AMIGOS PARA SIEMPRE: Mecánica

En los últimos años la mecánica teórica y aplicada han experimentado un gran desarrollo, principalmente debido al perfeccionamiento de las computadoras y a la disponibilidad de nuevos métodos de cálculo. Es así cómo, en las naciones altamente desarrolladas, se ha llegado a que prácticamente todo producto final sea el resultado directo o indirecto de alguna aplicación computacional de los principios de la mecánica. Esta nueva disciplina combina la mecánica teórica y aplicada con los métodos numéricos y la informática. Internacionalmente se la denomina mecánica computacional.

Su corta historia es notablemente exitosa. Surgida en los años 1950 a partir de aproximaciones empíricas y teóricas poco elaboradas, su desarrollo ha motivado extensas investigaciones contando actualmente con fundamentos matemáticos sólidos. Prueba del interés que despierta es la gran cantidad de revistas especializadas que se publican internacionalmente y el número de conferencias internacionales, congresos, simposios y coloquios que se realizan sobre el tema, virtualmente cada semana.

El campo de aplicación de esta disciplina crece día a día. Las industrias manufactureras la utilizan para el análisis y diseño deestructuras y equipamiento mecánico. Tiene gran relevancia en ingeniería nuclear, puesto que para el diseño de reactores son fundamentales el análisis estructural, la mecánica de suelos, la fluido mecánica, etc. La industria automotriz mundial emplea la mecánica computacional como procedimientos habitual para el análisis de tensiones, el diseño estructural y el análisis dinámico de vehículos, utilizando también las ventajas del modelado y simulación. Los sistemas de defensa de las naciones desarrolladas dependen en gran proporción de esta disciplina, utilizada para resolver problemas aerodinámicos, de balística, estudios de penetración e impacto, ablación de metales, fractura, integridad estructural y dinámica y control de satélites. Es bien sabido que el análisis estructural de aeronaves,navíos oceánicos y sistemas de transporte ferroviario constituye un aspecto esencial de su diseño; sin embargo, su desarrollo actual hubiera sido imposible sin la participación de la mecánica computacional.

A esta lista puede agregarse el uso de la mecánica computacional para analizar modelos hidráulicos, estudios en la baja atmósfera y en el mar para predecir el clima y las corrientes marinas, como así también problemas de contaminación del aire y del agua, recuperación asistida de petróleo y gas, biomecánica, etc. La mecánica computacional es, hoy en día, una parte intrínseca de la vida diaria en las naciones industrializadas y uno de los factores que ha facilitado el elevado estándar de vida en las mismas.

Las técnicas de control de motores DC son herramientas que se utilizan para controlar la velocidad, el par y el suministro de potencia de los motores de corriente continua. El control de motores puede llevarse a cabo mediante tiristores y un conocimiento básico deelectrónica de potencia.

La mayoría de motores utilizados en la industria se conectan directamente a las líneas de distribución eléctrica, y se alimentan con corriente alterna o corriente directa. Las terminales de los devanados del motor se conectan directamente a las líneas de suministro eléctrico, y sus características de operación se mantienen inalterables, al tener una tensión de entrada constante. El motor trabaja en condiciones nominales cuando se alimenta con la tensión indicada en la placa de operación, entregando potencia constante a la carga conectada en el eje.

La naturaleza de la carga que se acopla al eje del motor define el comportamiento de esta máquina. Para el caso de una carga liviana, el motor desarrollara una velocidad relativamente alta y un par de giro bajo. Por el contrario, si se dispone de una carga pesada o difícil de mover, el motor se moverá a una velocidad menor y entregara más par, pues una mayor carga lo exige. Sin embargo, si la carga se mantiene constante, la operación del motor también se mantendrá constante, sin posibilidades de controlar la velocidad debido a que la tensión de suministro no se ve modificada.

Existen casos en la industria que requieren el manejo de las características de operación de los motores. Este control se suele hacer mediante tiristores. La combinación del motor, los tiristores de control y demás componentes electrónicos asociados son conocidos como el sistema de control de velocidad, sistema de accionamiento o sistema de excitación de motor.- ........................................................:https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Control_de_motores_CD&printable=yes

Motor DC

Un motor de corriente continua convierte la energía eléctrica en mecánica. Se compone de dos partes: el estator y el rotor.

El estator es la parte mecánica del motor donde están los polos del imán.

El rotor es la parte móvil del motor con devanado y un núcleo, al que llega la corriente a través de las escobillas.

Cuando la corriente eléctrica circula por el devanado del rotor, se crea un campo electromagnético. Este interactúa con el campo magnético del imán del estator. Esto deriva en un rechazo entre los polos del imán del estator y del rotor creando un par de fuerza donde el rotor gira en un sentido de forma permanente.

Si queremos cambiar el sentido de giro del rotor, tenemos que cambiar el sentido de la corriente que le proporcionamos al rotor; basta con invertir la polaridad de la pila o batería.

L293D

Para controlar un motor DC desde Arduino, tendremos que usar un driver para motores para proporcionarle más corriente al motor ya que las salidas del Arduino sólo dan 40mA. De esta manera, con el driver podemos alimentar el motor con una fuente de alimentación externa.

El L293D es un integrado para controlar motores DC que usa el sistema puente en H. ¿Qué es el puente en H? Es un sistema para controlar el sentido de giro de un motor DC usando cuatro transistores. En la imagen vemos que los transistores se comportan como interruptores y dependiendo que transistores conducen y cuáles no cambia la polarización del motor, y con esto el sentido de giro.

El L293D tiene dos puentes H y proporciona 600mA al motor y soporta un voltaje entre 4,5V y 36V tal y cómo pone en el datasheet.

En el datasheet también hay el esquema que vamos a usar.

Nosotros usaremos la parte de la izquierda (los diodos externos en el L293D están dentro). Cómo se aprecia en la imagen, los pins 3 y 6 son las salidas y se conectan a los bornes del motor. Y los pins 2 y 7 son las entradas donde conectaremos las salidas del Arduino. Dependiendo que valor ponemos entre los pins 2 y 7 el motor girará en un sentido o en otro.

Control velocidad a través de PWM

Hasta este punto sabemos cómo controlar el sentido de giro del motor DC a través del L293D. Pero ¿y la velocidad de giro? En este proyecto lo que haremos es controlar la velocidad y el giro del motor con un solo potenciómetro.

Para hacerlo utilizaremos el PWM (véase PWM). Sabemos que hay que atacar los pins 2 y 7 del L293D desde dos salidas del Arduino. En estas dos salidas habrá un PWM a cada una. Pero tenemos que invertir un PWM. ¿Qué quiere decir invertir? Pues que cuando en un PWM tengamos un pulso a un valor alto, en el otro PWM el mismo pulso sea valor bajo. En la imagen lo entenderemos de una manera más gráfica.