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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD

Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería

Contenido didáctico del curso Introducción a la Ingeniería de Telecomunicaciones

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA

ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA

203532 – INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA DE TELECOMUNICACIONES

Msc (C). JUAN CARLOS VESGA FERREIRA (Director Nacional)

Ing. JULIO CESAR RUEDA RANGEL Acreditador

BUCARAMANGA, Enero de 2010




INDICE DE CONTENIDO

1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.5.1 1.5.2 1.5.3 2.1 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.2 2.3 3.1 3.2 3.3 3.3.1 3.3.2 4.1 4.1.1 4.1.2 4.2 4.2.1 4.2.2 4.3 4.3.1

Introducción

Unidad No. 1

FUNDAMENTOS DE LA INGENIERIA EN TELECOMUNICACIONES

CAPITULO 1 CONCEPTUALIZACION

Ciencia Características básicas de la ciencia Ciencia y tecnología Tipos de Ciencia Ingeniería y tecnología Ingeniería Ingeniería de telecomunicaciones Sistemas CAPITULO 2 ANTECEDENTES

Historia de la ingeniería en el mundo Ingeniería en Grecia y Roma Ingeniería en la Edad Media Revolución Científica y tecnológica del siglo XVII Ingeniería del siglo XX Ingeniería en Colombia Antes de la Independencia Historia de las telecomunicaciones

CAPITULO 3 ACTUALIDAD

Panorama Mundial Ciencia y Tecnología en Colombia Ingeniería en Colombia Ingeniería Colombiana y mundial Nuevas formas para buscar calidad en la ingeniería Colombiana. CAPITULO 4 APLICACIONES

Redes de datos Definición Servicios de redes de datos Redes de voz Definición Servicios de redes de voz Imagen Definición




4.3.2 4.4 4.4.1 4.5 4.5.1 4.5.2 5.1 5.1.1 5.2 5.2.1 5.2.2 5.2.3 5.2.4 5.2.5 5.2.6 5.2.7 5.2.8 5.2.9 5.2.10 5.2.11 5.2.12 5.2.13 6.1 6.1.1 6.1.2 6.1.3 6.1.4 6.1.5 6.1.6 6.2 6.2.1 6.2.2 6.2.2.1 6.2.3 6.3 6.3.1 6.3.1

Servicios de imagen Comunicaciones inalámbricas Definición Comunicaciones móviles Definición Servicios de comunicaciones móviles.

CAPITULO 5 EL DISEÑO INGENIERIL

Diseño ingenieril Definición Pasos del método Ingenieril. Parte de la una necesidad e identifica el problema Determina especificaciones Hace un estudio de factibilidad Realiza una búsqueda de información Desarrolla conceptos alternos de diseño Selecciona el diseño más promisorio Implementa un modelo matemático o físico Determina la relación entre las dimensiones y los materiales del producto Optimiza el diseño Evalúa el diseño optimizado, mediante análisis minuciosos del modelo matemático o por ensayo de los modelos físicos Comunica las decisiones de diseño al personal de producción Controla la producción Analiza las fallas y retroalimenta el diseño y la fabricación Unidad No. 2 INGENIERIA EN TELECOMUNICACIONES

CAPITULO 6 FUNDAMENTOS DE LOS CIRCUITOS ELÉCTRICOS

Conceptos básicos de los circuitos eléctricos Circuito eléctrico Teoría de Circuitos Ley de Ohm Carga eléctrica Corriente eléctrica (o intensidad). Voltaje o Tensión Elementos Adicionales Resistencia Eléctrica Condensadores Tipos de Condensadores Bobinas o Inductancias Instrumentos de medida El Multímetro El Osciloscopio




7.1 7.1.1 7.1.2 7.2 7.2.1 7.2.2 7.3 7.3.1 7.3.2 7.3.3 7.4 7.4.1 7.4.2 7.4.3 7.4.4 7.4.5 7.4.5.1 7.4.6 7.4.6.1 7.4.6.2 7.4.6.3 8. 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 9.1 9.2 9.2.1 9.2.2 9.2.3 9.2.4 9.2.5 9.3 9.3.1 9.3.2 9.3.3 9.4 9.4.1 9.5

CAPITULO 7 DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES

Dispositivos Semiconductores Semiconductores tipo P Semiconductores tipo N El Diodo Capa de Agotamiento o región de Deflexión Barrera de Potencial Polarización de los Semiconductores Polarización Directa (Conducción) Polarización inversa o de Bloqueo (No conducción) Voltaje de Ruptura. Diodos de Silicio y Germanio Símbolo Características de los Diodos. Curva característica del Diodo. Curva característica del diodo Cómo Identificar y probar un diodo semiconductor Identificación de los terminales de conexión. Circuitos Equivalentes Primera Aproximación (el diodo ideal) Segunda Aproximación Tercera Aproximación CAPITULO 8. INTRODUCCIÓN A LAS REDES DE DATOS

Introducción a las redes de datos Objetivos de las redes de datos Redes de datos Topologías de red Topologías lógicas Dispositivos de Networking CAPITULO 9. FUNDAMENTOS SOBRE ANTENAS Y GUIAS DE ONDA

Introducción a las antenas y guías de onda Características de las Antenas antenas antenas alámbricas antenas de apertura y reflectores Agrupaciones de antenas. funcionamiento básico de una antena sistemas de coordenadas o referenciales sistema cartesiano sistema de coordenadas cilíndrico sistema esférico guías de onda guía de onda rectangular fibra óptica




9.5.1 9.5.2 9.5.2 9.5.6 9.5.7

fibra monomodo: fibra multimodo: ventajas de la fibra óptica desventajas de la fibra óptica aplicaciones de la fibra óptica otras aplicaciones GLOSARIO BIBLIOGRAFIA




ASPECTOS DE PROPIEDAD INTELECTUAL Y VERSIONAMIENTO

El contenido didáctico del curso academico: INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA

DE TELECOMUNICACIONES fue diseñado inicialmente en el año 2005 por el Ing.

ROMAN EMILIO GARCES

El contenido didáctico ha sufrido dos actualizaciones desde su elaboración por

parte del Ingeniero Juan Carlos Vesga Ferreira, quien se desempeña actualmente como

director del cuso a nivel nacional y como Coordinador Nacional del programa de

Ingeniería de Telecomunicaciones




INTRODUCCIÓN

Las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (TIC) son incuestionables y están ahí, forman parte de la cultura tecnológica que nos rodea y con las que debemos convivir. Las TIC configuran la sociedad de la información y su extensivo e integrado legado se constituye en una característica y un factor de cambio de nuestra sociedad actual. El ritmo de los continuos avances científicos en un marco de globalización económica y cultural, contribuyen a la rápida obsolescencia de conocimientos y a la emergencia de otros nuevos, provocando continuas transformaciones en nuestras estructuras económicas, sociales y culturales, incidiendo en casi todos los aspectos de nuestra vida: el acceso al mercado de trabajo, la sanidad, la gestión política, la gestión económica, el diseño industrial y artístico, el ocio, la comunicación, la información, la manera de percibir la realidad y de pensar, la organización de las empresas e instituciones, sus métodos y actividades, la forma de comunicación interpersonal, la calidad de vida y la educación entre otros. Su gran impacto en todos los ámbitos de nuestra vida, hace cada vez más difícil que podamos actuar eficientemente prescindiendo de ellas. Sus principales aportes son: el fácil acceso a grandes fuentes de información, el procesamiento rápido y fiable de todo tipo de datos, la disponibilidad de canales de comunicación inmediata, la capacidad de almacenamiento, la automatización de trabajos, la interactividad y la digitalización de la información, los cuáles han impactado todas las actividades humanas. La Ingeniería de Telecomunicaciones constituye la rama del saber de mayor desarrollo científico y tecnológico a nivel mundial. Los avances se derivan de los mismos desarrollos de la electrónica digital, el procesamiento de la información, los medios de transmisión de gran capacidad, antenas de alta generación y enmarcados en un esfuerzo científico de desarrollo de la sociedad del siglo XXI. Existe una gran demanda de profesionales en el sector específico de las telecomunicaciones en todos los sectores del país y del mundo; de manera que se puede responder al reto de la sociedad actual y más aún en una economía globalizada. En este sentido este curso teórico lleva a centrar la atención en la misma conceptualización de la ciencia, ingeniería y tecnología desde un marco histórico, hasta las formas más pertinentes de transmisión y el método ingenieril amparado en un proceso intelectual que parte del aprendizaje y pensamiento creativo. A nivel local y regional, es de vital importancia la formación de Ingenieros de telecomunicaciones, como una dinámica que coloca a nuestras sociedades a la vanguardia de los grandes avances que gesta día a día la Ciencia y la tecnología. El territorio que anhela estar a la par con el desarrollo científico, no desconoce los resultados positivos de la calificación del talento humano que alberga sus comunidades. Las necesidades de especializarse por ramas permiten desarrollos que se aplican en diversos campos, donde se solucionen problemas de gran interés en la comunidad. Dentro de las necesidades de atención en el campo de las telecomunicaciones, el profesional puede aplicar su conocimiento ingenieril, en la investigación de necesidades reales; selección de alternativas y presentación de la




solución propuesta, realización física de los diseños, los esquemas de mantenimiento y reparación y los mismos mercados diseños y productos. El curso académico de Introducción a la Ingeniería de Telecomunicaciones, le permite al estudiante la contextualización en el marco de los conceptos claves de la misma ciencia, técnica y tecnología, sus antecedentes y marcos históricos que enmarcan su misma evolución; hasta el acercamiento a las variadas aplicaciones y su método ingenieril, clave en del desarrollo de diseños. En el marco del desarrollo de la ingeniería involucra al estudiante en los conceptos y fundamentos con los cuales va a tener contacto permanente dentro de toda la carrera, ya sea en la elaboración de proyectos o en la implementación de de innovadores diseños. El curso promueve las siguientes competencias en el estudiante: Comprender los conceptos y fundamentos de la Ingeniería en Telecomunicaciones, relacionando hechos y desarrollos históricos con avances y técnicas de implementación moderna. Comprender el alcance de las Telecomunicaciones en el ámbito nacional e internacional y sus formas de implementación en áreas de voz, datos y video entre otros elementos propios de esta temática. Fomentar la capacidad de identificación de problemas mediante análisis y síntesis de la situación. Fomentar la capacidad de innovación y cambio ante nuevos desarrollos y formas de pensamiento inductivo Trabajar en cooperación con otros, compartiendo un propósito común, haciendo los aportes requeridos según sea el caso. Fomentar la capacidad para la autocrítica, disposición al abordaje de procesos orientados hacia el aprendizaje autónomo relacionados con su desempeño laboral y profesional propios de la educación a distancia.




UNIDAD 1: FUNDAMENTACION DE LA INGENIERIA TELECOMUNICACIONES

CAPITULO 1. CONCEPTUALIZACION

1. CIENCIA1[1]

1.1 DEFINICIÓN

La ciencia es un significativo elemento de la cultura, que le ha permitido al hombre diferenciarse de los animales, que no producen cultura. El hombre gracias a las mediciones de la misma ciencia, ha transformado el mundo, lo ha explicado y lo ha comprendido partiendo de la variedad de fenómenos y comprendiendo las leyes que lo rigen. El hombre no ha podido deslindar la realidad y el conocimiento porque el conocimiento ha contribuido a modificar esa realidad, al mismo tiempo, la realidad actúa sobre el sujeto modificando el conocimiento. Este acercamiento al concepto de ciencia la considera como una forma de conocimiento humano. El conocimiento científico, no es la única forma de acercarse a la realidad y no agota la misma realidad. Esta es compleja y trasciende el conocimiento científico; no la podemos reducir simplemente a lo racional o a lo experimental, va más allá; no se agota con lo demostrable y lo cuantificable. La realidad es también trascendente y por ello va más allá de lo científico. Algunos pretenden aceptar únicamente, la realidad que percibe la ciencia negando su trascendencia y queriendo agotarla en el conocimiento científico.

La ciencia también se define como la búsqueda del conocimiento de la realidad o como el conocimiento racional, sistemático, exacto y comprobable de la realidad.

La ciencia experimenta, descubre, observa, mide, crea teorías que explican el cómo y por qué de las cosas; elabora técnicas y herramientas para su observación y medición; hace hipótesis y cuestiona la naturaleza y sus fenómenos; crea conjeturas, discute o rechaza; separa lo verdadero de lo falso, diferencia lo que tiene sentido de lo que no lo tiene; nos dice como debemos llegar a donde queremos llegar y lo que queremos hacer.

1.2 Características Básicas de la Ciencia

Tomando como punto de partida a Mario Bunge; las características principales se pueden definir así:

1[1] FLOREZ Carlos, GALINDO Gladis, Ciencia y Conocimiento, Usta, Santafé de Bogotá. 1971. p 251.




FACTICIDAD: Significa que la ciencia parte de los hechos, tratando de ser independiente a cualquier tipo de valoración o caracterización emocional o sentimental. La estadística le sirva a la ciencia como un instrumento que le permite sistematizar y cuantificar estos hechos observables. A las teorías que se forman a partir de los hechos que han sido confirmados, se les da el nombre de datos empíricos.

ANALISIS: La ciencia es analítica, porque los problemas que trata de resolver, son descompuestos en sus elementos para entender y descubrir la forma como se relacionan estos con el fenómeno que se esta investigando.

CLARIDAD Y PRECISION: La ciencia se diferencia del conocimiento vulgar o corriente del hombre, el cual, por lo general, es vago e inexacto. El conocimiento científico por el contrario, exigen cierta tranquilidad y reposo para abordar los problemas y para poder penetrar en sus leyes y mecanismos internos. La ciencia, en su proceso investigativo, debe ante todo precisar y clarificar su problema. El planteamiento del problema con claridad y precisión asegura, un alto porcentaje, la validez y orientación de la investigación científica, el marco teórico ayuda a la clarificación y exactitud de la investigación, pues la teoría como marco de referencia, permitirá iluminar el problema para entenderlo y clarificarlo.

VERIFICABILIDAD: La ciencia no se puede contentar exclusivamente en la coherencia lógica de sus afirmaciones; la observación de los fenómenos tampoco es suficiente, por más precisión y utilización de instrumentos perfeccionados que tenga. Es necesario introducir la experimentación para verificar en la realidad sus teorías. La verificabilidad del conocimiento científico fue uno de los aportes que hicieron los griegos a este, especialmente la escuela de Pitágoras. Esta verificación o comprobación permite crear situaciones controladas en donde se pueden cambiar las variables o factores que intervienen en los fenómenos para conocer mejor sus interrelaciones.

SISTEMATICIDAD: La ciencia es sistemática, organizada en su búsqueda y en sus resultados. Se preocupa por construir sistemas de ideas organizados racionalmente, formando una estructura a la que integra conocimientos nuevos a los ya existentes; así las leyes y teorías se van ampliando una teoría más general. La sistematicidad implica un todo donde sus elementos se encuentran interrelacionados entre sí con una finalidad o un objetivo.

GENERALIDAD: Desde épocas primitivas el conocimiento científico ha tenido un carácter general. No puede existir ciencia de lo particular, lo afirman los filósofos griegos, porque no hay interés por el objeto en particular, por el hecho en si mismo, sino por lo que puede representar para la generalidad de los fenómenos u objetos. El estudio de un caso particular tiene sentido para el científico, en la medida que le permite relacionarlo con una ley que es general, es decir un caso de una ley y la ley se convierte en una expresión racional de la generalización de los casos particulares.

FALIBILIDAD: La ciencia es uno de los pocos sistemas creados por el hombre que parte del principio de su posibilidad de equivocarse, de cometer errores. Por principio




la ciencia es refutable, es falible. Siempre que exista la posibilidad de encontrar nuevos hechos o hipótesis que generan una mejor explicación de los fenómenos se hace alusión a la falibilidad de la ciencia.

EXPLICABILIDAD y PRODUCTIBILIDAD: La ciencia le da al hombre explicaciones coherentes y sistemáticas acerca del modo de comportamiento de la naturaleza y de la sociedad. Así no solo describe los fenómenos sino que los explica y señala la forma como se relaciona los elementos del fenómeno. La ciencia busca su utilización en el mejoramiento de la vida y por ello ha sido predictiva anticipándose a los hechos para manejarlos.

UTILIDAD: La característica que reviste mayor importancia para la humanidad es la utilidad. La ciencia otorga las herramientas y los instrumentos para ser utilizados para la destrucción o realización del hombre. Aquí una cantidad de discursos en el mundo actual que enmarcan una orientación de la tecnología, aplicación de la ciencia a la solución de necesidades concretas del hombre, claro esta enmarca en una gran responsabilidad ante la historia de la humanidad. Todo depende de la forma como es utilizada la ciencia en beneficio o perjuicio de la humanidad. Solo entendiendo una real libertad se podrá comprender la acción de la ciencia para el desarrollo de la humanidad.

1.3 Ciencia y Tecnología

En el mundo actual existe una estrecha interrelación entre ciencia, tecnología y sociedad.

Ella es particularmente importante para el desarrollo de los mismos pueblos. La ciencia y la tecnología han suscitado cambios en el modo de vida en el bienestar y en la misma manera de comportarse las personas que son aspectos básicos en el desarrollo de la sociedad.

Con el propósito de realizar tanto la relación, como la diferenciación entre los conceptos de TECNICA CIENCIA, TECNOLOGIA; se parte del principio en el que concuerdan en dos aspectos comunes como lo son: hacer referencia a algo objetivo, existente y de otro lado hacen relación a una actividad humana y, en ese sentido son algo subjetivo, cambiante por naturaleza, en constante evolución social. Pero al igual se da la diferenciación se enmarca dentro los objetivos que persiguen: La técnica y la tecnología buscan la forma de hacer las cosas para la satisfacción de las necesidades humanas y la ciencia pretende entender la naturaleza y la sociedad. La tecnología y la técnica pretenden producir bienes, ofrecer servicios.

Sintetizando, podemos afirmar que la Ciencia hace referencia al SABER, la técnica a la HABILIDAD para hacer algo y esto se ha generado a través de la misma historia del




hombre, desde sus inicios, hasta la misma revolución científica técnica que ha desarrollado:2[2]

LOS INICIOS: El hombre comenzó a dominar técnicas como el uso del fuego, de la rueda, domesticar animales, hacer herramientas, fundir, cultivar, construir y a tener conocimientos del calendario, de las matemáticas, etc.

EL PERÍODO HELENICO: Comienza la búsqueda del conocimiento por el conocimiento mismo, se quieren saber los rasgos esenciales de las cosas, sus causas, las leyes que las rigen. La “Ciencia” era actividad del hombre rico e instruido.

LA EDAD MEDIA: El conocer se supedita al creer, a la fe. Se limita la creatividad del hombre. Pero se avanza en el dominio de las artesanías.

LA REVOLUCIÓN CIENTÍFICA: Se regresa al estudio directo de la naturaleza. Surge el método experimental. Época de grande teorías, descubrimiento de leyes que rigen a la realidad. La actividad científica comienza a institucionalizarse.

LA REVOLUCIÓN INDUSTRIAL: La producción a gran escala estimula el desarrollo de técnicas avanzadas, comienza el uso de máquinas, como la de vapor, para aplicarlas a la producción, al transporte, etc. Es la época de la revolución técnica.

LA REVOLUCION CIENTIFICA – TECNICA: Gran desarrollo de las ciencias particulares. Sus principios se aplican a la industria. Estrecha relación entre ciencia, tecnología y desarrollo. La ciencia se convierte en un importante factor de desarrollo de las fuerzas productivas.

1.4 Tipos de Ciencia

Existen diversas formas de cercarse a la ciencia, la básica y la aplicada y ambas distintas de la tecnología y entre las dos diferenciadas por el grado de especificidad. La ciencia básica expresa correlaciones que son válidas para la totalidad de un universo de discurso y la ciencia aplicada que es más específica se restringe de la aplicabilidad de las correlaciones. Cuando las correlaciones de la ciencia aplicada provienen por vía deductiva de leyes de ciencia básica y de datos, se dice que la ciencia aplicada corresponde a una ciencia teórica.3[3]

CIENCIA BASICA TEORICA: Es una construcción conceptual que, luego de la materialización de la ciencia moderna, puede expresarse por medio de diversas ecuaciones simples.

2[2] FACUNDO D, H Ángel, Ciencia tecnología e investigación, ICFES, Bogotá... p 18. 3[3] HESSEN, J; Teoría Del conocimiento, Losada, Bs As; 1970. Pg 345




CIENCIA APLICADA TEORICA: Se distingue de la básica, porque sus correlaciones son de más corto alcance. También porque esta restricción, lleva a una aplicabilidad mas inmediata en un ámbito específico y real. Se expresa en ecuaciones, donde intervienen parámetros y son características de la denominada ciencia aplicada. Cuando la correlación proviene de la ciencia básica y se restringe con la realidad de los datos, a la ciencia que la aplica se le llama ciencia aplicada teórica.

CIENCIA APLICADA EMPIRICA: Sus correlaciones son descripciones de realidades observadas, las cuales se consideran científicas por su modo de obtención, procesamiento y presentación; por su comprobación y necesidad de refutación y por la vía de los conceptos que en ella intervienen, con alguna porción de ciencia, básica teórica. Las correlaciones se expresan en forma matemática, pero no pueden deducirse de otras leyes de la ciencia básica, además en sentido estricto no son leyes, solo son expresiones matemáticas que describen hechos observados.

1.5 INGENIERIA Y TECNOLOGIA.

Si partimos del concepto de tecnología como la aplicación sistemática del conocimiento científico, o como el conjunto de conocimientos utilizados en la producción y comercialización de bienes y servicios, que se materializa en maquinas y equipos información sobre ellos, sobre los procesos, procedimientos y productos, esta tiene gran relación con el concepto de la misma ingeniería. Como lo expresa Borrero “La tecnología es un punto de convergencia entre el conocimiento científico que puede implicar algún tipo de practica”. La tecnología así se entrecruza con los propósitos de la técnica y con las modernas posibilidades de la ingeniería.

La ingeniería concebida por el conde Rumford quien en 1769 dijo que era “la aplicación de la ciencia a los propósitos comunes de la vida”, sin embargo la más conocida fue la dada en 1828 por el arquitecto Thomas Thedgord “el arte de dirigir las grandes fuerzas de la naturaleza y usarlas en beneficio del hombre”. Aunque para esta época no se había concebido en el papel de la ciencia y la tecnología lo que es la ingeniería, si se hacia ver su enlace por el conjunto de métodos que utiliza y las transformaciones.

De acuerdo a las definiciones de diccionarios enciclopédicos: “La ingeniería es la aplicación de los conocimientos científicos a la invención, perfeccionamiento, y utilización de la técnica industrial en todas sus ramas”.

Otra definición dada por el Ingeniero Ardí Cross es: “Es el arte de tomar una serie de decisiones importantes dado un conjunto de datos complejos e inexactos, con el fin de obtener para un cierto problema y entre posibles soluciones, aquellas que funcionen más satisfactoria”.

La ingeniería tiene una conexión directa y basada en la ciencia y la técnica encarnando la tecnología como base fundamental; en cuanto esta cultiva puede definirse como la aplicación sistemática del conocimiento científico, hoy denominada “Ciencia de las artes industriales”. Industria, a su vez, denota inteligencia, creatividad y destreza. La




tecnología orienta a la ingeniería en el como hacer las cosas es decir la ciencia hecha acción y la acción convertida en ciencia. La ingeniería se enmarca aquí como una ciencia.

1.5.1 INGENIERIA

DEFINICIÓN

Si retomamos el concepto de ingeniería orientada al campo ocupacional, se concreta en la aplicación del conocimiento de las ciencias naturales, mediada por los métodos tecnológicos y las destrezas técnicas, para: Aprovechar adecuadamente los recursos energéticos; transformar las materias y los materiales; proteger y preservar el ambiente; producir, reproducir y manejar información; gestionar, planear y organizar los talentos humanos y los recursos financieros para el beneficio de la humanidad; mediante el diseño de soluciones creativas y la utilización de las herramientas disponibles.

1.5.3 FUNCIONES DE LA INGENIERÍA

El trabajo del ingeniero le ha exigido especializarse por ramas y a la vez orientarse hacia funciones encaminadas a:4[4]

INVESTIGACION; reconociendo y definiendo las necesidades reales. Búsqueda experimental del conocimiento. Suministro e información ingenieril a las otras funciones. Principios científicos y datos sobre los eventos ingenieriles recién descubiertos.

DESARROLLO; Aplicación tecnológico del conocimiento básico de la ingeniería. Determinación de problemas de aplicaciones y sus soluciones.

DISEÑO: Reconocimiento y definición de necesidades tecnológicas y establecimientos de alternativas de solución. Selección de alternativas y presentación de la solución propuesta.

CONSTRUCCION Y PRODUCCION; Materialización y realización física de los diseños control de calidad y análisis de costos.

OPERACIÓN Y ENSAYO; planeación, selección, instalación, y ensayo de plantas, sistemas y máquinas. Determinación de la duración de máquinas y equipos de su rendimiento.

4[4] DIXON, JOHR; Diseño en Ingeniería, inventiva, análisis y toma decisiones. Limusa. Wiley. México. 1970.




MANTENIMIENTO Y SERVICIO; mantenimiento y reparación de las plantas, sistemas, máquinas y productos.

MERCADEO; del producto, empaque y almacenamiento, publicidad, posicionamiento.

ADMINISTRACION; decisiones finales en el trabajo final de la ingeniería y parcialmente accesoria.

EDUCACION; enseñanza y publicaciones generales y especializadas.

1.5.4 RAMAS DE LA INGENIERÍA

Los cuatro grandes campos de la ingeniería son la civil, mecánica, la eléctrica y la química. A partir de estas se han desarrollado otras ramas de gran interés en el desarrollo de la misma ciencia y la tecnología. 5[5]

1.5.4.1 Ingeniería Civil: Es la rama más antigua de la profesión del ingeniero, después de la militar. El ingeniero civil agrupa su trabajo en construcción, ambiental, geotécnica, recursos hídricos, topografía, estructural, y transporte.

Los ingenieros civiles realizan estudio de factibilidad, investigaciones de campo y diseño, las que se ejecutan durante la construcción y las que realizan después de la construcción como el mantenimiento e investigación.

1.5.4.2 Ingeniería Mecánica: Los ingenieros mecánicos se relacionan con la mecánica de la energía, la manufacturera y la del diseño. Sus funciones incluyen el diseño y especificación de componentes o sistemas enteros, el diseño y producción de los procesos de manufacturas, la operación y mantenimiento de plantas, la consultoría, la investigación y desarrollo junto a la administración. Aplica el método ingenieril, leyes y principios, desarrollados por científicos, especialmente los físicos.

1.5.4.3 Ingeniería Eléctrica: La ingeniería eléctrica maneja fundamentalmente la generación, transmisión y distribución de energía, fabricación de equipos eléctricos, e instalaciones y mantenimiento de plantas industriales, empresas contratistas de prestación de servicios relacionados con los montajes, redes e instalaciones eléctricas en general. El Ingeniero electricista posee conocimientos técnicos, habilidades, destrezas y valores para encarar el diseño, construcción y administración, operación de procesos, productos, equipos y materiales en el campo eléctrico.

Las funciones típicas de los ingenieros electricistas incluyen el diseño de nuevos productos, la prescripción de requerimientos de desempeño, el desarrollo de esquemas de mantenimiento. Resuelven problemas operativos, estiman el tiempo y el costo de

5[5] HOYOS VASQUEZ, Guillermo; Elementos para la comprensión de la Ciencia y la Tecnología. Colombia al despertar de la modernidad; Ediciones Foro. Bogotá 1994. Pg 23




los proyectos de ingeniería eléctrica y llevan a cabo la consultoría, la investigación y el desarrollo.

1.5.4.4 Ingeniería Química: Rama de la ingeniería que estudia la aplicación, el desarrollo y la operación de procesos de manufactura en los cuales, mediante cambios en la composición y en las características físicas de los materiales se crean bienes, productos y servicios industriales y comerciales.

Los ingenieros químicos, tienen contactos con procesos químicos y biológicos que toman las materias primas en productos valiosos, con perdida de material y consumo de energía mínimo. Las habilidades necesarias incluyen todos los aspectos del diseño, ensayo, escalamiento, operación, control y optimización.

Los ingenieros químicos tienen que ver con el diseño, y desarrollo de los productos, como alimentos, drogas, plásticos, empaques, vidrios, productos químicos en general.

1.5.4.5 Ingeniería Agrícola: Es la rama de La ingeniería que se orienta a la planeación, gestión, diseño, ejecución y supervisión de proyectos de ingeniería relacionados con el manejo y aprovechamiento racional de los recursos hídricos, el planeamiento y construcción de obras de infraestructura y la mecanización agrícola y agroindustrial. Un ingeniero agrícola esta capacitado para dar solución a los problemas de diseño y desarrollo de las infraestructuras agropecuarias, mediante la aplicación de los conocimientos de la ingeniería, del suelo, del agua, de la planta, y de los problemas ecológicos y socioeconómicos.

Sus áreas de trabajo están en la mecanización agrícola, el control del ambiente, y la administración de empresas y proyectos agropecuarios.

1.5.4.6 Ingeniería Electrónica: La ingeniería electrónica abarca un amplio espectro de tecnologías, que tienen que ver con los movimientos de los electrones y su control para fines útiles al hombre. Su campo de acción son los sistemas eléctricos con el énfasis en el manejo de señales eléctricas, acústicas, ópticas, y electromagnéticas usadas en funciones de medición, control, comunicaciones e informática.

Los ingenieros electrónicos modelan, diseñan, adaptan, mantienen, implantan y gestionan equipos y sistemas electrónicos aplicados en áreas como las telecomunicaciones, la bioingeniería, la microelectrónica, las tecnologías de la información y la automatización.

1.5.4.7 Ingeniería Industrial: La ingeniería Industrial aplica a la planificación y gestión de la producción la ingeniería de plantas industriales, la gestión de la calidad, el establecimiento de objetivos, y esta muy ligada a la gestión en cuanto realiza estudio de organización y métodos; planea, programa y controla la producción, supervisa y controla la calidad, asesora y realiza consultoría, investiga operaciones; participa en la dirección técnica y administrativa y financiera de las empresas.




1.5.4.8 Ingeniería de Sistemas: Trabaja con los simbólico apoyados en máquinas especiales que son los computadores, para ello adapta, mantiene, implementa y administra equipos y sistemas de: comunicación, información, cómputo, simulación, control y administración. Mediante el análisis del sistema, el ingeniero de sistemas identifica las necesidades del usuario, determina la viabilidad técnica y económica y asigna las funciones y el rendimiento al software, al hardware a la gente y a la base de datos así como los elementos claves del sistema.

Las funciones del ingeniero de sistemas comprende el análisis de las estructuras de información en una organización; la realización de investigaciones, desarrollos y aplicaciones a los nuevos adelantos tecnológicos en las áreas de computación y sistemas con el fin de alcanzar su adecuada adaptación a nuestro medio desarrolla software tantea nivel de programas de sistemas como a nivel de programas de aplicaciones; evalúa desde el punto de vista técnico y económico, equipos de computación electrónicos y sistemas de procesamiento de datos.

1.5.4.9 Ingeniería Metalúrgica y de Materiales: La metalurgia es el arte y la ciencia de obtener los metales a partir de sus minerales y aplicarlos a las necesidades del hombre. El ingeniero metalúrgico interviene en el proceso de los productos de la minería y con la ayuda de la electricidad , la química y la mecánica obtienen metales y aleaciones como materia prima para lograr todo tipo de estructuras metálicas; equipos, mecanismos y vehículos para satisfacer necesidades humanas. Proyecta, diseña, dirige, y realiza labores que implican la obtención de materiales o su transformación, realiza investigaciones para perfeccionar los métodos de tratamiento de minerales, de obtención de metales.

1.5.4.10 Ingeniería Ambiental: Busca el desarrollo sostenible, no solo con el cuidado y mejoramiento del ambiente, sino también el crecimiento social y económico de las comunidades. El ingeniero ambiental se desempeña en empresas de servicios públicos, institutos de investigación, comunidades, universidades, monitoreando el manejo de los recursos la calidad de los mismos, investigando y presentando propuestas de desarrollo sostenible.

1.5.4.11 Ingeniería Geológica: Aplica los conocimientos de la geología al diseño y construcción de obras ingenieriles, a la explotación de los recursos minerales, y al investigación de daños causados por desastres naturales o de origen geológicos inducidos por el hombre. Se dedica fundamentalmente a la explotación de investigación de la corteza terrestre, con el objetivo de estudiar los componentes que lo conforman para buscar materias extractivas o seleccionar lugares para construir carreteras o vías férreas, obras de embalse, canales de regadío, puertos, túneles, y cualquier otro tipo de construcción.

1.5.4.12 Ingeniería de Alimentos: Rama especializada en la producción de alimentos, desde la obtención de materias primas, su transformación física, química y Biológicas, mediante procesos industriales hasta su embasado y distribución. Para ello toma los conceptos de la física y la química, y los aplica junto con los principios de la ingeniería del diseño, desarrollo de operaciones de equipos y procesos para el manejo,




transformación, conservación y aprovechamiento integral de las materias primas, alimentarías, bajo parámetros de calidad, desde el momento de su producción primaria hasta su consumo. Esto se realiza sin agotar la base de los recursos naturales ni deteriorar el medio ambiente y atendiendo a los aspectos de calidad, seguridad, higiene y saneamiento.

Los aspectos teóricos y prácticos de la industria alimentaría, desde la calidad de las materias primas hasta el uso final por los consumidores son el principal campo de estudio y práctica de la ingeniería de alimentos. Aplica los principios de la ingeniería de procesos y de la química a los alimentos.

1.5.4.13 Ingeniería de Minas: Es la profesión en la cual los conocimientos de la ciencias naturales, como la química, la física, la matemática, la geología, se aplican con buen criterio y tecnología al desarrollo del medio, y extraer de la naturaleza económicamente con responsabilidad, social basada en un ética profesional, los minerales para el beneficio de la humanidad.

El ingeniero de minas se encarga de la localización de los recursos mineros, organiza y dirige los trabajos para extraer de la tierra minerales sólidos, metálicos o no y el tratamiento para su utilización directa o su transformación. Realiza estudios geológicos y topográficos, recomienda mejores métodos de explotación

1.5.4.14 INGENIERÍA DE TELECOMUNICACIONES

DEFINICIÓN

Dos áreas de la ingeniería han ejercido un impacto contundente en las telecomunicaciones. La electrónica o microelectrónica y la computación, esto ha llevado a la variedad y tamaño de los sistemas actuales de telecomunicaciones como la telefonía fija y móvil, la radio, la televisión, el radar, las redes de computadores, los sistemas satelitales, etc. y ha hecho imperativo el surgimiento de una nueva ingeniería, desprendida normalmente de la ingeniería electrónica y dedicada a esta área de trabajo, vale decir, la ingeniería de la telecomunicaciones.

Los ingenieros de telecomunicaciones son profesionales integrales capaces de comprender, asimilar, adaptar, incorporar, especificar, integrar, poner en servicio, mantener y operar, tecnologías, equipos, sistemas y redes de telecomunicaciones, para resolver necesidades específicas, con criterios de oportunidad y eficiencia económica. El ingeniero en telecomunicaciones está preparado, no solo para realizar estas tareas convencionales, sino también para diseñar soluciones y crear nuevos modelos o sistemas en comunicaciones que demande el sector a través de sus diferentes tipos de empresas o asociaciones y ejercer liderazgo en la innovación, en el sector y en la comunidad.




El ingeniero en telecomunicaciones puede determinar autónomamente, los temas, las tecnologías y el enfoque que deba utilizar para profundizar el conocimiento que requiera según necesidades o exigencias laborales.

En función de la especialidad elegida durante la carrera, los ingenieros de telecomunicaciones pueden ser especialistas en telefonía, radio, telemática, etc.

OBJETIVOS

El ingeniero de telecomunicaciones es un especialista en soluciones ingenieriles en las comunicaciones basadas en la ciencia y en la técnica. Por consiguiente, dentro cualquiera de las áreas elegidas, el profesional puede realizar las siguientes funciones:

Analizar, diseñar, implementar, comprobar, evaluar, supervisar, planificar e innovar sistemas de telecomunicaciones.

Analizar sistemas de comunicación, tanto dentro de una organización, como entre organizaciones. Analizar el comportamiento de componentes y sistemas de comunicación para optimizar las comunicaciones o solucionar fallas.

Diseñar soluciones integradas con tecnología avanzada que resuelvan de manera óptima y duradera los problemas analizados, de a cuerdo a normas vigentes.

Implementar y comprobar los sistemas de telecomunicaciones diseñados, mediante el uso de la tecnología adecuada, según criterios técnicos y económicos.

Evaluar los sistemas de telecomunicaciones de acuerdo a los criterios establecidos y objetivos específicos, para derivar en información que ayuda a la toma de decisiones.

Supervisar los sistemas implementados mediante el monitoreo y el mantenimiento de los mismos.

Planificar la ejecución y administración de proyectos de sistemas de telecomunicaciones.

Innovar, proponiendo soluciones que contemplen equipos de comunicaciones de acuerdo con la evolución tecnológica, las necesidades y las normas y exigencias del mercado.

Exige una gran demanda de talento humano en el sector especializado de las telecomunicaciones en todo el mundo, como producto de la integración de las telecomunicaciones a la mayoría de las actividades de la sociedad moderna, la apertura del sector, la consecuente aparición de nuevos proveedores y operadores, la introducción de nuevos servicios y tecnologías y la fuerte expansión de redes y servicios necesaria para insertar a los países en la economía globalizada. Los campos de acción principales, pero no exclusivos son:

Sistemas de telecomunicaciones. Telefonía. Comunicación Móvil. Comunicaciones satelitales. Radio y televisión.




Telemática y redes de computadoras. Tecnología de Internet. Sistemas de telemetría. Sistemas de control.

Las funciones de un Ingeniero de Telecomunicaciones en el ámbito laboral son la realización de proyectos de telefonía móvil, instalación de redes telemáticas, diseño de software de control y aplicaciones, instrumentación, así como la de investigación y desarrollo que se lleva a cabo principalmente en grandes empresas de telecomunicación, como son los operadores nacionales y regionales, los canales de televisión y radio. También aparecen las funciones gerenciales, es decir, aquellas en las que el ingeniero aplica los conocimientos adquiridos a lo largo de su vida profesional en combinación con otras de carácter administrativo para dirigir empresas relacionadas con la actividad de las telecomunicaciones. En tercer lugar, aparecen las tareas comerciales como ventas directas a clientes, bien de equipos, sistemas o redes y la ligada a la fabricación y mantenimiento, como son el soporte técnico a los clientes y la fabricación de componentes, sistemas y subsistemas. Finalmente, la enseñanza es la principal función solo para un número muy reducido de ingenieros de telecomunicaciones.

1.5.5 SISTEMA

1.5.5.1 DEFINICIÓN6[6]

Existen diversos conceptos y definiciones de sistemas que se han usado con frecuencia en las distintas disciplinas y ocupaciones. Muchos han escuchado los términos sistema social, sistema de producción, sistema financiero, sistema de administración, sistema de instrucción, ingeniería de sistemas, etc. Desde aquí se ve la palabra en diferentes campos, desde la industria hasta las ciencias puras.

Llama la atención las definiciones que han aportado diversos autores en su afán de construir una teoría general de sistemas:

Banghart (1969), define sistema como un término que representa todas las actividades que comprende un proceso de solución de problemas, desde su formulación, pasando por la implementación, hasta llegar a las recomendaciones.

Ryan (1969), lo define como una organización de componentes interrelacionados e interdependientes, con la organización general y con el medio o contexto en el cual se ubica. Esta relación se mantiene mediante formas de operación y de información entre el sistema y el contexto, con el propósito de lograr los objetivos, asignados a la organización o sistema.

6[6] ROMERO, Augusto, Teoría de sistemas; Universidad Pedagógica Nacional de Colombia. Bogotá 1978. Mimeografiado. Pg 42




Silvern (1968), establece que un sistema es la estructura u organización de un todo, que muestra claramente las interrelaciones de las partes entre sí y con la totalidad a la cual pertenecen.

Kaufman (1972), define un sistema como la suma total de partes trabajando interdependientemente entre si para lograr resultados requeridos, con base en necesidades establecidas.

Bertalanffy (1973), define un sistema como un conjunto de elementos interactuando.

Finalmente, Banathy (1973) afirma que un sistema esta constituido por un conjunto de partes de una organización diseñada para lograr objetivos específicos.

De las anteriores definiciones se puede deducir que sistema es un concepto que puede referirse a un individuo, a una institución o a cualquier otra entidad. En su definición participan elementos tales como: 1. conjunto de partes interactuando 2. Con objetivos propios 3. cuyo logro se realiza a través de procesos. 4 para producir resultados deseados; 5. El funcionamiento está determinado por límites identificables en el contexto en el cual se ubica y 6. El mantenimiento de un sistema es posible mediante el intercambio de energía e información con el contexto, a través de procesos de control e información de retorno.

Lo anterior nos demuestra la carencia de principios y de una teoría general que pueda ser aplicada a todos los sistemas.

1.5.5.2 CARACTERISTICAS DE LOS SISTEMAS

Ryan (1969) establece las siguientes características como propias de los sistemas:

1. Son conjuntos de elementos ordenados y organizados. 2. Están compuestos de elementos o componentes y de relaciones entre si y con

la totalidad del sistema. 3. Funcionan como una totalidad en virtud de la interdependencia entre las

partes. 4. Están ubicados dentro de un contexto y orientados hacia fines específicos. 5. Poseen una estructura de funcionamiento que les permite una dinámica de

desarrollo.

Este mismo autor ofrece cuatro principios generales, los cuales han sido aplicados al estudio del funcionamiento de los sistemas y al desarrollo de nuevos sistemas:




PRINCIPIO I:

A mayor grado de totalidad en el sistema, mayor es su eficiencia. En todo sistema debe existir cierto grado de totalidad. Esta es definida por la forma en que cada parte del sistema está en relación con cada una de las otras partes, en tal sentido, que un cambio producido en una de ellas, repercute en las otras partes y en el sistema total.

PRINCIPIO II

A mayor grado de sistematización mayor es también la eficiencia de operación del sistema. La sistematización hace referencia al grado de fortaleza en las relaciones entre las partes de un sistema. En un sistema cuyas partes estén debidamente interrelacionadas, se hace necesario el ajuste de estas relaciones o el reemplazo de las partes, a fin de lograr el nivel deseado de firmeza y seguridad en el funcionamiento del sistema.

PRINCIPIO III

A mayor grado de optimización, más efectivo es el sistema. La optimización se define como el grado de congruencia entre el sistema y su objetivo. Además, el sistema debe estar adaptado a las condiciones del medio en tal forma que se asegure la mejor actuación en relación con los objetivos.

PRINCIPIO IV

A mayor grado de compatibilidad entre el sistema y su contexto, más efectivo es el sistema. La compatibilidad se refiere a la vinculación funcional del sistema con un medio particular. Es decir, un sistema debe operar de acuerdo con las características propias del medio.

Clasificación de los sistemas. Todos los internos de clasificación de los sistemas han demostrado que ésta es una misión compleja y un proceso difícil. Una clasificación inicial es la que divide los sistemas en deterministas y probabilistas.




NIVELES DE LOS SISTEMAS7[7]

Si se observa la relación, todos los sistemas pueden ser considerados como parte de un sistema mayor y, al mismo tiempo, considerárseles como formados por partes o subsistemas. Esta situación determina la necesidad de clasificarlos según ciertos niveles.

Las partes principales de un sistema, también conocidas como las funciones principales, son llamadas sub-sistemas. Un sistema puede tener dos o más sub-sistemas.

El supra-sistema es la totalidad resultante de la interacción de un conjunto de sistemas. Por ejemplo, la relación que existe entre el sistema nervioso y el cuerpo humano, entre las escuelas, tomadas individualmente como sistemas y el contexto socio-cultural al cual pertenecen; entre el sistema educativo nacional y el supra-sistema social. Así, la definición de subsistema o sistema, está en relación con el sistema mayor al cual pertenece.

Otra clasificación de los niveles de los sistemas, es la presentada por Boulding (1956).

NIVEL DESCRIPCION

Estructuras estáticas Llamado también el nivel de las estructuras,

Considerado como el principio de conocimientos teóricos organizados, pues la precisión de relaciones estáticas hace posible la teoría dinámica o funcional. Este nivel comprende; átomos, moléculas, cristales, estructuras biológicas de nivel microscópico. Su descripción se hace a través de fórmulas estructurales.

Mecanismos de control Son sistemas cibernéticos y homoestáticos en cuanto a la transmisión e interpretación de información esencial para la supervivencia del sistema. A este nivel pertenecen el termostato, servomecanismos y mecanismos homeoestáticos en los organismos.

Sistemas abiertos Son estructuras autorreguladas, en donde se puede diferenciar la vida. Son sistemas que sostienen el paso de la

7[7] BERTANLANFFY, L:V Teoría general de sistemas. Ed Boston, 1973, pg 99.




materia (metabolismo). También se le denomina el nivel de la célula y de los organismos en general.

Sistema animal

Sistemas humanos

Están caracterizados por la capacidad de movimiento creciente, conducta teleológica, aprendizaje y conocimiento de su existencia. El modo de actuar responde a una imagen o estructura de conocimiento o percepción del medio ambiente. Tienen comportamiento autónomo debido a la gran capacidad de recepción y procesamiento de información. Aquí comienza la teoría referida a los autómatas.

Es el individuo considerado como sistema. Se diferencia del nivel anterior por cuanto posee autoconciencia; la percepción, además de ser más compleja tiene una cualidad reflexiva, no sólo conoce, sino que esta consciente de lo que conoce. Estas propiedades están ligadas a los fenómenos del lenguaje: hablar, producir, percibir e interpretar símbolos.

Sistemas sociales Son las organizaciones sociales, donde tienen especial significado los valores, la naturaleza y dimensión del conjunto de valores, los símbolos vinculados a las manifestaciones artísticas y la gama completa de emociones humanas.

Sistemas simbólicos Representados por el lenguaje; la lógica; las matemáticas, las artes, la moral y demás sistemas de orden simbólicos.




CAPITULO 2. ANTECEDENTES

2. HISTORIA DE LA INGENIERIA8[8]

La ingeniería nace antes que la ciencia y la tecnología, es decir; a la par con el hombre mismo. La ingeniería debe mirarse en el contexto de la historia general asociada con los grandes eventos que han cambiado totalmente los sistemas de la vida humana como: La revolución en la producción de alimentos (6000-3000 a.C), la aparición de la sociedad urbana (3000-2000 a.C), el nacimiento de la ciencia griega (600-300) la revolución en la fuerza motriz (Edad Media), el surgimiento de la ciencia moderna (siglo XVII), el vapor y la revolución industrial, (siglo XVIII), la electricidad y los comienzos de la ciencia aplicada (siglo XIX) la edad de la automatización siglo XX), la revolución termonuclear, la revolución de la electrónica y la informática en una nueva era del conocimiento.

Los comienzos de la ingeniería se cree que ocurrieron en Asia menor o África, hace unos 8000 años; cuando el hombre empezó a cultivar plantas, domesticar animales y construir casas en grupos comunitarios. Surge así, una revolución agrícola que partió de la creatividad del trabajo humano para la misma producción y comercialización. El más importante, hecho ocurre hacia el año 3000. A.C, cuando en las ciudades se dio una administración central y comercio; apareciendo gobernantes, administradores, sacerdotes que en un comienzo fueron llamados ingenieros porque afianzaron la técnica. Inicia un acelerado proceso de interacción entre la sociedad urbana y la ingeniería; generando nuevos conocimientos para los ingenieros. Se destaca la producción del fuego a voluntad; la fusión de minerales para producir herramientas, el desarrollo de los símbolos para la comunicación escrita, las técnicas de cálculo y la aritmética y la normalización de pesas y medidas.

Desde el 3000 AC, empiezan las primeros esbozos arquitectónicos con grandes palacios y templos. La religión impulsa así la actividad ingenieril y de conocimientos para la construcción de estas obras, destacándose las pirámides. Imhotep, fue el primer ingeniero conocido por la construcción de las pirámides de peldaños en Saqarah, Egipto. Por lo tanto fue elevado a categoría de, Dios, aún después de su muerte. Continúan ingenieros civiles, egipcios, persas, griegos y romanos, que sobre métodos empíricos ayudados por la aritmética y la geometría, involucraron obras de arquitectura.

8[8] RIBEIRO, Darcy, El proceso de la civilización. Universidad del Valle.CALI. 1993.




2.1 EN EL MUNDO

2.1.1 La Ingeniería en Grecia y Roma

Al culminar la civilización egipcia, el centro de conocimientos se desplazo a la isla de Creta y después alrededor del 1400 a.C, hacia la antigua ciudad de Mecenas. Los constructores de estas regiones utilizaron inmensos bloques de tierra en sus obras y dominaron el arco falso, una técnica que les ha otorgado un gran reconocimiento en el ámbito de la ingeniería.9[9]

El primer ingeniero en el mundo fue Pytheos, constructor del Mausoles de Halicamaso en 352 a.C.

En roma se daba la oportunidad de mantener sistemas de drenaje y suministro de agua, mercados de carne, baños públicos y otras facilidades municipales similares a las de hoy. Así mismo en el ámbito militar y en los problemas de navegación se idearon máquinas y materiales para poder realizar trabajos que exigen un manejo ingenieril. A nivel de documentos escritos se destaca el libro de arquitectura de Vituvio, fue escrito en Roma en el primer siglo después de Cristo, que consistía en diez volúmenes que incluyen materiales y métodos de construcción, diseño y planificación urbana.

2.1.2 La Ingeniería en la Edad Media

Con la caída de Roma, el conocimiento se dispersa hacia pequeños grupos bajo controles de orden religiosos. Es así que en el oriente empieza a despertar la tecnología entre los árabes; pero con conocimientos aislados porque no hubo un gran esfuerzo por el trabajo científico. En este período aparece por primera vez la palabra ingeniero, asociada con invención. Se dan fuentes de potencia, la fuerza hidráulica concretada en ruedas y turbinas hidráulicas, los molinos del viento y velas, las carreteras y los carruajes.

El uso del carbón de leña, la introducción del papel y pólvora por los árabes, la invención de la imprenta y la brújula, contribuyeron a la dispersión del conocimiento. Se destacan las expresiones significativas, plasmadas en catedrales góticas y en Islam las construcciones escritas de los moros.

La máquina, fue una invención de gran relevancia que ha marcado un rumbo de la ingeniería moderna y que han contribuido a un impulso hacia nuevas innovaciones en el campo de la ingeniería.

9[9] HERNANDEZ, Miguel Ángel, La modernización social y el mundo moderno. Desarrollo tecnológico en interacción social... Misión de ciencia y tecnología. Vol. 2, Tomo II. FONADE: 1.990.




2.1.3 La Revolución Científica y Tecnológica del Siglo XVII

El desarrollo de la ciencia y la tecnología en este período, resalto la era de grandes hombres como Torricelli, Pascal, Fermat, Descartes, Boyle, Hooke, Newton, que merecen ser reconocidos como genios.

La máquina de vapor, los ferrocarriles, la unión entre la ciencia y la técnica, la enseñanza de la ingeniería, desarrollaron la Revolución Industrial.

En esta época se hicieron los primeros intentos para producir la máquina de vapor por parte de Papin y Newcomen. Aunque eran muy ineficientes marcaron el inicio de las máquinas productoras de potencias. Cuarenta años más tarde, surgen cambios en el desarrollo y descubrimientos dados por Henry Cort, para refinar el hierro fuente de maquinarias y plantas de fuerza motriz.

El barco de vapor y los ferrocarriles, la unión entre la ciencia y la técnica, la enseñanza de la ingeniería y el desarrollo industrial marcaron un avance significativo; unido a la Ecole de Chausées; escuela donde surgió por primera vez la idea de un plan de estudios.

A comienzo del siglo XIX se organizan una cantidad de escuelas de ingeniería en Europa, especialmente en Alemania, dividiendo el plan de estudio en ramas. John Sneaton fue el primero en llamarse Ingeniero Civil; en contraposición de los ingenieros militares de la época. La ingeniería fue reconocida como ocupación exclusiva ya en el siglo XVII en Francia.

Thomas Yeoman fue un Ingeniero de la época del viento y de la agua, dedicados a la fuerza a vapor y los ha hecho reconocidos porque aprovecharon la mayor parte de la fuerza industrial, ellos son: Un Newcomen, un Savery, un Smeaton o un Watt.

Finalmente Yeoman fue elegido como Presidente de la Asociación de Ingenieros Civiles en 1771.

2.1.4 La Ingeniería del Siglo XX10[10]

Los cambios de la vida humana y las nuevas formas de hacer ciencia, originaron la expansión de la Revolución Industrial, la consolidación de la Ingeniaría Civil como profesión, creando una conciencia de la necesidad de la educación científica y técnica como prerrequisito para la práctica de ingeniería. Aparece el método de la ciencia aplicada como desarrollo significativo en el área. 10[10] PÁGINA Internet; apuntes trabajos y monografías.




Esta ciencia aplicada se desarrolla en los campos de la ingeniería eléctrica en la combustión, en la química, por lo que dio paso a la segunda revolución industrial del principio del siglo XX. El automóvil, las invenciones de equipo eléctrico por Edison y el tubo electrónico por De Forest impulsaron el uso de potencias y de comunicaciones; llegando al campo del avión.

Inicia así un desarrollo acelerado de todas las especialidades de la Ingeniería pues abarcan el transporte, la potencia, la hidráulica, las armas, la electrónica, las comunicaciones, los petróleos, y así sucesivamente la especialización de cada una de las ramas.

2.2 EN COLOMBIA

2.2.1 Ingeniería En Colombia Antes de la Independencia11[11]

La imposición del dogma y una fe única marcaron un escenario de retraso en la sociedad, política, la económica o la cultura. La imposición de las ideologías europeas fueron asumidas por América Latina, mediante el apego a creencias religiosas.

El símbolo de lo moderno se traduce en una dependencia que afecta la misma soberanía nacional; se busca la industrialización, en las instituciones, su cultura política, e incluso en los rubros presupuestales demanda de autonomía individual, los costos de la modernidad se tenían que evitar.

En este sentido, la Revolución Industrial en el país durante el periodo neocolonial esta ligado a la llamada revolución post industrial. Claro esta, que sin determinar unas políticas públicas sociales, lo que exigió tratar de establecer decisiones eficientes en el sector público, como el diseño de programas sociales y la implementación de los mismos.

La modernización gradual se dio de una manera muy frágil. Colombia pasando de un país rural a un país urbano, se introduce en un proyecto moderno, donde la ingeniería jugo un papel importante: En la ingeniería prehispánica, se observa que el aporte del indígena no es aceptado por muchos historiadores respetables; pero a pesar de que no fueron grandes matemáticos, existieron técnicas que fueron perfeccionadas posteriormente y dieron resultados satisfactorios.

Apenas en la edad media, nació el término ingenios, relacionándose con los asuntos de la guerra. Mediante el uso de algunos materiales de la vida de los indígenas su diversidad mostraba la eficiencia de estos recursos; muchos de los cuales portavoz no fueron utilizados. Los materiales más usados por nuestros antepasados fueron de

11[11] DUSSEL, Enrique, El encubrimiento del otro, Átropos. Bogotá.1992.




origen animal, vegetal y mineral. Utilizaron las tierras colorantes, el azufre, la sal, las cerámicas, los cueros, etc.

Últimamente se ha demostrado que las técnicas para trabajar el oro permitieron grandes relaciones comerciales. Se destaca en alfarería la cerámica de América intertropical clasificada en niveles tecnológicos, con su avanzada en creatividad plástica y pintura, plasmados en algunas culturas colombianas, como la de Tierradentro. En minería existían bastas regiones mineras que indujeron a explotaciones dadas por los españoles; los yacimientos de oro eran un aluvión de vetas, para lo cual los indígenas se idearon la utilización del canalón. Los indios conocían técnicas de cateo y además se fabricaban estanques para conducir el agua a las minas y muchas otras pequeñas tecnologías que contribuían a soportar sus trabajos. Todo lo anterior implicaba conocimiento de hidráulica, manejo de los terrenos y topografía, configurada como una verdadera obra de ingeniería.

La ingeniería civil prehispánica muestra los métodos constructivos de Taironas, Koguis, Wiwas, IKjas y Baris y se de cuenta de las implicaciones técnicas, religiosas, y ecológicas de estos sistemas de construcción en viviendas, muros, puertos, posos, alcantarillados, puentes.

Si se observa la cultura de San Agustín con sarcófagos inmensos, tumbas revestidas con grandes lajas, se puede demostrar el pensamiento del hombre de esta época y el avance y camino hacia la ingeniería.

La cultura de Europa Occidental y la perspectiva científica que la acompaña, fueron sobre impuestas a la civilización local tradicional de las regiones conquistadas. Esto ocurrió durante el renacimiento, cuando la revolución científica se encontraba en embrión y la colonización de América hizo importantes aportes a la transformación de Europa durante el periodo de la revolución científica.

Se enfatiza en que una de las causas principales del descubrimiento de América fueron los progresos de las ciencias y las técnicas europeas, y por eso Europa penetró la ingeniería con el uso del hierro que no se podía producir acá; las aleaciones de cobre para campanas, las técnicas de fabricación de losa, y con la construcción de las murallas de Cartagena de las Indias los ingenieros españoles mostraron el aporte que daban en la época a estas regiones.

Los africanos aportaron a lo largo y a lo ancho un aspecto científico y tecnológico bastante limitado. Conocieron la ganadería vacuna, el trabajo del hierro y el bronce, y una organización política compleja.

La ingeniería en la república, las condiciones tecnológicas impuestas en la conquista y completadas en la colonia perduraron hasta la llegada de la ilustración en la segunda mitad del siglo XVIII que precipito el inicio de los movimientos interdependistas.




El Gobierno de Mosquera tuvo merito de iniciar la formación en ingeniería que el sabio Caldas no pudo consolidar, se crea en 1847 el Colegio Militar, donde se formaron ingenieros civiles que fueron pioneros en su profesión. Aparece también la comisión cartográfica bajo la dirección del geógrafo Agustín Codazzi. En el régimen federal en 1863 y la instauración de los EE UU de Colombia se expiden leyes de obras públicas.

En 1867 la escuela politécnica se incorpora en la Universidad Nacional creada en este tiempo y simultáneamente se va promoviendo el cuerpo de ingenieros para acometer la dirección de las obras públicas de los nuevos estados federales.

Durante la década de los 70 y80 se inicia la construcción de ferrocarriles dándole oportunidades a los egresados del Colegio Militar.

En esta década los personajes como Pedro Alcántara Herran y Mariano Ospina Rodríguez, representan la elite ilustrada que introduce una orientación técnica trayendo instructores extranjeros de ciencias y el envió de jóvenes, familias importantes ha centros del exterior.

Posteriormente en la Universidad Nacional de Bogotá existía la facultad de ingeniería, al igual que en la universidad del Cauca, en la escuela de Minas de Medellín; pues esto originó grandes grupos de ingenieros que eran quienes manejaban sus propias empresas o las empresas privadas. En el polo opuesto los ingenieros de provincia pensaban en soluciones autóctonas para problemas nacionales, como el cambio por materiales nativos o los inventos mecánicos adoptados localmente.

En las primeras décadas del siglo XX se conformaron asociaciones de profesionales. En 1873 algunos profesores ya alumnos de la Escuela de Ingeniería de la Universidad nacional fundaron una sociedad, pero su escaso número de participantes y la falta de recursos impidieron el éxito.

En 1887 se implemento el número de ingenieros en el país y empezaron hacer empleados de obras públicas y organizaron la sociedad colombiana de ingenieros, llegando a publicar los anales de la ingeniería, periódico científico industrial.

La Sociedad Antioqueña de Ingenieros fue fundada en 1913, así como la Sociedad Bogotana de Ingenieros.

2.3 HISTORIA DE LAS TETECOMUNICACIONES12[12]

La especie humana es de carácter social, es decir, necesita de la comunicación; pues de otra manera viviríamos completamente aislados. Así, desde los inicios de la especie, la comunicación fue evolucionando hasta llegar a la más sofisticada tecnología, para lograr acercar espacios y tener mayor velocidad en el proceso.

12[12] Sitio, INTERNET, monografías.com.




Las primeras manifestaciones en la comunicación de la especie humana, fueron la voz, las señales de humo y sus dibujos pictóricos; posteriormente al evolucionar, fue la escritura, el elemento que permitió desarrollar las culturas que hoy se conocen. Las artes como la música y el teatro, forman parte fundamental en la formación y desarrollo de la misma especie y sus culturas.

Con el desarrollo de las civilizaciones y de las lenguas escritas surgió también la necesidad de comunicarse a distancia de forma regular, con el fin de facilitar el comercio entre las diferentes naciones e imperios.

Las antiguas civilizaciones utilizaban a mensajeros, mas adelante, se utilizó al caballo y las palomas mensajeras; con el invento de la rueda esto casi desapareció.

A partir de que Benjamín Franklin demostró, en 1752, que los rayos son chispas eléctricas gigantescas, descubrimiento de la electricidad; grandes inventos fueron revolucionando este concepto, pues las grandes distancias cada vez se fueron

acercando. 1836 año en que Samuel F. B. Morse creo lo que hoy conocemos Telégrafo. Tomas Edison, en 1874, desarrolló la telegrafía cuádruple, la cual permitía transmitir dos mensajes simultáneamente en ambos sentidos.

A pesar de este gran avance, no era suficiente lo que lograba comunicar, es decir, esto era insuficiente pues se requería de algún medio para la comunicación de la voz. Ante esto, surge el teléfono, inventado por Alexander Graham Bell, que logra la primera transmisión de la voz en 1876.

Así los primeros sistemas telegráficos y telefónicos utilizaban cable para lograr la transmisión de mensajes. Con los avances en el estudio de la electricidad, el físico alemán Heinrich Hertz descubre, en 1887 descubre las ondas electromagnéticas, estableciendo las bases para la telegrafía sin hilos.

Pero no fue hasta el siglo XX, cuando se inventan los tubos al vacío y el surgimiento de la electrónica, que se logran grandes avances, se inventa el radio, la primera emisión fue en 1906 en los Estados Unidos. En 1925 existían ya 600 emisoras de radio en todo el mundo.

Hasta aquí, la voz se ha logrado transmitir de un lugar a otro, pero que pasa con la imagen, si una imagen dice más que mil palabras.

En 1826, físico francés Nicéphore Niepce utilizando una plancha metálica recubierta de betún, expuesta durante ocho horas, consiguió la primera fotografía. Perfeccionando este procedimiento, el pintor e inventor francés Louis Jacques Mandé Daguerre descubrió un proceso químico de revelado que permitía tiempos de exposición mucho menores, consiguiendo el tipo de fotografía conocido como daguerrotipo.

En el siglo XIX, se desarrolla este invento hasta llegar al cinetoscopio, presentado por Tomas Edison en 1889 y lo patento en 1891. Los hermanos Lumière, presentan y patentan el cinematógrafo en el año de 1895. Hasta el año de 1920 se le añade el sonido. Creando así, el cine, muy disfrutado en nuestros días.




Aunque la transmisión de imágenes a distancia esta ligada a varios avances e inventos, como: disco perforado explorador, inventado en 1884 por el pionero de la televisión, el alemán Paul Gottlieb Nipkow. Otros de los hechos en el desarrollo de la televisión son el iconoscopio y el cinescopio, para transmitir y recibir, respectivamente, imágenes a distancia, inventados ambos en 1923 por el ingeniero electrónico ruso Vladímir Kosma Zworykin. Logrando con esto una de las más grandes industrias a escala mundial, las Cadenas de Televisión.

Desde las primeras máquinas programables manualmente (máquina diferencial de Babbage) o con procedimientos electrónicos (ENIAC, con tubos al vacío, en 1947), hasta nuestros días de potentes computadoras digitales que se han introducido en prácticamente todas las áreas de la sociedad (industria, comercio, educación, comunicación, transporte, etc.). Con todos estos avances tecnológicos y necesidades, la comunicación o transmisión de datos fue tomando cada vez más auge. Los primeros intentos y realizaciones en la tarea de conjugar ambas disciplinas - comunicaciones y

procesamiento de datos - tuvieron lugar en Estados Unidos, donde durante años cuarenta del siglo XX se desarrollo una aplicación de inventario para la U.S. Army y posteriormente, en 1953, otra para la gestión y reserva de las plazas en la American Airlines, que constituyeron los dos primeros sistemas de procesamiento de datos a distancia.

Con esta nueva necesidad y estas herramientas, surgen las Redes de Computadoras, las cuales son ya muy comunes en nuestros días, pero en los inicios de la transmisión por televisión y con el uso de las computadoras, la especie humana logra lanzar un vehículo espacial y tiempo después lanza los primeros satélites artificiales. Los cuales son aparatos muy sofisticados con fines múltiples (científicos, tecnológicos y militares). El primer satélite artificial, el Sputnik 1, fue lanzado por la Unión Soviética el 4 de octubre de 1957. El primer satélite de Estados Unidos fue el Explorer 1, lanzado el 31 de enero de 1958, y resultó útil para el descubrimiento de los cinturones de radiación de la Tierra.

En la actualidad hay satélites de comunicaciones, navegación, militares, meteorológicos, de estudio de recursos terrestres y científicos. La mayor parte de ellos son satélites de comunicación, utilizados para la comunicación telefónica y la transmisión de datos digitales e imágenes de televisión.

Todo este desarrollo de las comunicaciones dio lugar a un nuevo concepto; Telecomunicación, que significa: Conjunto de medios de comunicación a distancia o transmisión de palabras, sonidos, imágenes o datos en forma de impulsos o señales electrónicas o electromagnéticas.




CAPITULO 3. ACTUALIDAD

3. INGENIERÍA

3.1 PANORAMA MUNDIAL

Uno de los grandes desafíos de los ingenieros colombianos, se halla en no perder de vista la perspectiva mundial, y es la necesidad de ser competitivos a este nivel. Para nadie es desconocido, que mundialmente se hallan soluciones a enormes problemas, que no dejan de sorprender al hombre mismo.

A medida que crece la población humana, esta se interconecta y en cada situación la ciencia y la tecnología se expanden a gran velocidad y la ingeniería exige cada día más, doctos en el área para atender vitales necesidades.

Los procesos de la globalización están basados en la tecnología y por ello es comprensible la función social de la ingeniería en el marco de la modernidad.

El rápido crecimiento de la población de los países del desarrollo, generalmente colonizados en el sentido económico, cuando no militar, ha generado desigualdades profundas. Se concentran los emporios de empresas, su amplia producción y los grandes capitales para beneficio de pocos ciudadanos, mientras aumentan los obstáculos para mejorar la calidad de la mayoría. 13[13] El 70% de la población mundial general el 7% de la producción industrial en manufacturas, el 40% de la gente recibe el 5.2% del total producido en Edmundo, mientras el 20% tiene el 71.3%.

Es decir, la pirámide de producción tiene una base amplia en pocos países, la oferta extranjera aumenta en los pueblos que menos producen, porque tienen importaciones considerables, economías débiles y poco poder adquisitivo.

La globalización presupone la realización del conocimiento en bienes y servicios de valor agregado, distribuidos y fortalecidos por cadenas industriales y sus filiales en varios países, la mayoría corresponde a países industrializados y de reciente industrialización. Las condiciones de comercialización de productos, planeación, productividad, calidad, precio, diseño, tecnología y otros factores, están siendo fundamentales para los nuevos sistemas económicos, en donde los avances en ciencia y tecnología permitirán futuros distintos a las realidades actuales, y la ingeniería continuará siendo parte fundamental de las cadenas productivas.

En la oferta y la demanda están ligados tanto quienes proporcionan la mayor parte de la materia prima, como los poseedores de la tecnología, los modernos procesos industriales, las corrientes en investigación y desarrollo, patentes, las normas internacionales, la producción de energía, alimentos, inversiones y mejor nivel de vida. La diferencia de bienes y servicios en distintas sociedades y la capacidad de compra son tan muy marcadas.

13[13] V, Sonia, HERNANDEZ, Silvana, Los grandes bloques mundiales. Revista de la facultad de ingeniería.UNAM, Vol. 47 Marzo de 1997.




3.2 LA CIENCIA Y LA TECNOLOGIA EN COLOMBIA14[14]

En nuestro país la historia de la ingeniería se remonta a la época precolombina y la primera escuela de ingeniería se abrió en Medellín, en 1814, poco después de que la ingeniería se consolidara como profesión, lo cierto es que el avance de la ingeniería se dio apenas en la segunda mitad del siglo XX.

La escasez en los planes de formación en el país obedece a diversas razones.

Los primeros profesores se formaron en Europa y Estados Unidos de esa manera, los modelos iniciales de formación de Ingenieros en Colombia fueron copias más o menos fieles de aquellos modelos tradicionales.

Las políticas de formación profesional de ingenieros, cambian de un gobierno a otro, dado que en su agenda no ha sido una prioridad la formación de buenos ingenieros y menos aún el fomento de la ciencia y la tecnología.

Estas políticas de formación de ingenieros, de apoyo al desarrollo de la ciencia y la tecnología, y de soporte a la educación están limitadas y son impuestas por los organismos de crédito y financiamiento internacional (FMI, BID y Banco Mundial), entidades que impulsan y determinan políticas generales, en todos los campos (incluida la educación), para los países en vías de desarrollo.

Las nuevas rupturas en ciencia y tecnología empezaron a darse después de la Segunda Guerra Mundial, cuando entraron gran número de procesos y nuevos equipos asociados a empresas en nuevas ramas de la industria, que se consolidaron en la década de 1960, época en la cual egresaban de las facultades del país apenas unos 210 ingenieros por año.

Desde el punto de vista de la política de ciencia y tecnología, el modelo colombiano adoptado en aquellas décadas era similar al imperante en América Latina. Se Consideraba que la ciencia y la tecnología debían fortalecerse, haciendo énfasis en la capacidad de investigación, con la esperanza de que esta se reflejaría en tecnología para el sector productivo. En un enfoque simplista que falló por múltiples factores, como los económicos y los inherentes al proceso de maduración de las innovaciones.

A partir de entonces la tendencia tecnológica es hacia la modernización de industrias y ramas ya antiguas. Pero a mediados de la década aparecen nuevas industrias, casi todas de elevado nivel tecnológico, y casi todas propiedad extranjera, o bajo control extranjero. En 1967 un decreto pone la transferencia y el desarrollo de tecnología bajo el control del gobierno. Entonces se piensa que el problema central para el desarrollo es tecnológico y no científico, y se busca fortalecer la capacidad de negociación

14[14] VALENCIA, Asdrúbal. La Ciencia y la tecnología en Colombia. Ciencia y tecnología y sociedad. CESET-U de A. Medellín, 1997.




elaborando la selección y evaluación tecnológica. Este enfoque tiene los serios problemas filosóficos ya planteados. El tratar de modernizar sin buscar la modernidad, situación que persiste y que pude resumirse en la frase de García Caclini “Somos consumidores del siglo XXI y ciudadanos del siglo XVII).

Como hemos señalado para impulsar el desarrollo científico y tecnológico de Colombia, en 1968 se creó el Fondo Colombiano de Investigaciones Científicas y Proyectos Especiales “Francisco José de Caldas, COLCIENCIAS, como un establecimiento público descentralizado adscrito al Ministerio de Educación. A su vez esta institución servia de Secretaría Ejecutiva del CONCYT Consejo nacional de Ciencia y tecnología, máximo organismo consultivo del gobierno en esta materia, creado también en 1968, pero el cual nunca llego a ningún papel importante.15[15]

La acción de COLCIENCIAS se desarrollo en varias fuentes como: La financiación de proyectos de investigación en las diversas áreas de las ciencias, el auspicio al intercambio de científicos, la realización de seminarios especializados, el otorgamiento de distinciones como el premio nacional de ciencias, el apoyo a los comités de investigación en las universidades.

En 1989 creó el gobierno la llamada Misión de Ciencia y tecnología, Junta de Académicos que estudio las perspectivas de la ciencia y tecnología en el país, estableciendo recomendaciones para el fomento del desarrollo científico y tecnológico para Colombia en los años siguiente. El Consejo Nacional de Política Económica y Social COMPES es el organismo principal asesor del Gobierno Nacional en todos aquellos aspectos que se relacionan con el desarrollo económico social del país.

Desde 1988 empezó a debatirse en el Congreso un Proyecto Ley, por el cual se dictan disposiciones para el fomento de la investigación científica y el desarrollo tecnológico. Este proyecto se convirtió en la ley 29 de febrero de 1990 conocida como la ley Marco en Ciencia y tecnología que fue el eje de la Reforma Jurídica adoptada. Ella reconoce la necesidad de la intervención del estado en la promoción y orientación del adelanto científico y tecnológico.

Otros decretos ley consolidan la necesidad de un nuevo sistema de ciencia y tecnología. Mediante el decreto 393 del 08 de febrero de 1991, se autoriza a la nación y a sus entidades descentralizadas para asociarse con los particulares, propiciando las corporaciones mixtas. Desde el punto de vista la ciencia y la tecnología al año de 1991, expide varios artículos haciendo referencia a incentivos para personas, e instituciones para que desarrollen y fomenten la ciencia y la tecnología; promuevan la investigación y la transferencia de tecnología y especialmente la investigación científica.

15[15] CERNUSCHI, Félix. Criterios modernos para la formación de ingenieros integrados. Número 3 Montevideo, junio 1.999. Sitio. WWW.fing.edu.uy/cey/.




3.2.1 Política Nacional de Ciencia y Tecnología

El objetivo general de esta política es integrar a la ciencia y la tecnología, los diversos sectores de la vida nacional; buscando incrementar la competitividad del sector productivo en el contexto de una política de internacionalización de la economía y mejorar el bienestar y calidad de vida de la población colombiana. Todo esto se sintetiza en unos documentos CONPES 2739.

Las políticas centrales son el fortalecimiento nacional de ciencia y tecnología, la innovación, competitividad, desarrollo tecnológico, ciencia desarrollo social medio ambiente y hábitat, integración de la ciencia y la tecnología a la sociedad colombiana, seguimiento y evaluación de los programas de desarrollo científico, tecnológico, inversión en ciencia y tecnología.

Los problemas centrales de esta política es la enorme desigualdad socioeconómica entre los sectores de la sociedad. La organización de la vida política colombiana; pero sin embargo proliferan relaciones propias de una sociedad tradicional que moviliza un discurso americano. De hay nuestra ingeniería esta incluso llamada adelantarse a los últimos desarrollos mundiales pero sin olvidar las características y grandes necesidades básicas del país.

3.3 INGENIERIA EN COLOMBIA

La carencia de apoyo a las ciencias, se vio reflejado en los primeros intentos por hacer universidad, pues 1968 se creo COLCIENCIAS, como una entidad para formar el desarrollo científico en el país, lo que demuestra que no ha realizado un esfuerzo coherente y sostenido para crear una infraestructura científica y tecnológica.

La Ingeniería Colombiana es escasa: no obstante ha hecho aportes significativos al país; tales eventos se pueden describir en diversos niveles: A nivel de formación están las actividades ingenieriles por la jerarquía y la creatividad. En el nivel uno esta la investigación tecnológica científica, sobre nuevos procedimientos del cálculo. En el nivel dos la creación de nuevos trabajos de proyectos y obras de ingeniería. En el nivel tres obras proyectadas de ingenieros del nivel dos o del mantenimiento de industrias establecidas. En el nivel cuatro la realización de tareas de ensayos, mediciones, control, ejecutados por ingenieros investigadores de alta formación.

Según el ICFES el porcentaje de titulo de ingeniería en 1976 era casi del 0% y las maestrías no han pasado del 1%.16[16]

16[16] COLCIENCIAS, Sistema nacional de Ciencia y Tecnología. Instrumentos jurídicos, Colciencias, Bogotá.1991.




A nivel de ambiente de trabajo para la ingeniería colombiana, se ve un clima altamente inseguro por la obsolescencia de las empresas, la recesión. Continuamente asesinan y secuestran ingenieros por lo tanto las obras civiles, las telecomunicaciones, la distribución eléctrica, la ingeniería y la minería han sufrido grandes atrasos.

3.3.1 La Ingeniería Colombiana y Mundial

Dentro de las ventajas hay coincidencia en que existe un mejor conocimiento del medio geográfico y cultural y la exigencia de salarios de menos costos. Y dentro de las desventajas hay cinco aspectos que resaltan como son: La debilidad del país en ciencia y tecnología e investigación, para tecnología de punta, las limitaciones financieras por el escaso acceso a créditos. La ingeniería extranjera que tiene alianzas nacionales con los gobiernos de origen. En gestión tecnológica las empresas presentan grandes debilidades de adaptación e innovación; los sistemas de comunicación e información precarios y el no manejo de un idioma extranjero y la poca estructura tecnológica, la privatización de empresas estatales y la debilidad gremial.

3.3.2 Nuevas Formas de Buscar Calidad de la Ingeniería Colombiana

La implementación del modelo económico neoliberal y la globalización de los mercados, ha tenido efectos significativos en la vida empresarial colombiana y exige nuevos retos a las organizaciones dedicadas a proyectos de ingeniería. Por lo tanto se requiere la formulación de nuevos esquemas de financiación y comercialización así como la capacidad ingenieril.

Con relación a la Universidad se reclama la maestría y doctorados en la planta docente que eleven la formación académica.

En gestión tecnológica una mayor capacidad, diseñando alianzas con firmas extranjeras de esta manera progresando en la internacionalización. Se requiere al igual de exponer de banco de datos, comunicaciones, e información inteligente.




CAPITULO 4. APLICACIONES

4. REDES

4.1 REDES DE DATOS

Para iniciar el tema, es preciso abordar el concepto de red y algunas de sus formas. Una Red es una manera de conectar varias computadoras entre sí, compartiendo sus recursos e información y estando conscientes una de otra. Cuando las PC´s comenzaron a entrar en el área de los negocios, el conectar dos PC´s no traía ventajas, pero esto desapareció cuando se empezó a crear los sistemas operativos y el Software multiusuario. Según el lugar y el espacio que ocupen, las redes, se pueden clasificar en dos tipos: las Redes de Área Local, que se expande en un área relativamente pequeña. Éstas se encuentran comúnmente dentro de una edificación o un conjunto de edificaciones que estén contiguos. Así mismo, una LAN puede estar conectada con otras LANs a cualquier distancia por medio de línea telefónica y ondas de radio. Pueden ser desde 2 computadoras, hasta cientos de ellas. Todas se conectan entre sí por varios medios y topología, a la computadora(s) que se encarga de llevar el control de la red es llamada "servidor" y a las computadoras que dependen del servidor, se les llama "nodos" o "estaciones de trabajo". Los nodos de una red pueden ser PC´s que cuentan con su propio CPU, disco duro y software y tienen la capacidad de conectarse a la red en un momento dado; o pueden ser PC´s sin CPU o disco duro y son llamadas "terminales tontas", las cuales tienen que estar conectadas a la red para su funcionamiento.Las LANs son capaces de transmitir datos a velocidades muy rápidas, algunas inclusive más rápido que por línea telefónica; pero las distancias son limitadas. Las Redes de Área Amplia, comúnmente compuesta por varias LANs interconectadas y se encuentran en una amplia área geográfica. Estas LANs que componen la WAN se encuentran interconectadas por medio de líneas de teléfono, fibra óptica o por enlaces aéreos como satélites. 4.1.1 DEFINICIÓN Una red se compone de un servidor, que es la máquina principal de la red, la que se encarga de administrar los recursos de la red y el flujo de la información. Muchos de los servidores son "dedicados”, es decir, están realizando tareas específicas, por ejemplo, un servidor de impresión solo para imprimir; un servidor de comunicaciones, sólo para controlar el flujo de los datos...etc. Para que una máquina sea un servidor, es necesario que sea una computadora de alto rendimiento en cuanto a velocidad y procesamiento, y gran capacidad en disco duro u otros medios de almacenamiento. Una Estación de trabajo, que es una computadora que se encuentra conectada físicamente al servidor por medio de algún tipo de cable. Muchas de las veces esta computadora ejecuta su propio sistema operativo y ya dentro, se añade al ambiente de




la red. Sistema Operativo de Red, que es el sistema (Software) que se encarga de administrar y controlar en forma general la red. Para esto tiene que ser un Sistema Operativo Multiusuario, como por ejemplo: Unix, Netware de Novell, Windows NT, etc. Las redes de computadoras han tenido un auge extraordinario en los últimos años y han permitido intercambiar y compartir información entre diferentes usuarios a través del correo electrónico, crear grupos de discusión a distancia sobre diversos temas, tener acceso a bibliotecas electrónicas en lugares distantes, utilizar facilidades de cómputo en áreas de geográficas diferentes y crear sistemas de procesamiento distribuido de transacciones, por mencionar algunas de las aplicaciones que actualmente se tienen. Todos estos beneficios que se derivan de la utilización de las redes locales han sido posibles gracias a los avances logrados en el área de comunicación de datos. 4.1.2 SERVICIOS DE REDES DE DATOS17[17]

Las redes computacionales que operan en la actualidad están formadas por una jerarquía de redes de área amplia, redes metropolitanas y redes locales interconectadas entre sí. Las redes que operan en áreas geográficas reducidas tales como un departamento, un edificio o una corporación son redes de área local. Algunas de estas redes están interconectadas entre sí formando redes metropolitanas y estas a su vez se interconectan a las redes de área amplia para permitir la comunicación entre puntos muy distantes geográficamente hablando. También se tienen redes de área local conectadas directamente a redes de área amplia.

Una red local aislada proporciona algunos beneficios; sin embargo, para poder explotar el potencial que proporcionan las redes computacionales, será necesario que esta red se interconecte con otras redes locales y con redes de área amplia.

Las redes de computadoras están hechas con enlaces de comunicaciones que transportan datos (sistema de comunicación), entre dispositivos conectados a la red.

Los enlaces (canales de comunicación) se pueden realizar con cables, fibras ópticas o cualquier otro medio de comunicación.

Luego entonces, existen tres tipos principales de redes de computadoras:

Redes Locales: Conocidas como LAN (Local Area Networks), son usadas para comunicar un conjunto de computadoras en un área geográfica pequeña, generalmente un edificio o un conjunto de edificios cercanos o en un campus.

Redes Metropolitanas: También conocidas como MAN (Metropolitan Area Networks), cubren por lo general un área geográfica restringida a las dimensiones de una ciudad.

17[17] www. Monografías.com. especial comunicamov




Usualmente se componen de la interconexión de varias redes locales y utilizan alguna facilidad pública de comunicación de datos.

Redes de Area Amplia: Las redes de área amplia, también denominadas WAN (Wide Area Networks), son las primeras redes de comunicación de datos que se utilizaron. Estas redes cubren áreas geográficas muy grandes, del tamaño de un país o incluso del mundo entero, como es el caso de la red Internet.

La transmisión de datos en las redes, puede ser por dos medios: Terrestres: Son limitados y transmiten la señal por un conductor físico. Aéreos: Son "ilimitados" en cierta forma y transmiten y reciben las señales electromagnéticas por microondas o rayo láser.

4.2. REDES DE VOZ

4.2.1 DEFINICIÓN18[18]

El arte de la comunicación es tan antiguo como la humanidad. En la antigüedad se usaban tambores y humo para transmitir información entre localidades. A medida que pasó el tiempo se crearon otras técnicas, tales como los semáforos. La era de la comunicación electrónica se inicio en 1834 con el invento del telégrafo, y su código asociado, que debemos a Samuel Morse. El código Morse utilizaba un número variable de elementos (puntos y rayas) con el objeto de definir cada carácter.

El invento del telégrafo adelanto la posibilidad de comunicación humana, no obstante tener muchas limitaciones. Uno de los principales defectos fue la incapacidad de automatizar la transmisión. Debido a la incapacidad técnica de sincronizar unidades de envío y recepción automáticas y a la incapacidad propia del código Morse de apoyar la automatización, el uso de la telegrafía estuvo limitado a claves manuales hasta los primeros años del siglo XX. En el año de 1874 Emil Baudot en Francia ideó un código en el cual el número de elementos (bits) en una señal era el mismo para cada carácter y la duración (sincronización) de cada elemento era constante. Ese código fue llamado de longitud constante.

Los trabajos sobre el problema de la sincronización comenzaron en 1869 con el desarrollo de la máquina de escribir de teclado teleimpresor en Europa. Este equipo operaba sincrónicamente; es decir, cada carácter tenía sus propios comandos start/stop, al comienzo y al final de cada grupo del código.

En 1876 se observa que cambios en las ondas de sonido al ser transmitidas, causan que granos de carbón cambien la resistividad, cambiando por consiguiente la corriente.

En 1877 se instala la primera línea telefónica entre Boston y Sommerville, Mass.

18[18] www.monografias.com.especiales. Redvoz.




En 1910, un americano llamado Howard Krum introdujo mejoras en este incipiente concepto de sincronización y lo aplicó al código de longitud constante de Baudot. Este desarrollo, llamado sincronización start/stop, condujo a la rápida difusión del uso de equipos automáticos de telegrafía.

En 1928 las teleimpresores habían sido completamente mecanizadas: incorporaban un lector y un perforador de cinta de papel accionado por teclado; transmitían ya fuera directamente por medio del teclado o por medio de la cinta y el producto final era cinta perforada o bien, copia impresa.

Esta clase de equipo teleimpresor mecánico originalmente empleaba el código de 5 niveles de Baudot y operaba a velocidades de 45 a 75 bits por segundo. Más tarde se introdujeron versiones del código ASCCI de 8 niveles que operaban a 110 bps. Pero, incluso hasta 1970 se instalaron en todo el mundo mayor cantidad de dispositivos que empleaban el código de Baudot, de 100 años de antigüedad, que dispositivos que empleaban cualquier otro código.

A medida que las comunicaciones se volvieron más sofisticadas, en el comienzo de los años 50 se introdujeron dispositivos electromecánicos centrales para realizar tareas como invitación (notificando en secuencia a cada estación del mismo circuito para transmitir su tráfico) y selección (notificando a una determinada estación que debe recibir un mensaje).

Paralelamente al desarrollo del telégrafo tuvo lugar el desarrollo del teléfono. El primer teléfono para uso comercial se instaló en 1877. Este sistema tenía un tablero manual. Permitía la comunicación por medio de la voz y el telégrafo a través de la misma línea, valiéndose de comunicación alternada. Alrededor de 1908, los sistemas de discado se habían difundido por casi la totalidad de EE.UU. Así, alrededor de 1920 se habían establecido los principios básicos de telecomunicaciones, conmutación de mensajes y control de línea. Los sistemas se construyeron con base en comunicación a través de la voz y transmisión (ST/SP) de caracteres de datos. Luego de la Segunda Guerra Mundial comenzó el desarrollo comercial del computador. Como estas primeras máquinas eran orientadas a lotes, no existía la necesidad interconectarse con el sistema de comunicación que abarcaba toda la nación. Sin embargo más adelante la industria tomó conciencia de la conveniencia de que máquinas y gente hablaran entre sí. Dado que el único sistema de comunicación disponible era el telefónico, naturalmente, los computadores en evolución, habrían de desarrollarse siguiendo vías que les permitieran usar este servicio.

4.2.2 SERVICIOS DE REDES DE VOZ

Entre tanto, el crecimiento del uso de la comunicación fue simultáneo al crecimiento de la tecnología de los computadores y en parte, favorecido por él. Las redes de conmutación de mensajes, reservación y transacciones financieras de los años 50 y 60 usaban computadores centralizados comparativamente sofisticados para controlar grandes poblaciones de dispositivos y terminales primitivas. A medida que esas redes crecían en lo que se refiere a volúmenes de tráfico y poblaciones de terminales, el




aspecto no controlado de la operación de las terminales se volvió inaceptable. Luego de muchos estudios, los arquitectos del sistema finalmente determinaron que las terminales destinadas a la operación de redes basadas en computadoras debían permitir un grado de control más depurado que el alcanzado por los primeros métodos basados en electromecánica.

4.3. IMAGEN

4.3.1 DEFINICIÓN

Desde un comienzo los seres humanos hemos intentado comunicarnos a mayores distancias valiéndonos de la tecnología logrando así romper las barreras del espacio. En un principio la comunicación a distancia era muy primitiva, pero con el transcurso del tiempo fue evolucionando junto con el desarrollo tecnológico, aumentándose las distancias que separaban a los participantes, así como la calidad y cantidad de información. Dada la sofisticación del sistema de la visión humana, la predilección del ser humano por las imágenes es sorprendente, no sólo una gran parte del cerebro esta dedicada a la visión y al análisis visual sino que también la capacidad de transporte de información de nuestro sistema visual es mucho mayor que el de cualquier otro de nuestros sentidos. De todas las imágenes y pinturas conocidas, el rostro humano es la más importante como fuente de información. Cuando hablamos cara a cara con otra persona, obtenemos mayor información de las expresiones faciales, más que de sus palabras o calidad de voz combinadas. De hecho, los psicólogos han determinado que cuando hablamos cara a cara, sólo el siete por ciento de lo que es comunicado es transferido por el significado de las palabras. Otro treinta y ocho por ciento proviene de cómo las palabras son dichas. Eso deja al cincuenta y cinco por ciento restantes de la comunicación, tomar la forma de señales visuales. El problema es que en el ambiente global de los negocios de ahora las comunicaciones cara a cara han llegado a ser una práctica costosa, con un alto consumo de tiempo por lo que es, frecuentemente omitida. Se hace uso entonces de medios como el teléfono, el fax o el módem para satisfacer las necesidades de comunicación corporativas. 4.3.2 SERVICIOS DE IMAGEN "La videoconferencia ofrece hoy en día una solución accesible a la necesidad de comunicación, con sistemas que permiten el transmitir y recibir información visual y sonora entre puntos o zonas diferentes evitando así los gastos y pérdida de tiempo que implican el traslado físico de la persona, todo esto a costos cada vez más bajos y con señales de mejor calidad". Estas ventajas hacen a la videoconferencia el segmento de mayor crecimiento en el área de las telecomunicaciones. El sistema que nos permite llevar a cabo el encuentro de varias personas ubicadas en sitios distantes, y establecer




una conversación como lo harían si todas se encontraran reunidas en una sala de juntas se le llama sistema de "videoconferencia". Videoconferencia es un sistema de comunicación cerrada punto a punto. Cualquiera que posea los medios necesarios (antena satelital) puede ver la señal y ver la teleconferencia, pero nadie, excepto los participantes, puede ver las transmisiones de videoconferencia.

4.4. COMUNICACIONES INALÁMBRICAS

4.4.1 DEFINICIÓN

Estos sistemas se encargan de comunicaciones de corta distancia, algunos cientos de metros a lo sumo. En principio dos serían las aplicaciones básicas: ofrecer movilidad a los usuarios de la telefonía fija, para que puedan desplazarse por su casa o lugar de trabajo, y poder efectuar llamadas; y conectar dispositivos entre sí. Para los primeros, en Europa surgió el estándar DECT, mientras que para los segundos parece que Bluetooth va a conseguir poner de acuerdo a todo el mundo.

En Europa, se está trabajando en terminales duales DECT-GSM, que permitan utilizar las redes de telefonía fija en el caso de que estemos cerca de la base que controla la parte DECT, y las redes de telefonía móvil GSM en el resto de circunstancias. Esto evitaría tener que llevar dos aparatos, y abarataría la cuenta telefónica. En cuanto a Bluetooth, se trata de una iniciativa completamente privada, en la que están involucradas empresas como Ericsson, Toshiba, IBM, Motorola, Qualcomm, 3Com, Lucent, Compaq,... Utilizando la banda de los 2,4 Ghz permite enlazar dispositivos vía radio situados a distancias de entre 10 centímetros y 10 metros, aunque se pueden alcanzar los 100 metros con antenas especiales. Ordenadores, laptops, televisores, cadenas de música, y otros dispositivos podrían conectarse entre sí a través de terminales Bluetooth.

El servicio que une la telefonía móvil con el acceso a Internet, será el que haga crecer ambos mercados de manera muy importante en los próximos años. La baja capacidad de transmisión de datos de los sistemas de segunda generación de telefonía móvil, y las reducidas dimensiones de las pantallas de los móviles no permitían una unión lo suficientemente atractiva, pero si funcional. Bien es verdad que la aparición de WAP permitió acceder a diversos contenidos de Internet desde el móvil, pero la nueva generación de telefonía móvil mejorará la velocidad de conexión, y sus terminales estarán más orientados a comunicaciones de diversas características (voz, datos, imágenes,...) Esto convertirá a los móviles, agendas personales, laptops, y demás dispositivos de mano, en los verdaderos dominadores del acceso a Internet, relegando al ordenador a un papel secundario.

WAP surge ante la necesidad de acceder a Internet desde un móvil. Este conjunto de protocolos permite establecer una conexión con Internet, e intercambiar información con ésta. No está directamente vinculada con GSM, u otra tecnología similar. Puede funcionar sobre tecnologías móviles de segunda o tercera generación (GSM, D-AMPS,




CDMA, UMTS...) Los teléfonos WAP cuentan con un navegador especial, que interpreta páginas escritas en una versión reducida del HTML, denominada WML. Existe también una versión reducida del JavaScript para navegadores WAP, conocida como WMLScript. Las aplicaciones más extendidas de los teléfonos WAP serán el acceso a noticias, pago de compras, recepción de avisos,... Debido a la restricción que imponen los terminales, los gráficos se reducen al mínimo, a pesar de que la publicidad apuesta por este medio.

En Japón, NTT DoCoMo lleva casi un año y medio prestando un servicio de acceso a Internet desde el móvil, que está convirtiéndose en un avance de lo que puede suceder cuando realmente la Internet móvil se implante. El servicio, conocido como i-mode, ha supuesto una auténtica revolución en el país nipón, con tanto éxito que ha sufrido caídas importantes debidas a la saturación del sistema. Incluso NTT DoCoMo suspendió la publicidad durante algún tiempo, para intentar disminuir el elevado número de altas. I-mode no utiliza WAP, sino que utiliza un HTML compacto, que lo que hace es adaptar las páginas web HTML a los terminales móviles. Los teléfonos WAP podrían soportar este servicio.

GPRS, EDGE y por supuesto UMTS, permitirán transmitir páginas mucho más sofisticadas a los móviles, por lo que se espera que los terminales futuros sean en su mayoría ocupados por pantallas, que permitan visualizar estas páginas.

4.5 COMUNICACIONES MÓVILES19[19]

4.5.1 DEFINICIÓN

Desde el principio de las telecomunicaciones dos han sido las opciones principales para llevar a cabo una comunicación: con o sin hilos, por cable o por el aire. En realidad ambas pueden participar en un mismo proceso comunicativo. Por ejemplo la transmisión de un evento deportivo por televisión, en el que una cámara recoge la señal y la transmite, generalmente por cable, a una unidad móvil encargada de comunicarse vía radio con el centro emisor, que a su vez se comunica por cable con una antena emisora que la distribuye por el aire a la zona que cubra la cadena de televisión. De todas formas, en este caso se trata fundamentalmente de una transmisión vía radio, pues es así como se distribuye la señal que previamente ha producido la emisora (captar la señal con la cámara, llevarla al centro emisor y procesarla).

19[19] www.monografias .com.especieles.comunivamov.




El emisor o receptor están en movimiento. La movilidad de los extremos de la comunicación excluye casi por completo la utilización de cables para alcanzar dichos extremos. Por tanto utiliza básicamente la comunicación vía radio. Esta se convierte en una de las mayores ventajas de la comunicación vía radio: la movilidad de los extremos de la conexión. Otras bondades de las redes inalámbricas son el ancho de banda que proporcionan, el rápido despliegue que conllevan al no tener que llevar a cabo obra civil,...

Sin embargo el cable es más inmune a amenazas externas, como el ruido o las escuchas no autorizadas, y no tiene que competir con otras fuentes por el espacio radioeléctrico, bien común más bien escaso. Dos, tres y más cables pueden ser tendidos a lo largo de la misma zanja, y tomando las medidas adecuadas, no han de producirse interferencias. Imaginar cuatro o cinco antenas apuntando en la misma dirección. Resultado: un más que probable caos.

Históricamente la comunicación vía radio se reservaba a transmisiones uno a muchos, con grandes distancias a cubrir. También era útil en situaciones en las que la orografía dificultase en exceso el despliegue de cables. Fundamentalmente se utilizaba para transmitir radio y TV. Por el contrario, las comunicaciones telefónicas utilizaban cables. Todo esto nos lleva a la actual situación, en la que ya no está tan claro cuando es mejor una u otra opción.

En cuanto a las comunicaciones móviles, no aparecen a nivel comercial hasta finales del siglo XX. Los países nórdicos, por su especial orografía y demografía, fueron los primeros en disponer de sistemas de telefonía móvil, eso sí, con un tamaño y unos precios no muy populares. Radiobúsquedas, redes móviles privadas o Trunking, y sistemas de telefonía móvil mejorados fueron el siguiente paso. Después llegó la telefonía móvil digital, las agendas personales, miniordenadores, laptops y un sinfín de dispositivos dispuestos a conectarse vía radio con otros dispositivos o redes. Y finalmente la unión entre comunicaciones móviles e Internet, el verdadero punto de inflexión tanto para uno como para otro.

4.5.2 Servicios de Comunicaciones Móviles.

Los servicios de comunicaciones móviles más extendidos son: la telefonía móvil terrestre, la comunicación móvil por satélite, las redes móviles privadas, la radiomensajería, la radiolocalización GPS, las comunicaciones inalámbricas y el acceso a Internet móvil. De todos ellos hablaremos a continuación, con más o menos profundidad.

La telefonía móvil terrestre utiliza estaciones terrestres. Éstas se encargan de monitorizar la posición de cada terminal encendido, pasar el control de una llamada en curso a otra estación, enviar una llamada a un terminal suyo,... Cada estación tiene un área de cobertura, zona dentro de la cuál la comunicación entre un terminal y ésta se puede hacer en buenas condiciones. Las zonas de cobertura teóricamente son




hexágonos regulares o celdas. En la práctica, toman muy distintas formas, debido a la presencia de obstáculos y a la orografía cambiante de la celda. Además se solapan unas con otras. Es por esto, que cuando un móvil está cerca del límite entre dos celdas, puede pasar de una a otra, en función de cual de las dos le ofrezca más nivel de señal, y esto puede suceder incluso durante el transcurso de una llamada sin que apenas se perciba nada.

Los primeros sistemas de telefonía móvil terrestre, TACS, AMPS, NMT, TMA, NAMT,... o de primera generación, eran analógicos. Los terminales eran bastante voluminosos, la cobertura se limitaba a grandes ciudades y carreteras principales, y sólo transmitían voz. La compatibilidad entre terminales y redes de diferentes países no estaba muy extendida. NMT se utiliza en los países nórdicos, AMPS y TACS en EEUU, y NAMT en Japón.

Cada estación trabaja con un rango de frecuencias, que delimita el número máximo de llamadas simultáneas que puede soportar, puesto que a cada llamada se le asigna un par de frecuencias diferente: una para cada sentido de la comunicación. Esto se denomina FDM, o multiplexación por división en la frecuencia. Las celdas colindantes no pueden utilizar las mismas frecuencias, para que no se produzcan interferencias. Pero las celdas que están algo más alejadas si que podrían reutilizar estas frecuencias. Y esto es lo que se hace. Se parte de una determinada cantidad de frecuencias disponibles. Luego, teniendo en cuenta la densidad estimada de llamadas por área, tanto el tamaño de la celda, como las frecuencias por celda y la reutilización de frecuencias serán determinadas.

Una alternativa para incrementar el número de llamadas servidas es la sectorización, método por el cuál se instalan varias antenas por estación, cada una de las cuáles cubre un sector. Por ejemplo, si instalamos tres antenas, cada una se ocuparía de un sector de 120º.

Después aparecen los sistemas de segunda generación, GSM, CDMA, TDMA, NADC, PDC,... que son digitales. El tamaño de los terminales se hace cada vez más pequeño, las coberturas se extienden, y se empiezan a transmitir datos, aunque a velocidades muy pequeñas. Introduce el envío de mensajes SMS, hoy tan de moda. La compatibilidad entre las distintas redes nacionales empieza a mejorar. GSM se implanta en Europa y en otros países del resto del mundo. TDMA y CDMA en EEUU, mientras que PDC en Japón.

En GSM, cada frecuencia puede transmitir varias conversaciones. Esto se consigue mediante la TDM, o multiplexación por división en el tiempo. El tiempo de transmisión se divide en pequeños intervalos de tiempo. Cada intervalo puede ser utilizado por una conversación distinta. Además, una misma conversación se lleva a cabo en intervalos de distintas frecuencias, con lo que no se puede asociar una llamada a una frecuencia. De este modo, si una frecuencia se ve afectada por una interferencia, una conversación que utilice esta frecuencia, sólo observará problemas en los intervalos pertenecientes a dicha frecuencia. Esto se denomina TDMA.




En los sistemas CDMA, acceso con multiplexación por división de código, lo que se hace es que cada llamada utiliza un código que le diferencia de las demás. Esto permite aumentar el número de llamadas simultáneas o la velocidad de transmisión, lo que se hace necesario ante los crecientes requerimientos de la telefonía móvil.

En la actualidad, se están empezando a desplegar sistemas de lo que se ha denominado generación 2,5 (HSCSD, GPRS, EDGE) que harán de puente entre los de segunda generación y la telefonía móvil de tercera generación (la UMTS). Esta última responde a un intento de estandarizar las comunicaciones móviles a nivel mundial, aunque ya están empezando a surgir pequeñas diferencias entre EEUU y el resto. Ofrecerá grandes velocidades de conexión, por lo que se espera que se convierta en la forma más habitual de acceso a Internet. Permitirá la transmisión de todo tipo de comunicaciones: voz, datos, imágenes, vídeo, radio,...

Algunos sistemas 2,5 (GPRS, EDGE) introducen la conmutación de paquetes en la telefonía móvil, es decir, la comunicación se produce al "estilo" Internet. La información se divide en trozos o paquetes, que siguen caminos diferentes hasta alcanzar el destino. GPRS alcanzará los 115 Kbps, mientras que EDGE los 384 Kbps. Además, EDGE permitirá a los operadores de GSM y TDMA integrar en sus redes actuales este nuevo sistema.

Hasta que la tercera generación se extienda, para lo que aún pueden quedar varios años, los sistemas 2,5 supondrán un puente entre los de segunda generación y la UMTS. En Europa, los operadores se están gastando auténticas barbaridades en adquirir las licencias UMTS, con la esperanza de que será la tecnología que haga explotar las comunicaciones. Pero mientras esto ocurre, los que poseen sistemas 2G ya piensan en evolucionar a GPRS o EDGE.

En la tecnología móvil terrestre, las estaciones están en los satélites. Estos suelen ser de órbita baja. Su cobertura prácticamente cubre todo el planeta. Esta es la principal ventaja que presentan frente a la telefonía móvil terrestre. Las desventajas son de mucho peso: mayor volumen del terminal a utilizar y precio de las llamadas y terminales. Dos son los operadores que ofrecen este servicio a nivel mundial: Iridium y GlobalStar. El primero está a punto de comenzar el derribo de sus satélites, debido a las astronómicas deudas que ha contraído.

Durante los últimos meses ha intentado encontrar un comprador que se hiciera cargo de las deudas, e intentará sacar el negocio a flote, pero no ha encontrado a nadie dispuesto a tomar semejante riesgo. Sigue ofreciendo unos servicios mínimos a sus antiguos clientes, pero ya no realiza ningún tipo de actividad comercial (publicidad, captación de clientes,...). Además recomienda a sus clientes que busquen opciones alternativas a sus servicios, porque en cualquier momento dejan de prestarlos. Su constelación de satélites de órbita baja consta de 66 unidades situadas a 780 Km de la Tierra. Utiliza tanto FDMA como TDMA. Cada satélite disponía de 48 haces o sectores.




Sin embargo, GlobalStar no tiene tantos problemas. La principal razón, sus teléfonos se conectan a las redes terrestres si la cobertura de éstas lo permite, y si no recurren a los satélites. De este modo, buena parte de las llamadas tienen un coste asequible, mientras que las que se realizan a través de los satélites se reducen a lo absolutamente imprescindible. Su constelación cuenta con 48 satélites de órbita baja situados a 1.414 Km de la Tierra. Utiliza CDMA, y cada satélite tiene 16 sectores. Tiene previsto ofrecer comunicaciones de datos y fax a finales de 2000, principios de 2001.

Otros sistemas que están a punto de empezar a operar, o que anuncian sus servicios para los próximos años son ICO, Skybridge y Teledesic, que prestarán otros servicios aparte del de telefonía, como acceso a Internet a alta velocidad, radio búsqueda.

Las redes móviles de comunicación también conocido como radiocomunicaciones en grupo cerrado de usuarios, es un servicio de telefonía móvil que sólo se presta a un colectivo de personas, en una determinada zona geográfica (una ciudad, una comarca,...). El funcionamiento es prácticamente idéntico al de las redes públicas, con pequeños matices. Hay dos modalidades del servicio. En la primera cada grupo de usuarios, y sólo ellos, utiliza una determinada frecuencia. En la segunda el sistema se encarga de asignar las frecuencias libres entre los diferentes grupos, por lo que no hay una correspondencia grupo-frecuencia.

Entre los primeros sistemas podemos destacar EDACS, controlado por un equipo fabricado por Ericsson, muy utilizado por bomberos, equipos de salvamento, policías, ambulancias,... Es un sistema muy seguro, capaz de establecer la comunicación en condiciones muy adversas. Los segundos se denominan sistemas Trunking, y su funcionamiento es muy parecido al de la telefonía móvil automática (TMA), uno de los primeros sistemas analógicos de telefonía móvil pública. La mayor diferencia es que cuando no hay un canal libre para establecer una comunicación, TMA descarta la llamada y el usuario debe reintentarlo después, mientras que las redes Trunking gestionan estas llamadas, estableciendo una cola de espera, asignando prioridades diferentes a cada llamada.

Dos de los sistemas Trunking más populares son Taunet, que es analógico, y Tetra, que es digital. Este último es el resultado de un estándar europeo, y su equivalente estadounidense es el APCO25. Ofrecen otras posibilidades, aparte de la comunicación vocal, como envío de mensajes cortos, transmisión de datos, conexión a redes telefónicas públicas.

El servicio de radiomensajería también denominado radiobúsqueda, buscapersonas o paging, permite la localización y el envío de mensajes a un determinado usuario que disponga del terminal adecuado, conocido popularmente como "busca" o "beeper". Se trata de una comunicación unidireccional, desde el que quiere localizar al que ha de ser localizado. Al igual que en la telefonía móvil, cada zona está cubierta por una estación terrestre, que da servicio a los usuarios ubicados dentro de su zona de cobertura.




Los primeros sistemas tan sólo emitían un sonido o pitido, que indicaba que alguien estaba intentando decirnos algo. Luego, si así lo decidía el portador de la busca, establecía una comunicación telefónica. Es muy útil para profesionales, que han de desplazarse y no siempre están localizables, por ejemplo, médicos, técnicos de mantenimiento, En una segunda fase, aparecieron sistemas más perfeccionados, con envío de mensajes, aplicación de códigos.




CAPITULO 5. DISEÑO

5. DISEÑO INGENIERIL

5.1 DEFINICION

El método ingenieril, es una actividad de toma de decisiones para desarrollar materiales productos o procesos que satisfagan una necesidad. En este sentido es muy diferente al trabajo científico; porque la motivación para esta actividad es la curiosidad intelectual del científico, mientras que el ingeniero trabaja por la identificación de una necesidad.20[20]

De otra parte el método ingenieril se define: como una estrategia para producir el mejor cambio con los recursos disponibles en una situación deficientemente entendida o incierta.

5.2 PASOS DEL METODO INGENIERIL

5.2.1 Parte de la una necesidad e identifica el problema

Partir de una necesidad y definir ampliamente un problema, implica decidir entre múltiples soluciones posibles la que consideramos más apropiada, una amplia definición de lo que se intenta solucionar, esto incluye el recabar el mayor número de datos posibles. Es común el error de no poner atención a la recopilación de datos, lo que lleva a adoptar soluciones incorrectas.

5.2.2 Determina especificaciones

Determinar las especificaciones significa, ampliar más los detalles, o sea, hacer consideraciones como las siguientes:

¿Cuáles son las necesidades de los usuarios?

¿Qué debería ser la solución?

¿Cuáles son los límites del problema Denominados también imposiciones y restricciones?

¿Cuáles son las características de la población que usara el producto?

20[20] Wright, Paul, introducción a la ingeniería, Adisson Wesly, DEL: 1994.




5.2.3 Hace un estudio de factibilidad

Realizar un estudio de factibilidad, es el proceso de definir exactamente qué es el proyecto y qué temas estratégicos debe considerarse para determinar su factibilidad o posibilidad de éxito. Es un análisis preliminar de los requerimientos. Es la diligencia que todo ingeniero o empresa debe hacer antes de empezar cualquier proyecto, pues el estudio debe ser capaz de indicar si se continúa o no, o se cambiaran los requerimientos a unos más reales.

En cierto sentido un estudio de factibilidad es un corto análisis formal del problema y su objetivo es dar al ingeniero una clara evaluación de las posibilidades técnicas, económicas, sociales y políticas de la solución. Puede incluir estudios de documentos, búsquedas de información y simulaciones.

La clarificación del problema implica, revisar cuestionamientos como:

¿Cuál es el paso fundamental que se mejorará?

¿Quiénes serán los usuarios y su papel?

¿Cuáles son los requerimientos más importantes de la solución?

¿Cuáles partes del problema serán las más riesgosas para manejar?

¿Qué modificaciones futuras se pueden esperar racionalmente?

¿Qué soluciones existen en el mercado o quién podría suministrar otras?

5.2.4 Realiza una búsqueda de información

La búsqueda de la información requiere retomar toda lo información posible, sobre el problema y sus posibles soluciones.

Ya la definición del problema y la determinación de las especificaciones exigen la búsqueda de información y a su vez, debe establecer los principales interrogantes. Estos pueden ser respondidos con los conocimientos y experiencias del mismo ingeniero o de los miembros del equipo, pues muchas veces es posible que se hayan solucionado problemas similares o existan soluciones disponibles en el mercado en condiciones económicas favorables y bastaría con adoptarlas.




5.2.5 Desarrolla conceptos alternos de diseño

El desarrollo de conceptos relativos al diseño depende de los campos; ya sea un ingeniero químico, un ingeniero mecánico, un ingeniero electrónico, un arquitecto o un diseñador gráfico abarca diferentes conceptos del diseño en su propio campo de interés. 21[21]

Hallar las componentes físicas correctas de una estructura física (hallar, física)

Una actividad cuyo objetivo es solucionar un problema (objetivo, actividad de solución)

Toma de decisiones frente a la incertidumbre con grandes penas `para el error (decisiones, incertidumbres, penas).

Simular lo que queremos hacer antes de hacerlo, tantas veces como sea necesario para tener confianza en el resultado final (simular, confianza).

El factor condicionante para aquellas partes del producto que estarían en contacto con la gente (contacto con la gentes)

Relacionar el producto con la situación para dar una satisfacción (producto, satisfacción).

Llevar a cabo un acto de fe muy complicado (acto de fe)

La solución óptima a la suma de necesidades verdaderas de un particular conjunto de circunstancias (necesidades verdaderas)

El salto imaginativo de los hechos presentes a las posibilidades futuras (salto imaginativo)

Una actividad creativa que trae a la existencia algo nuevo y útil que no existía previamente (actividad creativa, útil que no existía)

La creación de un resultado final que satisface una necesidad humana mediante una acción definida (creación, resultado que satisface necesidad humana, acción)

La actividad del diseño es planear y realizar una estrategia creativa para llevar a cabo una tarea física, mental, moral o artística o satisfacer una necesidad. El propósito del diseño es:

Satisfacer una especificación funcional dada Conformarse a la limitación del objetivo Responder a los requerimientos implicados o explícitos en la realización

(tiempo, espació, energía, costos, etc.) y estructura (estilo, simplicidad, etc.) Satisfacer las restricciones del proceso mismo de diseño.

21[21] DIXON,Cork. Diseño en Ingeniería. Inventiva, análisis y toma de decisiones. Limusa. Wiley. México. 1970.




5.2.6 Selecciona el diseño más promisorio

El ingeniero ha de acomodar criterios múltiples, y luego ir eliminando las alternativas deficientes o de inferior calidad, y los que se van seleccionando se someten a criterios más refinados, hasta encontrar el óptimo.

5.2.7 Implementa un modelo matemático o físico

Otra actividad que se realiza en este contexto es el análisis de valor, que se aplica a los procedimientos lo mismo que a los productos y su meta es reducir el costo excesivo en el diseño. El concepto básico es que muchos de los diseños propuestos se pueden mejorar notablemente, ya que el diseño original puede presentar costos excesivos, aunque no existe ninguna limitante para aplicar la técnica de análisis de valor desde la primera vez. Una manera de hacer este análisis es definir y evaluar la función. Hay que hacer una distinción entre valor y función.

Al definir las funciones se deben expresar con un nombre y un verbo y dividir las de cada componente en primarias y secundarias. Esta cuidadosa definición de las funciones permitirá tener en cuenta las consideraciones ergonómicas y ambientales necesarias. Así con todas estas metodologías se puede optimizar el diseño en todos los sentidos y se estará en condiciones de avanzar al siguiente paso del método ingenieril.

5.2.8 Determina la relación entre las dimensiones y los materiales del producto

Esto significa comprobar que los materiales es decir los insumos, en sus características, respondan plenamente a la magnitud del diseño. Al igual se debe constatar que estén disponibles en la cantidad, formas, dimensiones y acabados que se refieren.

5.2.9 Optimiza el diseño

Para optimizar el diseño, se requiere de las simulaciones con el modelo de diseño más promisorio y las comprobaciones de la concordancia entre las dimensiones y los materiales permiten optimizar el diseño seleccionado. Tales actividades permiten detectar cuando se producen equivocaciones, fallas, accidentes, reparaciones, y cambios si las decisiones se han basado en predicciones que no son precisas.




Aun sin recurrir a herramientas tan sofisticadas, los diseños se pueden optimizar teniendo presente que deben ser tan simples como se pueda. A menudo una solución de ingeniería, que es específicamente simple en comparación con lo que realiza, se describe como elegante. Puesto que la complejidad es lo contrario de la sencillez, la elegancia es una regla de oro en el método ingenieril.

Muchas veces la complejidad de una solución puede estimarse satisfactoriamente contando sus piezas o elementos (resistores, transistores, engranes, levas, etc.) pero la razón anterior que expresa la elegancia es difícil de cuantificar.

5.2.10 Evalúa el diseño optimizado, mediante análisis minuciosos del modelo matemático o por ensayo de los modelos físicos

Establecido el diseño (o solución) y sus posibilidades y realizada su optimización, es necesario evaluarlo de nuevo mediante análisis minuciosos del modelo matemático o por ensayo de los modelos físicos.

En el primer caso debe resolverse el modelo para las condiciones optimizadas y comparar estos resultados con los deseados.

De conocer todas las regulaciones que gobiernan no solamente los ensayos sino también el futuro desempeño de la solución en cuestión. Aunque en el país existen las normas ICONTEC y hay podemos organizaciones de normas como las ASTM o las DIN, lo normal será buscar conformidad con las normas internacionales ISO.

5.2.11 Comunica las decisiones de diseño al personal de producción

La comunicación personal del diseño, se refiere al desarrollo y producción de elementos físicos o no, debe entenderse en sentido lato de que la solución adoptada debe comunicarse claramente a quines deben adoptarla, sea el personal de producción como cualquier tipo de usuario. Debemos ser cuidadosos de expresar nuestras conclusiones de manera que puedan ser comprendidas por la persona común.

La comunicación sobre la solución usualmente requería la preparación de informes, planos, manuales y demás especificaciones. A veces se incluyen además prototipos u otra clase de modelos físicos.

Hay que describir con los detalles suficientes los atributos físicos y las características de funcionamiento de la solución propuesta, de manera que las personas que deben aprobarla, los encargados de su construcción, y quienes la manejarán y conservarán, puedan desempeñar satisfactoriamente sus funciones. El hecho de que alguien distinto de nosotros por lo general construya, opere y cuide nuestras obras, hace que adquiera especial importancia la presentación cuidadosa por escrito y la comunicación exacta de ellas.




5.2.12 Controla la producción

El control de la producción, es un ideal para un ingeniero solo, a menos que se trate de una pequeña empresa, pero es una posibilidad real para una organización grande y es el meollo de la filosofía de la llamada calidad total.

Esto es fundamental porque entre los diseños y prototipos y los productos reales puede haber grandes diferencias, bien porque no se siguen estrictamente las especificaciones de diseño, bien porque no se cuenta con los equipos adecuados para efectuar los procesos de fabricación y montaje, porque la habilidad y la experiencia del personal encargado de esta fase son suficientes, por la combinación de varios de los anteriores factores.

5.2.13 Analiza las fallas y retroalimenta el diseño y la fabricación

El análisis de fallas es una disciplina especializada para la que no todos los ingenieros están capacitados. Sin embargo los diseñadores en general, deben estar en capacidad de apreciar las causas por las que su diseño fallo. Si el ingeniero o grupo de trabajo puede realizar este análisis sería magnifico, en caso contrario habrá que asesorarse de los especialistas. En cualquier evento la determinación del por qué de una falla es fundamental para hacer las correcciones necesarias sea en el diseño, en el material utilizado, en el proceso de fabricación y montaje, en la operación o en el mantenimiento.

Todas las causas de fallas no son, de ninguna manera imputables al diseño. En el caso de los elementos y sistemas materiales, además de las causas señaladas, el ambiente es fundamental y procesos como la oxidación, la corrosión, la degradación térmica el desgaste y otras causas, que a veces son del todo previsibles en el diseño, pueden ocasionar la falta.

En los casos de sistemas no materiales además de problemas de lenguaje y comprensión la naturaleza de las organizaciones sociales y su comportamiento lleva a veces a variaciones y situaciones nuevas que cambian por completo el entorno para el que se propuso una solución. Obviamente, que de todas maneras, el estudio de estas fallas llevará al mejoramiento del diseño en todos los sentidos.




Fuentes Documentales de la Unidad 1

COLCIENCIAS, Programa Nacional de Ciencia y Tecnología, Bogotá, 1993. DIRON, Jhon R, Diseño de Ingeniería, Inventiva Análisis y Toma de Decisiones, Wiley México, 1970. DIXON, JOHR; Diseño en Ingeniería, inventiva, análisis y toma decisiones. Limusa. Wiley. México. 1970

DUSSEL, Enrique, El encubrimiento del otro, Átropos. Bogotá.1992.

CERNUSCHI, Félix. Criterios modernos para la formación de ingenieros integrados. Número 3 Montevideo, junio 1.999. Wright, Paul, introducción a la ingeniería, Adisson Wesly, DEL: 1994.

FACUNDO D, H Ángel, Ciencia tecnología e investigación, ICFES, Bogotá... p 18. FLOREZ Carlos, GALINDO Gladis, Ciencia y Conocimiento, Usta, Santafé de Bogotá. 1971. p 251 HERNANDEZ, Miguel Ángel, La modernización social y el mundo moderno. Desarrollo tecnológico en interacción social... Misión de ciencia y tecnología. Vol. 2, Tomo II. FONADE: 1.990.

HESSEN, J; Teoría Del conocimiento, Losada, Bs As; 1970. Pg 345

LA UNAD: Un Proyecto Publico Vital, Unad, 2004 LIMON, M. y CARRETERO, M. "Aspectos Evolutivos y Cognitivos”, en: Cuadernos de Pedagogía, (1995), 238 p. PURON DE LA BARBOLLA, Alejandro, Principios de los Procesos de Ingeniería, Limusa, México, 1974. POVEDA RAMOS, Gabriel, Ingeniería e Historia de las Técnicas, Vol I, Conciencias, Bogotá. RODRÍGUEZ, Manuel Rodrigo, Colombia Intelectualidad y Modernidad, Cooperativa Editorial Magisterio, Bogotá, Colombia, 1995. SALAZAR, R. Roberto. EL MATERIAL DIDÁCTICO, UNAD, 2004

TORRES, Horacio, La investigación en Ingeniería, Ingeniería e Investigación, # 47, Diciembre 2001. VALENCIA, Asdrúbal, La Ciencia y Tecnología en Colombia, Ciencia y Tecnología y Sociedad CESET – Universidad de Antioquia, Medellín, 1997.




UNIDAD 2: INGENIERIA DE TELECOMUNICACIONES

CAPITULO 6

6. FUNDAMENTOS DE LOS CIRCUITOS ELECTRICOS

Para comprender con mayor facilidad cada una de las diferentes temáticas a tratar en el presente material de estudio, es necesario primero que todo comprender los principios y las leyes que rigen los circuitos eléctricos.

Los Circuitos Eléctricos y el Electromagnetismo son las teorías sobre las que se fundamentan todas las demás ramas de la ingeniería electrónica. A lo largo del módulo se irán describiendo diferentes modelos de circuitos y que gracias a la Teoría de Circuitos será fácil comprender como se comportan los diferentes dispositivos que hacen parte del sistema. De esta forma se comienza a ver la utilidad de la electrónica, no sólo como modelado de dispositivos, sino como instrumento para diseñar circuitos complejos.

Por último, hay que tener en cuenta que la teoría de Circuitos ha proporcionado un lenguaje propio de la ingeniería electrónica. Todos los estudiantes deben familiarizarse con este lenguaje lo antes posible, debido a que éste será utilizado no solo en el transcurso del presente módulo sino que hará muy posiblemente parte de algunos módulos posteriores.

6.1 CONCEPTOS BÁSICOS DE LOS CIRCUITOS ELÉCTRICOS

Para comenzar a comprender desde ya en qué consiste la teoría de circuitos, es necesario introducir algunos conceptos fundamentales.

6.1.1 Circuito Eléctrico:

Un circuito eléctrico es una interconexión de elementos eléctricos unidos entre sí, de tal forma, que pueda fluir una corriente eléctrica a través de ellos. Para que a través de un circuito eléctrico pueda fluir corriente, se debe tener en cuenta que al menos uno de los elementos que hacen parte del circuito debe ser una fuente de energía, la cual suministrará a los demás elementos la energía necesaria para su funcionamiento; ésta fuente podrá ser de Voltaje o de Corriente. Adicionalmente, los elementos que se encuentran interconectados deberán describir trayectorias cerradas lo cual garantizará el flujo constante de electrones a través de ellos.

A continuación se ilustra en la figura un ejemplo de los que es un circuito eléctrico.




Ejemplo de un Circuito Eléctrico

6.1.2 Teoría de Circuitos

La Teoría de Circuitos es una herramienta que utiliza modelos matemáticos y conceptos de las leyes físicas para conocer el valor de las variables presentes en cada uno de los dispositivos que hacen parte de un circuito eléctrico tales como: voltaje, corriente y potencia.

En la definición se han utilizado términos no conocidos hasta ahora, como el de voltaje, corriente y potencia eléctrica; estos conceptos son muy importantes, siendo éstas las incógnitas en cualquier problema de teoría de circuitos. A continuación se explicará el significado físico de estas magnitudes.

6.1.3 Ley de Ohm

Una de las leyes más importantes de la teoría de circuitos eléctricos es la ley de Ohm, así llamada en honor a su descubridor, el físico alemán Georg Ohm. Ésta ley expresa que la cantidad de corriente que fluye por un circuito formado por resistencias puras es directamente proporcional a la fuerza electromotriz aplicada al circuito, e inversamente proporcional a la resistencia total del circuito.

Esta ley suele expresarse mediante la fórmula I=V/R, siendo I la intensidad de corriente en amperios, V la fuerza electromotriz en voltios y R la resistencia en ohmios.




Ésta ley se aplica a todos los circuitos eléctricos, tanto a los de corriente continua (CC) como a los de corriente alterna (CA), aunque para el análisis de circuitos complejos y circuitos de CA deben emplearse principios adicionales que incluyen inductancias y capacitancias.

6.1.4 Carga Eléctrica

Es una propiedad física intrínseca de la materia, que las caracteriza y por la cual sufren la “Interacción Electromagnética”. Su unidad de medida es el Culomb y se representa constantemente con la letra “q”. La carga eléctrica aparece en la naturaleza cuantizada, es decir, siempre es múltiplo de una cantidad fundamental: el valor absoluto de la carga eléctrica, ya sea del protón o del electrón es de: q = 1.6 10-19 culombios. Se clasifica en carga positiva y negativa; considerándose, que las cargas del mismo signo se repelen mientras que las de signo contrario se atraen.

6.1.5 Corriente Eléctrica (o Intensidad).

La corriente eléctrica o intensidad se define como el flujo de carga a través de un conductor eléctrico por unidad de tiempo. Su unidad de medida es el Amperio (A), el cual equivale a la relación de Culombios por segundo y se representa constantemente con la letra “i”. En otras palabras, la corriente eléctrica es la circulación de cargas eléctricas a través de un circuito cerrado generadas por una fuente de energía.

Diagrama descriptivo de la corriente eléctrica en un circuito

La expresión matemática que la describe en función de la carga eléctrica es:




Otra forma de calcularla es mediante la ley de Ohm

Donde V es el voltaje en el elemento y R es la resistencia ofrecida por el mismo.

6.1.6 Voltaje o Tensión

La tensión o diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito se define como el trabajo necesario para mover una carga unitaria entre dichos puntos. Su unidad de medida es el Voltio (V).

Vamos a intentar explicar esta definición. Para lograr mover un electrón de un conductor en una dirección particular es necesario realizar cierto trabajo o transferencia de energía. Este trabajo, que se conoce con el nombre de Voltaje o tensión o diferencia de potencial, lo lleva a cabo una fuerza electromotriz.

Diagrama descriptivo de voltaje en un circuito

Al igual que en el caso de la corriente eléctrica, el Voltaje se puede describir matemáticamente de dos formas:




dq

dWV =

Donde: q es la carga eléctrica y W el trabajo realizado. Otra forma de calcularla es mediante la ley de Ohm

RIV ∗= Donde: I es la corriente eléctrica y R la resistencia ofrecida por el elemento. 6.2 ELEMENTOS ADICIONALES Dentro de los elementos más importantes que se pueden encontrar en la mayoría de los circuitos eléctricos se pueden mencionar: Resistencias, Condensadores y Bobinas. A continuación se explicará cada uno de ellos: 6.2.1 Resistencia Eléctrica

Apariencia real de diferentes tipos de resistencias

La resistencia eléctrica se define como la oposición que presenta un elemento al paso de la corriente; su unidad de medida es el Ohmio y se representa con el símbolo (Ω) La resistencia es uno de los componentes imprescindibles en la construcción de cualquier equipo electrónico, ya que permite distribuir adecuadamente la tensión y corriente eléctrica a todos los puntos necesarios. Matemáticamente se puede calcular mediante la ley de Ohm, en donde:

I

VR =

Donde: I es la corriente eléctrica y V la tensión existente en el elemento Dentro de las formas más comunes de asociar resistencias en un circuito se pueden mencionar: Asociación en serie y Asociación en paralelo:

Agrupaciones de resistencias en serie y paralelo




6.2.1.1 Resistencias en serie Se dice que dos resistencias se encuentran en serie cuando se encuentran conectadas una a continuación de la otra y a través de ellas circulará la misma corriente a la hora de aplicarle al circuito una fuerza electromotriz. Si se tiene un grupo de resistencias en serie y se desea reemplazar éste grupo de resistencias por una resistencia equivalente, tal como se ilustra en la figura

La resistencia equivalente de la combinación serie será igual a:

Req = R1 + R2 + R3 + ... + Rn Lo cual nos indica que una sola resistencia de valor Req se comportará de la misma forma que las n resistencias R1, R2, R3... Rn conectadas en serie. Una de las cosas que se debe observar es que siempre que se calcula la Req en una asociación en serie, ésta será mayor que cualquiera de las resistencias Rn que hacen parte del arreglo Serie. 6.2.1.2 Resistencias en paralelo Se dice que dos resistencias o más están en paralelo cuando se encuentran conectadas entre el mismo par de nodos o puntos de unión y a través de ellas se presentará el mismo nivel de tensión a la hora de aplicarle al circuito una fuerza electromotriz. Si se tiene un grupo de resistencias en paralelo y se desea reemplazar éste grupo de resistencias por una resistencia equivalente, tal como se ilustra en la figura




neq RRRRR

11111

321

++++= L

Igualmente que en la asociación serie, R1, R2, R3... Rn. Nótese que siempre el valor de la resistencia Req de una asociación paralelo es menor que la cualquiera de las Rn que hacen parte del arreglo en paralelo. Una de las características importantes de las resistencias es su código de colores, el cual permite conocer el valor de resistencia ofrecido por cada una de ellas. Este código está compuesto por bandas de colores divididas en dos grupos; el primero consiste de tres o cuatro de estas bandas, de las cuales las primeras dos o tres indican el valor nominal de la resistencia y la última es un multiplicador para obtener la escala. El segundo grupo está compuesto por una sola banda y es la tolerancia expresada en porcentaje; dicha tolerancia nos da el rango de valores dentro del cual se encuentra el valor correcto de la resistencia. 6.2.1.3 Código de colores

Dígitos Multiplicador Tolerancia (D)

Negro 0 Plateado 10-2 Plateado ± 10 %

Marrón 1 Dorado 10-1 Dorado ± 5 %

Rojo 2 Negro 100 Marrón ± 1 %

Naranja 3 Marrón 101




Amarillo 4 Rojo 102

Verde 5 Naranja 103

Azul 6 Amarillo 104

Violeta 7 Verde 105

Gris 8 Azul 106

Blanco 9

A continuación se ilustran unos ejemplos claros de cómo utilizar éste código:

D : Es la franja correspondiente a la Tolerancia




Existen resistencias de valor variable llamadas resistencias variables o potenciómetros, los cuales son muy utilizados cuando es necesario realizar sobre un circuito algún tipo de ajuste interno. También se usan para hacer correcciones externas, tales como el caso de control de volumen, tono, luminosidad, entre otras. 6.2.2 Condensadores:

Apariencia real de diferentes tipos de condensadores

Los condensadores son otros elementos frecuentemente encontrados en los circuitos electrónicos, éstos consisten básicamente de dos placas metálicas separadas por un material aislante (llamado dieléctrico). Este material dieléctrico puede ser aire, mica, papel, cerámica, etc. El valor de un condensador se determina por la superficie de las placas y por la distancia entre ellas, la que está determinada por el espesor del dieléctrico, dicho valor se expresa en términos de capacidad. La unidad de medida de los condensadores es el Faradio y se denota con la letra (F). Los valores de condensadores utilizados en la práctica son pequeños; dichos valores estarán expresados en microfaradios (1 µF = 1 x 10-6 F), nanofaradios (1 ηF = 1 x 10-9 F) o picofaradios (1 ρF = 1 x 10-12 F). Una de las características principales de los condensadores es que cuando se aplica un voltaje de continua entre las placas de un condensador, no habrá circulación de corriente por el mismo, debido a la presencia del dieléctrico, pero se producirá una acumulación de carga eléctrica en las placas, polarizándose el condensador, comportándose como un almacenador de energía almacenándola en forma de Voltaje. Una vez extraída la tensión aplicada, el condensador permanecerá cargado debido a la




atracción eléctrica entre las caras del mismo, en donde la única forma de descargarlo será provocando una circulación de corriente entre las placas ya sea colocando una resistencia de descarga entre ellas o estableciendo un corto circuito. Si la tensión aplicada es ahora alterna se someterá al condensador a una tensión continua durante medio ciclo y a la misma tensión, pero en sentido inverso, durante la otra mitad del ciclo. El dieléctrico tendrá que soportar esfuerzos alternos que varían de sentido muy rápidamente, y por lo tanto, su polarización deberá cambiar conforme el campo eléctrico cambia su sentido, entonces si aumentamos la frecuencia el dieléctrico ya no podrá seguir estos cambios, produciéndose eventualmente una disminución en la capacidad. En síntesis, la capacidad de un condensador disminuye conforme aumenta la frecuencia. Los condensadores, al igual que las resistencias, se pueden conectar tanto en serie como en paralelo:

Agrupación de condensadores conectados en serie y paralelo

La Capacitancia Equivalente en un arreglo en serie es:




Por otro lado, la Capacitancia equivalente en un arreglo en paralelo es:

6.2.2.1 Tipos de condensadores Existe una gran variedad de condensadores; existen los cerámicos, los cuales están construidos normalmente por una base tubular de dicho material con sus superficies interior y exterior metalizadas en plata, sobre las cuales se encuentran los terminales del mismo. Se utilizan comúnmente tanto en bajas como en altas frecuencias. Otro tipo de condensadores es el de plástico, que está fabricado con dos tiras de poliéster metalizado en una cara y arrolladas entre sí. Este tipo de condensador se emplea en circuitos que funcionaran a frecuencias bajas o medias. Con este tipo de




condensador se pueden conseguir capacitancias capaces de soportar tensiones de hasta 1.000 V. Y finalmente, existen condensadores electrolíticos, los cuales presentan la mayor capacidad de todos para un determinado tamaño. Pueden ser de aluminio o de tántalo. Los primeros están formados por una hoja de dicho metal recubierta por una capa de óxido de aluminio que actúa como dieléctrico, sobre el óxido hay una lámina de papel embebido en un líquido conductor llamado electrolito y sobre ella una segunda lámina de aluminio. Son de polaridad fija, es decir que solamente pueden funcionar si se les aplica la tensión continua exterior con el positivo al ánodo correspondiente. Éstos condensadores son usados aplicaciones de baja y media frecuencia. 6.2.3 Bobinas o Inductancias:

Apariencia real de algunos tipos de bobinas

Otro de los elementos comunes en los circuitos eléctricos es el Inductor o Bobina, el cual es considerado como un componente pasivo y que debido al fenómeno de la “Autoinducción”, almacena energía en forma de campo magnético. El inductor está constituido usualmente por una bobina de material conductor, comúnmente alambre o hilo de cobre esmaltado. La unidad de medida de la inductancia es el “henrio” (H), y los valores utilizados para las distintas aplicaciones varían ampliamente. Para calcular el valor de inductancia según la forma como fue construida se utiliza la siguiente fórmula:

L (µµµµH) = (d2 * n2) / (18 d + 40 l) L = Inductancia (en micro henrios) d = diámetro de la bobina (en pulgadas) l = longitud de la bobina (en pulgadas) n = número de espiras. Así como en las Resistencias y los Condensadores, también es posible agrupar las bobinas en arreglos en serie y paralelo.




6.2.3.1 Bobinas en serie El cálculo del inductor o bobina equivalente de inductores en serie es muy similar al método de cálculo del equivalente de resistencias en serie, sólo es necesario sumarlas.

En donde la Leq se calcula de la siguiente manera:

Neq LLLLL ++++= L321

Siendo N el número de bobinas conectadas en Serie 6.2.3.2 Bobinas en paralelo El cálculo de la bobina equivalente de varias bobinas en paralelo es similar al cálculo que se hace cuando se trabaja con resistencias.

Neq LLLLL

11111

321

++++= L

Donde N es el número de bobinas que se conectan en paralelo.




6.3 INSTRUMENTOS DE MEDIDA

6.3.1 El Multímetro

Es un elemento indispensable a la hora de realizar trabajos en el campo de la electrónica; éste dispositivo permite realizar medidas de corriente, voltaje y resistencia; algunos otros incluyen funciones adicionales como medición de temperatura, capacitancia, frecuencia entre otras variables características de los circuitos electrónicos.

Multímetro Digital

6.3.2 El Osciloscopio El osciloscopio es un dispositivo de visualización gráfica que permite graficar señales eléctricas variables en el tiempo. Imaginémonos un plano cartesiano en donde el eje vertical Y, representa el voltaje; mientras que el eje horizontal X, representa el tiempo.

Imagen frontal de un Osciloscopio

6.3.2.1 ¿Qué se puede hacer con un osciloscopio?

• Determinar directamente el periodo y el voltaje de una señal. • Determinar indirectamente la frecuencia de una señal. • Determinar componentes de DC y AC en una señal.




• Localizar averías en un circuito. • Medir la fase entre dos señales.

6.3.2.2 Tipos de osciloscopios Los osciloscopios pueden ser de dos tipos: Analógicos y Digitales. Los primeros trabajan con variables continuas mientras que los segundos lo hacen con variables discretas. Los primeros trabajan directamente con la señal aplicada, está una vez amplificada desvía un haz de electrones en sentido vertical proporcionalmente a su valor. En contraste los osciloscopios digitales utilizan un conversor analógico-digital (A/D) para almacenar digitalmente la señal de entrada, reconstruyendo posteriormente esta información en la pantalla. Ambos tipos tienen sus ventajas e inconvenientes. Los analógicos son preferibles cuando es prioritario visualizar variaciones rápidas de la señal de entrada en tiempo real. Los osciloscopios digitales se utilizan cuando se desea visualizar y estudiar eventos no repetitivos (picos de tensión que se producen aleatoriamente).




CAPITULO 7

7. DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES 7.1 SEMICONDUCTORES Los materiales semiconductores son elementos que presentan cierta oposición al paso de la corriente eléctrica, es decir, presentan una conductividad tal que dejan pasar determinada cantidad de corriente eléctrica. Dentro de los materiales semiconductores más utilizados en el campo de la electrónica se encuentran: El Silicio y el Germanio. 7.1.1 Semiconductores Tipo P Si un cristal de Silicio o de Germanio puro se contamina con átomos TRIVALENTES como el INDIO, GALIO, BORO o ALUMINIO entre otros, generan una gran cantidad de huecos los cuales se pueden controlar por la cantidad de impurezas que se le agreguen, excediendo considerablemente a los electrones y solo habrá unos pocos electrones que se generan por energía térmica. En un semiconductor tipo P, los huecos o partículas con carga positiva de denominan PORTADORES MAYORITARIOS, los electrones o partículas con carga negativa se denominan PORTADORES MINORITARIOS y los átomos TRIVALENTES son las impurezas contaminantes denominados ATOMOS ACEPTORES porque cada hueco que se produce puede aceptar un electrón durante la recombinación. 7.1.2 Semiconductores Tipo N Si un cristal de Silicio o de Germanio puro se contamina con átomos PENTAVALENTES como el ARSENIO, ANTIMONIO y el FOSFORO, entre otros, generan una gran cantidad de electrones los cuales se pueden controlar por la cantidad de impurezas que se le agreguen excediendo considerablemente a los huecos que se generan por energía termina que son muy pocos. En un semiconductor tipo N, los electrones o partículas con carga negativa de denominan PORTADORES MAYORITARIOS, los huecos o partículas con carga positiva se denominan PORTADORES MINORITARIOS y los átomos PENTAVALENTES son las impurezas contaminantes denominados ATOMOS DONADORES porque donan o producen electrones. 7.2 EL DIODO Es la unión por fusión o por contacto de dos capas o regiones de materiales semiconductores diferentes. Una región tipo P y otra tipo N, tomando también el nombre de DIODO DE JUNTURA debido a que al unir las dos regiones P y N se forma




una juntura común a los dos materiales semiconductores o también se le puede llamar Cristal PN porque un diodo está formado por dos cristales semiconductores uno tipo P y otro p tipo N. 7.3 CAPA DE AGOTAMIENTO O REGIÓN DE DEFLEXIÓN Si el diodo de la figura le aplicamos directamente un potencial (Voltaje) externo mayor que cero, todos los electrones del lado N y todos los huecos del lado P tienden a difundirse en todas las direcciones debido a que alcanzan la órbita de conducción donde se pueden mover libremente difundiéndose algunos a través de la juntura del diodo. Cuando un electrón de la órbita de conducción atraviesa la juntura entrando en la región P se transforma en portador Minoritario siendo éste atraído por un hueco (cargas opuestas) y éste electrón que estaba en la órbita de conducción se convertirá en un electrón de valencia. Cada vez que un electrón y un hueco se difunden a través de la juntura se crea un par de Iones (positivo y negativo). Ion Cuando a un electrón débilmente enlazado a un átomo se le imparte mas y mas energía, se mueve en un estado estacionario que esta cada vez mas lejos del núcleo. Cuando ésta energía es lo suficientemente grande como para alejarle completamente del campo de influencia del núcleo, el electrón se desligará del átomo. Éstos iones están fijados en el cristal, pues no pueden moverse como los electrones de la banda de conducción o como los huecos. Cada par de Iones (positivo y negativo) se llaman DIPOLO. La presencia de un dipolo quiere decir que un electrón de la banda de conducción y un hueco han sido quitados de circulación (caen en la órbita de valencia). A medida que el numero de dipolos crece la región próxima a la juntura se agota de cargas libres (electrones y huecos), debido a que se ionizan. Ésta región vacía de cargas libres se denomina REGION DE DEFLECION O CAPA DE AGOTAMIENTO. 7.4 BARRERA DE POTENCIAL Podemos decir que cada dipolo genera un campo eléctrico. La fuerza de éste campo aumenta cada vez que un electrón cruza la juntura por difusión debido a que se crean mas iones (DIPOLOS). La existencia de éste campo entre iones es equivalente a una diferencia de Potencial (Voltaje) entre la región P (Ánodo) y la región N (Cátodo), denominada BARRERA DE POTENCIAL. A 25 grados centígrados que es la temperatura ambiente, ésta barrera de potencial es aproximadamente igual a 0.3V para los diodos de germanio y 0.7V para los diodos de Silicio. Es decir, que si un diodo de Silicio o de Germanio le aplicamos un potencial externo mayor o igual a 0.7V o 0.3V respectivamente, el diodo comienza a conducir debido a que se rompe la barrera de potencial.




7.5 POLARIZACIÓN DE LOS SEMICONDUCTORES 7.5.1 Polarización Directa (Conducción) Se establece la condición de polarización directa cuando le aplicamos un potencial (voltaje) mayor o igual a 0.3 voltios para los diodos de Germanio o de 0.7 voltios para los diodos de Silicio, de tal manera que se aplique un potencial positivo al material tipo P y un potencial negativo al material tipo n, así se sobrepasa la Barrera de Potencial y el diodo comienza a conducir; al sobrepasar esta barrera, los electrones de la banda de conducción se desplazan hacia la juntura dejando tras de sí átomos cargados positivamente (huecos), los cuales arrastran o atraen más electrones al cristal tipo n desde el terminal negativo de la fuente. Diagrama de Polarización directa El mismo efecto descrito anteriormente se lleva a cabo con los huecos pero en sentido contrario. Cuando los electrones por ejemplo en el lado n se aproximan a la juntura del

diodo se recombinan con los huecos de la región P. Se puede considerar que todos los electrones de la banda de conducción se recombinan en cuanto alcanza la juntura produciéndose un flujo continuo de electrones desde el Terminal negativo de la fuente hacia la juntura. Los electrones de la banda de conducción que desaparecen en la juntura se transforman en electrones de valencia los cuales se desplazan hacia el extremo izquierdo del cristal. 7.5.2 Polarización Inversa o de Bloqueo (no Conducción) Se establece la condición de polarización inversa cuando externamente le aplicamos un potencial a través de la unión PN (Diodo), de tal manera que el potencial positivo de la fuente se conecte al material tipo N y el potencial negativo de la fuente al material P. Es decir, que el ánodo sea mas negativo que el cátodo o el cátodo mas positivo que el ánodo de tal forma que no conduzca. El diodo no conduce debido a que el campo que se produce externamente tiene la misma dirección de la capa de agotamiento (Iones Negativos con el Terminal negativo de la fuente e Iones positivos con el Terminal positivo de la fuente). Debido a esto los huecos y los electrones se mueven hacia los extremos del cristal hasta los terminales de la fuente debido a que cargas con signo opuesto se atraen. Los electrones que se apartan dejan tras de sí Iones Positivos debido al gran número de electrones libres atraídos por el potencial positivo externo aplicado. Los huecos que se mueven dejan tras de sí Iones Negativos debido el gran número de huecos libres atraídos por el potencial negativo externo aplicado.




Los dos efectos descritos anteriormente ocasionan un aumento considerable de la región de deflexión o capa de agotamiento (ver figura). Es decir que cuanto MAYOR sea la polarización inversa aplicada MAS GRANDE será la capa de agotamiento, reduciendo de esta forma el flujo de portadores mayoritaraos libres a cero, produciéndose únicamente un flujo de portadores minoritarios que se denomina corriente de Saturación Inversa (Is). El término SATURACIÓN se deriva del hecho de que la corriente alcanza su máximo valor (se satura) rápidamente y no cambia significativamente con el aumento en el potencial de polarización inverso aplicado. La corriente de saturación inversa (Is) casi se duplica en magnitud por cada 10°C de cambio en la temperatura por encima de la temperatura ambiente (25°C). El aumento de la capa de agotamiento se debe a que los nuevos IONES que se crean aumentan la diferencia de potencial a través de la capa de agotamiento. Cuando más ancha es esta capa mayor es la diferencia de potencial que se genera. La capa de agotamiento detiene su crecimiento cuando la diferencia de potencial es igual a su voltaje inverso aplicado. 7.5.3 Voltaje de Ruptura. Si se continúa aumentando el voltaje de la fuente de polarización inversa se alcanzará con seguridad el voltaje de ruptura (normalmente superior a 50V). Una vez que se ha alcanzado el voltaje de ruptura aparecen un gran número de portadores minoritarios en la capa de agotamiento y el diodo conduce intensamente hasta dañarse, debido al efecto de ruptura por avalancha. El término avalancha se refiérela un punto donde los pocos portadores minoritarios libres desarrollan suficiente velocidad para liberar otros portadores adicionales por medio de Ionización, es decir que si un portador minoritario se libera este choca con otro portador adicional, estos dos chocan y liberan a otros dos, estos cuatro chocan y liberan a otros cuatro, y así sucesivamente produciendo una reacción en cadena a una avalancha de portadores minoritarios los cuales colicionan con los electrones de valencia impartiendo les suficiente energía para permitirles que dejen el átomo padre generando una gran corriente de avalancha. En otras palabras para que el voltaje inverso aplicado al diodo no lo destruya por avalancha se debe mantener la polarización inversa por debajo del voltaje de ruptura. 7.6 DIODOS DE SILICIO Y GERMÁNIO 7.6.1 Símbolo




7.6.2 Características de los Diodos. Las características ó especificaciones de los elementos semiconductores son proporcionados normalmente por los fabricantes en dos formas: Una es una descripción muy breve del dispositivo la cual permite una revisión muy rápida de los elementos disponibles en unas pocas páginas; la segunda hace un examen completo del dispositivo, donde se incluyen gráficas, aplicaciones, características técnicas, etc. A continuación nombraremos algunas de las especificaciones más importantes a tener en cuenta para una buena operación de estos elementos:

• PIV: Peak Inverse o Voltaje Inverso Pico o Voltaje Inverso de Ruptura: Es el máximo Voltaje Pico o de alterna que se le puede aplicar a un diodo cuando está polarizado inversamente.

• )(MAXI F = Forward Current o Corriente Directa: Es la máxima corriente (AC.DC) que circula a través del diodo cuando está polarizado directamente.

• )(MAXVF =Forward Voltaje Drop o Voltaje de Caída Directo: Es la caída de tensión que produce la resistencia interna del diodo cuando está polarizado directamente para el silicio = 0.7V, y para el Germanio = 0.3V.

• )(MAXI R =Reverse Leakage Current o Corriente Inversa de escape o de saturación: Es la que circula a través del diodo cuando esta polarizado inversamente.

• rV =Rupture voltaje o voltaje de Ruptura: Es el máximo valor de voltaje que se le debe aplicar al diodo para no dañarlo así sea en polarización directa o inversa.

7.6.3 Curva Característica del Diodo. En la figura se representa esquemáticamente las curvas características de los diodos semiconductores de Silicio y Germanio donde podemos observar el comportamiento de la corriente y el voltaje cuando está polarizado directa o inversamente. Resumen

1. En polarización directa solamente son necesarias unas pocas centésimas de voltaje para originar aumentos de corriente considerables 2. En polarización inversa corrientes muy significantes se originan por cambios grandes del voltaje hasta el punto en el cual se alcanza el valor del voltaje de ruptura. 3. Tan pronto se sobrepasa el voltaje de ruptura, la corriente se incrementa considerablemente en polarización inversa hasta alcanzar el punto cíe máxima disipación de potencia la cual es destructiva para el diodo. 4. Ya sea en polarización directa o inversa el diodo se daña si se sobrepasa el valor de máxima disipación de potencia




7.6.4 Cómo Identificar y Probar un Diodo Semiconductor Según su estructura, forma, tamaño notaciones o marcas utilizadas por el fabricante, se pueden identificar los terminales de los diodos, una banda o un punto que aparecen dibujados al lado de uno de los terminales se identifica como el cátodo o el símbolo sobre su chasis también permite su identificación. Lo descrito anteriormente nos sirve para reconocer de una forma visual los terminales de conexión de un diodo semiconductor pero no para diagnosticar su comportamiento diciendo si está o no en buen estado. Una forma para determinar si trabaja o no, es probar con un ohmímetro las condiciones en que se encuentra el diodo, el instrumento de medición puede ser análogo o digital y dependiendo del tipo de polaridad se obtiene una lectura diferente. Luego es importante que identifiquemos la polaridad para saber si es directa o invertida y estar seguros de la prueba que se realiza.




Un método bastante fácil para comprobar la polaridad del ohmímetro, es usar un diodo en buen estado con sus respectivos terminales intensificados. El procedimiento es el siguiente:

• Conectamos el terminal positivo del multímetro (comúnmente el rojo) al ánodo del diodo y el terminal negativo (comúnmente negro) al cátodo.

• Si el multímetro es de polaridad directa al diodo se polariza en sentido directo y el medidor del ohmímetro nos indica una resistencia baja. Si el ohmímetro es de polaridad invertida, para la misma conexión del diodo, este se polariza en sentido inverso y la resistencia medida debe ser muy alta.

7.6.5 Circuitos Equivalentes Un modelo es la representación de un dispositivo que puede ser en forma matemática o gráfica, la cual describe su comportamiento frente a ciertas condiciones establecidas; y el diodo no es la excepción. Existen 3 modelos utilizados comúnmente para representar el comportamiento del diodo:

• 1ª Aproximación • 2ª Aproximación • 3ª Aproximación

7.6.5.1 Primera aproximación (el diodo ideal) Con base en la curva característica del diodo, la cual describe una curva exponencial creciente se aproxima a una vertical que pasa por el origen de coordenadas cartesianas. Esta primera aproximación es muy importante y útil pues permite considerar al diodo como un interruptor Neto, el cual en el momento de encontrarse en la zona de conducción puede ser considerado como un corto circuito puro.

Curva característica del diodo – Primera aproximación 2.6.5.1.1 POLARIZACIÓN DIRECTA Es asumir el comportamiento de un diodo como un interruptor cerrado.




2.6.5.1.2 POLARIZACIÓN INVERSA Es asumir el comportamiento de un diodo como un interruptor abierto

Como se ha visto, el diodo actúa como un interruptor abriéndose o cerrándose dependiendo si esta en polarización inversa o directa respectivamente. 7.6.5.2 Segunda aproximación En éste segundo caso se tiene en cuenta la caída de voltaje en el diodo que dependiendo si es de Silicio o de Germanio puede ser de 0,7V o 0,3V respectivamente. Se aplica la misma consideración anterior aproximando la exponencial a una vertical iniciando en 0,7 V por el eje X (este valor es el valor de la tensión umbral para el silicio, si fuera de germanio se tomaría el valor de 0,3 V).




Curva característica del diodo – Segunda aproximación

Al realizar los cálculos respectivos utilizando la segunda aproximación el error es menor que en la aproximación anterior. 2.6.5.2.1 POLARIZACIÓN DIRECTA La vertical es equivalente a una fuente de 0,7V.

IR=(Vs-0.7)/R VR=(Vs-0.7); VD=0.7 2.6.5.2.2 POLARIZACIÓN INVERSA Es un interruptor abierto.




La segunda aproximación es una de las más recomendadas a la hora de realizar cálculos para diseños y análisis de circuitos utilizando diodos. 7.6.5.3. Tercera aproximación En ésta tercera aproximación se tiene en cuenta no solamente la caída de tensión en el diodo sino también el valor de resistencia ofrecida por éste dispositivo a la hora de encontrarse en la zona de conducción. La curva del diodo se aproxima a una recta que pasa por 0,7 V y tiene una pendiente cuyo valor es la inversa de la resistencia interna.

Curva característica del diodo – Tercera aproximación El análisis es muy semejante a los casos anteriores, presentándose la diferencia significativa cuando el diodo se encuentra polarizado directamente:




VD = 0.7 + I*rB Donde rB es la resistencia interna del diodo Observemos que en ésta tercera aproximación realmente no es muy utilizada debido a que el error que se comete, con respecto a la segunda aproximación, es mínimo, prácticamente despreciable. Por tal razón para efectos prácticos se recomienda utilizar la segunda aproximación en lugar de la tercera excepto en algún caso especial en el cual sea requerido.




CAPITULO 8

1. INTRODUCCIÓN A LAS REDES DE DATOS

Las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (TIC) son incuestionables y están ahí, forman parte de la cultura tecnológica que nos rodea y con las que debemos convivir. Las TIC configuran la sociedad de la información y su extensivo e integrado legado se constituye en una característica y un factor de cambio de nuestra sociedad actual.

El ritmo de los continuos avances científicos en un marco de globalización económica y cultural, contribuyen a la rápida obsolescencia de conocimientos y a la emergencia de otros nuevos, provocando continuas transformaciones en nuestras estructuras económicas, sociales y culturales, incidiendo en casi todos los aspectos de nuestra vida: el acceso al mercado de trabajo, la sanidad, la gestión política, la gestión económica, el diseño industrial y artístico, el ocio, la comunicación, la información, la manera de percibir la realidad y de pensar, la organización de las empresas e instituciones, sus métodos y actividades, la forma de comunicación interpersonal, la calidad de vida y la educación entre otros.

Su gran impacto en todos los ámbitos de nuestra vida, hace cada vez más difícil que podamos actuar eficientemente prescindiendo de ellas. Sus principales aportes son: el fácil acceso a grandes fuentes de información, el procesamiento rápido y fiable de todo tipo de datos, la disponibilidad de canales de comunicación inmediata, la capacidad de almacenamiento, la automatización de trabajos, la interactividad y la digitalización de la información, los cuáles han impactado todas las actividades humanas.

El siglo XVIII fue la etapa de los grandes sistemas mecánicos que acompañaron a la Revolución Industrial. El siglo XIX fue la época de la máquina de vapor. Durante el siglo XX, la tecnología clave ha sido la recolección, procesamiento y distribución de información, entre otros desarrollos tales como la instalación de redes telefónicas en todo el mundo, a la invención de la radio y la televisión, el nacimiento y crecimiento sin precedente de la industria de los computadores, así como a la puesta en orbita de los satélites de comunicación y muchas cosas más. La Ingeniería de Telecomunicaciones constituye la rama del saber de mayor desarrollo científico y tecnológico a nivel mundial. Los avances se derivan de los mismos desarrollos de la electrónica digital, el procesamiento de la información, los medios de transmisión de gran capacidad, antenas de alta generación y enmarcados en un esfuerzo científico de desarrollo de la sociedad en el presente siglo. A medida que avanzamos hacia los últimos años de este siglo, se ha dado una rápida convergencia de estas áreas, y también las diferencias entre la captura, transporte almacenamiento y procesamiento de información están desapareciendo con rapidez. Todas las empresas con centenares de oficinas dispersas en diferentes lugares del mundo desean conocer el estado actual de cada una de ellas, simplemente oprimiendo una tecla. A medida que surgen en el mundo nuevas tecnologías capaces de recolectar,




procesar y distribuir información, aparecen nuevas e interesantes aplicaciones orientadas hacia el campo de las comunicaciones, en donde una de ellas son las “Herramientas Software”, algunas de ellas de Simulación y otras para obtención y cuantificación de parámetros, tema principal de estudio en el presente módulo. La industria de los computadores personales y portátiles ha mostrado un progreso espectacular en muy corto tiempo. Antiguamente bastaba simplemente con tener un solo computador, el cual era suficiente para satisfacer todas las necesidades en una empresa; sin embargo, debido al rápido crecimiento tecnológico y con ello el aumento en las diversas situaciones en las cuales el hombre requiere del uso de computadores para realizar cada una de sus tareas, ha provocado que éste concepto de tener un solo computador haya cambiado. Una empresa ahora considera un número grande de computadores ubicados en diversos lugares interconectados entre sí, realizando diversas tareas en forma simultánea, mejorando considerablemente el tiempo de ejecución de cada uno de los procesos y la administración de los recursos económicos, electrónicos y de información propios de la empresa. Estos nuevos sistemas, se conocen con el nombre de “Redes de Computadores”.

1.1 Objetivos de las Redes de Datos

Uno de los principales objetivos de las redes de computadores en general, consiste en "Compartir Recursos", provocando con ello que todos los programas, datos y equipos electrónicos y de cómputo estén disponibles en la red para cualquiera que lo requiera, sin importar la localización física o geográfica del recurso y del usuario. Esto quiere decir que, el hecho de que un usuario se encuentre a una distancia de varios kilómetros de la fuente de información o el recurso requerido, no debe evitar que este los pueda utilizar como si se encontrara localmente. Otros objetivos propios de las redes de datos consisten en: Proporcionar una alta fiabilidad, garantizando con ello acceder en forma

constante y eficiente a las diversas fuentes de información existentes Reducción de costos. Los computadores pequeños poseen una mejor relación

costo / beneficio, comparada con la ofrecida por las máquinas grandes. La red debe suministrar conectividad de usuario a usuario y de usuario a

aplicación con una velocidad y confiabilidad razonables. La red debe permitir su crecimiento según las necesidades. La red debe permitir la incorporación de futuras tecnologías, las cuales

interactúen sin dificultad con las existentes actualmente. Deben estar diseñadas para facilitar su monitoreo y administración, con el

objeto de asegurar una estabilidad de funcionamiento constante

1.2 REDES DE DATOS

Una Red es un conjunto de computadores conectados entre sí, compartiendo sus recursos e información, entre las cuales se mantiene una comunicación constante. Las redes de datos se desarrollaron como consecuencia de aplicaciones comerciales diseñadas para microcomputadores. Por aquel entonces, los microcomputadores no estaban conectados entre sí como sí lo estaban las terminales de computadores




mainframe, por lo cual no había una manera eficaz de compartir datos entre varios computadores. Se tornó evidente que el uso de disquetes para compartir datos no era un método eficaz ni económico para desarrollar la actividad empresarial. La red a pie creaba copias múltiples de los datos. Cada vez que se modificaba un archivo, había que volver a compartirlo con el resto de sus usuarios. Si dos usuarios modificaban el archivo, y luego intentaban compartirlo, se perdía alguno de los dos conjuntos de modificaciones. Las empresas necesitaban una solución que resolviera con éxito los tres problemas siguientes:

Cómo evitar la duplicación de equipos informáticos y de otros recursos Cómo comunicarse con eficiencia Cómo configurar y administrar una red

Las empresas se dieron cuenta de que la tecnología de networking podía aumentar la productividad y ahorrar gastos. Las redes se agrandaron y extendieron casi con la misma rapidez con la que se lanzaban nuevas tecnologías y productos de red. A principios de la década de 1980 networking se expandió enormemente, aun cuando en sus inicios su desarrollo fue desorganizado. A mediados de la década de 1980, las tecnologías de red que habían emergido se habían creado con implementaciones de hardware y software distintas. Cada empresa dedicada a crear hardware y software para redes utilizaba sus propios estándares corporativos. Estos estándares individuales se desarrollaron como consecuencia de la competencia con otras empresas. Por lo tanto, muchas de las nuevas tecnologías no eran compatibles entre sí. Se tornó cada vez más difícil la comunicación entre redes que usaban distintas especificaciones. Esto a menudo obligaba a deshacerse de los equipos de la antigua red al implementar equipos de red nuevos. Una red se compone de un servidor, que es la máquina principal de la red, el cual se encarga de administrar los recursos de la red y el flujo de la información. Un Servidor es un computador de alto rendimiento en cuanto a velocidad de transmisión, procesamiento de información, capacidad de almacenamiento. Una Estación de trabajo, que es un computador que se encuentra conectado físicamente al servidor a través de un medio físico de transmisión tales como: medios de cobre, aire, fibra óptica entre otros. Las redes de datos según su tamaño se pueden clasificar de la siguiente forma:

Redes Locales: Conocidas como LAN (Local Area Networks), son usadas para comunicar un conjunto de computadores en un área geográfica pequeña, generalmente un edificio o un conjunto de edificios cercanos o en un campus.

Redes Metropolitanas: También conocidas como MAN (Metropolitan Area Networks), cubren por lo general un área geográfica restringida a las dimensiones de una ciudad. Usualmente se componen de la interconexión de varias redes locales y utilizan alguna facilidad pública de comunicación de datos.

Redes de Area Amplia: Las redes de área amplia, también denominadas WAN (Wide Area Networks), son las primeras redes de comunicación de datos que se utilizaron.




Estas redes cubren áreas geográficas muy grandes, del tamaño de un país o incluso del mundo entero, como es el caso de la red Internet.

Una de las primeras soluciones fue la creación de los estándares de Red de área local (LAN - Local Area Network, en inglés). Como los estándares LAN proporcionaban un conjunto abierto de pautas para la creación de hardware y software de red, se podrían compatibilizar los equipos provenientes de diferentes empresas. Esto permitía la estabilidad en la implementación de las LAN. En un sistema LAN, cada departamento de la empresa era una especie de isla electrónica. A medida que el uso de los computadores en las empresas aumentaba, pronto resultó obvio que incluso las LAN no eran suficientes. Lo que se necesitaba era una forma de que la información se pudiera transferir rápidamente y con eficiencia, no solamente dentro de una misma empresa sino también de una empresa a otra. La solución fue la creación de redes de área metropolitana (MAN) y redes de área amplia (WAN). Como las WAN podían conectar redes de usuarios dentro de áreas geográficas extensas, permitieron que las empresas se comunicaran entre sí a través de grandes distancias. Las redes de computadores han tenido un auge extraordinario en los últimos años y han permitido intercambiar y compartir información entre diferentes usuarios a través del correo electrónico, crear grupos de discusión a distancia sobre diversos temas, tener acceso a bibliotecas electrónicas en lugares distantes, utilizar facilidades de cómputo en áreas de geográficas diferentes y crear sistemas de procesamiento distribuido de transacciones, por mencionar algunas de las aplicaciones que actualmente se tienen. Todos estos beneficios que se derivan de la utilización de las redes locales han sido posibles gracias a los avances logrados en el área de comunicación de datos Un número muy grande de redes se encuentran funcionando, actualmente, en todo el mundo, algunas de ellas son redes públicas operadas por proveedores de servicios, otras están dedicadas a la investigación, redes en cooperativas operadas por los mismos usuarios y redes de tipo comercial o corporativo entre otras. Para comprender mejor el papel que juegan los computadores en un sistema de networking, es importante considerar la red de redes “INTERNET”. La Internet es un sistema al cual la gran mayoría de las personas se encuentra constantemente conectado, debido a que es fundamental para la actividad empresarial, la industria y la educación, entre otras. La Internet es la red de datos más importante del mundo, se compone de una gran cantidad de redes de tipo LAN y WAN, grandes y pequeñas interconectadas entre sí. Cada Computador es considerado como una fuentes o destino de la información que viaja a través de la red. Toda conexión que se establece en una red se compone de tres elementos esenciales: una conexión física, una conexión lógica y un conjunto de aplicaciones. Casi se puede decir, que toda empresa requiere al menos de la existencia de una Red Corporativa, la cual permita la conexión a Internet, requiriendo con ello una cuidadosa planificación. Aun para conectar computadores personales individuales (PC) a lnternet, se requiere de un diseño y planificación básica bajo normas preestablecidas a nivel mundial; entre ellas están los recursos computacionales necesarios para la conexión,




tales como una tarjeta de interfaz de red (NIC), un MODEM, el canal de datos requerido, un proveedor de servicios y algunos otros elementos que son vitales para la implementación y configuración de la Red. Se debe tener en cuenta, que al diseñar una red, no basta con simplemente interconectar equipos en forma física; es requerido implementar una configuración lógica, la cual está conformada por la incorporación de protocolos de comunicación, direccionamiento, niveles de seguridad, políticas de administración, entre otras reglas antes de que un computador se pueda conectar a otros e incluso a la misma Internet. La conexión física se realiza conectando una tarjeta adaptadora, tal como un módem o una NIC, desde un PC a una red. Mediante la conexión física, es posible transferir las señales entre los distintos PC dentro de la red de área local (LAN) y hacia los dispositivos remotos que se encuentran ya sea en la misma red local o en a una red remota como por ejemplo la Internet. La conexión lógica utiliza estándares denominados protocolos; un protocolo es una descripción formal de un conjunto de reglas y normas que establecen la estructura y forma en que se comunican los dispositivos de una red. En toda red se pueden utilizar diversos tipos de protocolos según sea necesario. Uno de los Protocolos más importantes orientado hacia la conexión de computadores en red se denomina “Protocolo de control de transporte/protocolo Internet (TCP/IP)”; es el principal conjunto de protocolos que se utiliza actualmente, los cuales trabajan juntos para transmitir o recibir datos e información en forma constante. El elemento que se encuentra al principio y al final de todo proceso de comunicación entre dos o más equipos es “La Aplicación”; la cual está encargada no solo de establecer los procesos de comunicación entre los diversos equipos terminales que conforman la red, sino que además interpreta los datos y visualiza la información en un formato comprensible al usuario. Las aplicaciones trabajan de la mano con los protocolos para enviar y recibir datos a través de la red e incluso desde Internet.

Tarjeta de red

Una tarjeta de interfaz de red (NIC), o adaptador LAN, es un dispositivo que permite establecer una comunicación en red desde y hacia un PC. En los sistemas computacionales actuales, es una tarjeta de circuito impreso que reside en una ranura o está incorporada directamente en la Main Board o tarjeta madre y provee una interfaz de conexión a los medios de red.




Toda NIC se comunica con la red de datos a través de una conexión serial y con el computador a través de una conexión paralela. La NIC mediante el uso de una Petición de interrupción (IRQ), administra el envío y recepción de información entre los diferentes equipos que hacen parte de la red. Un valor IRQ (petición de interrupción) es número asignado por medio del cual el computador clasifica diferentes acciones a realizar de acuerdo con las señales que constantemente recibe a través de los diferentes periféricos que lo componen. Al seleccionar una tarjeta de red o NIC, se deben tener en cuenta los siguientes factores:

Protocolos de Comunicación: Ethernet, Token Ring o FDDI Medios de transmisión: Cable de par trenzado, cable coaxial, inalámbrico o

fibra óptica Tipo de bus de datos del sistema: PCI, ISA entre otros

La tarjeta de Red proporciona la interfaz para que un host o computador se pueda conectar a la red; se encuentran diversos tipos de NIC según la configuración del dispositivo específico. Los computadores pueden tener una interfaz incorporada, utilizar una tarjeta PCMCIA, tarjetas de red inalámbricas, adaptadores Ethernet USB (Universal Serial Bus /Bus Serial Universal) Existen diversos tipos de tarjetas propias para cada tipo de red. Las principales características de una tarjeta de red son:

• Operan a nivel físico del modelo OSI : Las normas que rigen las tarjetas determinan sus características, y su circuitería gestiona muchas de las funciones de la comunicación en red como :

∗ Especificaciones mecánicas: Tipos de conectores para el cable, por ejemplo.

∗ Especificaciones eléctricas: definen los métodos de transmisión de la información y las señales de control para dicha transferencia.

∗ Método de acceso al medio: es el tipo de algoritmo que se utiliza para acceder al cable que sostiene la red. Estos métodos están definidos por las normas 802.x del IEEE.

• Los circuitos electrónicos que componen la tarjeta de red determinan elementos tales como: velocidad de transmisión, tamaño del paquete, time-out, tamaño de los buffers, entre otros aspectos. Una vez que estos elementos se han establecido, empieza la verdadera transmisión, realizándose una conversión de datos a transmitir a dos niveles:

∗ En primer lugar se pasa de paralelo a serie para transmitirlos como flujo de bits.

∗ Seguidamente se codifican y a veces se comprimen para un mejor rendimiento en la transmisión.

• Otro factor importante en toda NIC es la dirección física, la cual es un concepto asociado a la tarjeta de red : Cada nodo de una red tiene una dirección asignada que depende de los protocolos de comunicaciones que esté utilizando. La dirección física habitualmente viene definida de fábrica, por lo que no se puede modificar. Sobre esta dirección física se definen otras direcciones, como puede ser la dirección IP para redes que estén funcionando con TCP/IP.




Otro dispositivo que se encuentra comúnmente en las redes de datos es el MODEM (modulador-demodulador). Es un dispositivo que ofrece al computador conectividad a otros medios o redes de comunicación que operan bajo otros protocolos de comunicación. Un MODEM puede conectar computadores o equipos entre sí a través de líneas telefónicas, enlaces de microondas, comunicación satelital, redes ópticas entre otras.

El módem convierte (modula) los datos de una señal digital en una señal analógica compatible con otro sistema de comunicación estándar. El módem en el extremo receptor (demodula) la señal, convirtiéndola nuevamente en una señal digital. Los módems pueden ser internos o externos, los cuales pueden estar conectados a una ranura de expansión, integrados en la Main Borrad o para conexión por puerto serie ó USB. 1.3 TOPOLOGIAS DE RED

Las topologías de una red definen su estructura propiamente, la cual se encuentra compuesta por dos tipos de topologías: La primera se denomina “topología física”; ésta corresponde a la disposición real de los cables o medios. La segunda topología es la denominada “topología lógica”, la cual define la forma en que los hosts acceden a los medios para enviar y recibir datos. Dentro de las topologías físicas comúnmente utilizadas se pueden mencionar: Topología Bus: La topología de bus es la manera más simple en la que se puede organizar una red. En ella, todos los equipos están conectados a la misma línea de transmisión mediante un cable, generalmente coaxial. La palabra "bus" hace referencia a la línea física que une todos los equipos de la red Este tipo de topología consta de un único cable que se extiende de un computador a otro a través de un modo serie. Los extremos del cable se finalizan con una resistencia denominada terminador, que además de indicar que no existen más computadores en el extremo, permiten cerrar el bus.




Fuente: Cortesía Tutorial Interactivo de Redes de Telecomunicaciones

Dentro de sus principales ventajas se pueden mencionar:

• Fácil instalación y configuración. • No existen elementos centrales de los cuales que dependa toda la red. Su principal desventaja consiste en que si se rompe el cable en algún punto, la red queda inactiva completamente.

Topología Anillo: En éste tipo de topología, los nodos de la red se disponen en un anillo cerrado conectado a él mediante enlaces punto a punto. La información describe una trayectoria circular en una única dirección y el nodo principal es quien gestiona conflictos entre nodos al evitar la colisión de tramas de información.





La topología de anillo esta diseñada como una arquitectura circular, con cada nodo conectado directamente a otros dos nodos. Toda la información de la red pasa a través de cada nodo hasta que es tomado por el nodo apropiado. El anillo es fácilmente expandido para conectar mas nodos, aunque en este proceso interrumpe la operación de la red mientras se instala el nuevo nodo. Así también, el movimiento físico de un nodo requiere de dos pasos separados: desconectar para remover el nodo y otra vez reinstalar el nodo en su nuevo lugar. Dentro de sus principales características se pueden mencionar:

El cable forma un bucle cerrado formando un anillo. Todos los computadores que forman parte de la red se conectan a ese anillo. Habitualmente las redes en anillo utilizan como método de acceso al medio el

modelo “paso de testigo” utilizado en la topología Token Ring.

Sus principales desventajas son:

Si ocurre un fallo en un nodo, automáticamente afecta a toda la red; aunque actualmente existen tecnologías que permiten mediante el uso de conectores especiales, la desconexión del nodo averiado para que el sistema pueda seguir funcionando.

Es difícil de instalar. Requiere mantenimiento constante.

Topología en estrella: Para el caso de la topología en estrella, todos los elementos de la red se encuentran conectados directamente mediante un enlace punto a punto al nodo central de la red, quien se encarga de gestionar las transmisiones de información por toda la estrella





Uno de los aspectos a tener en cuenta en éste tipo de topología, es que todas las tramas de información que circulen por la red deben pasar por el nodo principal, con lo cual un fallo en él, provocaría la caída de todo el sistema. Sin embargo, si llegara a ocurrir un fallo en un determinado cable, sólo afecta al nodo asociado a él; situación que no se presentaba en las topologías anillo y bus expuestas anteriormente. La topología en Estrella es una buena elección y es la topología que más se está utilizando a nivel mundial en el desarrollo de redes LAN. Entre sus principales características se pueden mencionar:

Todas las estaciones de trabajo están conectadas a un punto central (concentrador), formando una estrella física.

Habitualmente sobre este tipo de topología se utiliza como método de acceso al medio poolling, siendo el nodo central el que se encarga de implementarlo.

Cada vez que se quiere establecer comunicación entre dos computadores, la información transferida de uno hacia el otro debe pasar por el punto central.

existen algunas redes con esta topología que utilizan como punto central una estación de trabajo que gobierna la red.

Si se produce un problema de conexión en uno de los terminales, no se afecta el óptimos funcionamiento de los otros equipos que hacen parte de la red de datos

es fácil de detectar y de localizar un problema en la red.

Topología Estrella Jerárquica: Es un tipo de topología particular, derivado de la topología en estrella. Esta estructura de cableado se utiliza en la mayor parte de las redes locales actuales, por medio de concentradores dispuestos en cascada para formar una red jerárquica, tal como se ilustra en la figura.


Topología Anillo configurado en Estrella: Es un tipo particular de topología, el cual aunque su apariencia es de estrella, su comportamiento real es el de una topología conectada en anillo.





Uno de los inconvenientes de la topología en anillo era que si el cable se rompía toda la red quedaba fuera de servicio; sin embargo, con la implementación de la topología mixta anillo-estrella, éste y otros problemas quedan resueltos.

Dentro de sus principales características se pueden mencionar:

Cuando se instala una configuración en anillo, el anillo se establece de forma lógica únicamente, ya que de forma física se utiliza una configuración en estrella.

Se utiliza un concentrador, o incluso un servidor de red (uno de los nodos de la red, aunque esto es el menor número de ocasiones) como dispositivo central, de esta forma, si se presenta un daño en un nodo, sólo queda inactivo el nodo afectado.

El concentrador utilizado cuando se está utilizando esta topología se denomina MAU (Unidad de Acceso Multiestación), que consiste en un dispositivo que proporciona el punto de conexión para múltiples nodos. Contiene un anillo interno que se extiende a un anillo externo.

A simple vista, la red parece una estrella, aunque internamente funciona como un anillo.

Cuando la MAU detecta que un nodo se ha desconectado, éste establece un puente entre la entrada y salida del nodo afectado logrando con ello mantener cerrado el anillo.

Topología Bus configurado en Estrella: Este tipo de topología es en realidad una estrella que funciona como si fuese una topolgía bus.





Para implementar éste tipo de topología, se utiliza como punto central un concentrador pasivo (hub), el cual implementará internamente el bus, al cual están conectados todos los computadores y demás dispositivos existentes en la red. La única diferencia que existe entre esta topología mixta y la topología en estrella con hub pasivo es el método de acceso al medio utilizado.

Topología Malla: La topología en malla es considerada como una topología redundante. La principal característica de esta topología es que todos los computadores están interconectados entre sí, por medio de un arreglo de cables. Este tipo de configuración provee redundancia debido a que si ocurre un problema con una de las conexiones existentes, hay otros canales que permiten mantener la comunicación.





Una característica importante es mantener enlaces de comunicación alternos en el caso de que se presente una falla, aumentando significativamente la disponibilidad de los enlaces. Lo cual conlleva a una baja eficiencia de las conexiones o enlaces, debido a la existencia de enlaces redundantes.

Esta topología requiere de mucho cableado por lo que se la considera muy costosa y poco rentable a medida que aumentan la cantidad de enlaces requeridos.

1.4 TOPOLOGÍAS LÓGICAS Tal como se hizo mención anteriormente, la topología lógica de una red es la forma en que los hosts se comunican a través del medio. Los dos tipos más comunes de topologías lógicas son: broadcast y transmisión de tokens. La topología broadcast consiste en que cada host envía sus datos hacia todos los demás hosts del medio de red. No existe un criterio u orden que los host deban seguir para utilizar la red. Es decir, que cada host tiene la misma probabilidad de transmitir siempre y cuando el medio no se encuentre ocupado por alguna otra transmisión. El segundo tipo de topología lógica es la transmisión de tokens. Este tipo de topología controla el acceso a la red mediante la transmisión de un token electrónico a cada host de forma secuencial conocido como el paso de testigo. Cuando un host recibe el token, ese host es el único que puede enviar datos a través de la red, los demás adoptan una posición de host receptores. Si el host no tiene ningún dato para enviar, transmite el token al siguiente host y el proceso se vuelve a repetir. Dos ejemplos de redes que utilizan la transmisión de tokens son: Token Ring y la Interfaz de datos distribuida por fibra (FDDI).

La FDDI (Fiber Distribuited Data Interfaz) es un estándar nuevo para redes de área local de alta velocidad. Se trata de un modelo presentado por ANSI y que los organismos internacionales están pensando en normalizar. Sus principales características son:

Es una red basada en fibra óptica. La velocidad de transmisión es de unos 100 Mbps. Utiliza una configuración en anillo. Puede soportar distancias de hasta 2 Km de fibra óptica entre estaciones, y una

circunferencia total de fibra de 200 Km. El número máximo de estaciones conectadas es de 500, aunque se pueden

conectar dos redes a través de un bridge. Habitualmente los enlaces con FDDI se utilizan para unir el concentrador que

conecta varias estaciones a un servidor muy potente. Utiliza como método de acceso al medio el paso de testigo.

Un inconveniente que tiene es que las interfaces FDDI son más caras que los estándares anteriores.

Existen adicionalmente una serie de factores que se deben tener en cuenta a la hora de seleccionar una topología de red específica. Estos factores son:




La distribución de los equipos a interconectar. El tipo de aplicaciones que se van a ejecutar. La inversión que se quiere hacer. Costo de mantenimiento y actualización de la red local. El tráfico que va a soportar la red local. La capacidad de expansión. Se debe diseñar una intranet teniendo en cuenta la

escalabilidad.

Vale la pena mencionar que no se debe confundir el término topología con el de arquitectura. La arquitectura de una red es un concepto más amplio, el cual incluye todo lo referente a la topología de red y el método de acceso al medio físico de transmisión.

Actualmente se puede decir que la topología está directamente relacionada con el método de acceso al medio físico de transmisión, puesto que éste depende casi directamente el tipo de tarjeta de red y con ello la topología lógica correspondiente.

1.5 DISPOSITIVOS DE NETWORKING Existe una gran variedad de equipos de networking, los cuales desempeñan un papel fundamental en alguno de los procesos existentes en una red de datos. Los equipos que se conectan de forma directa a un segmento de red se denominan dispositivos. Estos dispositivos se clasifican en dos grandes grupos. El primer grupo está compuesto por los dispositivos de usuario final. Los dispositivos de usuario final incluyen los computadores, impresoras, escáneres, y demás dispositivos que brindan servicios directamente al usuario. El segundo grupo está formado por los dispositivos de red. Los dispositivos de red son todos aquellos que conectan entre sí a los dispositivos de usuario final, posibilitando su intercomunicación. Los dispositivos de usuario final que conectan a los usuarios con la red también se conocen con el nombre de hosts; estos dispositivos permiten a los usuarios compartir, crear y obtener información. Los dispositivos host pueden existir sin una red, pero sin la red las capacidades de los hosts se ven sumamente limitadas. Los dispositivos host están físicamente conectados con los medios de red mediante una tarjeta de interfaz de red (NIC). Utilizan esta conexión para realizar las tareas de envío de correo electrónico, impresión de documentos, escaneado de imágenes o acceso a bases de datos. Cada NIC individual tiene un código único, denominado dirección de control de acceso al medio (MAC). Esta dirección se utiliza para controlar la comunicación de datos para el host de la red. No existen símbolos estandarizados para los dispositivos de usuario final en la industria de networking. Son similares en apariencia a los dispositivos reales para permitir su fácil identificación. Los dispositivos de red son los que transportan los datos que deben transferirse entre dispositivos de usuario final. Los dispositivos de red proporcionan el conjunto de las conexiones de cable, la concentración de conexiones, la conversión de los formatos de datos y la administración de transferencia de datos. Algunos ejemplos de dispositivos que ejecutan estas funciones son los repetidores, hubs, puentes, switches y routers.





Un repetidor es un dispositivo de red que se utiliza para regenerar una señal. Los repetidores regeneran señales analógicas o digitales que se distorsionan a causa de pérdidas en la transmisión producidas por la atenuación. Un repetidor no toma decisiones inteligentes acerca del envío de paquetes como lo hace un router o puente.

Fuente: www.Netgear.com

Los hubs concentran las conexiones. En otras palabras, permiten que la red trate un grupo de hosts como si fuera una sola unidad. Esto sucede de manera pasiva, sin interferir en la transmisión de datos. Los hubs activos no sólo concentran hosts, sino que además regeneran señales.


Los puentes convierten los formatos de transmisión de datos de la red además de realizar la administración básica de la transmisión de datos. Los puentes, tal como su nombre lo indica, proporcionan las conexiones entre LAN. Los puentes no sólo




conectan las LAN, sino que además verifican los datos para determinar si les corresponde o no cruzar el puente. Esto aumenta la eficiencia de cada parte de la red.

Fuente: www.dlink.com

Los switches de grupos de trabajo agregan inteligencia a la administración de transferencia de datos. No sólo son capaces de determinar si los datos deben permanecer o no en una LAN, sino que pueden transferir los datos únicamente a la conexión que necesita esos datos. Otra diferencia entre un puente y un switch es que un switch no convierte formatos de transmisión de datos.

Fuente:www.cisco.com

Los routers poseen todas las capacidades indicadas arriba. Los routers pueden regenerar señales, concentrar múltiples conexiones, convertir formatos de transmisión de datos, y manejar transferencias de datos. También pueden conectarse a una WAN, lo que les permite conectar LAN que se encuentran separadas por grandes distancias. Ninguno de los demás dispositivos puede proporcionar este tipo de conexión




CAPITULO 9

9. INTRODUCCION A LAS ANTENAS Y GUIAS DE ONDA

9.1 ANTENAS

Una antena es un dispositivo constituido por un conductor metálico capaz de radiar y capturar ondas electromagnéticas se utiliza convencionalmente para aclopar líneas de transmisión con el espacio libre acoplando la energía de un transmisor y un receptor con atmósfera terrestre. Una antena es capaz de convertir energía eléctrica en ondas electromagnéticas y viceversa. Una guía de onda es una línea de transmisión especial utilizada para interconectar una antena con un transceptor facilitando con ello el trabajo con ondas electromagnéticas.

Las Antenas están consideradas como uno de los elementos más importantes requerido en un proceso de comunicación inalámbrico; estos dispositivos están específicamente diseñados para radiar o recibir ondas electromagnéticas, adaptando en todo momento ondas guiadas, las cuales se transmiten a través de conductores o guías, facilitando con ello su propagación en el espacio libre.

Una definición mucho más técnica, establecida por el Institute of Electrical and

Electronics Engineers (IEEE), define una antena como aquella parte de un sistema transmisor o receptor diseñada específicamente para radiar o recibir ondas electromagnéticas (IEEE Std. 145-1983).

La misión de la antena es irradiar la potencia que se le suministra con las características de direccionalidad adecuadas según su aplicación. Por ejemplo, en radiodifusión o comunicaciones móviles se acostumbra el uso de antenas que permitan irradiar una zona en forma omnidireccional, caso contrario a las aplicaciones orientadas a las radiocomunicaciones fijas en donde se busca que la radiación sea enfocada hacia un solo sentido, es decir, requieren el uso de antenas direccionales.

Las antenas pueden ser de diferentes tipos, esto varía según la aplicación que se requiera y los parámetros de configuración y de sintonía propios del sistema de transmisión o recepción, en donde el fin principal es el de poder concentrar una cantidad de energía, lograr irradiarla y poder en algún instante detectar ésta energía en un punto distante y convertirla nuevamente en su forma original para realizar una tarea específica.

Se puede decir que las funciones básicas de una antena son dos: transmitir y recibir, definiendo cada aplicación condiciones particulares sobre la direccionalidad de la antena, niveles de potencia que debe soportar, frecuencia de trabajo y otros parámetros que serán expuestos posteriormente.




Una onda presenta dos características principales: frecuencia (f) y longitud de onda (λ), ambas se encuentran relacionadas por la expresión que define la velocidad de propagación en el medio, en el caso particular, las ondas electromagnéticas pueden viajar a la velocidad de la luz (c=3*108m/s=λf) considerándose la velocidad de propagación de una onda en el vacío.

Debido a la gran cantidad de ondas electromagnéticas que viajan a través del espacio constantemente, cada una de ellas con características propias según la aplicación que las requiera, se ha visto la necesidad de clasificar éstas ondas según rangos de frecuencias estableciéndose con ello divisiones acordes con cada aplicación según sea el caso definidas por organismos de normalización o estandarización

A continuación se ilustran unos cuadros que muestran claramente éstas divisiones del espectro electromagnético y sus principales características según sea requerido.

Denominación de las bandas de frecuencias por décadas

En el caso de las frecuencias propias de las aplicaciones orientadas hacia el uso de microondas existe una subdivisión la cual es ampliamente utilizada en la actualidad.




Denominación habitual de las bandas de frecuencias en microondas

En el caso de las frecuencias superiores tales como ondas electromagnéticas correspondientes al infrarrojo, visible, ultravioleta y rayos X

Denominación de las bandas a frecuencias superiores

Según la aplicación que requiera el uso de antenas, es necesario tener claro el valor de la frecuencia de la señal a irradiar; las antenas tienen unas características de impedancia y de radiación las cuales dependen directamente del valor de la frecuencia a utilizar. El análisis de dichas características se realiza a partir de las ecuaciones de Maxwell en el dominio de la frecuencia, utilizando las expresiones de los campos en forma compleja o fasorial. Cada aplicación y cada banda de frecuencias presentan características peculiares que dan origen a una gran variedad de formas y tipos de antenas. Según lo anterior, es posible clasificar las antenas en tres grandes bloque así:




9.2 ANTENAS ALÁMBRICAS

Se caracterizan por estar construidas fundamentalmente con hilos conductores, los cuales soportan las corrientes que dan origen a los campos electromagnéticos radiados. Los tipos más comunes de ésta primera clasificación de antenas son: dipolo, V, rómbica (constituidos por hilos rectos), espiras (circular, cuadrada o de cualquier forma arbitraria) y hélices. Este tipo de antenas presentan comúnmente corrientes y cargas que varían de forma armónica con el tiempo y con amplitudes que también varían a lo largo de los hilos.

9.3 ANTENAS DE APERTURA Y REFLECTORES

Su principal característica es que la generación de la onda radiada es obtenida a partir de una distribución de campos electromagnéticos soportados por la antena excitándose comúnmente a través de guías de onda. Dentro de los principales tipos se pueden mencionar: Las antenas de bocinas (piramidales y cónicas), las aperturas y las ranuras sobre planos conductores, y las bocas de guía.

Ejemplos de Antenas de Apertura

Este tipo de antenas se caracterizan por presentar campos eléctricos y magnéticos en la apertura que varían armónicamente con el tiempo. Su uso principal radica en aplicaciones que requieran establecer procesos de comunicación a grandes distancias apoyándose en el uso de reflectores en donde el tipo de antena por excelencia es el parabólico.




9.4 AGRUPACIONES DE ANTENAS.

Consiste en aquellos arreglos o agrupaciones de antenas que debido a su poder de amplificación a la hora de combinarse permiten obtener los resultados que una sola de ellas no podría lograr. Estas agrupaciones pueden realizarse combinando, en principio, cualquier tipo de antena.

9.5 FUNCIONAMIENTO BASICO DE UNA ANTENA

En los sistemas de radiocomunicación los trasmisores y los receptores están conectados a través de línea de comunicación acoplándose al espacio libre a través de antenas. Una antena es un dispositivo pasivo el cual no puede amplificar una señal, es considerado un dispositivo reciproco porque las características y el desempeño de transmisión y recepción son idénticas tales como: ganancia, directividad, frecuencia de operación, resistencia de radiación, ancho de banda, eficiencia entre otros parámetros.

Una antena permite acoplar un sistema de radio comunicación en forma semejante a un transformador en donde son acopladas las ondas electromagnéticas propagadas por el espacio libre con el sistema electrónico. Un sistema de acoplamiento con una antena se puede representar con una red de cuatro terminales, en donde, la energía electromagnética debe ser transferida desde la antena trasmisora hacia el espacio libre y una segunda etapa, donde la energía es tomada del espacio libre hacia una antena receptora.

Las antenas de transmisión deben ser capaces de manipular potencias grandes por lo cual exige su construcción con materiales resistentes, sin embargo, para el caso de las antenas de recepción basta con alambres de diámetros pequeños debido a que los voltajes y corrientes que se circular a través de ellos son muy pequeños.

Existen casos en donde se utiliza la misma antena para enviar y recibir señales, hay que tener en cuenta que las potencias utilizadas para transmisión son elevadas y las potencias de recepción son bajas en cuyo caso es necesario incorporar un sistema de aislamiento para transmisión y recepción con la misma antena evitando que grandes cantidades de potencia puedan alcanzar el circuito receptor el cual es bastante sensible en cuyo caso es recomendado utilizar un elemento especial para tal fin conocido como diplexor




9.6 SISTEMAS DE COORDENADAS O REFERENCIALES

Un tema de gran importancia en el área de la propagación electromagnética es el sistema de coordenadas a utilizar. La posición de eventos en el espacio se define respecto de un punto fijo llamado origen de coordenadas. La definición de un origen de coordenadas y un origen de tiempos crea un sistema de referencia o referencial. El vector posición es el vector que se dirige desde el origen de coordenadas hasta la posición a definir. La posición de un punto en el espacio respecto a un origen de coordenadas se determina mediante el vector posición.

Para operar en un sistema de referencia es útil definir coordenadas, que son variables escalares que permiten expresar los campos escalares y vectoriales así como los elementos de arco, superficie y volumen que aparecen en las ecuaciones integrales.

Para elegir un sistema adecuado de coordenadas es necesario definir la simetría del problema físico en cuestión. De los múltiples sistemas de coordenadas que se pueden definir, la práctica ha privilegiado aquellos sistemas llamados de coordenadas separables. Estos son sistemas que permiten pasar de ecuaciones diferenciales a derivadas parciales, que surgen de las ecuaciones físicas (en nuestro caso las ecuaciones de Maxwell), a ecuaciones diferenciales a derivadas totales, que son más sencillas de resolver dedicadas a la resolución numérica de las ecuaciones del electromagnetismo.

Para cada ecuación diferencial a derivadas parciales, hay un número limitado de sistemas donde la ecuación es separable. Por ejemplo, para las ecuaciones de Laplace y Helmholtz, que son las esenciales en el análisis de los problemas electromagnéticos, hay 11 sistemas separables que corresponden a superficies de coordenada constante en la forma de cuádricas confocales. De estos sistemas los más conocidos y usados en la práctica de la ingeniería son los sistemas cartesiano, cilíndrico y esférico.

9.6.1 SISTEMA CARTESIANO

Figura Sistema de Coordenadas Cartesiano




Es el sistema de coordenadas más común que existe. En este sistema la posición de un punto P en el espacio se describe mediante las proyecciones del vector posición sobre tres ejes rectos mutuamente perpendiculares que se cruzan en el origen de coordenadas:

En éste sistema, el punto P corresponde al punto de intersección de los tres ejes, indicando la posición del punto en el espacio.

9.6.2 SISTEMA DE COORDENADAS CILÍNDRICO

En el sistema cilíndrico, la posición de un punto P en el espacio se describe mediante las proyecciones del vector posición sobre un eje recto (que habitualmente se asocia al eje z del sistema cartesiano correspondiente) y el plano perpendicular al eje que pasa por el origen de coordenadas y además por el ángulo formado por la proyección sobre el plano y un eje recto del plano que pasa por el origen de coordenadas (que habitualmente se asocia al eje x del sistema cartesiano correspondiente):

Figura . Sistema de Coordenadas Cilindrico

Las superficies de coordenada constante son en este caso planos "horizontales" normales a la coordenada z constante, planos "verticales" que contienen al eje z para la coordenada ϕ constante y cilindros coaxiales de radio variable ρ y eje coincidente

con z, como el indicado en la figura. Este sistema es uno de los más utilizados para la descripción y cuantificación de campos electromagnéticos.




9.6.3 SISTEMA ESFERICO

Figura . Sistema de Coordenadas Esférico

En el sistema esférico la posición de un punto P en el espacio se describe mediante el módulo del vector posición y los ángulos que forma con dos ejes perpendiculares que pasan por el origen de coordenadas, que coinciden con los ejes z y x del sistema cartesiano correspondiente.

Las superficies de coordenada constante son en este caso conos de eje z y cuyo vértice pasa por el origen de coordenadas para θ constante, planos "verticales" que contienen al eje z para la coordenada ϕ constante y esferas de radio variable r y origen en el

origen de coordenadas, como la indicada en la figura.

En un sistema de coordenadas, los vectores se expresan por sus componentes escalares y los vectores asociados a cada coordenada:




En el sistema cartesiano los vectores son constantes (no dependen de la posición). En los sistemas cilíndrico y esférico los vectores sí dependen de la posición.

9.7 GUIAS DE ONDA

Figura . Guía de Onda

Una línea de transmisión de hilos paralelos no puede propagar con eficiencia energía electromagnética, inclusive cables coaxiales, en donde la frecuencia de la señal sea superior a 20GHz debido a diferentes factores de atenuación propias de los materiales con los cuales esta constituida la línea de transmisión. Otra limitante ocurre cuando se desean propagar señales de alta potencia las cuales no se pueden propagar por líneas de transmisión convencionales por tal razón es necesario recurrir a medios físicos de transmisión alternativa capaz de soportar estas adversidades en formas óptimas tales como: fibra óptica y guías de onda.

Una guía de onda es un tubo de conductor hueco el cual puede ser rectangular, circular o elíptico, sus dimensiones rigen las condiciones de propagación de ondas electromagnéticas por su interior sirviendo su periferia como guía de conducción para las ondas, una guía de onda no conduce corriente el sentido estricto, sus paredes son conductores y permiten reflejar la energía electromagnética en su superficie.

En una guía de onda la propagación de la energía no ocurre sobre las paredes sino a través del dieléctrico en el interior el cual en la mayoría de los casos fue aire, la energía electromagnética que viaja por una guía de onda lo hace en trayectoria de zigzag reflejándose y rebotando sobre las paredes que las constituyen.




9.7.1 GUIA DE ONDA RECTANGULAR

Es el tipo de onda mas popular que existe. Para que una onda electromagnética pueda viajar a través de una guía de onda debe ser capaz de satisfacer las ecuaciones de Maxwel, por tal razón, las ondas electromagnéticas deben propagarse en el interior de la guía de onda en forma de zigzag porque si lo hiciera en línea recta el campo eléctrico se pondría en corto con las paredes de la guía de onda evitando que la onda se propagara en su interior.

En las líneas de transmisión la velocidad de la onda no depende de su frecuencia sin embargo existen dos clases de velocidad que se deben tener en cuenta: velocidad de fase y velocidad de grupo.

La velocidad en fase es la velocidad aparente de una fase determinada de la onda, es aquella con la que cambia de fase una onda en dirección paralela a una superficie conductora a continuación se ilustra la expresión que permite calcular la velocidad de fase la cual depende de la frecuencia y longitud de onda de la señal.

2)/(1 ff

cV

C

PH

−=

=Cf Frecuencia de corte (Hz)

=f Frecuencia de operación (Hz)

=c Velocidad de propagación en el espacio libre ( sm /10*3 8 )

9.8 FIBRA OPTICA

La fibra óptica es uno de los medios físicos de transmisión mas importantes y utilizados en el mundo debido a las bondades que ofrece en procesos de comunicación. La fibra óptica está constituida por filamentos de vidrio (compuestos de cristales naturales) o plástico (cristales artificiales), del espesor de un pelo (entre 10 y 300 micrones). Llevan mensajes en forma de haces de luz que realmente pasan a través de ellos de un extremo a otro, donde quiera que el filamento vaya (incluyendo curvas y esquinas) sin interrupción.




Figura . Fibra Óptica y principales tipos de conectores

Las fibras ópticas está reemplazando los cables de cobre convencionales, tanto en pequeños ambientes autónomos (redes hogareás), como en grandes redes geográficas (Internet y aplicaciones de voz, video y datos en banda ancha).

El principio que permite enviar una señal a través de una fibra óptica se basa en la transmisión de luz por reflexión interna total; la luz que viaja por el centro o núcleo de la fibra incide sobre la superficie externa con un ángulo mayor que el ángulo crítico, de forma que toda la luz se refleja sin pérdidas hacia el interior de la fibra. Así, la luz puede transmitirse a larga distancia reflejándose miles de veces.

Para evitar pérdidas por dispersión de luz debida a impurezas de la superficie de la fibra, el núcleo de la fibra óptica está recubierto por una capa de vidrio con un índice de refracción mucho menor; las reflexiones se producen en la superficie que separa la fibra de vidrio y el recubrimiento.

la Fibra Óptica es considerada como una guía de luz y que adicionalmente en la fibra óptica la señal no se atenúa tanto como en el cobre, debido a que en las fibras no se pierde información por refracción o dispersión de luz consiguiéndose así buenos rendimientos, sin embargo, en el caso del cobre, las señales se ven atenuadas por la resistencia del material a la propagación de las ondas electromagnéticas de forma mayor.

La mayoría de las fibras ópticas se construyen de arena o sílice, en donde se puede decir que ésta materia prima es mas abundante y económica en comparación con el cobre. Con unos cuantos kilogramos de vidrio pueden fabricarse aproximadamente 43 kilómetros de fibra óptica.




Cuando se desea transmitir una señal a través de la fibra óptica, se debe contar con un dispositivo capaz de convertir las ondas electricas en ondas de luz, el cual puede ser un Diodo Emisor de Luz (LED) o un LASER. Por ello se le considera el componente activo de este proceso. Una vez es transmitida la señal luminosa por las minúsculas fibras, en otro extremo del circuito se encuentra un tercer componente al que se le denomina detector óptico o receptor, cuya misión consiste en transformar la señal luminosa en energía electromagnética, similar a la señal original.

Los diodos emisores de luz y los diodos láser son fuentes adecuadas para la transmisión mediante fibra óptica, debido a que su salida se puede controlar rápidamente por medio de una corriente de polarización. Además su pequeño tamaño, su luminosidad, longitud de onda y el bajo voltaje necesario para manejarlos son características atractivas.

Los tipos más comunes de fibra óptica son:

9.8.1 Fibra Monomodo:

Son fibras de núcleo pequeño, presentan menor dispersión, comúnmente utilizada en aplicaciones de transmisión hasta 3Km, utiliza láser como fuente de luz debido al tamaño reducido del núcleo. Potencialmente, esta es la fibra que ofrece la mayor capacidad de transporte de información. Tiene una banda de paso del orden de los 100 GHz/km. Los mayores flujos se consiguen con esta fibra, pero también es la más compleja de implantar.

Figura . Fibra Monomodo




La figura muestra que sólo pueden ser transmitidos los rayos en línea recta, por lo que se ha ganado el nombre de "monomodo" (modo de propagación, o camino del haz luminoso, único). Son fibras que tienen el diámetro del núcleo alrededor de los 10 micrones. Si el núcleo está constituido de un material cuyo índice de refracción es muy diferente al de la cubierta, entonces se habla de fibras monomodo de índice escalonado. Los elevados flujos que se pueden alcanzar constituyen la principal ventaja de las fibras monomodo, ya que sus pequeñas dimensiones implican un manejo delicado y generan dificultades de conexión.

9.8.2 Fibra Multimodo:

Es un tipo de fibra que presenta un núcleo mayor que el de la fibra monomodo entre los 50 y 65 micrones, con éstas fibras se presenta una mayor dispersión de la señal y con ello mayores pérdidas de potencia, se utiliza comúnmente en aplicaciones de larga distancia pero no tan largas como las alcanzadas con una fibra monomodo logrando establecer comunicaciones hasta 2Km de distancia. Debido a que no hay necesidad de enviar un haz en línea recta, es posible el uso de LEDs como fuentes de luz.

Figura . Fibra Multimodo

Las fibras multimodo de índice de gradiente gradual tienen una banda de paso que llega hasta los 500MHz por kilómetro. Su principio se basa en que el índice de refracción en el interior del núcleo no es único y decrece cuando se desplaza del núcleo hacia la cubierta. Estas fibras permiten reducir la dispersión entre los diferentes modos de propagación a través del núcleo de la fibra.




9.8.3 Ventajas de la fibra óptica

Su principal ventaja es el gran ancho de banda que ofrece, el cual, mediante técnicas de multiplexación por división de frecuencias (WDM/DWDM), permiten enviar hasta 100 haces de luz (cada uno con una longitud de onda diferente) a una velocidad de 10Gb/s cada uno por una misma fibra, alcanzando velocidades de transmisión totales hasta 10Tb/s.

Otra de las ventajas interesantes es su inmunidad a las interferencias electromagnéticas.

9.8.4 Desventajas de la fibra óptica

Dentro de las desventajas ofrecidas por la fibra óptica frente a otros medios de transmisión se pueden mencionar:

La alta fragilidad de las fibras. Necesidad de usar transmisores y receptores más caros Los empalmes entre fibras son difíciles de realizar, especialmente en el campo,

lo que dificulta las reparaciones en caso de rotura del cable. No puede transmitir electricidad para alimentar repetidores intermedios. La necesidad de efectuar, en muchos casos, procesos de conversión eléctrica-

óptica. La fibra óptica convencional no puede transmitir potencias elevadas. No existen memorias ópticas.

9.8.5 Aplicaciones de la fibra óptica

- Internet

El servicio de conexión a Internet por fibra óptica, derriba la mayor limitación del ciberespacio: su exasperante lentitud. El propósito del siguiente artículo es describir el mecanismo de acción, las ventajas y sus desventajas.

Para navegar por la red mundial de redes, Internet, no sólo se necesitan un computador, un módem y algunos programas, sino también una gran dosis de paciencia. El ciberespacio es un mundo lento hasta el desespero. Un usuario puede pasar varios minutos esperando a que se cargue una página o varias horas tratando de bajar un programa de la Red a su PC.

Esto se debe a que las líneas telefónicas, el medio que utiliza la mayoría de los 50 millones de usuarios para conectarse a Internet, no fueron creadas para transportar videos, gráficas, textos y todos los demás elementos que viajan de un lado a otro en la Red.




Pero las líneas telefónicas no son la única vía hacia el ciberespacio. Recientemente un servicio permite conectarse a Internet a través de la fibra óptica.

La fibra óptica hace posible navegar por Internet a una velocidad de dos millones de bps, impensable en el sistema convencional, en el que la mayoría de usuarios se conecta a 28.000 0 33.600 bps.

- Redes

La fibra óptica se emplea cada vez más en la comunicación, debido a que las ondas de luz tienen una frecuencia alta y la capacidad de una señal para transportar información aumenta con la frecuencia. En las redes de comunicaciones se emplean sistemas de láser con fibra óptica. Hoy funcionan muchas redes de fibra para comunicación a larga distancia, que proporcionan conexiones transcontinentales y transoceánicas. Una ventaja de los sistemas de fibra óptica es la gran distancia que puede recorrer una señal antes de necesitar un repetidor para recuperar su intensidad. En la actualidad, los repetidores de fibra óptica están separados entre sí unos 100 km, frente a aproximadamente 1,5 km en los sistemas eléctricos. Los amplificadores de fibra óptica recientemente desarrollados pueden aumentar todavía más esta distancia.

Otra aplicación cada vez más extendida de la fibra óptica son las redes de área local. Al contrario que las comunicaciones de larga distancia, estos sistemas conectan a una serie de abonados locales con equipos centralizados como ordenadores (computadoras) o impresoras. Este sistema aumenta el rendimiento de los equipos y permite fácilmente la incorporación a la red de nuevos usuarios.

El desarrollo de nuevos componentes electroópticos y de óptica integrada aumentará aún más la capacidad de los sistemas de fibra.

Red de área local o LAN, conjunto de ordenadores que pueden compartir datos, aplicaciones y recursos (por ejemplo impresoras). Las computadoras de una red de área local (LAN, Local Area Network) están separadas por distancias de hasta unos pocos kilómetros, y suelen usarse en oficinas o campus universitarios. Una LAN permite la transferencia rápida y eficaz de información en el seno de un grupo de usuarios y reduce los costes de explotación.

Otros recursos informáticos conectados son las redes de área amplia (WAN, Wide Area

Network) o las centralitas particulares (PBX). Las WAN son similares a las LAN, pero conectan entre sí ordenadores separados por distancias mayores, situados en distintos lugares de un país o en diferentes países; emplean equipo físico especializado y costoso y arriendan los servicios de comunicaciones. Las PBX proporcionan conexiones informáticas continuas para la transferencia de datos especializados como transmisiones telefónicas, pero no resultan adecuadas para emitir y recibir los picos de datos de corta duración empleados por la mayoría de las aplicaciones informáticas.




Las redes de comunicación públicas están divididas en diferentes niveles; conforme al funcionamiento, a la capacidad de transmisión, así como al alcance que definen. Por ejemplo, si está aproximándose desde el exterior hacia el interior de una gran ciudad, se tiene primeramente la red interurbana y red provisional, a continuación las líneas prolongadas aportadoras de tráfico de más baja capacidad procedente de áreas alejadas (red rural), hacia el centro la red urbana y finalmente las líneas de abonado. Los parámetros dictados por la práctica son el tramo de transmisión que es posible cubrir y la velocidad binaria específica así como el tipo de fibra óptica apropiado, es decir, cables con fibras monomodo ó multimodo.

- Telefonía

Con motivo de la normalización de interfaces existentes, se dispone de los sistemas de transmisión por fibra óptica para los niveles de la red de telecomunicaciones públicas en una amplia aplicación, contrariamente para sistemas de la red de abonado (línea de abonado), hay ante todo una serie de consideraciones.

Para la conexión de un teléfono es completamente suficiente con los conductores de cobre existentes. Precisamente con la implantación de los servicios en banda ancha como la videoconferencia, la videotelefonía, etc., la fibra óptica se hará imprescindible para el abonado. Con el BIGFON (red urbana integrada de telecomunicaciones en banda ancha por fibra óptica) se han recopilado amplias experiencias en este aspecto. Según la estrategia elaborada, los servicios de banda ancha posteriormente se ampliarán con los servicios de distribución de radio y de televisión en una red de telecomunicaciones integrada en banda ancha (IBFN).

9.8.6 Otras aplicaciones

Las fibras ópticas también se emplean en una amplia variedad de sensores, que van desde termómetros hasta giroscopios. Su potencial de aplicación en este campo casi no tiene límites, porque la luz transmitida a través de las fibras es sensible a numerosos cambios ambientales, entre ellos la presión, las ondas de sonido y la deformación, además del calor y el movimiento. Las fibras pueden resultar especialmente útiles cuando los efectos eléctricos podrían hacer que un cable convencional resultara inútil, impreciso o incluso peligroso. También se han desarrollado fibras que transmiten rayos láser de alta potencia para cortar y taladrar materiales.

La aplicación más sencilla de las fibras ópticas es la transmisión de luz a lugares que serían difíciles de iluminar de otro modo, como la cavidad perforada por la turbina de un dentista. También pueden emplearse para transmitir imágenes; en este caso se utilizan haces de varios miles de fibras muy finas, situadas exactamente una al lado de




la otra y ópticamente pulidas en sus extremos. Cada punto de la imagen proyectada sobre un extremo del haz se reproduce en el otro extremo, con lo que se reconstruye la imagen, que puede ser observada a través de una lupa.

La transmisión de imágenes se utiliza mucho en instrumentos médicos para examinar el interior del cuerpo humano y para efectuar cirugía con láser, en sistemas de reproducción mediante facsímil y fotocomposición, en gráficos de ordenador o computadora y en muchas otras aplicaciones.

SuperCable: es una empresa transnacional de servicios de telecomunicaciones en voz, video y data que ha ofrecido televisión por cable en Venezuela desde comienzo de los años 90. Con su tecnología de transmisión de datos en fibra óptica, comunicaciones digitales y compresión de datos, se encuentra en capacidad de incursionar en el vasto mercado de las telecomunicaciones.

Son los únicos capaces de brindar tecnología de punta, la cobertura geográfica más amplia, la mayor eficiencia de la inversión publicitaria, y servicio personalizado.




GLOSARÍO DE TÉRMINOS

Antena: Es un dispositivo que sirve para transmitir y recibir ondas de radio. Convierte la onda guiada por la línea de transmisión (el cable o guía de onda) en ondas electromagnéticas que se pueden transmitir por el espacio libre.

Amplificador: Circuito electrónico diseñado para amplificar o aumentar el nivel de señal recibido, utilizado comúnmente en diferentes sistemas electrónicos y de telecomunicaciones

Bobinas: Elemento constituido por un alambre enrollado alrededor de un núcleo, el cual es utilizado en diferentes campos de la electrónica gracias a sus propiedades electromagnéticas

Corriente eléctrica: Flujo de carga por unidad de tiempo que circula a través de un conductor. Su unidad de medida es el Amperio

Circuito eléctrico: Es el conjunto de componentes unidos entre sí que permiten el paso de la corriente eléctrica o electricidad, los cuales de acuerdo a su forma de interconexión pueden realizar una función especifica.

Condensador: Es un componente que el igual que las bobinas es muy utilizado en diferentes circuitos electrónicos gracias a sus propiedades electromagnéticas y de almacenamiento de energía

Diodo: Dispositivo semiconductor de dos capas, el cual, deacuerdo a su composición y construccion sera ideal para realizar funciones de conmutación, regulación y proteccion.

Diseño: Estrategia creativa planeada para llevar a cabo una tarea física, moral, artística o satisfacer una necesidad. El diseño satisface una especificación funcional dada; responde a los requerimientos explícitos en la realización (tiempo, espacio, energía, costo, etc) y estructura (estilo, simplicidad, etc).

Fibra óptica: Es uno de los medios físicos de transmisión mas importantes, debido a sus propiedades y facilidad de transmisión de información a muy alta velocidad.

Flujo eléctrico: Es la medida del número de líneas de campo que atraviesa cierta superficie. Cuando la superficie esta siendo atravesada encierra alguna carga neta, el número total de líneas que pasan a través de tal superficie es proporcional a la carga neta que esta en el




interior de ella. El número de líneas que se cuenten es independiente de la forma de la superficie que encierre a la carga. Esencialmente, este es una enunciados de la ley de Gauss.

Foto diodos: Son dispositivos semiconductores construidos con una unión PN, sensible a la incidencia de la luz visible e infrarroja. Utilizados comúnmente en circuitos de control en los que interactúen sistemas electrónicos de alta y baja potencia o en campos relacionados con las comunicaciones.

Fuente de voltaje: Dispositivo capaz de suministrar una fuerza electromagnética

a un circuit electrico.

Fusible: Dispositivo de seguridad utilizado para proteger un circuito eléctrico de un exceso de corriente

Frecuencia: En física el término frecuencia se utiliza para indicar la velocidad de repetición de cualquier fenómeno periódico. La unidad de medida es el hercio (Hz),

Informática: Ciencia encargada del desarrollo de técnicas y procesos orientados al área del software y su gran variedad de componentes.

Ingeniería: Arte de aplicar los conocimientos científicos a la invención, perfeccionamiento y utilización de la técnica industrial en todas sus denominaciones. La ingeniería abarca la totalidad de las energías conocidas. Se ha desarrollado siempre al rededor de problemas industriales existentes.

Led: Un diodo emisor de luz es un dispositivo de unión PN que cuando se polariza en directo emite luz.

Optoelectrónica: Área de la electrónica centrada en el uso de dispositivos ópticos

Periodo: Es el reciproco de la frecuencia. Su unidad de medida es el segundo.

Pila: Dispositivo que convierte la energía química en eléctrica.

Red: Agrupación de sistemas y equipos de computo, regidos por protocolos de comunicación, sistemas de direccionamiento, transporte, conmutación y transmisión de información cuyo fundamento consiste en la optimización de recursos informáticos y fácil acceso de información.




Rectificador: Dispositivos que pueden utilizarse para realizar la conversión de corriente alterna en continua basados en dispositivos semiconductores.

Resistencias: Es el grado de oposición que ofrece un elemento al paso de la corriente, la abreviatura habitual para la resistencia eléctrica es R y el símbolo del ohmio es la letra griega Ω.

Semiconductor: Es un elemento intermedio entre un conductor y un aislante, alternando de uno a otro según el estado de algunos parámetros que lo rigen o controlan tales como: Corriente, polarización, niveles de tensión, entre otros.

Sistema: Conjunto de unidades que se deducen a partir de un pequeño número de las mismas, llamadas unidades fundamentales. Una vez elegidas las unidades fundamentales, las demás se relacionan con ellas a través de las correspondientes ecuaciones físicas que relacionan las magnitudes deseadas. Según el campo de la física que se trate, tendremos sistemas de unidades mecánicos o electromagnéticos.

Técnica: Se refiere a las habilidades que producen resultados y más concretamente el arte de producción y mantenimiento de instrumentos.

Tecnología: Es el conjunto ordenado de conocimientos y los correspondientes procesos que tienen como objetivo la producción de bienes y servicios, teniendo en cuenta la técnica, la ciencia y los aspectos económicos, sociales y culturales involucrados.

Transistor: Dispositivo semiconductor de tres capas, el cual puede ser utilizado como conmutador o como amplificador. Existen diferentes tipos y según su composición y forma de construccion pueden realizar tareas especiales.

Transformador: Es un elemento muy utilizado en el campo de la electrónica, el cual, gracias a sus propiedades electromagnéticas realiza funciones de aislamiento, acople, atenuación, amplificación entre otros factores importantes.

Transmisión: Envío de señales eléctricas de un punto a otro. Envío de señales eléctricas, telegráficas o telefónicas mediante un conjunto de aparatos que convierten las ondas sonaras en señales que pueden ser transmitidas por cables o por ondas electromagnéticas.




Voltaje: Es la fuerza que tiene un generador eléctrico. No es un valor absoluto sino la diferencias entre la carga eléctrica de los polos positivos y negativo del generador. El nombre de voltaje es utilizado con otros sinónimos, diferencia de potencia y fuerza electromotriz que se usan principalmente a nivel académico e industrial respectivamente. El voltaje se mide en voltios.




Fuentes Documentales de la Unidad 2

MALVINO, Principios de Electrónica, Mc Graw-Hill TOMASI, Sistemas de Comunicaciones, Prentice Hall COYIN, Agustín, Electrónica Práctica, Editorial MacGrawHill. DOMINGUEZ, R, Cuestiones Básicas de electromagnetismo Aplicación a las Técnicas de Microondas. Wiley México, 1970. DORF, Richard C, Circuitos Electrónicos, Introducción al Análisis y Diseño, Alfaomega, Segunda Edición, Bogotá, Colombia, 1997. GUTIÉRREZ, Humberto, Electrónica Análoga, Bogotá, 2002. MILLMAN, Jacob. Electrónica: Fundamentos y Aplicaciones, Barcelona, Editorial Hispano Europea, 1979. WANGSNESS, Roal K, Campos electromagnéticos, Editorial Limusa, México, 1994.

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