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Un relé es un dispositivo electromecánico común.

En ingeniería , la electromecánica [1] [2] [3] [4] combina procesos y procedimientos extraídos de la ingeniería eléctrica y la ingeniería mecánica . La electromecánica se centra en la interacción de los sistemas eléctricos y mecánicos en su conjunto y en cómo los dos sistemas interactúan entre sí. Este proceso es especialmente prominente en sistemas como los de máquinas eléctricas rotativas de CC o CA que pueden diseñarse y operarse para generar energía a partir de un proceso mecánico ( generador ) o usarse para impulsar un efecto mecánico ( motor ). La ingeniería eléctrica en este contexto también abarca la ingeniería electrónica .

Los dispositivos electromecánicos son aquellos que tienen procesos tanto eléctricos como mecánicos. Estrictamente hablando, un interruptor operado manualmente es un componente electromecánico debido al movimiento mecánico que causa una salida eléctrica. Aunque esto es cierto, generalmente se entiende que el término se refiere a dispositivos que involucran una señal eléctrica para crear un movimiento mecánico, o viceversa, un movimiento mecánico para crear una señal eléctrica. A menudo implican principios electromagnéticos, como en los relés , que permiten que un voltaje o corriente controle otro voltaje o corriente de circuito generalmente aislado mediante la conmutación mecánica de conjuntos de contactos y solenoides , mediante los cuales un voltaje puede activar un enlace móvil como en las válvulas solenoides.

Antes del desarrollo de la electrónica moderna, los dispositivos electromecánicos se usaban ampliamente en complicados subsistemas de piezas, incluidas máquinas de escribir eléctricas , teleimpresoras , relojes , sistemas de televisión iniciales y las primeras computadoras digitales electromecánicas . La electrónica de estado sólido ha reemplazado a la electromecánica en muchas aplicaciones.

Historia [ editar ]

El primer motor eléctrico fue inventado en 1822 por Michael Faraday . El motor se desarrolló solo un año después de que Hans Christian Ørsted descubriera que el flujo de corriente eléctrica crea un campo magnético proporcional. [5] Este primer motor era simplemente un cable parcialmente sumergido en un vaso de mercurio con un imán en la parte inferior. Cuando el cable se conectó a una batería, se creó un campo magnético y esta interacción con el campo magnético emitido por el imán hizo que el cable girara.

Diez años más tarde, Michael Faraday inventó el primer generador eléctrico. Este generador consistía en un imán que pasaba a través de una bobina de alambre e inducía una corriente que se medía con un galvanómetro. La investigación y los experimentos de Faraday sobre la electricidad son la base de la mayoría de los principios electromecánicos modernos que se conocen en la actualidad. [6]

El interés por la electromecánica surgió con la investigación sobre la comunicación a larga distancia. El rápido aumento de la producción de la Revolución Industrial dio lugar a una demanda de comunicaciones intracontinentales, lo que permitió que la electromecánica se abriera paso en el servicio público. Los relés se originaron en la telegrafía, ya que se utilizaron dispositivos electromecánicos para regenerar las señales telegráficas. El conmutador Strowger , el conmutador de panel y dispositivos similares se utilizaron ampliamente en las primeras centrales telefónicas automatizadas . Los interruptores de barra transversal se instalaron por primera vez a mediados del siglo XX en Suecia , Estados Unidos., Canadá y Gran Bretaña , y estos se extendieron rápidamente al resto del mundo.

Los sistemas electromecánicos vieron un salto masivo en el progreso de 1910 a 1945 cuando el mundo se vio sometido dos veces a una guerra global. La Primera Guerra Mundial vio un estallido de nueva electromecánica cuando todos los países utilizaron focos y radios. [7] Para la Segunda Guerra Mundial , los países habían desarrollado y centralizado sus fuerzas armadas en torno a la versatilidad y el poder de la electromecánica. Un ejemplo de estos que todavía se usan hoy en día es el alternador , que se creó para alimentar equipos militares en la década de 1950 y luego se reutilizó para automóviles en la década de 1960. Los Estados Unidos de la posguerra se beneficiaron enormemente del desarrollo de la electromecánica por parte de los militares, ya que el trabajo doméstico fue reemplazado rápidamente por sistemas electromecánicos como microondas, refrigeradores y lavadoras. LaLos sistemas de televisión electromecánicos de finales del siglo XIX tuvieron menos éxito.

Las máquinas de escribir eléctricas se desarrollaron, hasta la década de 1980, como "máquinas de escribir asistidas por motor". Contenían un solo componente eléctrico, el motor. Donde antes la pulsación de una tecla había movido directamente una barra de tipos, ahora activaba los enlaces mecánicos que dirigían la potencia mecánica del motor a la barra de tipos. Esto también fue cierto para el IBM Selectric posterior . En Bell Labs , en 1946, se desarrolló la computadora Bell Model V. Era un dispositivo basado en relés electromecánicos; los ciclos tomaron segundos. En 1968, los sistemas electromecánicos todavía estaban bajo consideración seria para una computadora de control de vuelo de aeronaves, hasta que se adoptó un dispositivo basado en electrónica de integración a gran escala en la Computadora de Datos del Aire Central .

Sistemas microelectromecánicos (MEMS) [ editar ]

Artículo principal: Sistemas microelectromecánicos
Ver también: sistemas nanoelectromecánicos

Los sistemas microelectromecánicos (MEMS) tienen sus raíces en la revolución del silicio , que se remonta a dos importantes inventos de semiconductores de silicio de 1959: el chip de circuito integrado monolítico (IC) de Robert Noyce en Fairchild Semiconductor y el MOSFET (semiconductor de óxido de metal transistor de efecto de campo, o transistor MOS) por Mohamed M. Atalla y Dawon Kahng en Bell Labs . La escala de MOSFET , la miniaturización de MOSFET en chips IC, condujo a la miniaturización de la electrónica (como predijo la ley de Moorey escala de Dennard ). Esto sentó las bases para la miniaturización de sistemas mecánicos, con el desarrollo de tecnología de micromecanizado basada en dispositivos semiconductores de silicio , ya que los ingenieros comenzaron a darse cuenta de que los chips de silicio y los MOSFET podían interactuar y comunicarse con el entorno y procesar cosas como productos químicos , movimientos y luz . Uno de los primeros sensores de presión de silicio fue micromecanizado isotrópicamente por Honeywell en 1962. [8]

Un ejemplo temprano de un dispositivo MEMS es el transistor de puerta resonante, una adaptación del MOSFET, desarrollado por Harvey C. Nathanson en 1965. [9] Durante la década de 1970 hasta principios de la de 1980, se desarrollaron varios microsensores MOSFET para medir física , parámetros químicos , biológicos y ambientales . [10] A principios del siglo XXI, se han realizado investigaciones sobre sistemas nanoelectromecánicos (NEMS).

Práctica moderna [ editar ]

Hoy en día, los procesos electromecánicos son utilizados principalmente por empresas eléctricas. Todos los generadores a base de combustible convierten el movimiento mecánico en energía eléctrica. Algunas energías renovables, como la eólica y la hidroeléctrica , funcionan con sistemas mecánicos que también convierten el movimiento en electricidad.

En los últimos treinta años del siglo XX, los equipos que generalmente habrían utilizado dispositivos electromecánicos se volvieron menos costosos. Este equipo se volvió más barato porque utilizaba circuitos de microcontroladores integrados más fiables que contenían en última instancia unos pocos millones de transistores, y un programa para realizar la misma tarea a través de la lógica. Con los componentes electromecánicos solo había partes móviles, como actuadores mecánicos eléctricos. Esta lógica más confiable ha reemplazado a la mayoría de los dispositivos electromecánicos, porque cualquier punto en un sistema que deba depender del movimiento mecánico para un funcionamiento adecuado tendrá inevitablemente desgaste mecánico y eventualmente fallará. Los circuitos electrónicos correctamente diseñados sin partes móviles continuarán funcionando correctamente casi indefinidamente y se utilizan en la mayoría de los sistemas de control de retroalimentación simples. Los circuitos sin partes móviles aparecen en una gran cantidad de elementos, desde los semáforos hasta las lavadoras .

Otro dispositivo electromecánico son los dispositivos piezoeléctricos , pero no utilizan principios electromagnéticos. Los dispositivos piezoeléctricos pueden crear sonido o vibración a partir de una señal eléctrica o crear una señal eléctrica a partir de sonido o vibración mecánica.

Para convertirse en un ingeniero electromecánico, los cursos universitarios típicos incluyen matemáticas, ingeniería, ciencias de la computación, diseño de máquinas y otras clases de automoción que ayudan a adquirir habilidades en la resolución de problemas y el análisis de problemas con las máquinas. Para ser ingeniero electromecánico se requiere una licenciatura, generalmente en ingeniería eléctrica, mecánica o electromecánica. En abril de 2018, solo dos universidades, la Universidad Tecnológica de Michigan y el Instituto de Tecnología Wentworth , ofrecen la especialización en ingeniería electromecánica. Para ingresar al campo electromecánico como técnico de nivel de entrada, un título asociativo es todo lo que se requiere.

A partir de 2016, aproximadamente 13,800 personas trabajan como técnicos electromecánicos en los EE. UU. La perspectiva de empleo para los técnicos de 2016 a 2026 es de un crecimiento del 4%, lo que equivale a un cambio de empleo de 500 puestos. Esta perspectiva es más lenta que la media. [11]

Ver también [ editar ]

Referencias [ editar ]

Citas
  1. ^ Curso de electromecánica , para estudiantes de ingeniería eléctrica, primer trimestre del año 3d, Universidad de Columbia, adaptado de "Electricidad y magnetismo" del Prof. FE Nipher. Por Fitzhugh Townsend . 1901.
  2. ^ Szolc T .; Konowrocki R .; Michajłow M .; Pregowska A. (2014). "Una investigación de los efectos del acoplamiento electromecánico dinámico en sistemas de accionamiento de máquinas accionados por motores asíncronos". Sistemas mecánicos y procesamiento de señales . Sistemas mecánicos y procesamiento de señales, Vol.49, pp.118-134. 49 (1-2): 118-134. Código Bibliográfico : 2014MSSP ... 49..118S . doi : 10.1016 / j.ymssp.2014.04.004 .
  3. ^ Los elementos de la electricidad , "Parte V. Electromecánica ". Por Wirt Robinson . John Wiley & Sons, Incorporated, 1922.
  4. ^ Konowrocki R .; Szolc T .; Pochanke A .; Pregowska A. (2016). "Influencia del control del motor paso a paso y modelos de fricción en el posicionamiento preciso del complejo sistema mecánico". Sistemas mecánicos y procesamiento de señales . Sistemas mecánicos y procesamiento de señales, Vol.70-71, pp.397-413. 70–71: 397–413. Código bibliográfico : 2016MSSP ... 70..397K . doi : 10.1016 / j.ymssp.2015.09.030 . ISSN 0888-3270 . 
  5. ^ "Aparato de rotación magnética eléctrica de Michael Faraday (motor)" . Consultado el 14 de abril de 2018 .
  6. ^ "Generador de Michael Faraday" . Consultado el 14 de abril de 2018 .
  7. ^ "Primera Guerra Mundial: tecnología y armas de guerra | NCpedia" . www.ncpedia.org . Consultado el 22 de abril de 2018 .
  8. ^ Rai-Choudhury, P. (2000). Tecnología y aplicaciones MEMS y MOEMS . SPIE Press . págs. ix, 3. ISBN 9780819437167.
  9. ^ Nathanson HC, Wickstrom RA (1965). "Un transistor de superficie de silicio de puerta resonante con propiedades de paso de banda de alta calidad". Apl. Phys. Letón. 7 (4): 84–86. Código Bibliográfico : 1965ApPhL ... 7 ... 84N . doi : 10.1063 / 1.1754323 .
  10. ^ Bergveld, Piet (octubre de 1985). "El impacto de los sensores basados ​​en MOSFET" (PDF) . Sensores y actuadores . 8 (2): 109-127. Código bibliográfico : 1985SeAc .... 8..109B . doi : 10.1016 / 0250-6874 (85) 87009-8 . ISSN 0250-6874 .  
  11. ^ Oficina de estadísticas laborales, Departamento de trabajo de EE. UU., Manual de perspectivas laborales, técnicos electromecánicos, en Internet en http://www.bls.gov/ooh/architecture-and-engineering/electro-mechanical-technicians.htm ( visitado el 13 de abril de 2018).
Fuentes
  • Davim, J. Paulo, editor (2011) Mecatrónica , John Wiley & Sons ISBN 978-1-84821-308-1 . 
  • Furlani, Edward P. (15 de agosto de 2001). Dispositivos de imanes permanentes y electromecánicos: materiales, análisis y aplicaciones . Ciclo de Prensa Académica en Electromagnetismo. San Diego: Prensa académica . ISBN 978-0-12-269951-1. OCLC  47726317 .
  • Krause, Paul C .; Wasynczuk, Oleg (1989). Dispositivos de movimiento electromecánico . Serie McGraw-Hill en Ingeniería Eléctrica e Informática. Nueva York: McGraw-Hill . ISBN 978-0-07-035494-4. OCLC  18224514 .
  • Szolc T., Konowrocki R., Michajlow M., Pregowska A., Una investigación de los efectos de acoplamiento electromecánico dinámico en sistemas de accionamiento de máquinas impulsados ​​por motores asíncronos, sistemas mecánicos y procesamiento de señales, ISSN 0888-3270 , Vol.49, pp. 118-134, 2014 
  • "Primera Guerra Mundial: tecnología y armas de guerra | NCpedia". www.ncpedia.org . Consultado el 22 de abril de 2018.

Lectura adicional [ editar ]

  • Un primer curso de electromecánica. Por Hugh Hildreth Skilling . Wiley, 1960.
  • Electromecánica: un primer curso en conversión de energía electromecánica, Volumen 1. Por Hugh Hildreth Skilling . RE Krieger Pub. Co., 1 de enero de 1979.
  • Electromecánica y maquinaria eléctrica. Por JF Lindsay , MH Rashid . Prentice-Hall, 1986.
  • Dispositivos de movimiento electromecánico. Por Hi-Dong Chai . Prentice Hall PTR, 1998.
  • Mecatrónica: Electromecánica y Contromecánica. Por Denny K. Miu . Springer London, Limited, 2011.