulso con nuestroprobador, el inyector no responda ade-cuadamente.

Si con nuestros alumnos no podemos com-probar en forma auditiva esta respuesta -esdecir, el desplazamiento de la aguja- y tam-poco disponemos de una bomba de com-bustible auxiliar que nos permita una com-probación visual, podemos estar frente almal funcionamiento del inyector.

Para verificarlo y, de esta forma, concluirdefinitivamente que la falla proviene delinyector, los alumnos realizan la prueba enel propio motor del automóvil:

• Con el inyector colocado en el motor,reemplazan la conexión original de ali-mentación del inyector, por la de nues-tro dispositivo.

• Variando el ancho de pulso con lamenor frecuencia posible, deben notaruna variación del sonido del motor.

• Si esto no ocurre, es posible asegurarque el inyector no funciona o funcionade manera defectuosa, procediendo a sureemplazo. Realizan este examen concada uno de los inyectores.

9900

PPrrooppuueessttaass ffiinnaalleess

El pprroobbaaddoorr ddee iinnyyeeccttoorreess yy ddee mmoottoorreess ppaassooaa ppaassoo puede usarse, también:

• Para controlar el brillo de una lámparaque, por ejemplo, ilumina el tablero deinstrumentos de un automotor, sin mal-gastar energía, y regulando el tiempo y lacantidad de corriente que circula por elcircuito de iluminación. Antiguamente,este control se efectuaba con unaresistencia variable en serie con la lám-para; en consecuencia, por la resistenciacirculaba igual corriente que por la lám-para; el inconveniente radicaba en que,en la resistencia, esta corriente -por efec-to Joule- se transformaba en calor, por loque la energía no era aprovechada.

• Para calcular la potencia consumida y laenergía no aprovechada, comparandonuestro modelo con un circuito realizadoutilizando resistencias.

Para las situaciones problemáticas "Tren balajaponés" y "¡Este controlador que no contro-la!", los procedimientos de prueba son muysimilares, de modo tal que los dejamos en susmanos; del mismo modo, la profundidad quequiera dar a los contenidos vinculados conellos.

9911

9922

Esta parte final de nuestro módulo de capa-citación contiene un cuadernillo para la eva-luación del recurso didáctico que le presen-tamos y, de las experiencias didácticas y con-tenidos propuestos a partir de él:

Esta evaluación tiene dos finalidades:

• Brindarle a usted, como docente que uti-liza este material, la oportunidad de do-cumentar el seguimiento de las activi-dades que realice con sus alumnos, a par-tir de nuestras propuestas y, en funciónde esta memoria de acciones, propiciaruna reflexión acerca de los cambios,mejoras o enriquecimiento de su propiatarea de enseñanza.

• Obtener de su parte, como usuario deeste material, información sobre todoslos aspectos en torno a los cuales gira lapropuesta.

Para este relevamiento de información, ustedencontrará, a continuación, una serie decuestionarios organizados básicamente entablas o matrices para completar. Con losdatos que usted exprese en ellos esperamostener una realimentación que nos permitamejorar todos los componentes de la serie depublicaciones “Recursos didácticos” yenriquecerla con propuestas o docu-mentación complementaria para aquellosdocentes que planteen iniciativas, interro-

gantes o dificultades específicas con relacióna la construcción del recurso didáctico, a lasactividades de aula, a los contenidos cientí-ficos y tecnológicos, a la metodología deenseñanza, a los procedimientos incluidos, ala información sobre materiales y a otrosaspectos.

Dada la importancia que esta información deretorno tiene para nuestro trabajo deseguimiento, mejora y actualización, leagradecemos que nos remita el cuadernillocon todas las observaciones, comentarios osugerencias adicionales que nos quiera hacerllegar. Para ello puede remitirnos una copia,a través de correo postal, a

Área de Monitoreo y Evaluación –CeNET–Oficina 112Saavedra 789. C1229ACE.Ciudad Autónoma de Buenos Aires.República Argentina.

O, si lo prefiere, solicitarnos el archivo elec-trónico de las páginas que siguen aeevvcceenneett@@iinneett..eedduu..aarr, enviándonos la versióndigitalizada de sus respuestas a través delmismo correo electrónico.

Desde ya, muchas gracias.

5. LA PUESTA EN PRÁCTICA

Identificación del material:

Las dimensiones que se consideran para la evaluación del módulo de capacitación y delrecurso didáctico son:

IILa puesta en práctica

1. Nivel educativo

2. Contenidos científicos y tecnológicos

3. Componentes didácticos

4. Recurso didáctico

5. Documentación

6. Otras características del recurso didáctico

7. Otras características del material teórico

8. Propuestas o nuevas ideas

(*) Por favor, indique la modalidad, la orientación, la especialidad, etc.

Escuela técnica (*)Nivel educativo EGB2

Polimodal(*)

Trayecto técnico-profesional (*)

Formaciónprofesional (*)

Otra (*)

1 2 3 1 62 3 4 5

EGB3

Nivel en el queusted lo utilizó

Asignatura/espacio curricular en el que usted lo utilizó:

2. Contenidos científicos y tecnológicos trabajados:

1. Nivel educativo en el que trabajó el material:

3. Componentes didácticos:

3.1. Testimonios (situaciones problemáticas) presentados en el material

a. ¿Le resultaron motivadores para iniciar las actividades propuestas?

b. ¿Le facilitaron el desarrollo de contenidos curriculares que ustedtenía previstos?

c. A su criterio, ¿están vinculados con el recurso didáctico que se lepropone desarrollar?

d. ¿Le facilitan la organización de situaciones didácticas para el tra-bajo de los contenidos científicos y tecnológicos propuestos?

e. El nivel de las situaciones problemáticas que se plantean, ¿es eladecuado al nivel educativo para el que está previsto?

f. En caso negativo, ¿permiten adecuaciones para ser trabajados enel nivel educativo de sus alumnos o en otro nivel educativo?

g. Los testimonios iniciales, ¿permiten generar diferentes soluciones(soluciones tecnológicas o didácticas)?

En caso que su respuesta sea negativa (en cualquier ítem), le pedimos que nos indique porqué (señale el número del ítem a que corresponde su comentario)

Otro (indique el ítem al que corresponde el comentario):

La puesta en prácticaIIII

Sí Otro1No

1 Utilice esta opción para indicar que agregará comentarios al final de este sector de la matriz.

La puesta en práctica

3.2. Estrategias

A partir de la utilización de las propuestas de trabajo en el aula contenidas en el material ydel recurso didáctico con el que se asocian, le solicitamos que nos indique (tomando comoreferencia su forma de trabajo anterior a disponer del material), cómo resolvió las activida-des consignadas en la tabla siguiente:

IIIIII

Mej

or

Igua

l

No

aplic

ado2

Inco

rpor

ado3

3.2.1. Contextualización de la estrategia didáctica

Con respecto a su forma habitual de trabajo, usted logró:

a. Determinar las capacidades, habilidades, conocimientos previosnecesarios para iniciar las actividades propuestas.

b. Organizar, asociar, relacionar los conocimientos científicos y tec-nológicos para resolver un problema tecnológico.

c. Recortar (identificar) los contenidos científicos y tecnológicos atrabajar con sus alumnos para el desarrollo de un sistema/produc-to tecnológico como el propuesto por el material.

d. Vincular estos conocimientos con los saberes previos de los alum-nos.

e. Establecer la secuencia adecuada de los contenidos científicos ytecnológicos, y de los procedimientos para generar una solucióntecnológica (la propuesta por el material u otra diferente).

f. Organizar una experiencia didáctica integrando conocimientoscientíficos y tecnológicos, metodología de resolución de problemasy procedimientos propios del trabajo tecnológico.

g. Otras (que haya incorporado o hecho mejor con el recurso).

2 No aplicado: No lo hizo antes ni ahora con este recurso didáctico.3 Incorporado: Integró la estrategia a sus clases a partir de la utilización del recurso didáctico propuesto.

La puesta en prácticaIIVV

Mej

or

Igua

l

No

aplic

ado

Inco

rpor

ado

3.2.2. Desarrollo de la estrategia didáctica

Con respecto a su forma habitual de trabajo, usted logró:

h. Encuadrar la tarea a partir de la formulación de uno (o varios)problemas.

i. Explicitar consignas de trabajo que plantean una situación pro-blemática.

j. Organizar las actividades de aprendizaje atendiendo a las etapaspropias de la resolución de problemas.

k. Utilizar técnicas de trabajo grupal.l. Promover el trabajo colaborativo y cooperativo.m. Otras (que haya incorporado o hecho mejor con el recurso).

Mej

or

Igua

l

No

aplic

ado

Inco

rpor

ado

3.2.3. Aspectos cognitivos (proceso de aprendizaje de sus alumnos)

Con respecto a su forma habitual de trabajo, usted logró:

n. Estimular a sus alumnos en la búsqueda de información e investi-gación en torno al problema eje del material.

o. Promover la consulta a variadas fuentes de información.p. Rescatar, incorporar los aportes del grupo para identificar aspectos

o variables críticas del problema.q. Evaluar los conflictos cognitivos propios del proceso de aprendizaje.r. Detectar, evaluar, la comprensión asociativa.s. Promover la reflexión sobre las actividades realizadas y las estrate-

gias utilizadas en cada parte del proceso.t. Otras (que haya incorporado o hecho mejor con el recurso).

4. Recurso didáctico:

4.1. Construcción del recurso didáctico

Tomando en cuenta la finalidad prevista en el material para el recurso didáctico (equipamien-to o software), le pedimos que nos indique si, a partir de la propuesta contenida en el mate-rial:

4.1.1. Utilizó:

VVLa puesta en práctica

a. Un equipo ya construido, según lapropuesta del material.

c. Otro que ya tenía disponible(de características similares).

b. Un software.

d. Ninguno.

Si su respuesta fue “d.” indíquenos la razón, por favor:

a. ¿Pudo seguir sin dificultades los procedimientos indicados en el “Manual deconstrucción”?

b. La secuencia indicada, ¿fue la adecuada para la construcción?

c. El grado de complejidad, ¿fue el apropiado para el nivel educativo a que sedirige el recurso?

d. Los contenidos científicos asociados, ¿son pertinentes para el desarrollo delrecurso propuesto?

e. Los contenidos tecnológicos asociados, ¿son pertinentes para el desarrollodel recurso propuesto?

f. Con sus alumnos, ¿construyó el recurso didáctico siguiendo el proceso y lametodología de resolución de problemas?

g. ¿Siguió todos los procedimientos propuestos para la construcción peroincorporó sus propios contenidos científicos y tecnológicos?

h. Por el contrario, ¿hizo adaptaciones en los procedimientos de construcciónpero mantuvo los mismos contenidos?

i. ¿Realizó la construcción siguiendo las actividades de aula propuestas en elmaterial?

j. ¿Diseñó sus propias experiencias en función de su grupo de alumnos?

¿Completó todas las etapas del proceso de construcción propuesta?

En caso negativo, indíquenos a qué fase llegó:

Sí No

La puesta en práctica

4.1.2. ¿Realizó todo el proceso de construcción del recurso didáctico con susalumnos? (Conteste este apartado en caso de que haya construido un equipoigual al propuesto. En caso contrario, pase al apartado 5 “Documentación”)

4.1.3. En caso de que su respuesta sea afirmativa, le pedimos que nos indique:

Sí No

Sí No

a. Planificación.

c. Construcción, armado.

b. Diseño en dos dimensiones.

d. Ensayo y control.

e. Superación de dificultades (evaluación del funcionamiento, siguiendo las indica-ciones y la lista de control que brinda el material).

f. Construcción de otro equipo que se adapta más a sus necesidades curriculares(Si marcó esta alternativa, lo invitamos a responder, directamente, el apartado 4.1.5.).

VVII

VVIIIILa puesta en práctica

4.1.4. Complete este ítem sólo si realizó el proceso de construcción del equipo siguiendo losprocedimientos indicados en el Manual. Si no fue así, lo invitamos a responder elapartado 4.1.5.

Acerca de los materiales, herramientas e instrumentos:

a. La especificación de los materiales para la construcción, ¿fue suficiente paraconseguirlos?

b. ¿Utilizó los mismos materiales (en calidad y tipificación) indicados en ladocumentación?

c. ¿Reemplazó materiales, instrumentos, componentes, piezas, etc., sin alterarel resultado final previsto en el material?

d. La especificación de las herramientas a utilizar, ¿le resultó adecuada?

e. La cantidad de herramientas indicadas, ¿fue la necesaria?

f. Los instrumentos, ¿estuvieron bien especificados?

g. El tipo y cantidad de instrumentos, ¿fueron los adecuados para armar elrecurso didáctico?

Sí No

4.1.5. En caso de que usted haya construido un recurso didáctico diferente al propuesto porel material de capacitación, le pedimos que nos indique si la razón fue:

a. El propuesto no se ajustaba a susnecesidades curriculares.

c. No pudo interpretar el manual deconstrucción.

b. No pudo conseguir los materi-ales o instrumentos indicados.

d. Otra (Por favor, especifíquela).

La puesta en práctica

4.1.6. ¿Qué características específicas destacaría en este recurso didáctico diferente al pro-puesto por el material, que sus alumnos han construido. (Marque todas las opcionesque considere necesarias):

a. Se ajusta mejor a los contenidoscurriculares que necesita trabajar.

c.

b. Es más económico.

d. Es más adaptable(a diversos usos).

e. Otra (Por favor, especifique):

Permite su reutilización(mediante el desarme y armado, enfunción de necesidades didácticas).

Descripción del recurso didáctico construido:f.

Indique las principales diferencias con el equipo propuesto(estructurales, funcionales, didácticas):

g.

VVIIIIII

La puesta en práctica

a. Aprovechando todo el proceso y lasecuencia de construcción pro-puestos en el material.

c.

b. Aplicándolo (como algo ya comple-to) a la solución de problemas dife-rentes al propuesto en el material.

d. Otra (Por favor, especifique):

Utilizándolo como un sistema tecnológico (ya construido) en las funciones paralas que está pensado (manejo de las variables, control de operaciones, etc.).

4.2. Utilización del recurso didáctico

4.2.1. ¿Cómo utilizó el recurso didáctico (hecho por usted o ya construido), en las experien-cias didácticas que concretó? (Puede marcar todas las opciones que crea necesarias)

IIXX

La puesta en práctica

Con respecto a su forma habitual de trabajo, este recurso didáctico lepermitió a usted, como docente:

a. Integrar contenidos científicos y tecnológicos en la solución de situa-ciones problemáticas de carácter tecnológico.

b. Diseñar situaciones de enseñanza y de aprendizaje centradas en laresolución de problemas tecnológicos.

c. Planificar y promover en sus alumnos la organización del trabajo(planificación y secuenciación de tareas), según el proceso tecnológico.

d. Favorecer la identificación de aspectos o variables críticas de unasituación problemática.

e. Organizar las actividades de manera que facilite la toma de decisionespor parte de los alumnos (determinación y selección de alternativas,opciones de diseño, materiales, etc.).

f. Organizar la actividad de sus alumnos en función de solucionesdiversas a los problemas planteados.

Mej

or

Igua

l

No

aplic

able

4

Otro

5

4.2.2. Ya sea que haya desarrollado el recurso didáctico con sus alumnos según las especifi-caciones del material, ya sea que haya construido otro diferente o que haya utilizadoun equipo ya construido, en relación con las actividades que usted venía realizando,la utilización del recurso didáctico propuesto por el material le permitió (seleccione laopción que coincida con sus experiencias):

g. Agregue otras que usted considere haber logrado de una mejor manera con este recursodidáctico

4 NA: No aplicable; es una actividad que no realizó antes ni ahora.5 Otro: Recuerde utilizar esta opción para indicar que agregará comentarios al final de este sector de la tabla.

XX

La puesta en práctica

Con respecto a su forma habitual de trabajo, este recurso le permitió alos alumnos (habilidades intelectuales):

Capacidad de planificar

h. Identificar variables o aspectos fundamentales de un problema tec-nológico.

i. Organizar su trabajo en etapas (identificar y seguir la secuencia deoperaciones de un proceso).

j. Ejecutar las actividades en los plazos o etapas previstas.

k. Seleccionar materiales, herramientas y piezas, de acuerdo con lasnecesidades del diseño.

l. Anticipar y resolver dificultades que podrían surgir en el proceso.

m. Prever puntos críticos de todo el proceso.

Mej

or

Igua

l

No

aplic

able

Otro

n. Agregue otras que considere que sus alumnos alcanzaron mejor con este recurso didáctico

XXII

La puesta en práctica

Capacidad para tomar decisiones

o. Analizar alternativas en función de un problema.

p. Seleccionar alternativas en función de las restricciones planteadasen el problema, o en el contexto de enseñanza y de aprendizaje.

q. Adecuar la propuesta para la solución del problema planteado.

Mej

or

Igua

l

No

aplic

able

Otro

r. Agregue otras que considere que sus alumnos alcanzaron mejor con este recurso didáctico

XXIIII

La puesta en práctica

Capacidad de aplicar y transferir

s. Interrelacionar los datos, técnicas y procedimientos en el diseño dela solución.

t. Utilizar técnicas de representación adecuadas al equipo que seconstruye o en el ya construido que se utiliza.

u. Integrar los conocimientos científicos y tecnológicos en losmomentos pertinentes para el diseño de la solución.

v. Relacionar, ensamblar componentes en la secuencia adecuada.

w. Utilizar de manera correcta la simbología y los lenguajes propios dela tecnología (representación gráfica, simbólica, etc.).

x. Transferir conocimientos científicos y tecnológicos en otras activi-dades similares.

Mej

or

Igua

l

No

aplic

able

Otro

y. Agregue otras que considere que sus alumnos alcanzaron mejor con este recurso didáctico

Otro (Por favor, exprese aquí los comentarios que tenga, identificando el ítem con la letra quecorresponda):

XXIIIIII

La puesta en práctica

5. Documentación (Material teórico, manual de procedimientos y propuestas didácticas):

5.1. ¿Cómo calificaría los aportes del material recibido (encuadre y desarrollo teórico, y expe-riencias propuestas para el aula)?

a. Por su potencialidad didáctica (sugerencias, propuestas de trabajo en elaula, papel motivador, etc.).

b. Para sus necesidades curriculares (desarrollo de los contenidos y experien-cias previstas en su planificación).

c. Para organizar, planificar, concretar experiencias didácticas relacionadascon problemas de Educación Tecnológica.

d. Para renovar, actualizar, ampliar (subraye el que se ajusta más a su expe-riencia) los contenidos que desarrolla en su área/ disciplina.

e. Para trabajar conocimientos científicos y tecnológicos de manera asociadaa un problema tecnológico.

f. Para organizar experiencias de aprendizaje en torno a la utilización derecursos didácticos.

g. Para utilizar un recurso didáctico en el marco de experiencias didácticasorganizadas en función de la resolución de problemas.

h. Para integrar mejor contenidos científicos y tecnológicos en la soluciónde problemas de carácter tecnológico.

i. Para estimular la generación creativa de otros recursos didácticos.

MV6

V PV

Otras (Especifíquelas, por favor)

6 Escala= MV: Muy valioso / V: Valioso / PV: Poco valioso

XXIIVV

Sí OtroNo

La puesta en práctica

5.2. Manual de procedimientos para la construcción y el funcionamientodel recurso didáctico

En caso de que haya seguido los procedimientos contenidos en el Manual (ya sea para hacerun equipo igual o uno diferente al propuesto), le pedimos nos indique si:

a. ¿Pudo seguir todos los procedimientos descriptos, sin dificultad?

b. ¿La secuencia descripta le resultó la adecuada?

c. ¿La secuencia establecida le planteó alternativas según algún crite-rio (disponibilidad de los materiales, trabajo de contenidos especí-ficos, etc.)?

d. ¿La finalidad (para qué sirve) del equipo está indicada con clari-dad?

e. ¿Se establecen cuáles son los contenidos (científicos o tecnológicos)que se asocian al equipo a construir?

f. ¿Se determina la relación entre conocimientos implicados, proce-dimientos a seguir, materiales a utilizar y experiencias posibles derealizar?

g. ¿Considera que la relación anterior es pertinente (es la que corres-ponde) para la construcción que se propone?

h. ¿La descripción de los procedimientos le facilitaron la organizaciónde las experiencias de trabajo con sus alumnos?

i. ¿Pudo seguir las indicaciones para la puesta en funcionamiento?

j. ¿Todas las indicaciones para el uso son claras?

Otro (identifique con la letra que corresponda el ítem sobre el que hace observaciones)

Por favor, fundamente sus respuestas negativas o agregue los comentarios que crea pertinentes(identifique el ítem a que se refiere):

XXVV

La puesta en práctica

6. Otras características del recurso didáctico:

6.1. Constructivas (Por favor, conteste sólo si realizó el proceso de construcción). Indique siel proceso de construcción reúne las siguientes características:

a. Simplicidad.. Es sencillo de construir por parte de los alumnos.

b. Economía. Es posible hacerlo con materiales de bajo costo.

c. Compatibilidad. Todos los componentes, bloques y sistemas permiten serintegrados entre sí.

d. Acoplabilidad. Puede ser unido o combinado con otros recursos didácticos.

e. Sencillez. Permite combinar diferentes tipos de materiales (madera, cartón,plástico, otros similares).

f. Facilidad de armado y desarmado. Permite, sencillamente, realizar pruebas,correcciones, incorporación de nuevas funciones, etc.

Sí No

Si su respuesta es negativa en alguna de ellas, indique por qué (Por favor, identifique sucomentario con la letra del rasgo aludido):

XXVVII

La puesta en práctica

6.2. Técnicas (Por favor, complete tanto si construyó el equipo como si utilizó uno ya cons-truido)

a. Portabilidad. Puede ser utilizado en el taller, aula, laboratorio.

b. Modularidad. Puede ser adaptado a diversos usos; para trabajar diversos con-tenidos curriculares o para realizar diferentes experiencias didácticas; paraaprendizaje, demostraciones, análisis, etc.

c. Reutilización. Posee partes, componentes, bloques o subsistemas que puedenser desmontados para volver a su estado original, y usados en sí mismos o enforma independiente.

d. Incrementabilidad. Puede complejizarse agregando piezas o completando elsistema para mejorar su funcionalidad, rendimiento, precisión o calidad.

e. Aplicabilidad múltiple. Como sistema tecnológico, permite que usted selec-cione las variables con las que desea trabajar (algunas de las que maneja el sis-tema, todas las previstas o agregar otras).

Sí No

Si su respuesta es negativa en alguna de ellas, indique por qué, identificando su comentariocon la letra correspondiente:

XXVVIIII

La puesta en práctica

6.3. Didácticas (Por favor, complete tanto si construyó el equipo como si utilizó uno yaconstruido)

a. Congruencia. Tiene relación con los testimonios de realidad incluidos en elmódulo de capacitación.

b. Pertinencia. Los componentes, bloques funcionales y sistemas son adecuadospara el trabajo con los contenidos curriculares de la educación técnico-profe-sional.

c. Integración. Posibilita el tratamiento asociado de los conocimientos científicosy tecnológicos propuestos en el material.

d. Escalabilidad. Es posible utilizarlo con proyectos o problemas con diferentesniveles de complejidad.

e. Complejidad creciente. Las soluciones alcanzadas para una parte del proble-ma, sirven de base para las siguientes o permite que, agregando componentes,sea utilizado como solución a problemas más complejos.

f. Adaptabilidad. Permite su adaptación a soluciones diversas en torno a lasproblemáticas planteadas.

Sí No

Si su respuesta es negativa en alguna de ellas, indique por qué, identificándola con la letracorrespondiente:

XXVVIIIIII

La puesta en práctica

7. Otras características del material teórico:

¿Cómo calificaría el diseño del módulo escrito (desarrollo de contenidos científicos y tec-nológicos, y propuestas de experiencias didácticas)?

a. Formato gráfico del material (distribución del contenido, márgenes, dis-tribución de texto e imágenes, inserción de gráficos, diseño gráfico glo-bal, etc.).

b. Lenguaje utilizado (claridad, adecuación al destinatario).

c. Organización (secuencia entre cada parte).

d. Adecuación al destinatario (evidencia que se toma en cuenta que es unmaterial para ser trabajado en un ámbito escolar).

e. Pertinencia de los conocimientos científicos con las problemáticasplanteadas.

f. Pertinencia de los conocimientos tecnológicos con las problemáticasplanteadas.

g. Vinculación (pertinencia) del recurso didáctico que propone con lassituaciones didácticas planteadas.

h. Congruencia (vinculación) de los contenidos propuestos con el recursodidáctico.

i. Aporte metodológico para enriquecer sus estrategias didácticas.

j. Aporte teórico (en general) para su trabajo docente.

k. Valor motivador para el trabajo con sus alumnos.

l. Valor orientador para generar sus propios recursos didácticos.

m. Concepción innovadora para el trabajo didáctico en la educación técni-co-profesional.

MB7

B MR

Si marcó la opción “Malo”, le pedimos que nos explique por qué:

7 Escala= MB: Muy bueno / B: Bueno / R: Regular / M: Malo

XXIIXX

La puesta en práctica

8. Propuestas o nuevas ideas:

Tanto para los autores de este material, como para el CeNET como institución responsablede su elaboración y distribución, una de las finalidades más importantes es suscitar en loseducadores nuevas ideas, aplicaciones o propuestas creativas a partir de la lectura o el traba-jo con el módulo.

En función de ello, le solicitamos que nos indique:

Si a partir del módulo (contenido teórico y recurso didáctico) usted, en su calidad de(marque todas las opciones que correspondan):

a. docente a cargo de un grupo de alumnos

c. responsable de la asignatura:

b. directivo

d. lector del material

e. otro (especifique):

ha generado nuevas ideas o propuestas:

Respecto de los contenidos (independientemente del recurso didáctico):

a. Organización de su asignatura.

b. Contenidos científicos y tecnológicos (formas de asociarlos, ampliarlos,desarrollarlos, etc.)

c. Planificación de las experiencias didácticas.

d. Trabajo con resolución de problemas.

Sí No

XXXX

La puesta en práctica

Otras (Por favor, especifique en qué ámbitos ligados con los contenidos ha generado estasnuevas ideas o propuestas):

Si su respuesta fue afirmativa le pedimos que la amplíe:

XXXXII

La puesta en práctica

En relación con el recurso didáctico. Le pedimos que nos relate (libremente) las nuevas ideaso propuestas que el trabajo con este material le ha suscitado:

XXXXIIII

Sí

La puesta en práctica

No

En caso negativo, por favor, indíquenos por qué:

¿Puso en práctica alguna de estas ideas o propuestas?

¿Cuál/es?

XXXXIIIIII

Títulos en preparación de la serie “Desarrollo de contenidos”.

• Colección: Tecnología química en industrias de procesos

• El aire como materia prima

• El azufre como materia prima

• Los minerales como materia prima –bauxita y minerales de hierro

• Colección: Construcciones

• Construcción de edificios. Cómo enseñarla a través de la resoluciónde problemas

• Construcciones en hormigón armado: tecnología, diseño estructuraly dimensionamiento

• Colección: Telecomunicaciones

• Técnicas de transmisión banda base aplicadas a redes LAN y WAN

• Cálculo de enlaces alámbricos

• Colección: Materiales

• Fundamentos y ensayos en materiales metálicos

• Colección: Tecnología en herramientas

• Historial de las herramientas de corte

• Diseño y fabricación de herramientas de corte

• Colección: Electricidad, electrónica y sistemas de control

• Instalaciones eléctricas

• Familia TTL (Lógica transistor-transistor)

• Familia lógica CMOS