Tema 1.2 Sistemas Físicos - Teoría.

 1.2.1 Circuitos Eléctricos 

Un circuito está compuesto por:

• Fuente de energía: es la encargada de generar la corriente eléctrica, o lo que es lo mismo la encargada de hacer circular los electrones. En el vehículo la batería y el alternador.
• Receptor: es un instrumento, que recibe señales eléctricas y las convierte en señales luminosas, acústicas… Sirva como ejemplo una bombilla o una bocina.
• Interruptor: que controla el paso de los electrones o la corriente eléctrica.
• Fusible: corta el paso de corriente en caso de sobreintensidad, sirve para proteger el circuito ante intensidades elevadas. Para que el circuito vuelva a funcionar hay que poner un fusible nuevo.

Estos elementos deben estar unidos por cables y ya podemos formar un circuito. Debes saber que aparte de los componentes expresados hay otros muchos que se pueden asociar y que a lo largo de esta unidad iremos viendo algunos de ellos.   Según como estén asociados los elementos, los circuitos pueden ser en serie o en paralelo.

• Circuito en serie.

Aquel en el que la corriente eléctrica solo tiene un camino por el que circular. La salida de un elemento está conectada a la entrada del siguiente componente. Por todos los componentes circula la misma intensidad de corriente (el mismo número de electrones).Tiene el inconveniente que si algún componente se avería o desconecta dejaría de pasar la corriente.

• Circuito en paralelo.
• Es aquel en el que la corriente eléctrica se divide en dos o más caminos. Todos los elementos están alimentados por la misma fuente de energía, pero en función del consumo del receptor por cada camino pasara una intensidad de corriente distinta. Si un componente se avería o desconecta la corriente sigue pasado por los demás componentes.   Hay otro tipo de circuito denominado Circuito Mixto, que es la unión de circuitos en serie y en paralelo.  

1.2.2 Sistemas traslacionales

Un sistema mecánico en el que el movimiento de los cuerpos que lo forman se reduce a traslaciones en una misma dirección se denomina sistema mecánico traslacional. Por tanto todos los cuerpos del sistema tienen un solo grado de libertad y sus movimientos describen trayectorias rectas todas con la misma dirección. En consecuencia, la posición de cada cuerpo viene dada por el desplazamiento que realiza en la dirección del movimiento. Los elementos más comunes que forman un sistema mecánico traslacional son los siguientes:

 1.2.3 Sistemas rotacionales 

Se denominan sistemas mecánicos rotacionales a aquellos en los que los cuerpos que forman el sistema realizan rotaciones en el mismo plano, es decir, que los ejes de rotación de todos los cuerpos son paralelos. En estos sistemas, los giros realizados por los cuerpos varían por la acción de los pares de fuerzas ejercidos sobre ellos. El movimiento de cada cuerpo que forma el sistema viene caracterizado por el giro que el cuerpo experimenta. Por tanto es el ´angulo girado por el cuerpo el único grado de libertad que este posee.

Momento de inercia 

Un cuerpo de masa M sometido a un par de fuerzas experimenta un movimiento de rotación tal que el par de fuerzas de inercia cancela el par que lo impulsa.

Giro de un cuerpo con un momento de inercia J

Por tanto la ecuación que rige el comportamiento de este elemento viene dada por:

Siendo θ el ángulo girado por el cuerpo, T el par aplicado sobre ´este y J su momento de inercia. Este parámetro esta relacionado con la masa del cuerpo y su geometría.

Muelle de torsión .

Es un elemento elástico que se deforma ante la acción de un par. El elemento se opone a ser girado desarrollando un par de reacción proporcional al ángulo girado por este al deformarse.

Esquema de un muelle de torsión

La ecuación que rige el comportamiento de este elemento es la siguiente:

Siendo K la constante de torsión del muelle y θo el ´angulo del muelle en estado de reposo.

1.2.4 Sistemas fluídicos o hidráulicos 

Los modelos de los sistemas hidráulicos surgen de la aplicación de las ecuaciones de balance sobre el sistema. En este caso las ecuaciones de balance vienen dadas por la ley de conservación de masa, por 42 TEMA 3. MODELADO Y SIMULACIÓN la cual la masa del líquido que entra en un elemento es igual a la masa del liquido que sale mas la cantidad de líquido que se acumula.

Ejemplo El sistema esta formado por dos depósitos interconectados entre si. El primer deposito se llena con un caudal de entrada Qe(t). Al estar los depósitos conectados entre si, pasa el agua del deposito 1 al 2, llenándose también ´este. El depósito 2 se vacía mediante un conducto de forma que esta descarga se debe a la presión del agua en éste depósito. El sistema se ilustra en la figura 3.12 

Las ecuaciones que rigen el comportamiento del sistema son las siguientes:

Siendo Qi(t) el caudal de líquido que circula del deposito 1 al 2, Qs(t) el caudal que sale del deposito 2, A1 y A2 el área del deposito 1 y 2 respectivamente y Kh1 y Kh2 las constantes de fricción de las tuberías. 

1.2.5 Sistemas térmicos 

Se denominan sistemas térmicos a aquellos sistemas cuyos elementos varían su estado termodinámico (temperatura, presión, densidad, entalpıa, entropıa, etc.) bajo la acción de aportes o transferencias de calor. Un ejemplo de sistema térmico puede ser el termo para calentar agua en las instalaciones domesticas. Este sistema pretende calentar un caudal de agua que circula a través de el mediante el aporte de calor fruto de la combustión de gas.

Ejemplo sistema térmico simple

El estado termodinámico de un elemento varia por la transferencia de calor con otro elemento del sistema o con el ambiente. 

1.2.6 Sistemas híbridos

Un sistema híbrido es un tipo de sistema conceptualizado como un conjunto de componentes relacionados entre si, desde un punto de vista material o inmaterial; el termino híbrido  es definido en sentido amplio como "mezcla de".

Ejemplo sistema híbrido, con varios componentes mezclados.

EJEMPLO VÍDEO SISTEMAS FÍSICOS.

Bibliografia (Links de información)

https://ikastaroak.birt.eus/edu/argitalpen/backupa/20200331/1920k/es/EME/MMPV/MMPV05/es_EME_MMPV05_Contenidos/website_12_circuitos_elctricos.html

https://frrq.cvg.utn.edu.ar/pluginfile.php/8655/mod_resource/content/1/TeoriaDeSistemas.pdf