Proyecto Fisica Electrica - Cohete

 

 

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INTRODUCCION

Los cohetes son vehículos que obtienen su empuje por la reacción de la expulsión rápida de gases de combustión desde el motor, durante su vuelo se enfrentan a condiciones adversas como cambios climáticos y objetos en el espacio ajenos a este. Detectar de alguna manera la presencia de objetos durante el vuelo resulta importante para minimizar los riesgos que el procedimiento genera. Tomando en cuenta lo anterior, este proyecto busca realizar la inclusión de un sensor ultrasónico en el cohete, con el fin de detectar objetos ob jetos a una distancia distancia “x” del “x” del cohete, mediante la practica experimental se buscará identificar el comportamiento del sensor ultrasonido tomando en consideración el fundamento físico que este presenta desarrollando el criterio suficiente para determinar la eficiencia del mismo.

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JUSTIFICACION

Los sensores de proximidad están presentes en diferentes campos campo s de la ingeniería, una de ellas es la ingeniería aeroespacial, en la cual utilizan varios tipos de sensores, como; sensores ultrasónicos que utilizan el sistema sonar como los submarinos, sensores inductivos los cuales se usan para determinar la presencia o ausencia de objetos metálicos, sensores capacitivos los cuales crean un campo magnético que reacciona a los cambios de capacitancia causados por la presencia de materiales metálicos y no metálicos y sensores infrarrojos los cuales miden la radiación electromagnética infrarroja en los cuerpos en su campo de visión. En los cohetes la presencia de un sensor de proximidad ayudaría a minimizar los riesgos que generan los objetos que se encuentran en la trayectoria de vuelo, permitiendo identificar a tiempo la distancia a la que se encuentran, logrando con ello que los pilotos puedan reajustar la trayectoria Con base en lo anterior la inclusión de un sensor ultrasónico con el fin de medir la distancia a la que se encuentran los objeto desde un cohete de propulsado por aire y agua, peritara identificar el funcionamiento real de dicho sensor, el principio físico y como se relaciona todo en conjunto.

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OBJETIVOS 3.1

OBJETIVOS GENERALES

  Identificar el comportamiento del sensor ultrasónico y del sistema eléctrico



que lo compone, así como el principio físico necesario para determinar la distancia a la que se encuentran los objetos del cohete. 3.2

OBJETIVOS ESPECIFICOS

  Conocer los principios físicos que se presentan a través del sistema eléctrico



del sensor ultrasónico   Reconocer e interpretar las señales que envía el sensor ultrasónico, en



función a los objetos que se están detectando   Determinar la viabilidad de la inclusión del sensor ultrasónico en el cohete



para determinar la distancia de los objetos que lo afectan.   Identificar por medio del circuito eléctrico el funcionamiento de las



componentes.

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MARCO TEORICO

4.1

CIRCUITO ELECTRICO

Un circuito eléctrico, por lo tanto, es la interconexión de dos o más componentes que contiene una trayectoria cerrada. Dichos componentes pueden ser resistencias, resisten cias, fuentes, interruptores, condensadores, semiconductores o cables, por ejemplo. Cuando el circuito incluye componentes electrónicos, se habla de circuito electrónico. Entre las partes de un circuito eléctrico, se pueden distinguir los conductores (cables que unen los elementos para formar el circuito), los componentes (dispositivos que posibilitan que fluya la carga), los nodos (puntos ( puntos del circuito donde concurren d dos os o más conductores) y las ramas (conjunto de los elementos de un circuito comprendidos entre dos nodos consecutivos). Los circuitos eléctricos pueden clasificarse según el tipo de señal (corriente directa o corriente alterna), el tipo de configuración (serie, paralelo o mixto), el tipo de régimen (corriente periódica, corriente transitoria o permanente) o el tipo de componentes (circuito eléctrico o circuito electrónico). La representación gráfica del circuito eléctrico se conoce como diagrama electrónico o esquema eléctrico. Dicha representación exhibe los componentes compone ntes del circuito con 4

 

  pictogramas uniformes de acuerdo a ciertas c iertas normas, junto a las interconexiones (sin que éstas se correspondan con las ubicaciones físicas). La confección de dicho esquema es fundamental para la construcción de un circuito eléctrico, ya que representa el primer paso a seguir. De lo bien elaborado que esté depende el funcionamiento del circuito, por eso es muy importante revisarlo más de una vez y hacer pruebas en la teoría antes de proceder.

4.2

ARDUINO MEGA 2560

Es un microcontrolador más capaz de la familia Arduino. Posee 54 pines digitales que funcionan como entrada/salida; 16 entradas análogas, un cristal oscilador de 16 MHz, una conexión USB, un botón de reset y una entrada para la alimentación de la placa.  Arduino Mega posee las siguientes especificaciones:  

Microcontrolador: ATmega2560 Microcontrolador:  ATmega2560

 

Voltaje Operativo: 5V Operativo: 5V 5

 

   

Voltaje de Entrada: 7-12V Entrada: 7-12V

 

Voltaje de Entrada(límites): Entrada(límites): 6-20V

 

Pines digitales de Entrada/Salida: 54 (de los cuales 15 proveen salida PWM)

 

Pines análogos de entrada: 16

 

Corriente DC por cada Pin Entrada/Salida: 40 Entrada/Salida:  40 mA

 

Corriente DC entregada en el Pin 3.3V: 50 3.3V: 50 mA

 

Memoria Flash: 256 KB (8KB usados por el bootloader)

 

SRAM: 8KB SRAM:  8KB

 

EEPROM: 4KB EEPROM:  4KB

 

Clock Speed: 16 Speed: 16 MHz

 Arduino Mega puede ser alimentado mediante el puerto USB o con una fuente externa de poder. La alimentación es seleccionada de manera automática. Cuando se trabaja con una fuente externa de poder se debe utilizar un convertidor  AC/DC y regular dicho voltaje en el rango operativo de la placa. De De igual manera se se puede alimentar el micro mediante el uso de baterías. Preferiblemente el voltaje debe estar en el rango de los 7V hasta los 12V.  Arduino Mega posee algunos pines para la alimentación del circuito aparte del adaptador para la alimentación: VIN: A través de este pin es posible proporcionar alimentación a la placa. 5V: Podemos obtener un voltaje de 5V y una corriente de 40mA desde este pin. 3.3V: Podemos obtener un voltaje de 3.3V y una corriente cor riente de 50mA desde este pin. GND: El ground (0V) de la placa.  Arduino puede ser programado de una manera muy fácil utilizando el lenguaje propio de Arduino junto con la interfaz Arduino IDE.

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  4.3

SENSOR HC-SR04

4.4

BUZZER

Es un transductor electro acústico que produce un sonido o zumbido continuo o intermitente de un mismo tono (generalmente agudo). Sirve como mecanismo de señalización o aviso y se utiliza en múltiples sistemas, como en automóviles o en electrodomésticos, incluidos los despertadores. Inicialmente este dispositivo estaba basado en un sistema electromecánico que era similar a una campana eléctrica pero sin el badajo metálico, el cual imitaba el sonido de una campana. Su construcción consta de dos elementos, un electroimán o disco piezoeléctrico y una lámina metálica de acero. El zumbador puede ser conectado a circuitos integrados especiales para así lograr distintos tonos. Cuando se acciona, la corriente pasa por la bobina del electroimán y produce un campo magnético variable que hace vibrar la lámina de acero sobre la armadura, o bien, la corriente pasa por el disco piezoeléctrico haciéndolo entrar en resonancia eléctrica y produciendo ultrasonidos que son amplificados por la lámina de acero.

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5

4.5

DIODOS LED DE CHORRO

4.6 4.7 4.8

CORRIENTE: VOLTAJE RESISTENCIA

PROCEDIMIENTO

Para la elaboración del presente proyecto se realizó el siguiente procedimiento con los diferentes materiales relacionados a continuación:

5.1

MATERIALES:

 

Diodos led a chorro

 

Arduino



  Sensor de proximidad HC-SR04 Cable Arduino

 

 

Cables UTP

 

Soldadura

 

Buzzer

El funcionamiento del proyecto es muy sencillo. El sensor envía una onda ultrasónica a través del disparador o trigger, revota contra el objeto y el receptor o echo detecta la onda. Sabiendo cuánto ha tardado en viajar dicha onda, podemos saber la distancia.

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Para ello se hace uso del principio que la velocidad es igual al espacio recorrido dividido en el tiempo   =  

Despejando Despejan do “s” que indica el espacio obtenemos la siguiente formula  formula    =   

La velocidad es conocida, el sonido viaja a 343 metros por segundo. El tiempo que tarda la onda del sonido en impactar al objeto y devolverse lo toma el arduino

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  Para simular correctamente el sensor de distancia se utiliza el buzzer arduino, la cual utiliza la pizoelectricidad. El buzzer consta de dos elementos, un electroimán o disco piezoeléctrico y una lámina metálica de acero. Cuando se acciona, la corriente pasa por la bobina del electroimán y produce un campo magnético variable que hace vibrar la lámina de acero sobre la armadura, o bien, la corriente pasa por el disco piezoeléctrico haciendolo entrar en resonancia eléctrica y produciendo ultrasonidos que son amplificados por la lámina de acero. Se trata de un circuito muy sencillo en el cual, primero se deben conectar por medio de los cables UTP los diodos de led a chorro al arduino, además, se conecta el Buzzer para que emita la alarma en cuanto el objeto este en el alcance del sensor, al arduino también irán conectados los sensores HC-SR04, con estas conexiones se tendrá toda la parte de alertas visual y acústica.

Por último el arduino por medio de un cable tipo USB, se conecta al computador el cual a su vez tendrá instalado el software que se deberá programar para condicionar la detección de obstáculos,

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  En un ámbito simple el condicionamiento del arduino será de la siguiente manera: Comprobar la distancia de los objetos

  ¿Está dentro del rango para avisar? o  Si   Lanzar alarma visual y sonora   Continuar o  No   Continuar



  El algoritmo del sistema sistema de alerta visual visual y sonora sería el siguiente.



  ¿Está en zona de alcance?



o

  Si

 

Encender LED Rojo   Emitir sonido 1   Salir

  No

o

 

Encender LED Rojo   Emitir sonido 1   Salir El sistema de aparcamiento consiste en detectar un objeto a través del sensor ultrasónico y avisar con señales de luz y sonido. Por lo tanto, ya se tiene la primera división, detectar el obstáculo y alertas con sonido y luces.  A continuación, se presenta el código de condicionamiento del software del arduino

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ANALISIS DE RESULTADOS

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CONCLUSIONES

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