martes, 22 de septiembre de 2009

ARTEFACTOS

Identifico artefactos que contienen sistemas de control con realimentacion.

¿QUÉ ES UN ARTEFACTO?
Se entiende por artefacto cualquier obra manual realizada con un propósito o función técnica específica. Por lo cual, la palabra artefacto se refiere tanto a vasijas y esculturas de vieja data como a naves propulsadas, maquinaria industrial y otros objetos de construcción contemporánea.


Etimología

El término artefacto se deriva de las palabras latinas arte y factus, entendiendo por ellas, 'hecho según arte'.

En este sentido, se puede inferir la estrecha unión entre lo estético y lo funcional en objetos de uso habitual donde ambas dimensiones de la obra humana aparecen indiferenciadas. Cabe recordar, además, que los orígenes del arte y la técnica son comunes en la tradición griega, cuna de la civilización occidental actual. Por lo cual se justifica la ambivalencia en el uso actual de la misma.

LA REALIMENTACION.
La realimentación, también denominada retroalimentación o feedback es, en una organización, el proceso de compartir observaciones, preocupaciones y sugerencias, con la intención de recabar información, a nivel individual o colectivo, para mejorar o modificar diversos aspectos del funcionamiento de una organización. La realimentación tiene que ser bidireccional de modo que la mejora continua sea posible, en el escalafón jerárquico, de arriba para abajo y de abajo para arriba.

En teoría de la cibernética y de control, la realimentación es un proceso por el que una cierta proporción de la señal de salida de un sistema se redirige de nuevo a la entrada. Esto es de uso frecuente para controlar el comportamiento dinámico del sistema. Los ejemplos de la realimentación se pueden encontrar en la mayoría de los sistemas complejos, tales como ingeniería, arquitectura, economía, y biología. Arturo Rosenblueth, investigador mexicano y médico en cuyo seminaro de 1943 hizo una ponencia llamada “Behavior, Purpose and Teleology“ ("comportamiento, propósito y teleología"), de acuerdo con Norbert Wiener, fijó las bases para la nueva ciencia de la cibernética y propuso que el comportamiento controlado por la realimentación negativa, aplicada a un animal, al ser humano o a las máquinas era un principio determinante y directivo, en la naturaleza o en las creaciones humanas.

Realimentación Negativa (frecuentemente abreviado como NFB, del inglés Negative Feedback)[1] es un tipo de retroalimentación en el cual el sistema responde en una dirección opuesta a la perturbación. El proceso consiste en retroactuar sobre alguna entrada del sistema una acción (fuerza, voltaje, etc.) proporcional a la salida o resultado del sistema, de forma que se invierte la dirección del cambio de la salida. Esto tiende a estabilizar la salida, procurando que se mantenga en condiciones constantes. Esto da lugar a menudo a equilibrios (en sistemas físicos) o a homeostasis (en sistemas biológicos) en los cuales el sistema tiende a volver a su punto de inicio automáticamente.

En cambio, la retroalimentación positiva es una retroalimentación en la cual el sistema responde en la misma dirección que la perturbación, dando por resultado la amplificación de la señal original en vez de estabilizar la señal. La retroalimentación positiva y negativa requieren de un bucle de retorno, en comparación con el feed-forward, que no utiliza un bucle de retroalimentación para el control del sistema.

Ejemplos del uso de la retroalimentación negativa para controlar sistemas son: control de temperatura mediante termostato, lazos de seguimiento de fase, la regulación hormonal o la regulación de temperatura en animales de sangre caliente.

Amplificadores operacionales

Ejemplo del uso de realimentación negativa son las muchas tipologías de circuitos con amplificadores operacionales en las que una variación en la salida produce una mayor variación en el terminal de entrada negativo que en el positivo. Algunos ejemplos son los siguientes:
Amplificadores operacionales con realimentación negativa
Nombre Ecuaciones Esquema Descripción
Seguidor Vout = Vin Seguidor de tensión Se usa como un buffer, para eliminar efectos de carga o para adaptar impedancias (conectar un dispositivo con gran impedancia a otro con baja impedancia y viceversa).
Amplificador inversor V_{out}=-V_{in}\frac{R_f}{R_{in}} Amplificador inversor La señal de salida es igual a la señal de entrada (en forma) multiplicada por una constante y de signo contrario (fase invertida 180 grados).
Amplificador no inversor V_{out}=V_{in}(1+\frac{R_2}{R_1}) Amplificador no inversor Amplifica la señal de entrada multiplicándola por una constante.
Sumador V_{out}=-R_f(\frac{V_1}{R_1}+\frac{V_2}{R_2}+...+\frac{V_n}{R_n}) Amplificador sumador de n entradas Su salida es proporcional a la suma, ponderada o no, de los valores de entrada.
Restador V_{out} = V_2 \left( { \left( R_3 + R_1 \right) R_4 \over \left( R_4 + R_2 \right) R_1} \right) - V_1 \left( {R_3 \over R_1} \right) Amplificador diferenciador La salida es proporcional a la resta de las entradas. También es llamado amplificador diferencial.
Derivador V_{out} = - R C \, {d V_{in} \over dt} Amplificador derivador Es un circuito que no se suele usar en la práctica ya que no es estable. Esto se debe a que al amplificar más las señales de alta frecuencia se termina amplificando mucho el ruido.
Integrador V_{out} = \int_0^t - {V_{in} \over RC} \, dt + V_{inicial} Amplificador integrador El integrador no se usa en la práctica de forma discreta ya que cualquier señal pequeña de DC en la entrada puede ser acumulada en el capacitor hasta saturarlo por completo. Este circuito se usa de forma combinada en sistemas retroalimentados que son modelos basados en variables de estado (valores que definen el estado actual del sistema) donde el integrador conserva una variable de estado en el voltaje de su capacitor.



LA REALIMENTACION DE LOS FRENOS DE UN CARRO.

Retroalimentación: “Sistemas de Frenos”
Los Frenos.
Para empezar, una pregunta. ¿Para qué sirven los frenos? Bueno, pues la respuesta es obvia: para detener el vehículo.
Sin embargo, son muchas las personas que consideran que los buenos frenos son aquellos que detienen las ruedas y
logran que las Ilantas rechinen contra el pavimento.
Vamos recordando una ley física que dice: la energía, o la materia, no se crea ni se destruye, sólo se transforma. Pues
bien, tomemos un automóvil que pesa, digamos, 1300 kilos y acelerémoslo a 100 kilómetros por hora. Si ese vehículo
chocara contra un muro fijo a esa velocidad, su impacto tendría una fuerza de más de 2.000 Ton. (dos mil toneladas),
convirtiéndose su energía en la total destrucción del auto. Por otra parte, si aplicáramos el freno para detenerlo,
tendríamos que disponer de un tiempo y un espacio, es decir algunos segundos y algunos metros, el vehículo
disminuiría su velocidad hasta su detención total. En ambos casos, la energía cinética (en movimiento) del coche ha
sido la misma (2.000 Ton) sólo que en el caso del frenado, esta energía se tuvo que convertir en otra clase de energía:
el calor.
Visto desde esta perspectiva, el freno es un convertidor de energías que transforma la cinética de un automóvil en calor.
¿Cómo lo hace? Por medio de la fricción. Pero para llegar a este punto es conveniente conocer un poco acerca de la
evolución del freno.
Figura Nº 1. Freno de palanca con ganancia mecánica.
En la ilustración de la izquierda (figura Nº 1), un freno de carreta, se
pueden observar los elementos básicos del sistema: una palanca con
cierta ganancia mecánica para reducir el esfuerzo físico del conductor
e intensificar la energía de frenado y una superficie de fricción contra la
rueda. Salvando la época y la tecnología, actualmente el principio
sigue siendo el mismo. Los que han cambiado y mucho, son los
medios utilizados para accionar eficazmente el mecanismo.
Actualmente resulta evidente la simpleza de estos dispositivos mecánicos (figura Nº 2) que sin embargo estuvieron
vigentes durante algunos años. En la medida que los vehículos se hicieron más veloces y más pesados, la ineficacia de
los accionamientos mecánicos se hizo evidente; frecuentes desajustes, frenado disparejo y falta de confiabilidad.
Uno de los requisitos esenciales para un buen
sistema de frenos es que las cuatro ruedas
frenen simultáneamente. La estabilidad
direccional del vehículo es un factor crítico
durante el frenado y unas ruedas que frenen
antes que otras son lo último que se desea
tener. Con los sistemas de accionamiento
mecánico, la simultaneidad de frenado era
algo muy difícil de obtener. Entonces se
decidió aplicar los principios de la hidráulica
para obtener ésa y otras ventajas.
Figura Nº 1. Freno de palanca con ganancia mecánica.


En la ilustración de la izquierda (figura Nº 1), un freno de carreta, se
pueden observar los elementos básicos del sistema: una palanca con
cierta ganancia mecánica para reducir el esfuerzo físico del conductor
e intensificar la energía de frenado y una superficie de fricción contra la
rueda. Salvando la época y la tecnología, actualmente el principio
sigue siendo el mismo. Los que han cambiado y mucho, son los
medios utilizados para accionar eficazmente el mecanismo.
Actualmente resulta evidente la simpleza de estos dispositivos mecánicos (figura Nº 2) que sin embargo estuvieron
vigentes durante algunos años. En la medida que los vehículos se hicieron más veloces y más pesados, la ineficacia de
los accionamientos mecánicos se hizo evidente; frecuentes desajustes, frenado disparejo y falta de confiabilidad.
Uno de los requisitos esenciales para un buen
sistema de frenos es que las cuatro ruedas
frenen simultáneamente. La estabilidad
direccional del vehículo es un factor crítico
durante el frenado y unas ruedas que frenen
antes que otras son lo último que se desea
tener. Con los sistemas de accionamiento
mecánico, la simultaneidad de frenado era
algo muy difícil de obtener. Entonces se
decidió aplicar los principios de la hidráulica
para obtener ésa y otras ventajas.
Figura Nº 2.


Los Frenos Hidráulicos.
Por principio de cuentas, dejemos definidos algunos conceptos; según el señor Blas Pascal (1623-1662) los líquidos
bajo presión ejercen una fuerza en todos los sentidos y direcciones en la misma magnitud. Esto da por entendido que
para efectos prácticos los líquidos no son compresibles, es decir, que al ser sometidos a presión no reducen su
volumen, por lo que pueden ser utilizados como medio para transmitir fuerzas a través de tuberías como si fueran
sólidos. (Figura Nº 3)



Figura Nº 3.
En el esquema superior podemos apreciar este principio físico y a continuación veremos cómo es que se aplica en un
sistema de freno hidráulico.
Conviene hacer mención de otro factor importante: la transferencia de peso durante el frenado. Esto significa que en el
momento de aplicar el freno, un vehículo carga un gran porcentaje de su peso (75% aprox.) sobre el eje delantero, es
decir que baja la nariz y eleva la cola como se aprecia en la ilustración de abajo (figura Nº 4).
Este fenómeno de transferencia de peso causa algunos
problemas en relación con la fuerza de frenado necesaria
para detener el vehículo con seguridad. Si tuviéramos igual
fuerza de frenado en los dos ejes, el poco peso remanente
sobre el eje trasero provocaría falta de adherencia de las
Ilantas traseras con el consecuente bloqueo de las ruedas,
el derrape y posiblemente el "trompo". Cuando esto sucede,
la cola se pasa para adelante en una de las pérdidas de
control direccional más peligrosas.

Figura Nº 4


¿Cómo reducir este problema? Aplicando la fórmula de la figura Nº 3 y despejando F, quedaría F = P x A, es decir que
la fuerza de frenado sería igual a la presión del sistema multiplicada por la superficie de los émbolos de ruedas.
De esta manera, según el ejemplo de la
ilustración de la izquierda (figura Nº 5)
podemos tener en un sistema
hidráulico, diferentes fuerzas de
frenado con sólo aumentar o disminuir
el diámetro de los émbolos de ruedas
conservando el mismo cilindro maestro.
Para reducir el riesgo de bloqueo de las
ruedas traseras, el diámetro de sus
émbolos es siempre menor que el de
las delanteras, de una manera
proporcional y adecuada a las
características de cada modelo de
automóvil.
Figura Nº 5.


Los requerimientos de seguridad se fueron haciendo más estrictos y el recurso anterior resultó insuficiente, de modo
que hubo de diseñarse un dispositivo más para mejorar el comportamiento de las ruedas traseras al frenar y evitar el
problema del bloqueo.

Desarrollo del "Trompo" con las ruedas traseras bloqueadas.



Este dispositivo va instalado en el eje trasero y
funciona reduciendo el flujo y la presión del
líquido de frenos hacia los émbolos de las
ruedas en función del peso ubicado sobre el eje
en el momento de frenar (figura Nº 6). Este
regulador de frenado es accionado por la
separación que se da entre el eje trasero y la
carrocería al elevarse ésta y transferirse el peso
hacia el eje delantero.

Figura N°6


Frenos anti-bloqueo (ABS).
Para terminar de una vez por todas con el problema del bloqueo de las ruedas al frenar, se recurrió a la electrónica, una
de las áreas de la tecnología que mayor desarrollo ha tenido en los últimos años. El sistema ABS "Anti-lock Brake
System" utiliza la electrónica para controlar la fuerza de frenado en las cuatro ruedas del vehículo sobre todo en las
llamadas frenadas de pánico, cuando se pisa el pedal de manera enérgica y violenta (figura Nº 7).

Figura Nº 7 Perdida de control con las llantas delanteras bloqueadas
La figura Nº 7 ilustra cómo una vez bloqueadas las ruedas es inútil maniobrar la dirección; el vehículo seguirá con la
trayectoria que traía al aplicar el freno (en el mejor de los casos) y el obstáculo causante de la maniobra no podrá ser
evitado. La conclusión a la que se llega es que en caso de bloqueo, no puede haber control direccional.
Figura Nº 8. Esquema simplificado del sistema ABS


En la figura Nº 8, observamos que en cada
rueda se ubica una rejilla que gira junto con
aquélla. El giro de estas rejillas es "leído" por los
sensores en cada rueda y éstos a su vez emiten
una señal intermitente hacia la Unidad de
Control, que de esta manera sabe que las
ruedas están girando. Existe una tolerancia para
registrar las posibles diferencias de giro entre
las ruedas, por ejemplo cuando se dobla una
esquina, de modo que esas diferencias no
activan el ABS. El sistema antibloqueo se activará cuando cualquiera de los cuatro sensores emita una señal de que la
rueda correspondiente ha reducido substancialmente su rotación y está a punto de bloquearse cuando el freno se
encuentra aplicado. En ese momento, la Unidad de Control ordena a la unidad ABS que reduzca la presión de frenado
en la rueda que pretende bloquearse (existen dos válvulas para cada rueda, una que permite la entrada de presiónhidráulica y otra que permite su salida), la válvula de entrada de esa rueda, se cierra para evitar el incremento de
presión y se abre la de salida para liberar la rueda que de ese modo seguirá girando; entonces se abre de nuevo la
válvula de entrada al mismo tiempo que se cierra la de salida para que la rueda frene de nuevo. Este proceso se repite
rápidamente (puede ser perceptible en forma de vibración en el pedal de freno) hasta la total detención del vehículo. De
esta forma, el frenado resulta efectivo, la distancia de frenado es razonable y, lo que es más importante, se mantiene el
control direccional del auto lo que permite maniobrar en el volante para esquivar la colisión si la distancia disponible no
fuera suficiente. (Figura Nº 9)
Uno de los efectos más importantes de los frenos hidráulicos es la simultaneidad de su aplicación. Esto es debido a que
la fuerza de frenado empieza hasta que los émbolos de rueda hayan eliminado cualquier recorrido en su carrera al pisar
el pedal, de modo que las cuatro ruedas frenan al mismo tiempo.


Figura Nº 9. Frenado con maniobra con frenos con ABS


Los frenos de rueda pueden ser de tambor o de disco, aplicándose los últimos, debido a su mayor energía, en el eje
delantero y los de tambor en el eje trasero. En la ilustración de abajo tenemos esquemas que corresponden a dichos
mecanismos (figura Nº 10)


Frenos de Potencia (Servofreno).
Este es un sistema que aprovecha la presión atmosférica (1 Kg/cm2) para incrementar la fuerza aplicada sobre el pedal
y reducir así el esfuerzo físico para frenar. En el momento de pisar el pedal, una válvula se abre y comunica la cámara
A del "boster" con el vacío (succión de los cilindros) del múltiple de admisión y permite la entrada de la presión
atmosférica en la cámara B que empuja el diafragma y el émbolo del cilindro maestro con gran fuerza. ¿Recuerda P =
F/A? (Figura Nº 11)

Figura Nº 11.
De este modo, en un "boster" de 30 cm de
diámetro tendremos una fuerza aplicada
de 706.8 Kg que sería muy difícil de lograr
con tan sólo la pierna derecha.
CUIDADOS E INSTRUMENTOS QUE DEBEMOS TENER EN CUENTA PARA EL ARREGLO DE LOS FRENOS.
http://www.youtube.com/watch?v=kRtKvLpc2Qc
Mecánica automotriz, afinación VW Bora Parte 2 de 23.

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