El transistor como elemento de circuito

El transistor como elemento de circuito.

1.1) Características funcionales del transistor bipolar.

	El transistor bipolar (conocido universalmente con la simple denominación de transistor) es un elemento de circuito de tres terminales que puede cumplir funciones de amplificador (ope- ración lineal) o llave (operación en la zona de corte y saturación) Fig. 1.- Símbolos del transistor bipolar. a) transistor NPN b) transistor PNP
	La Fig. 1 muestra el símbolo de los dos tipos de transistores actualmente en uso: Esta clasificación es válida tanto para los transistores de Germanio como para los transistores de silicio. El comportamiento del transistor puede analizarse tomando en consideración sus características de entrada (terminales base- emisor) y sus características de salida (con- trol ejercido sobre los terminales colector- emisor por el circuito de entrada) Fig. 2 - Características de entrada.
1-2) Características de entrada: terminales base-emisor. Desde el punto de vista de su funcionamiento eléctrico, los terminales base-emisor se asimilan a un diodo (Fig. 2) La diferencia entre el transistor NPN y PNP reside en el sentido de conducción, simbolizado por la flecha dibujada en el emisor. Por razones puramente convencionales se ha adoptado el sentido de circulación de la corriente desde los puntos del circuito con polaridad positiva hacia los puntos de polaridad negativa. Por lo expuesto, es evidente que los terminales de entrada del transistor conduci- rán solamente cuando la polaridad de los potenciales aplicados corresponda a la polaridad del diodo base-emisor. 1-3) Características de salida: efecto de control base-colector.

	Para estudiar el efecto de control del circuito de entrada sobre la salida del transistor nos referi- remos al esquema de la Fig. 3. Aplicando una fuente de tensión de polaridad adecuada a los terminales base-emisor, circulará una corriente IB, determinada por la ten- sión de alimentación, la resistencia RB y la resis- tencia propia del diodo (en general esta resisten- cia será reducida por tratarse de un diodo polarizado en su sentido de conducción)
Fig. 3 - Características de salida. Midiendo la corriente que circula por los terminales colector-emisor, se observa que IC depende en forma directa de la corriente IB: a)si no circula corriente por el circuito base-emisor (fuente VBB desconectada), tampoco circula corriente por colector-ernisor. (corriente IC prácticamente nula). b)Todo aumento (o disminución) de la corriente IB se traduce como un aumento (o disminución) de la corriente IC. Admitiendo una imprecisión no excesiva, se puede afirmar que existe una relación proporcional entre la corriente de base (IB) y la corriente de colector (IC) Por otra parte, también se observa que valores pequeños de corriente en base (IB) producen una circulación de corriente en colector (IC) apreciablemente mayor. Por ejemplo, en un transistor de baja potencia, una corriente de base de 0,1 mA produce una circulación en colector de 10 mA. Esta característica de control entrada-salida se especifica por medio de la relación entre el efecto (IC) y la causa (IB) (Componentes de corriente continua), denomi- nada Ganancia de corriente continua: Ganancia de corriente continua hFE = Ic / Ib
1-4) Funcionamiento con señales alternas. Dado que la entrada del transistor es un diodo, no es conveniente aplicar directa- mente una señal alterna a los terminales base-emisor, la circulación de corriente se producirá en un solo sentido (semi-ciclo de polaridad correcta del diodo), lo que implica que el transistor permanecerá inactivo durante el semi-ciclo correspondien- te a la polaridad inversa del diodo (corriente de base nula). Esto, se soluciona superponiendo la señal alterna (VCA) al circuito de continua, tal como se muestra en la Fig. 4.

La presencia simultánea de una fuente de tensión continua y una fuente de tensión alterna hará que circulen por la base las corrientes IB (continua) a ib (alterna) las que, a su vez, producirán una circulación de corriente en colec- tor continua(IC) y alterna (ic) Fig. 4 - Operación del transistor en alterna. El circuito de conti- nua que permite la reproducción com- pleta de la señal alterna en colector se denomina circui- to de polarización.

La relación entre ic a ib se especifica como ganancia de corriente alterna, simbolizándose como beta, hfe ó h21. Ganancia de corriente alterna o hfe; h21 = ic / ib La diferenciación entre ganancia de corriente continua y ganancia de corriente alterna se debe a que la proporcionalidad entre Ic a Ib no es estricta (alinealidad del transistor).

	Por esta causa, la relación entre las corrientes alternas superpuestas (tratán- dose de señales de poca amplitud) de- pende en cierta medi- da de IB (ó Ie). En otras palabras, la ganancia de corriente alterna h21 varía, dentro de ciertos límites, de acuerdo a las corrientes de polarización. Otra forma de espe- cificar el efecto de control entrada-salida consiste en relacio- nar la corriente alterna de salida (ic) con la tensión alterna aplicada entre base y emisor (Fig. 5); esta relación se denomina tras-conductancia y se simboliza como yfe ó y21 (si bien en algunos casos también se utiliza gfe ó g21).
	Tras-conductancia (yfe; y21) = ic / vb Fig. 5 – Trasconductancia.
Resumiendo, el transistor bipolar es un elemento de circuito que admite un control sobre los terminales de salida que depende de la señal aplicada a su entrada. Este con- trol se realiza por circulación de corriente en base, lo que implica un comportamiento distinto a las válvulas termoiónicas. El control inverso, o sea el efecto de la salida sobre la entrada, puede considerar- se mínimo en primera aproximación (especialmente en los transistores de silicio modernos), lo que equivale a decir que el transistor es un componente controlado en forma unidireccional. Más adelante se verá que en los circuitos de frecuencia elevada se recurre a ciertos métodos de neutralización para que esta unidireccional sea aun mayor. 1-5) El transistor bipolar como amplificador de tensión.

Fig 6 - Amplificación de tensión Si se intercala una carga en el circuito de colector (por ejemplo, un resistor o un circuito resonante), la corriente alterna de salida ic producirá una caída de tensión vc La relación entre esta tensión y la tensión de entrada vb será la ganancia de tensión o amplificación del circuito (Fig. 6)

La amplificación de tensión puede calcularse muy simplemente partiendo de la tras- conductancia, utilizando el siguiente razonamiento: a) La corriente is está determinada por el producto de la tensión de entrada vb y la tras-conductancia yfe ic = vb * yfe Por ejemplo: Un transistor dado tiene una tras-conductancia de 40 mA/V. (lo que equivale a decir que circularán 40 mA por colector si se aplicara una tensión de 1V entre base y emisor). Si la señal de entrada real vb es de 0,1 V, la corriente de colector será 4 mA b) La caída de tensión sobre la carga valdrá vs = ic * R Si reemplazamos ic por la fórmula anterior tendremos, vs = vb * yfe * R

Fig. 7 - Cálculo de la amplificación Por ejemplo: Si la resisten- cia de colector del caso previo es de 1.000 ohms, la corriente de 4 mA producirá una caída de tensión de 4V, c) La relación entre vs y vb (ganancia de tensión) será: Amplificación de tensión A = Vs / Vb = yfe . R Por ejemplo: La ganancia de tensión del amplificador propuesto será la relación entre vs = 4 V y vb = 0,1 V, o sea 40 veces.

Este resultado se obtiene también por el producto de la tras-conductancia yfe = 40 mA/V y la resistencia de 1.000 ohms. Para que las unidades sean coherentes (volts, amperes y ohms), la tras- conductancia debe expresarse como 0,04 A/V. El producto será: Amplificación = 0,04 X 1.000 = 40 La amplificación también se puede calcular partiendo de la ganancia de corriente hfe, pero en este caso debe tomarse en consideración la resistencia que presenta el transistor entre base y emisor (Fig. 7). Esta resistencia suele indicarse con el símbolo hie ó h11. a) la corriente de base queda determinada por la tensión de entrada Vb y la resis- tencia de base h11, ib = vb / h11 Por ejemplo: Suponiendo que se aplica 0,1 V entre base y emisor, y que la resis- tencia de entrada h11 vale 5.000 ohms, la corriente de base será ib = 0,02 mA. b) la corriente de colector será hfe veces mayor que la corriente de base: ic = ib * hfe Por ejemplo: Si la ganancia de corriente del transistor es hfe = 200, una corriente de base ib = 0,02 mA hará circular una corriente en colector ic = 0,02 x 200 = 4 mA. c) siguiendo el mismo razonamiento que en el primer caso, la tensión de colector será: vs = ic * R d) reemplazando el valor de ic por la fórmula anterior: Vs = ib * hfe * R e) dado que la corriente ib depende de vb y la resistencia h11, la tensión de salida será: vs = (vb / h11) * hfe * R f) en definitiva, la relación entre vs y vb estará determinada por la fórmula: Amplificación de tensión = vs / vb = (hfe / h11) * R Por ejemplo: siendo hfe = 200; h11 = 5.000 ohms; R = 1.000 ohms, la amplificación valdrá: Amplificación = (200 / 5000) * 1.000 = 40 Comparando ambas fórmulas de amplificación, puede observarse que la tras- conductancia yfe es igual a la relación hfe/ h11. 1-6) Circuitos de polarización: criterios básicos.

De acuerdo a lo visto (Fig. 4), las tensiones y corrientes continuas actúan a modo de soporte de la señal alterna. Un análisis simplificado de la salida del amplificador con carga resistiva (Fig. 8) permite las siguientes conclusiones:

Fig. 8 - Polarización. a) Para un aprovechamiento razonable del transistor, es conveniente que la tensión de alimentación Vcc se distribuya por partes iguales entre la carga (R) y el transistor (colector/ emisor). De esta manera, las variaciones de corriente ic (alterna) producirán fluctuaciones de tensión sobre el resistor en forma simétrica alrede- dor de 1/2 Vcc. Esto no es muy importante cuando las señales amplificadas son reducidas, pero puede serlo cuando se opera con señales de alto nivel. b) La corriente continua de colector del transistor, en consecuencia, deberá valer aproximadamente: Ic = (1/2 * Vcc) / R c) Polarizar la base del transistor significará aplicar en el circuito base-emisor una corriente continua IB capaz de hacer circular por colector la corriente IC especifi- cada en el párrafo anterior. Cuando la carga no es un resistor sino, por ejemplo, un circuito resonante (inductor y capacitor en paralelo), la resistencia de la bobina es prácticamente nula. En es- tas condiciones no se emplea el mismo criterio, dado que la caída de tensión sobre el inductor será prácticamente nula (toda la tensión Vcc queda aplicada al colector) Para este tipo de circuito (amplificador de radiofrecuencia), se busca en general que la corriente le corresponda a un alto valor de trans-conductancia del transistor (alta ganancia). En definitiva, tanto en el caso de carga resistiva como en este último, la polariza- ción de base busca fijar una determinada corriente de colector. 1-7) Polarización fija. El circuito de la Fig. 9 muestra la solución más elemental al problema. Por ejem- plo: se requiere que la corriente de colector sea ic = 10 mA; la tensión Vcc vale 10 V y la ganancia de corriente del transistor es hFE = 100.

Fig. 9 - Polarización fija. La corriente de base necesaria será 10 mA/ 100, o sea 0,1 mA. Despreciando la resistencia base-emisor (diodo en senti- do de conducción), la corriente del circui- to de entrada queda determinada por el resistor Rb y la tensión de la fuente Vcc. El valor del resistor será: RB = (10V / 0,1mA) = 100.000 ohms

La señal alterna se introduce a la base por medio de un capacitor C: el capacitor es un circuito abierto para continua (no afecta la polarización), siendo a su vez un camino franco para alterna. 1-8) Autopolarización. En el circuito de polarización fija, la corriente de base depende casi totalmente de RB, o sea que tendrá un valor constante sea cual sea el transistor conectado al circuito. Este es un inconveniente a causa de la disparidad de ganancia entre tran- sistores aun del mismo tipo: las diferencias pueden alcanzar variaciones mayores que el 100%. Conectando un transistor de ganancia hFE = 300, la corriente de colector del caso anterior pasaría a valer 30 mA, apartándose mucho de lo espera- do. Para reducir este efecto, se recurre al circuito de la Fig.10 (auto-polarización). En lugar de alimentar la base desde Vcc, el resistor RB se conecta al colector (que teóricamente debería encontrarse a un potencial 1/2 * Vcc, o sea que RB también debe valer la mitad).

	Fig. 10 – Auto-polarización Al conectar un transistor de mayor ganan- cia, la corriente de colector tiende a au- mentar. Este aumento hace que la caída de tensión sobre R sea mayor o, en otras palabras, que la tensión de colector dismi- nuya. Al bajar la tensión de alimentación de RB (tensión de colector), disminuye lógicamente la corriente IB, tendiendo a hacer disminuir la corriente de colector IC, compensando así el incremento originado por el transistor. Si bien esta auto-com- pensación no es perfecta, permite que la corriente Ic se mantenga dentro de lími- tes razonables, aún empleando transistores de ganancias dispares.
	1-9 ) Polarización con resistor en emisor. Fig. 11 - Polarización por resistor en emisor. El método de auto-polarización puede emplearse cuando la carga de colector es resistiva. Esto no es válido, por ejemplo, en los amplificadores de radiofrecuencia, cuya carga es un circuito resonante. Dado que la resistencia de la bobina es muy pequeña, la tensión de colector será prácticamente igual a la de la fuente (Vcc); esto hace que el efecto compensador no exista
(la tensión de colector permanece invariable prácticamente para cualquier valor de corriente IC). Un circuito que permite prescindir del tipo de carga de colector y de la ganancia de los transistores que se utilicen es el de la Fig. 11. El divisor resistivo R1, R2 fijan un determinado potencial entre base y masa. El valor de los resistores se adopta de manera que la corriente I1, sea mucho mayor que IB. Así, la caída de tensión producida por la corriente de base es des- preciable con respecto de la caída de tensión causada por I1: la tensión base- masa dependerá así de R1 - R2 y muy poco del transistor. La tensión Ve es aproximadamente igual a Vb, salvo la pequeña caída de tensión sobre el diodo base-emisor (diodo polarizado en sentido de conducción) Es evidente que esta tensión será producida por la corriente de emisor (que es muy similar a Ic) al circular por el resistor Re. La estabilización de la corriente de colector se obtiene de la siguiente manera: a) Aumento de corriente IC: Al aumentar la corriente, sube la tensión Vb (mayor caída de tensión sobre Re) Si Ve es ligeramente mayor que Vb, el diodo base- emisor queda polarizado en sentido inverso y la corriente de base se anula. Esto sería un contrasentido ya que al no circular Ib tampoco circulará Ic, lo que se opone a la hipótesis previa de que Ic había aumentado. Se establece así que Ic debe tener un valor tal que Ve sea, porlo menos, ligeramente inferior a Vb. b) Disminución de corriente Ic: al disminuir la corriente, disminuye también Ve. De esta manera, sobre el diodo base-emisor queda aplicada una diferencia de poten- cial importante (Vb es bastante mayor que Ve). Por tratarse de un diodo polarizado en su sentido de conducción, la corriente Ib aumentaría apreciablemente, produ- ciendo a su vez un gran aumento de Ic. Nos encontramos nuevamente con una contradicción, ya que esto se opone a la hipótesis original de la disminución de Ic. En otras palabras: la corriente Ic debe tomar un valor tal que la tensión Ve no sea muy inferior a Vb. Para resumir, afirmaremos que la tensión Ve no debe apartarse mucho del valor prefijado entre base y masa (Vb), lo que implica que la corriente Ic tendrá un valor determinado: el transistor acomoda su comportamiento para que esto suceda, prescindiendo de su ganancia o del circuito de colector (todo depende de la entra- da y del resistor Re). 1-10) Configuraciones circuitales básicas: emisor, base y colector común. Dado que el transistor es un componente de tres terminales, es obvio que uno de ellos deberá formar parte tanto de la entrada como de la salida del amplificador. Por ejemplo, en la Fig. 6, la tensión de entrada se aplica entre base y emisor, y la tensión amplificada se obtiene entre colector y emisor. Esta configuración se deno- mina amplificador con emisor común, y es el circuito más utilizado por su alta ga- nancia de tensión (Fig. 12 a)

Fig. 12 - Configuraciones circuitales básicas. a) Emisor común; b) Base común; c) Colector común.

No obstante, existen otras configuraciones que suelen emplearse en etapas que cumplen funciones especiales: a)Amplificador con base común (Fig. 12b) la ganancia de tensión de esta configu- ración es similar al caso de emisor común, pero su impedancia de entrada es muy inferior. Este circuito se reserva generalmente para frecuencias elevadas o para combinaciones de varios transistores (circuitos integrados), donde la no-inversión de señal juega un papel importante. b)Amplificador con colector común (seguidor emisivo: Fig. 12 c): la ganancia de tensión de esta configuración es prácticamente igual a 1 (entrada y salida de igual amplitud y fase) Su ventaja fundamental reside en una elevada impedancia de en- trada y una muy baja impedancia de salida, utilizándose por esta causa como adap- tador entre etapas de impedancias dispares. 1-11) El transistor operando como llave. En la técnica de circuitos de pulsos (profusamente empleada en televisión), el tran- sistor no opera como un simple amplificador. En estos casos su comportamiento se asimila a una llave comandada electrónicamente: el equivalente eléctrico más próxi- mo sería un relevador. Los dos casos posibles de operación serán: a) El transistor como llave abierta (Fig. 13 a): si la corriente de base es nula, la corriente de colector será prácticamente cero (transistor al corte). b) El transis- tor como llave cerrada (transistor saturado). A medida que se aumenta la corriente de base (Fig. 13b), se incrementa conse- cuentemente la corriente de colector.

Fig. 13 – a) Transistor al corte; b) transistor saturado. La caída de tensión sobre R aumenta hasta el límite en el cual casi toda la tensión de fuente queda aplicada a sus extremos (la tensión colector-emisor se aproxima a cero: el transistor aparece así como un cortocircuito) Si se sigue aumentando la corriente de base, la corriente de colector no puede aumentar más, dado que el

circuito de salida depende de la tensión Vcc y del resistor R. Esta condición de funcionamiento suele denominarse estado de saturación del transistor. En ambos casos (transistor al corte o saturado), la potencia disipada entre colec- tor y emisor es mínima: el primer caso (llave abierta) es obvio, ya que no circula corriente; el segundo (llave cerrada), si bien implica una circulación de corriente máxima, coincide con una tensión colector-emisor cercana a cero (el producto de la tensión por la corriente es reducido). Por otra parte, la potencia de comando (entrada del transistor) es pequeña compa- rada con la potencia comandada a la salida, a causa de la ganancia de corriente del transistor. 1-12 ) El transistor de efecto de campo (TEC o FET): características funcionales. La diferencia fundamental entre el transistor bipolar y el TEC reside en que el tran- sistor bipolar es controlado por corriente (párrafo 1-3), mientras que el TEC es controlado por tensión (este tipo de transistor es asimilable a un pentodo, salvo en lo que respecta a tensiones máximas de funcionamiento)

	La Fig. 14 muestra las características de entrada y salida de los dos tipos actualmente en uso (TEC) canal N y TEC canal P) La teoría general de su aplicación como elemento de circuito (amplificación, polarización, etc.) es idéntica a la del pentodo, pudiéndose recurrir a la abundante bibliografía que trata el tema para una mayor profundización sobre el particular. Fig. 14 - Transistor de efecto de campo (TEC). 1-13 ) El transistor de efecto de campo con compuerta aislada (MOS) El transistor MOS es otro elemento controlable por tensión; la diferencia con el TEC reside en que la entrada está totalmente aislada (no es un diodo polarizado en sentido inverso, tal como ocurre en el TEC o en el pentodo)
Fig. 15 — Transistor MOS, a)Entrada; b)salida	Su operación como amplificador es asimilable al TEC, si bien los circuitos de polarización pueden diferir un poco. Esto se debe a que la
compuerta suele requerir un potencial de continua de polaridad opuesta al caso del TEC (por ejemplo, el TEC de canal N se polariza con tensión negativa, mientras que ciertos tipos de MOS se polarizan con ten- sión positiva) La Fig. 15 resume las principales características del transistor MOS.

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Construcción de un secador solar de frutas y verduras

La utilización de un secador solar proporciona varias ventajas desde el punto de vista práctico y económico. Si se cuenta con un medio para conservar los alimentos, el desperdicio que se puede tener a causa de una sobreproducción se ve reducido; se pueden comprar productos en temporada, cuando son más baratos, y conservarlos deshidratados para utilizarlos cuando estén fuera de época; deshidratando frutas se pueden obtener golosinas nutritivas, saludables y económicas evitando el consumo de productos chatarra. Desde el punto de vista de una sociedad igualitaria este proyecto fomenta el trabajo en equipo, mejora la alimentación y la economía, y reduce el consumismo de productos chatarra o embasados por empresas transnacionales, las cuales utilizan una gran cantidad de conservadores. Además, se promueve el consumo de los productos de la zona y se ayuda a los productores a mejorar el aprovechamiento de sus cosechas. Este tipo de proyectos fortalece la cohesión de grupos y propicia una mayor relación entre productores e instituciones educativas que pudiesen apoyar en el mejoramiento de los diseños, fomentando la colaboración y solidaridad de estudiantes con las iniciativas ciudadanas. Una vez que seleccionamos el tema, el siguiente paso consistió en definir lo mejor posible las características del proyecto, para lograrlo realizamos una búsqueda de información sobre diferentes tipos de secadores solares y su principio de funcionamiento. Esta búsqueda se hizo en internet y preguntando a amigos y conocidos que conocían del tema. Encontramos que a nuestro alrededor existen personas con conocimientos especializados que nos pueden ayudar, siendo indispensable que nosotros tengamos claro qué es lo que deseamos hacer, es decir, saber preguntar. Finalmente, se elaboró un diseño preliminar del secador, esto nos permitió identificar los componentes principales del secador solar. Estos componentes se describen en la siguiente sección, pero básicamente son el colector solar y la cámara de secado. Uno de los requerimientos del proyecto es aprovechar al máximo los objetos que podamos encontrar en nuestro entorno cercano y reutilizarlos. Considerando esto y comprendiendo las características de los componentes principales de secador, nos dimos a la tarea de buscar objetos que pudiésemos utilizar para construir el colector solar y la cámara de secado. Buscamos en nuestras casas y en varios tianguis donde venden objetos de segunda mano. Encontramos los dos elementos, uno en casa, un intento fallido de “jardín Zen” que podríamos utilizarlo como colector solar y en un tianguis encontrarnos una caja que utilizaban para guardar pequeñas cosas, esta sería la cámara de secado. Ambos componentes se muestran en la siguiente imagen:

Posteriormente, el grupo se reunió para discutir la forma como construiríamos el secador solar a partir de los objetos a reutilizar. Se presentaban varios problemas a resolver: (a) armar el colector solar, (b) armar la cámara de secado (c) Ensamblado de la cámara de secado y el colector solar (d) ubicar las perforaciones para el flujo de aire. La actividad de resolución de problemas promueve la colaboración y la identificación al interior del grupo de trabajo. Asimismo, se descubren la habilidades de cada uno de los participantes, está es la parte que consideramos más gratificante de la experiencia, donde se fortalece el respeto y la conciencia de equipo entre los participantes. Es importante hacer énfasis en que para poder llevar a cabo esta actividad de resolución de problemas es indispensable que los integrantes del grupo se haya preparado en el tema, coincidan y comprendan los objetivos del proyecto y que exista compromiso con el grupo. Finalmente, pusimos manos a la obra. Nosotros mismos nos sorprendimos de que pudimos armar nuestro primer secador solar en un solo día. Una vez armado el secador procedimos a probarlo con algunas frutas: manzana y plátano así como jitomate cherry. Posteriormente nos reunimos para intercambiar comentarios y observaciones sobre el producto terminado y la dinámica de trabajo. En esta etapa, nuevamente surge la colaboración al identificar de manera grupal algunos aspectos por mejorar. Principio de Funcionamiento El secador solar elimina la humedad de los alimentos por medio de absorción de la humedad al circular un flujo de aire caliente a través de los alimentos. Existen varios tipos de secadores solares, el que nosotros implementamos es de tipo indirecto, donde el colector solar y la cámara de secado están separados. Su principio de funcionamiento es el siguiente: el aire entra a temperatura ambiente al colector solar y es calentado en él por efecto invernadero, una vez calentado el aire en el colector éste tiende a circular por efecto de una diferencia de presión, circulando hacia la cámara de secado, el aire caliente con la humedad extraída de los alimentos es expulsado por una chimenea, este proceso continúa cíclicamente mientras el colector solar se encuentre expuesto a la radiación solar. En la siguiente figura se pueden este principio de funcionamiento y los dos principales componentes del secador solar.

Colector Solar Utilizamos un colector solar del tipo de colector plano, su función es calentar el aire dentro de una caja cubierta con un vidrio, en la cual se incrementa la temperatura del aire que se encuentra en su interior como resultado del efecto invernadero. Para mejorar el aprovechamiento de la captación de calor, el fondo de la caja se pinta de color negro mate. El colector debe colocarse inclinado y requiere que en la parte inferior tenga una entrada de aire a temperatura ambiente, en la parte superior debe tener una salida para emisión del aire caliente hacía la cámara de secado. Cámara de secado La cámara de secado consiste de una caja cerrada dentro de la cual se colocan charolas con rejillas que permiten el flujo de aire caliente a través de los alimentos. Su función es el secado de los alimentos, este secado se lleva a cabo por circulación del aire caliente proveniente del colector solar. Al ser una cámara cerrada impide la exposición directa de los alimentos a la radiación solar, favoreciendo la conservación de las propiedades nutritiva de los alimentos. Para la salida del aire caliente con la humedad extraída de los alimento se instala una chimenea en la cámara de secado. Construcción. Como se mencionó anteriormente, uno de los requerimientos del proyecto es la construcción del secador solar utilizando componentes de reuso. La forma como se construyeron los dos principales componentes se describe a continuación. Colector solar. Utilizamos una caja de madera que había servido para construir un jardín zen, por lo que tenía algunas divisiones de madera que hubo que eliminar. Una vez retiradas las separaciones cubrimos el fondo con una bolsa de plástico negro. Para la entrada de aire se realizaron seis perforaciones en el frente y para evitar la entrada de insectos se coloco en ellos tela de alambre. Para mantener más tiempo el calor en el colector, colocamos algunas piezas de carbón, los travesaños de madera que se aprecian en la tercera y cuarta imagen se colocaron para mejorar el fijado de la cubierta plástica y para evitar que el carbón que colocamos se deslice, dado que el colector tendrá una posición inclinada. Finalmente, colocamos una cubierta de acrílico transparente. El uso de vidrio en vez de acrílico es más apropiado, sin embargo siguiendo el requisito de reutilización de partes, utilizamos un acrílico que alguien tenía en casa y no utilizaba.

Cámara de secado. Utilizamos una caja de madera que había servido para guardar objetos como lápices y artículos de oficina varios. La caja era ideal para ser usada como cámara de secado ya que estaba totalmente cerrada y tenía una puerta deslizable. Para acondicionarla sólo fue necesario realizar las perforaciones necesarias para el paso del aire caliente proveniente del colector solar, así como una perforación más para la chimenea. Finalmente se colocaron guías para colocar las bandejas de secado, utilizando material que encontramos por ahí. Las charolas las construimos provisionalmente con tela de alambre, sin embargo, como se trata de manejo de alimentos, se recomienda que las charolas sean de acero inoxidable o, en su defecto, de plástico, de tal forma que puedan lavarse cada vez que vaya a colocarse alimento.

Ensamblado El ensamblado de los componentes principales se realizó de tal manera que pudiese ser desensamblado fácilmente, con la finalidad de poder experimentar con diferentes materiales e instalar algún tipo de medición de temperatura, pero sobre todo para poder mostrarlo con fines didácticos. Esto lo logramos utilizando un travesaño de soporte para nivelar la cámara de secado debido a la inclinación necesaria en el colector solar, y uniéndolas por medio de bisagras. Se agregó un aseguramiento adicional por medio de una aldaba para evitar que el aire derribe a la cámara de secado. Finalmente, para lograr la inclinación del colector solar se utilizaron dos ménsulas.

Costos del proyecto Como comentamos anteriormente, uno de los requisitos del proyecto es la reutilización de componentes. La construcción del secador solar cumplió ampliamente con dicho requerimiento, ya que el costo de armado fue mínimo. Si bien las dimensiones del secador solar son reducidas, su valor didáctico y los resultados obtenidos son bastante buenos. A continuación se presenta una lista de los componentes utilizados; podemos observar que el material que tuvimos que comprar fue mínimo.

Resultados. El resultado obtenido fue bastante satisfactorio. Una vez terminado, inmediatamente realizamos algunas pruebas de deshidratado. Utilizamos jitomate cherry, plátanos y manzanas. El tiempo de secado fue en promedio de tres días, este tiempo depende de lo soleado que esté el día. La calidad del deshidratado fue bastante buena a pesar de ser la primera vez que lo hacíamos y que por lo tanto aún nos falta desarrollar habilidad y experiencia en cuanto al proceso de preparación de los alimentos para el deshidratado y control de los tiempos que deben permanecer los alimentos en el secador.

El secador construido es de gran valor experimental, ya que nos es muy útil para probar diferentes procedimientos de preparación previa de los alimentos a deshidratar. Por ejemplo, para evitar la oxidación se puede utilizar una solución ácida (limón), para mejorar su sabor se pueden bañar con una solución salina, etcétera. También podemos experimentar los tiempos que deben permanecer los alimentos dentro de la cámara de secado. Finalmente, el conocimiento adquirido en la construcción del secador solar es muy útil para emprender la construcción de uno de mayor capacidad, mejorando muchos aspectos con respecto del actual, por ejemplo, mejorar el flujo de aire ya sea con un mejor diseño de la chimenea, o auxiliarlo con un sistema de ventiladores movidos por una celda fotovoltaica. Proyecto para alumnos del 4º año del Instituto Privado Amanecer Miguel Angel Berezosky Fuente: http://micalentadorsolar.com.mx

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Construccion de un Horno Solar

Horno solar

Aunque a muchos nos cueste creerlo, el horno solar es una cocina eficiente y duradera; la energía solar no se emplea únicamente para desarrollar aparatos que generen electricidad o calefacción, sino también ha llegado a formar parte de los electrodomésticos. Hornos solares, cocinas solares, calentadores solares y muchos otros nos brindan las mismas comodidades y facilidades que los electrodomésticos convencionales pero con unas pocas diferencias: no contaminan y nos ahorran dinero en el consumo de energía. En este escrito haremos referencia al horno solar, este fue uno de los primeros electrodomésticos creados a base de energía solar y los resultados que se han obtenido con su rendimiento son excelentes; es cierto que su uso no se ha expandido en gran forma pero se estima en unos 5 o 10 años más su producción habrá crecido en un 30%.

Utilidades

El horno solar es un aparato que se ha construido con el fin de ahorrar energía, es capaz de sustituir a elementos parecidos como parrillas o estufas evitando la emanación de hidrocarburos que contaminan el medioambiente y el efecto invernadero; sin lugar a dudas, una de las soluciones para evitar el uso de hidrocarburos y demás sustancias contaminantes, es utilizar un horno solar. Habitualmente estos artefactos poseen en su parte delantera un dispositivo de captación solar, se lo llama a este “30-60”; su nombre proviene de dos posiciones que pueden ser utilizadas dependiendo de la orientación del sol. Por ejemplo, si colocamos el horno sobre su cara pequeña estaremos en posición 30, la cual es ideal cuando los rayos son muy inclinados, es decir, durante el amanecer, atardecer o en invierno. Pero, si lo ubicamos sobre su parte más grande, entonces podremos captar los rayos solares que son menos inclinados, éstos se generan durante el mediodía y el verano.

Construccion de horno solar

Todo aquél que posea un poco de tiempo y maña puede hacer un eficiente horno solar, se necesitan materiales sencillos: pintura negra, madera, papel de aluminio, recipiente negro, ¼ de papel ilustración y vidrio de 44 cm x 44 cm. Una vez que contamos con lo necesario procederemos a utilizar la madera para hacer un cajón cuya base será a gusto pero debe coincidir con las medidas del vidrio. Cuando éste esté listo se pintará de negro por fuera, de esta forma el calor será atraído rápidamente y se calentará el objeto con facilidad; el interior del horno solar estará forrado con papel de aluminio, allí dentro colocaremos el recipiente negro que albergará los alimentos que cocinaremos. Una vez hecho esto, colocaremos el vidrio que nos ayudará a guardar el calor que entra, al mismo tiempo será el encargado de subir la temperatura interna; a un extremo de la caja colocaremos una tabla forrada, de un solo lado, de papel de aluminio, su otro lado estará pintado de negro; la parte forrada irá colocada de tal forma que pueda reflejar los rayos solares hacia el interior de la caja. Se colocará el alimento que se desee cocer y esperaremos entre 2 y 3 horas, el tiempo dependerá siempre de la intensidad de los rayos del sol; el horno solar puede utilizarse para cocer todo tipo de verduras como al mismo tiempo para cocer arroz u hornear pan.

Ventajas y desventajas de los hornos solares

El horno solar nos brinda más de una ventaja, primeramente debemos recalcar que es una alternativa para disminuir el consumo de productos contaminantes como los hidrocarburos los cuales generan el dióxido de carbono y el metano. Es una opción excelente para aquellos países pobres que no pueden acceder a electrodomésticos o estufas; es de bajo costo y puede utilizarse en casi todos los lugares con materiales sencillos, y por último hacemos hincapié en su capacidad de cocinar cualquier tipo de alimento. Entre las desventajas, señalamos que tarda un tiempo considerable para cocer la comida y para muchos puede considerarse una gran pérdida de tiempo; y su otra particularidad es que su uso dependerá siempre de la intensidad de los rayos solares por lo que no puede utilizarse en días de invierno. Fuente: http://www.instalacionenergiasolar.com

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Construyendo una PC

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Un poco de humor

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Uso del calibre

En el grafico animado vemos como se realiza una medicion con un calibre. Luego de ajustar la pieza con el calibre se busca la coincidencia de las guias milimetricas, y asi obtenemos las medidas exactas de nuestro objeto.

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