lunes, 21 de diciembre de 2009

Puertas lógicas CMOS

Circuitos integrados de puertas lógicas CMOS, listado de designación y funciones y disposición de patillas de los más comunes.

Puertas NOR

4000 Dos puertas NOR de 3 entradas más inversor.
4001 Cuatro puertas NOR de 2 entradas.
4002 Dos puertas NOR de 4 entradas.
4025 Tres puertas NOR de tres entradas.
4078 Puerta NOR de 8 entradas.

Puertas INVERSORAS/NO INVERSORAS

4009 Seis buffer/conversor inversor.
4010 Seis buffer/conversor no inversor.
4041 Cuatro buffer con salidas negada/sin negar.
4049 Seis buffer inversor.
4050 Seis buffer no inversor.
4069 Seis inversor.
40014 Seis inversor con disparador Schmitt.
40106 Seis inversor con disparador Schmitt.
4502 Seis inversor con entrada de habilitación y salidas en tercer estado.
4503 Seis inversor/no inversor con salidas en tercer estado.
4504 Seis inversores con selección de modo de entrada TTL/CMOS.
4584 Seis inversor con disparador Schmitt.

Puertas NAND

4011 Cuatro puertas NAND de 2 entradas.
4012 Dos puertas NAND de 4 entradas.
4023 Tres puertas NAND de 3 entradas.
4068 Puerta NAND de 8 entradas.
4093 Cuatro puertas NAND de 2 entradas con disparador Schmitt.

Puertas EXOR

4030 Cuatro puertas EXOR de 2 entradas.
4070 Cuatro puertas EXOR de 2 entradas.

Puertas OR

4071 Cuatro puertas OR de 2 entradas.
4072 Dos puertas OR de 4 entradas.
4075 Tres puertas OR de 3 entradas.

Puertas AND

4073 Tres puertas AND de 3 entradas.
4081 Cuatro puertas AND de 2 entradas.
4082 Dos puertas AND de 4 entradas.

Puertas EXNOR

4077 Cuatro puertas EXNOR de 2 entradas.

Combinaciones de puertas

4501 Dos puertas NAND de 4 entradas y una puerta OR/NOR de 2 entradas.
4506 Dos circuitos de puertas AND, OR y NOT con salidas en tercer estado.
4572 Cuatro puertas inversoras, una NOR de 2 entradas y una NAND de 2 entradas.

"Electrónica digital básica", M. Bencini Sansini, Editorial Edebé, Barcelona 1994

domingo, 20 de diciembre de 2009

Tu y el acero

¿ Qué es, ante todo, lo que diferencia a los modernos altos hornos de los antiguos hornos bajos? Las dimensiones son naturalmente lo esencial, ya que están en íntima ligazón con las instalaciones de transporte mecanizadas, pero después viene, ante todo, la temperatura. Los antiguos fabricantes de hierro no llegaban a los 1.600 o 1.700° y, por lo mismo, no obtenían de sus hornos bajos hierro líquido, sino la pasta de que con frecuencia hemos hablado. Solamente cuando, por decirlo así, por equivocación la temperatura del horno se elevaba demasiado, se les hacía el hierro líquido, lo que no les agradaba porque este hierro líquido, según las pasadas ideas, era malo y demasiado cargado de carbono para que se le pudiera forjar.

Los antiguos tiraban este hierro estropeado o lo echaban de nuevo al horno mezclado con minerales. Esto duró hasta que se dió en la idea de quitar al hierro colado (pues no otra cosa era el producto malo de los hornos bajos excesivamente calentados) el carbono o, al menos, liberarle de la mayor parte de esta mezcla no deseada, hasta que se supo obtener acero del hierro colado.

(En la anterior fotografía se puede ver que los trabajadores llevan zuecos de madera en los pies.)

Vamos, pues, juntos a una instalación siderúrgica. Nuestra primera impresión es: dimensiones como en ninguna otra rama de la industria podemos ver. Moles que hacen parecer a los hombres enanos en esta fábrica (fábrica no es la expresión justa para este conjunto de edificaciones que representan toda una ciudad de miles de hombres). Todo es aquí gigantesco los aparatos y edificaciones se elevan hacia el cielo más altos que torres de iglesia, gasómetros en los cuales la Catedral de Colonia o la plaza de Francfort tendrían cabida y además una abundancia desconcertante de máquinas, de aparatos de carga, de grúas y puentes, tubos, bastidores, carriles, conducciones de alambre, edificios grandes y pequeños... El profano se queda atónito al principio ante esta íncreible e indescriptible multiplicidad, ante este aparente caos. La fragua de Vulcano se ha convertido en un mundo y ¡ qué mundo !

Nuestro paseo comienza en el «principio». Consideraremos primeramente lo que entra en la fábrica siderúrgica, lo que devora este gigante en materias primas. Después veremos cómo las digiere y en lo que se convierten.

Las materias primas son: mineral, coque y los llamados suplementos. No necesitamos pedir a nuestro ingeniero que nos relate lo referente al mineral, porque ya lo hemos aprendido. Sabemos que el mineral es una piedra con mayor o menor contenido en hierro; sabemos que este mineral es traído de lejos en barcos, pero que también en nuestro suelo yacen en muchos puntos grandes reservas de mineral. El puerto de la instalación siderúrgica (casi todas las instalaciones están al lado del agua por consideración a los gastos de transporte que, como ya hemos dicho igualmente, son un interesantísimo problema para las grandes mercancías como minerales y combustibles) recibe grandes barcos llenos, de mineral: masas rojizas o parduzcas, algunas con tonalidades grises o verdes, unas en grandes terrones, otras más pulverizadas; según su procedencia, los minerales ofrecen un cuadro completamente distinto.

Mineral, coque, caliza, éstas son las materias de que parte el fabricante siderúrgico. En masas enormes existen estos materiales en los depósitos; de los altos hornos, en los puntos de aprovisionamiento, al pie de los altos hornos, de aquellos gigantes del fuego, que son los sucesores orgullosos de la fragua de Wieland, los hijos de los «hornos de gitanos». Aquí no se pesa el hierro por quintales, sino que se calcula por miles de toneladas. Más de mil toneladas de hierro colado produce diariamente un alto horno moderno, y si esta cifra por sí sola no da una idea imponente, hágase cuenta que es necesario un largo tren de mercancías con cincuenta grandes vagones para arrastrar esta cantidad de hierro.

Mil toneladas diariamente, pero aun con esta gigantesca cantidad no se agota, ni con mucho, la capacidad de transporte que una instalación de altos hornos ha supuesto. La producción de estas mil toneladas de hierro colado (algunos altos hornos producen ahora hasta 1.200 toneladas) requiere, según el contenido del hierro, 2.000 ó 3.000 toneladas de mineral, 900 a 1.300 de coque y algunos cientos de toneladas de caliza, por lo tanto masas con un peso de, al menos, 3.000 toneladas. ¡ Hay que mover todo esto! Allí las grúas, montacargas, tenazas y vías de transporte deben realizar un enorme trabajo, deben emplearse energías que no podrían ser suplidas por la mano del hombre. Si se quisiera mover a mano una fábrica siderúrgica, sería una idea tan grotesca como si se pretendiera vaciar el océano con una cucharilla. El transporte desempeña, por tanto, en la industria pesada un papel esencialísimo. Desde que el siderúrgico no calcula por quintales, sino por toneladas, no puede prescindir de medios de transporte mecánico de todas clases. Una instalación de altos hornos con cinco grandes hornos (las hay todavía más grandes en Alemania, como también y sobre todo en América) tiene que mover y dominar diariamente quince mil toneladas de materia prima: esto significa quince trenes de mercancías grandes y completamente llenos.

¿ Cómo se elimina el carbono (junto con otros componentes perniciosos) del hierro colado en una fábrica de acero? Lo esencial está en hacer pasar una intensa corriente de aire a través del hierro colado líquido. En esta operación se quema el carbono. El calor, simplemente en sí, de nada sirve, sino que es necesaria una continua aportación de oxígeno nuevo. Éste se lleva consigo al carbono y así, del hierro colado, se obtiene acero.

Una fundición de acero Bessemer se compone principalmente de un recipiente en forma de pera, en el cual se realiza el afinado mediante el aire. Requiérense recipientes giratorios, armatostes en forma de pera que, por medio de máquinas, se ponen en la posición precisa, o sea horizontal : se vierte dentro el hierro colado líquido y luego, en posición vertical, se le insufla el aire y, por último, se hace girar a la pera 180° y se vierte el acero.

En cuanto tenemos la retorta llena de hierro fundido, se la levanta y, en el mismo momento, se aplica entonces el aire que pasa zumbando a través del hierro colado y realiza el afinado. A través del «cuello», es decir, la abertura superior por la cual se llena la retorta, escapan ahora los gases, o sea el aire que ha pasado a través del hierro forjado, el cual lleva consigo el carbono y algunas otras partes no deseables de la composición de hierro. Cuando se termina el proceso de refinado, la retorta vuelve a ponerse de cabeza: el acero se vierte.

Todo el proceso dura aproximadamente unos veinte minutos. En este tiempo se obtienen unas tres toneladas de acero. El proceso se realiza entre fenómenos ópticos y acústicos impresionantes. Al principio se oye una especie de rumor de gárgaras como si todos los diablos del infierno tuvieran mal de garganta: el aire se abre camino a través del hierro y la oxidación que transforma el fósforo y los demás restos silícicos del hierro en ácido fosfórico, ácido silícico y otras materias (en cuya operación se produce una escoria, que se reúne en la superficie), causa un enorme ruido como todos los procesos químicos violentamente logrados que representan, en cierto modo, las catástrofes de la Naturaleza promovidas artificialmente por el hombre.

El ruido aumenta cuando el carbono, este componente del hierro colado, se oxida, esto es, cuando se combina con el oxígeno del aire. Entonces el rumor se transforma en un ruido atronador, porque en el estrecho espacio de la retorta el sonido se refleja y se multiplica. Al mismo tiempo sacude el aire salpicaduras de escoria y partículas de hierro ardiente que salen hacia arriba por el cuello del convertidor, del que sale también una antorcha gigantesca: el carbono ardiente, una lengua de fuego de enorme dimensión, que causa temor a quien contempla este espectáculo por primera vez, pero que para el fundidor de acero es la iluminación corriente de su trabajo.

Sin acero de calidad no habría síntesis de gasolina. La técnica de la hidrogenación requiere recipientes, cámaras de reacción de una enorme capacidad de resistencia ; el carbón que sirve como primera materia en el proceso se enriquece con hidrógeno, se liquida en grandes tubos o cámaras de acero a inaudita presión y a grandes temperaturas, para lo que se requiere un esfuerzo del material que los aceros antiguos nunca podrían soportar. Sólo las modernas conquistas de la técnica del acero refinado han creado las bases para que la hidrogenación pueda realizarse prácticamente, y aquí tenemos de nuevo uno de los puntos de contacto del carbón y del hierro.

Podríamos estar hablando durante horas de las maravillas que este trabajo combinado del carbón y del hierro nos ha regalado. Pero, para volver lo más pronto posible al mismo hierro, habremos de ser breves. Trataremos, al menos a toda prisa, de decir algo aún del alquitrán y del coque obtenidos por destilación a baja temperatura. Hoy es norma que el carbón se someta a destilación a baja temperatura y que el alquitrán procedente de esta destilación se emplee en la síntesis de la gasolina, y el coque obtenido vaya a las fábricas de electricidad que producen la energía para todos estos trabajos. Se necesitan verdaderamente enormes cantidades de energía en las síntesis, y por ello ha sido agradable el encontrar en el coque de baja temperatura un producto utilizable aquí, sin tener que alimentar las calderas de las fábricas eléctricas con carbón «nuevo».

De esta y de parecidas maneras se llega a una sabia economía de energías y de material. Tenemos hoy grandes sindicatos que, por medio de la extracción y beneficio del carbón,
producen nitrógeno y gasolina y, al mismo tiempo, energía para grandes fábricas eléctricas, venden el gas sobrante y, en una palabra, tienen representantes en todos los ramos de la producción que no dejan ni un gramo de polvo, ni un centímetro cúbico de gas, ni un kilovatio-hora sin aprovechar, y esta técnica de la economía se perfecciona de año en año. Allí donde salga humo de una chimenea, el especialista del porvenir se encogerá de hombros desaprobando: nada debe perderse.


"Tu y el acero", Volkmar Muthesius, Editorial Labor, Barcelona 1942?

A continuación se pueden ver un par de videos de siderurgia antigua y moderna.

Robot controlado desde internet (I)

Durante este curso escolar y parte del anterior he tenido el placer de tutorizar el trabajo de investigación de Guillem Cuberes Ramos, alumno de segundo de bachillerato. El proyecto fue creciendo a partir del análisis del funcionamiento del Servidor Web "Ez Web Lynx".

Se trataba de conocer el funcionamiento de este equipo e intentar controlar algún proceso a través de la red. En base a esto el proyecto acabó siendo un vehículo que se puede hacer avanzar, girar y retroceder, moviendo los dos motores que impulsan sus ruedas. El robot incorpora una cámara de video que permite ver la parte delantera del mismo para poder maniobrarlo a distancia. También dispone de dos LEDs de gran luminosidad para poder ver en todo tipo de condiciones.

Este robot fue presentado en el certamen ROBOLOT 09, celebrado en Olot (Gerona) el pasado 18 de octubre, en donde consiguió el premio al mejor robot de características especiales.

Los microcontroladores en los electrodomésticos

En un documento técnico de la empresa NXP, perteneciente a Phillips, hemos encontrado unos diagramas de bloques relativos al uso de microcontroladores (Microcontroller), relojes de tiempo real (Real Time Clock), expansiones de entradas y salidas en el bus I2C (GPIO) y otros elementos del bus y tiristores para el control de potencia de bombas, motores y válvulas en electrodomésticos.

Esta empresa fabrica microcontroladores de 8 y 32 bits de las series 80C51, ARM7 y ARM9. Los controladores de la serie ARM llevan integrado un controlador de pantalla LCD.

El bus I2C se utiliza para la comunicación entre el microcontrolador y el reloj de tiempo real, algunos sensores, los controles manuales y los controladores de las pantallas y los indicadores luminosos.

Los microcontroladores modelo LPC2000 funcionan a 32 bits sobre una arquitectura ARM7 y operando a 72 MHz. Disponen de una memoria flash interna de 512 Kb y de memoria SRAM. Pueden utilizar los buses de comunicaciones I2C, UART, SPI y CAN. También pueden incorporar convertidores digital-analógicos y analógico-digitales de 10 bits (DAC y ADC).

A continuación se puede ver el esquema de conexión de tiristores para el control de una lavadora de tambor de eje Horizontal. Los tiristores controlan el motor del tambor, las válvulas de llenado y vaciado y el interruptor principal.

A continuación se puede ver el esquema de conexión de tiristores para el control de una lavadora de tambor de eje vertical. Los tiristores controlan el motor del tambor, las válvulas de llenado y vaciado, el motor de vaciado, el enclavamiento de la puerta y las resistencias de calefacción.

sábado, 19 de diciembre de 2009

Web Server de Dangerous Prototipes

El servidor web de "The Dangerous Prototypes" tiene el tamaño de una tarjeta de expansión de un ordenador y permite controlar procesos a través de internet y recibir informes mediante correo electrónico del estado de los sensores del sistema. Tan solo se necesita alimentación eléctrica y conexión a la red de redes.

El kit se puede comprar en Seeed Depot a un precio de 37,15 $.

El servidor está basado en un microcontrolador dsPIC33FJ128GP204 que funciona a 80MHz/40MIPS. Utiliza un controlador de red ethernet MAC/PHY ENC28J60 para una velocidad de transferencia de 10Mbps. También incorpora un alojamiento para tarjeta de memoria microSD, una memoria EEPROM de 1 Megabit, un adaptador USB FTDI232R y un controlador para el puerto USB.

En Wikipedia se puede encontrar información sobre múltiples modelos de servidores web de reducidas dimensiones.

Reloj de tiempo real PCF8563

El reloj y calendario de tiempo real, con tecnología CMOS, PCF8563 se encuentra en diferentes encapsulados, entre otros en DIP8 de 8 pines. Este componente se utiliza en teléfonos móviles, instrumentos de medida y equipos portátiles.

Este componente permite la comunicación con otros elementos a traves de un bus I2C con una velocidad máxima de transferencia de 400 Kbit/s. Proporciona información sobre el año, el mes, el día del mes y de la semana, las horas, los minutos y los segundos. Utiliza un cristal de cuarzo externo de 32,768 kHz y una alimentación eléctrica de entre 1,8 y 5,5 voltios. Incorpora funciones de alarma y cronómetro. La dirección como esclavo en el bus I2C es A3h para la lectura (read) y A2h para la escritura (write).

Diagrama de pines de los diferentes encapsulados del componente.

Se pueden programar las características de la onda cuadrada que sale por el pin CLKOUT. El valor de la frecuencia de esa onda cuadrada se guarda en la dirección 0Dh. Por defecto esta frecuencia es de 32,768 kHz, pero también se pueden seleccionar otros valores como 1.024, 32 y 1 Hz.

Diagrama de bloques del funcionamiento del reloj.

OSCI y OSCO son los puntos de conexión con el oscilador de cuarzo, INT es la salida que permite realizar interrupciones, SDA y SCL son las dos conexiones para el bus I2C, CLKOUT es la salida de reloj que genera una señal de onda cuadrada, VDD es el punto de conexión con el positivo de la fuente de alimentación y VSS la conexión con la masa.

Se pueden encontrar proyectos realizados con este reloj de tiempo real en Hack a Day y Dangerous Prototypes.

viernes, 18 de diciembre de 2009

Puertas lógicas TTL

Circuitos integrados de puertas lógicas (Serie 74XX) TTL, listado de designación y funciones y disposición de patillas de los más comunes. Los circuitos integrados TTL funcionan con una tensión de alimentación de 5 V (+/- 5%).

Puertas NAND

7400 Cuatro puertas NAND de 2 entradas.
7401 Cuatro puertas NAND de 2 entradas con salidas en colector abierto.
7403 Cuatro puertas NAND de 2 entradas con salidas en colector abierto.
7410 Tres puertas NAND de 3 entradas.
7412 Tres puertas NAND de 3 entradas con salidas en colector abierto.
7413 Dos puertas NAND de 4 entradas con disparador Schmitt.
7420 Dos puertas NAND de 4 entradas.
7422 Dos puertas NAND de 4 entradas con salidas en colector abierto.
7426 Cuatro puertas NAND de 2 entradas con salidas en colector abierto.
7430 Puerta NAND de 8 entradas.
7437 Cuatro puertas NAND de 2 entradas con buffer.
7438 Cuatro puertas NAND de 2 entradas con buffer.
7440 Dos puertas NAND de 4 entradas con buffer.
74132 Cuatro puertas NAND de 2 entradas con disparador Schmitt.
74133 Puerta NAND de 13 entradas.

Puertas NOR

7402 Cuatro puertas NOR de 2 entradas.
7427 Tres puertas NOR de 3 entradas.
7428 Cuatro puertas NOR de 2 entradas con buffer.
7433 Cuatro puertas NOR de 2 entradas con buffer y salidas en colector abierto.
74260 Dos puertas NOR de 5 entradas.

Puertas INVERSORAS/NO INVERSORAS

7404 Seis inversores.
7405 Seis inversores con salidas en colector abierto.
7406 Seis inversores buffer/excitador.
7407 Seis buffer no inversores/excitador.
7414 Seis inversores con disparador Schmitt.
7416 Seis inversor/buffer.
7417 Seis buffer no inversor/excitador.
74125 Cuatro buffer no inversor con salidas en tercer estado.
74126 Cuatro buffer no inversor con salidas en tercer estado.

Puertas AND

7408 Cuatro puertas AND de 2 entradas.
7409 Cuatro puertas AND de 2 entradas con salidas en colector abierto.
7411 Tres puertas AND de 3 entradas.
7415 Tres puertas AND de 3 entradas con salidas en colector abierto.
7421 Dos puertas AND de 4 entradas.

Puertas OR

7432 Cuatro puertas OR de 2 entradas.

Combinaciones de puertas

7451 Dos circuitos de puertas AND de 3 entradas conectadas a puerta NOR.
7454 Dos puertas AND de 2 entradas y dos de 3 entradas conectadas a puerta NOR.
7455 Dos puertas AND de 4 entradas conectadas a puerta NOR.
7464 Puertas AND de 2, 2, 3 y 4 entradas conectadas a puerta NOR.

Puertas EXOR

7486 Cuatro puertas EXOR de 2 entradas.
74136 Cuatro puertas EXOR de 2 entradas con salidas en colector abierto.
74386 Cuatro puertas EXOR de 2 entradas.

Puertas EXNOR

74266 Cuatro puertas EXNOR de 2 entradas con salidas en colector abierto.

"Electrónica digital básica", M. Bencini Sansini, Editorial Edebé, Barcelona 1994

viernes, 11 de diciembre de 2009

Alimentadores de tornillo sinfín y cangilones

Para la carga de graneles se pueden utilizar diversos mecanismos como los tornillos sinfín y las cadenas o correas con cangilones. A continuación se muestran tres ejemplos de máquinas que utilizaban estos mecanismos a principios del siglo XX.

El cargador Heinzelmann se utilizaba para cargar gravilla desde el suelo hasta los camiones que la transportaban. Estaba provisto de unos transportadores de tornillo sin fin que recogían y acumulaban los materiales delante de los cangilones. Esta máquina se componía de las siguientes partes esenciales: Un carretón, que estaba provisto de orugas para su desplazamiento, soportaba un armazón, sobre el que se apoyaba el elevador de cangilones. Un motor, que podía ser de gasolina o eléctrico y de una potencia de 10 ó 12 CV., ponía en movimiento el elevador por medio de una transmisión de cadena. El elevador volcaba los materiales sobre un transportador de cinta, montado sobre un bastidor que podía oscilar libremente en todas direcciones.

Uno de los accesorios para las instalaciones destinadas a reducir a pasta de papel la madera, en los años 20 del siglo XX, era el alimentador de pasta, tipo "Nygren". Este aparato fabricado por la empresa sueca ASM se instaló en la mayor parte de las fábricas químicas de Escandinavia, así como también en un gran número de fábricas en Alemania, Japón, Canadá, Rusia, Estonia, etc.