Maqueta de una central nuclear de agua a presión

La maqueta se monta sobre una base de madera aglomerada de 30 x 40 centímetros. Los diferentes elementos (Presionador, reactor, barras de control, barras de combustible, generador de vapor, condensador y tres bombas.) se fabrican a partir de madera contrachapada de 3 milímetros de grosor.

Por encima de estos elementos sobresalen el grupo turboalternador y la torre de refrigeración.

También se ha de situar un portalámparas, con su correspondiente bombilla, un interruptor que pone en marcha la bombilla y el motor y el soporte para la pila.

El conjunto de las barras de control se puede mover dentro del reactor. El extremo de la barra que las mueve acciona el interruptor formado por dos hilos gruesos de cobre. Cuando se sacan fuera del reactor las barras de control se ponen en marcha la bombilla, que simula el funcionamiento del reactor, y el motor que simula el funcionamiento del grupo turboalternador.

Aquí se pueden ver las dimensiones del reactor, sobre el que se monta el portalámparas.

Con una broca de campana se retira el disco central de unos cuadrados de contrachapado de 5 x 5 centímetros. Estos serán los dos elementos de cada una de las tres bombas. En el disco correspondiente al rotor de la bomba se recortan los álabes. Posteriormente se fija con un tornillo de forma que pueda girar.

Dimensiones de las bombas.

En la siguiente fotografía se puede ver como está contruido el interruptor que acciona el extremo del conjunto de las barras de control.

Sobre el eje del motor eléctrico se monta una polea de plástico que simula la turbina de vapor. Frente a ella se ha de situar la pieza que simula la tubería de llegada del vapor.

Vista del motor y del condensador.

Funcionamiento de un horno microondas

En un horno microondas la cocción de los alimentos tiene lugar mediante un fenómeno, que podríamos llamar, de fricción molecular. El roce de unas moléculas con otras genera calor y, por tanto, elevación de la temperatura.

Este proceso se consigue sometiendo a los alimentos a campos electrostáticos alternativos a una frecuencia de alrededor de 2.450 MHz (Dentro de la banda de radiofrecuencia UHF), que corresponde a una longitud de onda de 12 centímetros.

Su funcionamiento lo podríamos comparar con el de un condensador al que se le aplica una tensión alterna (En este caso de R.F.) entre sus dos armaduras, de forma que se pueda colocar, además, el alimento a calentar en el espacio que ocuparía el dieléctrico. Se comprende que en el interior de este hipotético condensador, si colocamos un alimento que contenga moléculas polarizadas (Como las moléculas de agua), éstas quedarán orientadas en la dirección de las armaduras con polaridad invertida. Si al cabo de un cierto tiempo invertimos el campo electroestático (En la práctica 2.450 millones de veces por segundo), también cambiarán de orientación o de dirección las moléculas y con cada cambio habrá un roce intermolecular y, por tanto, el efecto de aumento de temperatura necesario para efectuar la cocción.

La generación de la energía de radiofrecuencia (Microondas) se consigue con un elemento llamado magnetrón. El magnetrón es un diodo termoiónico constituido por un cátodo y un ánodo. El cátodo está situado en el centro del ánodo y emite electrones cuando se aplica tensión a su filamento, dependiendo del modelo, el cátodo puede ser de dos tipos, de caldeo directo o indirecto.

Los electrones poseen carga negativa, lo que significa que su trayectoria será rectilínea del cátodo al ánodo, pues este último va conectado al potencial positivo con referencia al cátodo. Esta diferencia de potencial suele ser en la mayoría de casos de 4 KV (4.000 voltios). En el transformador se consiguen 2.000 voltios y utilizando un conjunto de diodo y condensador se consigue doblar esta tensión para llegar a los 4.000 voltios. Hasta aquí su funcionamiento es similar al de cualquier diodo de válvula. Pero el magnetrón posee un campo magnético dispuesto axíalmente dentro del espacio existente entre cátodo y ánodo, por medio de dos imanes permanentes dispuestos uno en la parte superior y otro en la inferior.

Si se aplica un campo magnético entre el cátodo y el ánodo, los electrones se desplazarán formando casi un ángulo recto con relación a su dirección inicial, resultando una trayectoria circular hasta alcanzar el ánodo. Por otra parte, el ánodo tiene forma cilindrica, y en este cilindro hueco se disponen paredes que dividen el espacio en un cierto número par de cavidades resonantes.

Una cavidad resonante es el equivalente a un circuito resonante formado mediante una bobina y un condensador cuando se trata de conseguir frecuencias relativamente bajas. Cuando se requieren frecuencias muy altas, como es este caso, se utilizan estas cavidades resonantes. La constitución física de la cavidad resonante adaptada al funcionamiento de un magnetrón, es una cavidad cilindrica, o bien de otra forma, con una rendija que tiene una cierta separación. La separación que tenga la rendija de una cavidad determina la capacidad (C) y el volumen de la cavidad la inductancia (L). Estos dos valores L y C son extremadamente pequeños y, por tanto, su frecuencia de resonancia resulta ser muy alta.

Como se ha índicado los electrones en su camino hacia el ánodo siguen una trayectoria circular, prácticamente en espiral, por lo que al alcanzar las proximidades del ánodo, los electrones pasarán por delante de las rendijas de las cavidades dispuestas en posición circular a una velocidad cercana a la mitad de la velocidad de la luz. Considerando la función de una de estas cavidades por separado, en un primer instante un electrón se acercará a una de las caras de una de las cavidades y acto seguido se alejará acercándose a otra, esto irá induciendo corrientes alternas en el ánodo cuya frecuencia dependerá del dimensionado de las cavidades y de la velocidad relativa del haz electrónico.

En el ánodo va conectado un electrodo auxiliar denominado antena, el cual emite la radiación electromagnética que se dirige hacia la guía de ondas que, a su vez, la envía hacia la cavidad del horno, después de rebotar en las aspas de aluminio de una especie de ventilador denominado agitador. La función del agitador es la de distribuir las microondas de una manera uniforme en el interior del horno.

De los 1.200 watios de potencia eléctrica que puede tener un horno microondas, tan sólo la mitad, es decir, unos 600 watios son convertidos en energía electromagnética. El resto se disipa en forma de calor.

Los materiales cerámicos de naturaleza dieléctrica (aislantes eléctricos) son transparentes a las microondas a temperatura ambiente, pero por encima de una temperatura crítica, estos materiales comienzan a absorber la misma de manera más eficiente.

Al usar un horno microondas se han de tener en cuenta una serie de precauciones. Se ha de dejar espacio entre la parte trasera y los laterales para que circule el aire y se refrigere convenientemente. Se debe mantener alejado el microondas de aparatos de radio y TV. Se ha de asegurar el cierre de la puerta y no permitir que funcione con ella abierta. No se ha de hacer funcionar el microondas sin ningún elemento absorbente de la energía en su interior, es decir, sin nada para calentar. No se han de introducir elementos metálicos en el interior del horno.

Disección de un magnetrón de horno microondas

Hace unos meses me encontré tirados en la calle los restos de un horno microondas. Hoy he encontrado el momento para abrir el magnetrón y hacerle unas fotografías. Como vemos se trata de un modelo de la empresa japonesa Panasonic.

El magnetrón es el elemento del horno que produce las microondas. Tiene dos terminales “Faston“ para conectarlo eléctricamente, cuatro tornillos para fijarlo a la estructura del horno, seis aletas refrigeradoras, dos imanes de disco y una antena para la emisión de las microondas.

Los números uno y dos son los imanes de ferrita. En medio de ellos se coloca la cavidad de radiofrecuencia. El número tres es el conector con los dos terminales “Faston“. El número cuatro indica las aletas de refrigeración, el número cinco uno de los cuatro espárragos de sujección y el número seis el lugar por donde salen las ondas.

A continuación se puede ver una vista lateral de las aletas refrigeradoras.

Para la salida de las ondas hay dispuesto un agujero hexagonal en el capuchón de acero inoxidable que recubre la antena.

Otra vista lateral de los imanes y las aletas refrigeradoras.

En la base del capuchón que recubre la antena existe una esponjilla tejida con hilo de latón.

Una vez retirada la esponjilla, la base de la cubierta de la antena queda de esta manera.

Al retirar la cubierta de chapa galvanizada sobre la que se haya fijada la etiqueta de Panasonic, se descubren las conexiones, hechas de dos hilos gruesos de cobre, entre los terminales Faston y el cañón de electrones. En medio se han situado dos autoinducciones con nucleo de ferrita.

Con la ayuda de la amoladora empezamos a desmontar por el otro extremo. Se eliminan los cuatro engarces de chapa que sujetan la base con los espárragos y se retira ésta. A continuación se puede retirar el primer imán.

El número 1 indica el conector con los dos terminales “Faston“, el número 2 la base de chapa con sus cuatro espárragos, el número 3 la cavidad de radiofrecuencia, el número 4 la cubierta de la antena, el número 5 el imán y el número 6 la primera aleta refrigeradora.

Si cortamos los dos cables de cobre que unen las dos autoinducciones al cañón de electrones podemos retirar el conjunto de la cavidad de radiofrecuencia con las aletas de refrigeración.

El número 1 es la carcasa de hierro galvanizado, el número 2 el imán interior, el número 3 la base con sus correspondientes espárragos y el número 4 la caja que contiene las autoinducciones y el conector elèctrico.

Una vez retirado el imán interior queda la carcasa limpia. El número 1 es la carcasa, el número 2 el orificio a través del cual pasa el extremo del cañón de electrones y los números 3 y 4 los dos imanes. Estos imanes cuando están montados tienen sus polos enfrentados opuestos.

Vista de conjunto de la cavidad de radiofrecuencia con sus seis aletas de refrigeración.

El número 1 es una de estas aletas, el número 2 la cavidad de radiofrecuencia, el número 3 el aislante cerámico del extremo del cañon de electrones, el número 4 el capuchón de acero inoxidable de la antena y el número 5 el aislante cerámico del extremo de la misma.

En esta otra vista del mismo conjunto el número 1 es el extremo del cañón de electrones, con sus dos cables de conexión y el número 2 la cavidad de radiofrecuencia.

Con unos alicates retiramos el capuchón de acero inoxidable de la antena, dejando al descubierto otro capuchón de cobre que encaja en el aislante cerámico y está aplastado por el extremo. En esta zona aplastada se une la varilla de antena que está en el interior. Tiene esta disposición aplastada para sellar el interior de la cavidad de radiofrecuencia, en la que se ha hecho el vacío, durante el proceso de fabricación.

El número 1 es el capuchón de cobre aplastado, el número 2 el aislante cerámico y el número 3 el cuello del capuchón de cobre que encaja en el aislante cerámico.

Aquí se puede ver el interior del capuchón de acero inoxidable que recubre la antena. Los números 1 indican la zona que queda encajada en el cuello del capuchón de cobre.

Vista de una de las aletas de refrigeración, montada a presión sobre el cuerpo de la cavidad de radiofrecuencia. Las aletas de refrigeración están fabricadas con chapa de aluminio.

Con unos alicates hemos retorcido y arrancado el extremo del capuchón de cobre de la antena. Al hacerlo se ha oido el silbido de un escape de gas. De hecho lo que se ha oido ha sido el aire al entrar en el interior de la cavidad de radiofrecuencia, en la que hasta ese momento estaba hecho el vacío. El número 1 indica la zona que se ha separado. El extremo del capuchón de cobre aún permanece unido a la varilla interior de la antena.

Conjunto de la cavidad de radiofrecuencia. El número 1 es el extremo de la antena, el número 2 el aislante cerámico, el número 3 la cavidad de radiofrecuencia y el número 4 el aislante del cañón de electrones.

Con una sierra para metal hemos cortado el cuello de chapa de acero inoxidable del lado de la antena. El número 1 corresponde al extremo del cañón de electrones que se encuentra encajado en el eje de la cavidad de radiofrecuencia, el número 2 es el extremo de esta cavidad construida con cobre muy pulido, el número 3 es la varilla de cobre de la antena también pulida como si fuese un espejo, el número 4 es el aislante de porcelana y el número 5 el extremo aplastado del capuchón exterior de la antena. Para poder desmontar esta zona hemos tenido que cortar con unos alicates el extremo de la varilla de la antena para separarla del capuchón exterior.

Con la sierra para metales cortamos el cuello de acero inoxidable del extremo del cañón de electrones y sacamos este. El número 1 es el aislante cerámico, el número 2 la pared lateral de la cavidad de radiofrecuencia, el número 3 el filamento en espiral del cañón de electrones y el número 4 la cavidad de radiofrecuencia con sus aletas interiores.

Aquí se puede ver en detalle el cañón de electrones. El número 1 es el disco del extremo del filamento, que está unido a la barra central de conexión, el número 2 es el filamento de titanio recubierto de óxidos de bario y estroncio, que favorecen la emisión de electrones, el número 3 el otro disco de conexión del filamento, los números 4 y 5 las varillas de titanio que sostienen y conectan el filamento y el número 6 el aislante cerámico. Los elementos que sujetan el filamento también tienen un brillo de espejo.

Aquí podemos ver otra vista del cañón de electrones. Se puede ver como la varilla central pasa, holgadamente, por el centro del disco que conecta el filamento.

Mediante la sierra para metales hemos cortado la tapa de cobre de la cavidad de radiofrecuencia por el extremo correspondiente a la antena.

En la siguiente fotografía se muestran los diferentes elementos que forman la cavidad de radiofrecuencia dispuestos en orden. El número 1 es el aislante cerámico, el número 2 el filamento del cañón de electrones, el número 3 la cavidad de radiofrecuencia propiamente dicha, el número 4 la tapa de esta cavidad, el número 5 el extremo que cubre la antena con su aislante cerámico, el número 6 el extremo aplastado del capuchón de cobre y el número 7 el capuchón de acero inoxidable.

Vista de la cavidad de radiofrecuencia abierta. Está tan pulida como si la hubiesen terminado de fabricar ahora mismo. Parece fabricada por medio de técnicas de microfusión. Los extremos de las paredes de las cavidades están unidos mediante dos anillos de cobre soldados.

El número 1 es el filamento del cañón de electrones, el número 2 la varilla de cobre de la antena, el número 3 una de las cavidades, el número 4 los dos anillos de cobre que unen las paredes de las cavidades y el número 5 la tapa de la cavidad de radiofrecuencia.

Vista de cerca de la cavidad de radiofrecuencia. Uno de los anillos de cobre se ha roto al intentar retirarlo, ya que están firmemente soldados al resto.

Vista del interior de las paredes de las cavidades de radiofrecuencia. En ese espacio queda encajado el filamento del cañón de electrones.

Vista de la tapa de la cavidad de radiofrecuencia fabricada en cobre pulido. Sobre esta tapa de cobre se encaja a presión una cubierta de acero que sujeta el resto de elementos. El número 1 es el agujero de paso de la varilla de la antena.

Robot seguidor de linea

El IES La Garrotxa de Olot organiza desde hace años el concurso de robots seguidores de linea y de robots de sumo ROBOLOT. Han diseñado diversos robots construidos con diferentes tecnologías: puertas lógicas, autómatas programables, relés y microcontroladores. El siguiente esquema corresponde a un robot seguidor de linea construido con un microcontrolador PICAXE 8M.

La placa de circuito impreso del robot seguidor de linea es la siguiente:

El resultado final es algo parecido a esto:

Vista de conjunto.

Vista superior.

Vista frontal.

Vista lateral. Las ruedas de CD se recubren en su periferia de cinta vulcanizable. Esta cinta se ha de estirar para que se adhiera a la superficie de plástico del CD. La distancia desde la cara de los sensores CNY70 hasta el suelo es de unos 5 mm. Esta altura se regula mediante el tornillo que ejerce de rueda loca delantera.

Al soldar los diferentes componentes de la placa se han de hacer dos puentes. Uno de ellos se ha poner junto al conector del servo. Los dos puntos rojos indican las resistencias que se pueden cambiar para modificar la sensibilidad de los sensores de infrarrojos.

El otro puente se ha de soldar en sustitución del regulador de tensión 7805 CT.

Para variar la sensibilidad de los sensores CNY70 se pueden cambiar las resistencias de 100 K por otras de un valor más pequeño (33 K).

El programa necesario para que funcione el robot se puede ver en este artículo.

Se pueden conseguir servomotores a 4,95 € en Conrad International.

La placa de circuito impreso se puede conseguir en ROBOLOT.

Circuito para hexápodo

El robot hexápodo distribuido por OPITEC utiliza el siguiente circuito electrónico.