CURSO DE
SIMULACION DE
CIRCUITOS
ELÉCTRICOS,
ELECTRÓNICOS y
mecánicos CON
CROCODILE CLIPS
Introducción ... 3
Actividad 1. Presentación de Crocodile Profesional versión 3.2. ... 4
Actividad 2. Edición de circuitos con Crocodile. ... 5
Actividad 3. Utilización de interruptores con Crocodile. ... 6
Actividad 4. Problemas de potencia eléctrica. ... 7
Actividad 5. Bombillas y voltajes ... 8
Actividad 6. LED y resistencias ... 9
Actividad 7. Interruptores de luz de una habitación ... 10
Actividad 8. Relé realimentado ... 11
Actividad 9. Aviso depósito lleno ... 12
Actividad 10. Aviso de temperatura... 13
Actividad 11. El condensador ... 14
Actividad 12. Control de alumbrado público ... 15
Actividad 13. Circuito de inversión ... 16
Actividad 14. Motores ... 17
Introducción
Este trabajo consiste en una serie de actividades a realizar con el programa Crocodile Clips.
Se trata de un curso introduce gran parte de las herramientas que incorpora el programa de manera progresiva.
El profesor utilizará primero el “Manual del Crocodile.doc” para que los alumnos conozcan el funcionamiento básico del programa y, al mismo tiempo, irán haciendo las actividades propuestas en este archivo.
La metodología empleada es muy simple: se va aprendiendo paso a paso con una serie de actividades individuales. En cada una de ellas se introduce un concepto nuevo y se utilizan métodos aprendidos en las actividades anteriores. La estructura de las actividades es siempre la misma, con el objetivo de que tanto el profesor como los alumnos se sientan cómodos desde el primer momento.
El material necesario para realizar el curso debe ser adquirido por el instituto, puesto que no se trata de software libre. La información de contacto se encuentra en www.crocodile-clips.com. Además, es conveniente utilizar el libro de Tecnología de 3º ESO de la editorial Teide.
El material incluido es un conjunto de actividades realizadas con Word. Se adjuntan también los trabajos realizados en Crocodile Clips, pero no es necesario disponer de él para visualizar el contenido del curso. De todos modos, es conveniente descargarse un visualizador de circuitos desde
http://www.crocodile-clips.com/s3_1.jsp porque sólo de este modo será posible ver los circuitos en funcionamiento.
La numeración de las actividades sigue un orden lógico pero hay huecos. Estos huecos se han incluido para facilitar la inserción de nuevas actividades sin tener que renumerarlas todas.
Actividad 1. Presentación de Crocodile Profesional versión 3.2.
Ejercicio 1
Abre el circuito EJEMPLO.CKT y manéjalo para que se iluminen las bombillas y suene el timbre.
Ahora baja el suministro de energía a 5 V. ¿Qué es lo que les ocurre a las bombillas? ¿Cuánto marca el voltímetro?
Reduce hasta 2 V. ¿Qué le pasa al timbre?
Ahora aumenta hasta 10 V. ¿Qué le pasa al timbre? Ejercicio 2
Ahora tienes que diseñar tú un circuito. Empieza haciendo Archivo Nuevo y tienes que poner los siguientes elementos:
una pila de 9 V una bombilla
cable para unir los dos elementos. El resultado será, más o menos, así:
Contesta a las siguientes preguntas:
1. ¿Cuál es la dirección de la corriente?
2. ¿Cuál es el potencial en cada lado de la lámpara?
3. ¿Cuál es la intensidad de la corriente en cada lado de la lámpara? Ejercicio 3
Ahora vamos a añadir más elementos al diseño anterior. La lámpara sólo deberá encenderse mientras se está pulsando un botón. Además, añadirás una lámpara de filamento en paralelo a la anterior.
Actividad 2. Edición de circuitos con Crocodile.
Ejercicio 1
Traza un circuito con una pila de 9 V, un interruptor de palanca y un timbre. Comprueba que el circuito funciona bien.
Ahora añade 3 pilas más, también de 9 V, debajo de la anterior y conéctalas como en la figura:
Tienes que utilizar las herramientas de copiar y pegar.
También tienes que ser capaz de conectar varios dispositivos con una sola acción de ratón. Graba este circuito como “Act 22 e1.CKT”.
Ejercicio 2
Abre el circuito del ejercicio anterior y conviértelo en el siguiente:
Tienes que poner los dos textos, además de todas esas lámparas de filamento.
Actividad 3. Utilización de interruptores con Crocodile.
Ejercicio 1
Diseña un circuito con todo lo necesario para que funcione un timbre. Piensa primero qué tipo de interruptor será el más adecuado.
Graba este ejercicio como “Act 3 e1”.
Ejercicio 2
Imagínate que has instalado un timbre en tu casa siguiendo el diseño del ejercicio anterior. Pero resulta que algún bromista está llamando a tu timbre por las noches. Para evitar que te siga molestando, necesitas poder desconectar el timbre por las noches, y volverlo a conectar por las mañanas, pero tienes que hacerlo de una manera cómoda, no soltando los cables y volviéndolos a poner.
Añade al circuito anterior un interruptor para poder desconectar el timbre. Graba este ejercicio como “Act03 e2”.
Ejercicio 3
Diseña el circuito de la figura siguiente:
Graba este ejercicio como “Act 3 e3”.
¿Cómo funciona el relé? ¿Para qué puede ser útil?
Las grúas y los ascensores también utilizan relés o dispositivos similares. ¿Sabes por qué?
Actividad 4. Problemas de potencia eléctrica.
Problema 1
Determina la resistencia de una bombilla de 100 W si la conectamos a una tensión de 220 V. Solución P = V I P = V2 / R 100 = 2202 / R R = 2202 / 100 = 484 Ω Compruébalo con Crocodile. Problema 2
Tienes un circuito con una pila, un interruptor y dos bombillas conectadas en serie. ¿Qué ocurre si se funde una de las dos?
Ahora tienes un circuito con una pila, un interruptor y dos bombillas en paralelo. ¿Qué ocurre si se funde una de las dos?
Montamos ahora un circuito con una pila, un interruptor y un conmutador para que llegue alimentación a las pilas en serie o a las pilas en paralelo, alternativamente.
¿En qué circuito se consume más potencia? ¿Por qué?
Solución
Vamos a hacerlo con Crocodile. En este programa, la relación tensión-corriente es lineal: Tensión Corriente I = 10-2 V Potencia P = V I 3 V 30 mA 90 mW 9 V 90 mA 810 mW
Estamos utilizando una pila de 9 V.
Bombillas en serie. A cada bombilla se le suministra una tensión de 4,5 V. Por lo tanto, la intensidad será de 45 mA y la potencia será P = V I = 4,5 · 45 = 202,5 mW. Como son dos bombillas, el total será 405 mW.
Bombillas en paralelo. A cada bombilla se le suministran 9 V. Por lo tanto, la intensidad será de 90 V y la potencia P = V I = 9 · 90 = 810 mW. Como son dos, el total será 1620 mW.
Actividad 5. Bombillas y voltajes
Ejercicio 1
Fíjate en esta figura:
¿Qué ocurriría en la vida real si montaras un circuito como ese? Imagínate primero que lo haces con una pila recargable (1,8 V) y después imagínate que ocurriera lo mismo con un alto voltaje, como el de una máquina de tren.
Monta el circuito en el Crocodile y comprueba el resultado. Ejercicio 2
Fíjate ahora en la figura siguiente:
Ahora busca en la ayuda del programa para ver de qué depende el brillo de las bombillas.
El brillo depende del voltaje. Se alcanza el brillo máximo a los 6 V. La máxima tensión son 9V.
¿Qué voltaje circula por cada una de las tres líneas de bombillas?
¿Cuántos voltios hacen falta en la fuente de alimentación para que explote la bombilla de arriba?
¿Y para que, además de esa, exploten las de la segunda fila? ¿Y para que exploten las de la tercera?
Monta el circuito.
Has visto que el brillo de estas bombillas en Crocodile depende del voltaje. Mirando la figura con atención podrás comprobar que brilla más la bombilla que está sola, un poco menos la pareja y menos todavía el trío.
¿Cuántos voltajes distintos hay en la segunda fila? ¿Porqué? Monta ahora este circuito:
Actividad 6. LED y resistencias
Ahora vamos a trabajar con LED. Los encontrarás dentro del apartado “Salidas de luz”.
Actividad 7. Interruptores de luz de una habitación
Es muy sencillo montar un circuito con una única bombilla, un interruptor y una fuente de alimentación. Ahora vamos a estudiar un problema más complejo. Imagínate que tienes que montar dos interruptores en una habitación para encender la luz. Un interruptor estará al lado de la puerta y el otro al lado de la cama. Es necesario poder encender o apagar la luz desde cualquiera de los dos sitios en cualquier momento.
Diseña el circuito con todo lo necesario para resolver el problema. Generalmente la gente monta uno de los dos circuitos siguientes:
Haz una crítica de los dos circuitos.
Ahora veamos la auténtica solución al problema:
Los conmutadores los encontrarás en el apartado de interruptores (segundo botón).
¿Serías capaz de montar un circuito con tres interruptores para una única bombilla?
Actividad 8. Relé realimentado
Monta un circuito con un relé realimentado (lo ideal es hacerlo mirando el libro de tecnología de 3ESO de la editorial Teide, página 39).
Actividad 9. Aviso depósito lleno
Casi todo el mundo sabe cómo funciona un inodoro: si abres el depósito, verás que dentro hay una boya. Cuando tiramos el agua, la boya baja y se abre un grifo por el que entra el agua hasta que se llena, momento en el cual la boya, al flotar, cierra el grifo.
Vas a montar un circuito para simular una alarma luminosa: cuando un depósito de agua esté lleno, activará un transistor, el cual a su vez encenderá una luz.
Veamos la solución:
El interruptor lo encontrarás en el apartado “componentes de entrada”, y Crocodile lo llama “interruptor de flotador”. Es el primer componente de entrada.
Actividad 10. Aviso de temperatura
Vamos a montar una alarma de incendios. La idea consiste en monitorizar la temperatura de una habitación, de modo que suene una alarma si alcanzamos los 20º C. Aquí tienes el circuito:
Móntalo. El componente de la izquierda es una resistencia variable que depende de la temperatura. Lo encontrarás dentro de los componentes de entrada, y Crocodile lo llama “termistor”.
Haz las modificaciones necesarias para que suene la alarma al alcanzar los 20º C.
Actividad 11. El condensador
En la página 46 del libro encontrarás un diagrama de un condensador. ¿Serías capaz de montarlo con el Crocodile?
Vamos a montar un circuito de modo que según cual sea la posición de un conmutador en un momento dado, pasará una de las dos cosas siguientes:
1. En esta posición, se cargará el condensador a partir de una fuente de alimentación.
2. En esta posición, se iluminará un LED con la energía acumulada en el condensador.
Actividad 12. Control de alumbrado público
En este ejercicio vamos a simular un circuito de control del alumbrado público. La idea es que las farolas tienen que encenderse cuando se hace de noche y apagarse cuando es de día.
¿Qué componentes que conoces pueden ser interesantes para realizar este circuito?
Pistas:
Como dependemos de la luz, nos será muy útil una resistencia dependiente de la luz (componentes de entrada LDR con lámpara). Para evitar accidentes y para poder utilizar componentes estándar,
utilizaremos un circuito de potencia y otro de control. El de control tendrá un pequeño voltaje y el de potencia tanto voltaje como sea necesario. Solución:
A menudo, para el mismo problema podemos encontrar multitud de soluciones. En el circuito expuesto, caben los siguientes comentarios:
Estamos realimentando el relé utilizando un diodo. No se trata de un LDR, que en Crocodile son rojo, amarillo o verde. Este tipo de diodo lo encontrarás en el apartado de transistores.
En el circuito de potencia estamos utilizando una lámpara de filamento. Su funcionamiento es similar a las “luces de señal” y las encontrarás en el mismo sitio (salidas de luz). La diferencia es que las “luces de señal” sólo resisten 9 V y las lámparas de filamento soportan sin problemas estos 15V.
Uno de los bornes del relé no tiene nada conectado. Esto es totalmente normal.
En el circuito de control no estamos utilizando una pila (polo positivo y polo negativo), sino un “riel de tensión positiva” y una “toma de tierra”. Ambos componentes se encuentran en el mismo sitio que las pilas (primer botón del Crocodile). El riel de tensión positiva actúa como un polo positivo y la tierra como un polo negativo. Lo importante para que la corriente circule es la diferencia de potencial entre dos puntos, no cómo
Actividad 13. Circuito de inversión
¿Sabes en qué consiste un circuito de inversión?
Ahora vamos a ver uno muy sencillo, que nos permitirá conocer un poco mejor el manejo de los motores en el Crocodile. Monta el siguiente circuito:
Si no consigues que te funcione, fíjate en que estamos utilizando un interruptor y un conmutador de dos vías, que Crocodile llama “interruptor bipolar de dos vías” y que encontrarás en el apartado de interruptores.
¿Sabes por qué cambia el sentido de rotación del motor cuando cambiamos el conmutador de posición?
Actividad 14. Motores
Vamos a ver la utilidad de los motores. Tienes que hacer lo siguiente: Diseña un circuito de inversión con un único motor.
Conecta a ese motor unos engranajes. Comprueba que funciona.
Para conectar los engranajes, busca en la ayuda cómo funciona un motor en Crocodile.
Solución:
En este circuito se están utilizando los siguientes componentes: Una pila.
Un interruptor.
Una resistencia variable. Nos permitirá hacer que el motor gire más o menos deprisa.
Un conmutador de dos vías. Permite cambiar el sentido de giro del motor.
Un motor. La flecha indica en cada momento el sentido de giro.
Unos engranajes. El motor tiene un “eje mecánico” al que podemos conectar los engranajes. Es como si el motor de un coche lo conectáramos con el eje que hace que se muevan las ruedas. Podemos utilizar distintos tipos de engranajes: estamos convirtiendo energía eléctrica en energía mecánica.
Bibliografía
Instalación de Crocodile Clips
URL: http://www.crocodile-clips.com/s3_1.jsp (21/04/2007)
Tecnología 3 Segundo Ciclo
MARTINEZ, R. NOGUEIRA, E. RESA, S. (2004) Tecnología 3. Segundo Ciclo. Valencia: Editorial Teide.
