Cohetes con propulsión a agua!

Este video me pareció sumamente interesante.


Un cohete hecho íntegramente con botellas de agua a presión... y con dos etapas!

Durante el video se ven diversas tomas de cámaras ubicadas en distintas partes del cohete.
La dirección del sitio para los que quieran ver más datos:

http://www.aircommandrockets.com

Programación de PLCs (2): Relés especiales

En esta tercera entrega práctica sobre lógica de relés utilizando el simulador TRiLOGI, hablaremos del uso de relés especiales:

• Salidas de tipo latch y unlatch 
• Uso de memoria interna, o relés auxiliares 
• Contactos que detectan cambios, o flancos, de una entrada. 

Al final de esta lección, aplicaremos todos los elementos mencionados para realizar un programa que enciende y apaga una carga utilizando un único pulsador (contrariamente al ejemplo de la lección anterior, que usaba un pulsador para arrancar y otro distinto para parar).

Salidas de tipo latch y unlatch

Como vimos en la lección anterior, la lógica con autoretención es similar a un flip flop. Para algunas aplicaciones, es ventajoso expresar al flip flop mediante dos condiciones lógicas, una para activar al flipflop, y la otra para desactivarlo.

Repetiremos nuestro ejemplo de arranque-parada usando esta forma, que utiliza dos bobinas especiales.

Usaremos nuestro ejemplo anterior de arranque-parada, en dónde ya tenemos definidas las etiquetas que utilizaremos ahora. Agregaremos una nueva etiqueta de output, a la que llamaremos Salida2

Comenzamos una nueva línea agregando un contacto de Arranque. A la salida le conectaremos una bobina "de Función" (9). En el menú que aparece para elegir la función deseada, escogeremos la opción número 7 (Latch), y en la tabla, la salida "Salida2"

Ahora agregamos una línea más, comenzando con un contacto de Parada, y activando una bobina de salida de Función, escogiendo la opción 8 (Clear), para la misma salida, "Salida2". Si hicieron todos los pasos bien, lo que obtendrán es así:

Ahora es el momento de simularlo para ver que las dos versiones de la lógica de arranque-parada funcionan exactamente igual.

Uso de relés auxiliares

Hasta ahora, todos los programas que escribimos afectan directamente salidas del PLC. En una situación de control real, las salidas estarán conectadas a elementos reales (lámparas, motores, actuadores, etc.). Muchas veces queremos realizar una lógica intermedia que no está directamente relacionada con una salida. Para ello utilizamos los relés internos.

Vamos a alterar el circuito de control de "Salida1". Se ha agregado un control maestro, si este control está activo, la salida estará activa sin importar el estado de Arranque y Parada.

Esta nueva lógica puede ser representada de varias maneras. Nosotros utilizaremos un circuito que utiliza relés auxiliares.

1) Definimos dos etiquetas nuevas. En la tabla, agregamos bajo la categoría Inputs, la entrada "Maestro", y bajo la categoría Relays, al relé "Aux1"

2) Borramos la bobina de salida Salida1 (Doble click sobre la bobina, y apretamos "DEL")

3) Agregamos, en su lugar, una bobina, escogiendo "Aux1" de la categoría Relays.

4) Agregamos una nueva línea. Colocamos contactos de Maestro y Aux1 en paralelo, para activar la Salida1.

5) Si todavía tienen la lógica de arranque-parada para Salida2 con latches, la podemos eliminar para ver la lógica nueva con mayor claridad. Para eso, hacemos click derecho sobre la lógica y elegimos la opción de "Eliminar Circuito", y en el menú introducimos la opción de borrado de los circuitos 2 a 3.

En la figura siguiente pueden ver cómo queda la lógica de arranque parada con comando maestro y relé auxiliar:

Simulemos el circuito. Si activamos en forma permanente al control maestro (botón derecho del mouse), la salida queda activa todo el tiempo sin importar el estado de Arranque y Parada. Qué ocurre si activamos a "Maestro" sólo momentáneamente?

Detección de Flancos

Antes de hablar de detección de flancos debemos hacer un ligero desvío para comentar qué es el I/O Scan (barrido de entradas y salidas). La lógica del PLC funciona de la siguiente manera:

1. Se inspecciona el estado de todas las entradas.
2. Se realiza la lógica que dicta nuestro programa
3. Se actualizan los estados de las salidas.

Uno de los problemas que se presentan en un programa de PLC es el hecho de que la escalera es barrida en forma secuencial. Si bien las salidas serán actualizadas al final del ciclo, la representación interna del estado de dicha salida será actualizada a medida que se recorre el diagrama de escalera.

Esto se demuestra en los programas siguientes:

En el programa 1, la Salida2 es activada y desactivada a través de la entrada "Arranque". No se ven cambios visibles en el estado de la Salida2:

En el programa 2, en cambio, la Salida1 es activada. Simulen y analicen detenidamente ambos ejemplos:

El contacto Salida2 del programa 2 estuvo activo durante parte del scan, y fue suficiente para activar la Salida1. Surge aquí una ventaja del circuito de arranque parada realizado con contactos, con respecto al realizado con instrucciones de tipo Latch y Clear. En la lógica de contactos, queda bien definido el comportamiento de la lógica, incluso si tanto Arranque como Parada están activos.

En cambio, en la lógica por latch, si tanto la condición de arranque como la de parada son válidas, el comportamiento del programa dependerá del orden en que se hayan escrito las instrucciones. La última instrucción "gana". Así, si se escribió primero una instrucción Latch y luego una instrucción Clear, y ambas son ejecutadas, la salida no será activada. Obviamente si fuera al revés, es decir, la instrucción Latch estuviera después, la situación sería distinta y la salida sí se vería activada.

Una vez comentada la lógica del Scan, veamos la función de detección de flancos.

La idea de este contacto especial es detectar un cambio en una entrada de abierto a cerrado. Si esto ocurre, el contacto detector de flanco estará activo durante un scan completo.

A continuación, utilizaremos todos los elementos aprendidos para construir un programa de arranque-parada que funciona con un solo pulsador. Cada pulsación invierte el estado de la salida, si estaba apagada pasa a estar encendida, y viceversa. Algunas implementaciones de este tipo de lógica tienen el problema que si se deja el pulsador apretado, la salida oscila rápidamente cambiando constantemente de apagado a encendido y viceversa.

La lógica que veremos a continuación no presenta este problema. El contacto de flanco produce el pulso de un sólo scan de duración. Posteriormente se activa o desactiva un relé interno dependiendo del estado actual de la salida. Por último, se transfiere el estado del relé interno a la salida:

Simulemos ahora el programa, observen el comportamiento de los elementos del mismo, observen también qué ocurre si se mantiene presionado el pulsador durante un tiempo largo en cada una de las dos transiciones.

En la próxima entrega hablaremos de temporizadores y contadores.

Programación de PLCs (1): Arranque-Parada

Cuando empecé a planificar los contenidos de esta serie de artículos sobre PLC, era para mí obvio que debía contar con ejemplos prácticos (según la tradición de la revistucha Lúpin).

Así es que busqué simuladores de PLC gratuitos en la Internet y… encontré unos cuantos. Me decidí por uno en especial porque es gratuito y no tiene limitaciones de uso (se pueden guardar y cargar programas en la versión libre). De todos modos muchos de los ejemplos son bastante simples y si Uds. prefieren o tienen acceso a otro simulador (o a un PLC real), no les costará mucho adaptar los ejemplos para el entorno que decidan utilizar.

El simulador que voy a utilizar en los ejemplos se llama i-TRiLOGI 6, y lo pueden descargar aquí.

Para poder descargarlo deberán anotare en el sitio del simulador, tras lo cual recibirán un e-mail con instrucciones para instalarlo. El programa necesita Java y recomiendan una versión en particular del mismo. Para bajar esa versión, tuve también que crear un usuario en el sitio de Oracle… Luego, utilizando la contraseña que recibí por e-mail, instalé el simulador de TRiLOGI.

Pero bueno, una vez pasados todos estos tediosos pasos, el simulador queda listo para usar en nuestra PC y viene la parte más interesante, el aprendizaje. Para ello utilizaremos el programa en su versión con interfaz en castellano.

Comenzaremos un proyecto nuevo. Para eso, en el menú de Archivo, elegimos la opción "Nuevo".
La pantalla inicial del simulador de PLC se ve así:

Con el puntero del ratón, hagamos click doble sobre la flecha roja a la izquierda de la pantalla, y entraremos en el modo de edición del diagrama de escalera, que se verá así:

En la barra de estado pueden verse diversos contactos y bobinas, que iremos utilizando en nuestros ejemplos.
En esta entrega desarrollaremos un circuito clásico de lógica de relés, el circuito de control de arranque-parada con autorretención.

El primer paso será definir una serie de etiquetas que iremos utilizando luego en nuestros ejemplos. Definiremos las siguientes etiquetas:

Entradas: Arranque, Parada
Salidas: Salida1

Para ello procederemos así:

1) Hacemos click sobre el botón I/O Tabla ubicado en la parte derecha de la barra de estado (o presionamos la tecla F2).
2) Nos aseguramos que la selección del menú sea Inputs (entradas)
3) Hacemos click al lado de la posición 1 y escribimos "Arranque"
4) Hacemos enter y el cursor azul se moverá a la posición número 2
5) Sin necesidad de usar el ratón, escribimos "Parada", que será también registrado luego de oprimir Enter.
6) Con las flechas rojas a los lados de la palabra "Inputs", o abriendo el menú descolgable, elegimos la categoría Outputs (salidas)
7) Ingresamos la etiqueta "Salida1"

Ahora comenzaremos a construir nuestra lógica.
Elegimos un contacto NA (1). Inmediatamente "saltará" la lista de etiquetas, escogemos la entrada "Arranque". Le conectamos una salida de relé(7), escogiendo la etiqueta "Salida1". El circuito deberá quedar así:

Este circuito es muy simple, y bastante aburrido, pero sirve para comenzar. Vamos a simularlo. Para ello, elegimos en el menú Simular, la opción Ejecutar.

Se abre la tabla de Entradas y Salidas del Simulador, con cinco columnas. Por ahora nos concentraremos en la primera columna (inputs) y en la última (outputs).

Con el botón izquierdo del mouse, mantengamos presionado sobre la entrada "Arranque". Qué veremos? Mientras mantengamos presionado, la salida estará activa. Tenemos otra opción, que es la de apretar sobre la entrada con el botón derecho. Esta opción cambia la entrada en forma permanente, la activa o la desactiva "con memoria". Pruébenlo Uds. mismos. Observen los cambios que se producen tanto en la tabla de entradas-salidas, como en el diagrama del programa en sí.

Cerremos la ventana de entradas-salidas, y hagamos click sobre la flecha roja, o apretemos la barra espaciadora, para entrar en el modo de edición.

Agregaremos un contacto en paralelo al contacto de arranque (usando la opción 3, que representa un contacto en paralelo). El contacto será activado por Salida1, por eso debemos escogerlo de la tabla, en la categoría de outputs. El programa quedará así:

Cuando lo simulemos, veremos que aún una activación momentánea de la entrada de Arranque, hace que la Salida1 se mantenga activada indefinidamente. A esta configuración se la denomina enclavamiento o autorretención.

A esta configuración le está faltando un control de parada, que es lo que agregaremos ahora. Si el modo de edición no estaba activo, lo activamos ahora. Hacemos click sobre el contacto de arranque, que se pondrá amarillo. Ahora hacemos nuevamente click sobre el cuadrado pequeño a la derecha del contacto. Aparecerá un cuadrado amarillo pequeño de inserción. Hacemos click derecho sobre el contacto NA (1), obteniendo de esta manera un contacto NC, para el que utilizaremos la etiqueta de "Parada".

Si todo salió bien, deberán tener ahora un circuito así:

Les dejo para Uds. el análisis y la experimentación con el circuito, que ya está completo. Traten de hacerle algunas variaciones, hasta sentirse seguros con los modos de edición del simulador. Les recomiendo guardar este programita (usando el menú Archivo-Guardar).

Como comentario final, quizá ya habrán notado que la lógica de relés tiene su equivalente en la lógica digital. Dos contactos en paralelo son equivalentes a una función OR, ya que la salida estará activa si uno cualquiera de los dos contactos (o los dos juntos) están activos.

Dos contactos en serie son equivalentes a una función AND, ya que su salida estará activa solamente si ambos contactos están activos.

Por último, el circuito de arranque y parada es similar a un flip-flop. El arranque activa al flip-flop, la parada lo desactiva. Si el usuario pulsara simultáneamente tanto el arranque como la parada, la función de parada "gana". Por eso se dice que éste es un circuito de arranque-parada con prioridad al arranque. Se puede programar de manera que el arranque tenga prioridad, y se los dejo para que lo piensen.

Como ejercicio adicional, se propone lo siguiente:
Programar y simular un circuito que consta de dos entradas y una salida. La salida estará activa:

1) Si la entrada 1 está activa y la entrada 2 inactiva, o
2) Si la entrada 1 está inactiva y la entrada 2 está activa.

Estf función es similar a los interruptores de pasillos o escaleras, en la que dos llaves en los extremos pueden cambiar el estado de la lámpara, de apagado a encendido, y viceversa.

Algunos de Uds. se estarán preguntando sobre otras de las funciones disponibles en el simulador. No se preocupen, ya las iremos viendo en próximas entregas.

Baterías recargables: Conceptos básicos

Introducción

Las baterías generan electricidad por procesos químicos. Las pilas comunes de carbón generan electricidad por un proceso irreversible, una vez descargada, la pila debe ser descartada. Las baterías diseñadas para ser utilizadas una sola vez son también llamadas baterías primarias.
En este artículo nos concentramos en las baterías recargables, o secundarias. En estas baterías el proceso químico es reversible, y mediante el proceso de carga, la batería queda preparada para un nuevo uso.

Algunas definiciones y parámetros principales de las baterías:

Química
Todas las pilas, primarias y secundarias, están basadas celdas básicas que contienen dos electrodos y un electrolito. Las baterías más utilizadas el día de hoy están basadas en tres elementos químicos: plomo, níquel y litio. Estos elementos usados en los electrodos, combinados con otros materiales, determinan las capacidades básicas de la batería.

Tensión
Cada celda de una batería genera una tensión determinada por la química de los elementos que la componen.

Capacidad 
Medida normalmente en Ah. Una batería de 1Ah puede teóricamente entregar un amperio durante una hora antes de descargarse completamente. En general los fabricantes inflan este factor, y es incorrecto utilizarlo como único parámetro de diseño.

Densidad de energía
Es la relación entre el peso de la batería y la energía que puede entregar. Una manera de expresar la energía es en Wh. (Energía = Potencia x tiempo. Potencia en Watt y tiempo en horas).

C-rate o relación de carga y descarga
Es la corriente de carga y descarga recomendada (o máxima), comparada con la capacidad. Una batería de 1Ah con un  C-rate de 1 teóricamente durará una hora entregando una corriente de 1A.
La relación entre corriente de descarga y la capacidad NO es lineal. Un ejemplo real: La hoja de datos de un fabricante muestra que una batería de vehículo descargada a 0.2C puede durar cinco horas, mientras que si la usamos a 0.6C durará solamente una hora.

Resistencia interna
Una fuente de tensión ideal tiene una resistencia en serie nula. Las baterías tienen resistencias internas de centenares de miliOhm, que obviamente generan pérdidas.

No hay una batería que sea mejor que las otras, todas tienen ventajas y desventajas y la elección depende de la aplicación. Incluso dentro de un tipo determinado de baterías podemos encontrar optimizaciones para tipos distintos de aplicaciones.

Tipos más comunes de baterías 

De plomo
Robustas y económicas, son pesadas y pueden requerir mantenimiento. Se las usa en vehículos a nafta, carros eléctricos, UPS y sistemas con paneles solares.Las baterías para coches necesitan soportar altos picos de corriente en el arranque, y a cambio, exigen que la descarga no sea profunda. Otras baterías, por ejemplo para aplicaciones solares, permiten descarga profunda pero no soportan altas corrientes de pico.

Níquel cadmio (NiCd)
Una de las primeras químicas modernas. Tienen un gran ciclo de vida y pueden entregar grandes corrientes, siendo también económicas. El cadmio, como también el plomo, son sumamente tóxicos y por eso se han buscado reemplazos para estas baterías cuyo uso está en descenso.

Níquel metal (NiMh)
El desarrollo más popular para usos hogareños sin la toxicidad de las de níquel cadmio.

Litio (Li-ion)
Las pilas de litio son el desarrollo más reciente, con muy buena densidad de energía y alta corriente de descarga (C-rate) son las preferidas en aplicaciones de aeromodelismo. Son bastante peligrosas por lo que requieren circuitos de protección que aumentan su costo.

A continuación veremos una tabla que compara algunos parámetros de las pilas recargables más comunes, sin dejar de recordarles que este artículo es una introducción muy genérica sin adentrarse en las complejidades de cada sub-tipo (las baterías de Li-ion, por ejemplo, incluyen varios sub-tipos populares: cobalto, manganeso, polímero, etc.).

	Plomo	NíCd	NiMh	Li-ion
Tensión nominal de celda	2V	1.2V	1.2V	3.6V
Ciclos de carga y descarga	250	1.000	400	750
Corriente de descarga recomendada	0.2C	1C	0.5C	< 10C
Densidad de energía	Baja	Baja	Media	Alta
Resistencia interna de cada celda en miliOhm	< 20	20 - 40	40 - 60	25 – 75 (se agregan 100 miliOhm por el circuito de protección)
Carga rápida	8 horas	1 hora	2 horas	< 1 hora
Auto descarga por mes	5%	20%	30%	< 10%

R/C para Principiantes (3): Principios del vuelo

Nuestro propósito es llevar nuestro avioncito al aire... y mantenerlo allí. Es importante conocer las fuerzas básicas que influyen sobre nuestro avioncito en vuelo, que son exactamente las mismas que actúan sobre un avión real.

La base del vuelo es el perfil del ala de nuestro avión. Hay teorías contrapuestas sobre la forma en que se produce la sustentación, o elevación, pero es indudable que el perfil y la posición del ala con respecto al plano horizontal determinan la sustentación del avión, junto con la velocidad que se mueve el ala con respecto al aire circundante.

Así lo explicaba Guillermo Guerrero en su curso para volar:
Mientras el avión, empujado por su hélice, se desliza a través de la atmósfera hay cuatro fuerzas que actúan sobre él. Imaginemos que vuela nivelado como en la figura. Observen que sobre él actúan 4 fuerzas, la velocidad con que pasa el aire sobre los planos de ala y cola lo hacen elevar, pero al mismo tiempo el peso del aparato (la gravedad) lo atrae hacia la tierra. Una fuerza se opone a la otra y el avión conserva su altura de vuelo.
Lo mismo ocurre con la fuerza que lo empuja hacia adelante al girar la hélice, la resistencia del aire produce una fuerza contraria o arrastre pero la hélice vence a la fuerza opuesta y el avión vuela hacia adelante.
El arrastre y el peso son fuerzas naturales y a ellas se oponen dos fuerzas artificiales que son: la hélice con su empuje y los planos de las superficies alares.

Se llama "perfil aerodinámico" al corte transversal del ala, y "cuerda del ala" a la línea longitudinal que va del borde de ataque del ala al borde de fuga. Esta línea marca el nivel del ala (y de todo el avión) y rige la trayectoria de vuelo según su ángulo de ataque.

Introducción a la lógica de relés

En los capítulos anteriores comentamos qué es un PLC, qué es la automatización y comentamos que uno de los métodos de programar un PLC es con la llamada "lógica de relés".

Pasaremos a un ejemplo práctico explicado paso a paso, en la próxima entrega ejecutaremos los ejemplos en un simulador de PLC.

La lógica de relés o ladder logic, se suele representar como un conjunto de contactos conectados en combinación de serie y paralelo que activan bobinas de relés. Los contactos pueden representar el estado de una entrada física al PLC, o el estado de un "relé interno" de la lógica.

Las bobinas a su vez pueden ser salidas físicas, o la activación de un "relé interno".

Será más claro usando algunos ejemplos:

La ventana muestra un típico ladder diagram. Las barras verticales representan alimentación y retorno, o tierra. En la fila superior, numerada como fila cero, vemos en el costado izquierdo un dibujito de dos corchetes invertidos. Esto es la representación de un "contacto". A la derecha vemos otro dibujito de dos paréntesis. Esto representa una bobina de un "relé".

Si el contacto se cierra, la tensión entre las barras será aplicada a la bobina, activándola. La forma de las hileras que conectan las dos barras verticales en cierto sentido recuerdan a una escalera, por eso el nombre de "ladder diagram" (ladder=escalera en inglés).

La primera fila es un poco "aburrida", si el contacto se cierra, la bobina se activa, si se abre, se desactiva. En general la lógica será un poco más compleja, en el diagrama pueden ver varias filas (o "rungs") de complejidad creciente.

Concentrémonos en la nomenclatura. El contacto de la fila 0 está rotulado I:1/2. Cada módulo de entradas y salidas está numerado y generalmente tiene muchas entradas y salidas. En este caso, estamos diciendo: Queremos verificar el estado de la entrada número 2 que pertenece al módulo 1.

Si tal entrada está activa, se activará la salida número 6 del módulo número 2 (O2/6).

A veces queremos generar una lógica interna. Esto se muestra en la fila 3, en la que la "bobina" activada es un bit interno (por eso usamos la letra "B").

Esta terminología es específica de un fabricante determinado de PLC, pero es representativa, con variantes menores, de lo usado por todos los fabricantes.

Concentrémonos en la línea 1. Qué hace esta línea? Supongamos que I:1/2 está conectado a un pulsador. Cuando presionamos al pulador, se activa la salida O2/7. La salida O2/7, a su vez, activa al contacto de su mismo nombre. Aunque dejemos de presionar el pulsador, la salida se mantendrá activa a través de su propio contacto. Esto es un circuito de arranque con autoretención.

Como normalmente queremos tener control tanto del arranque como de la parada de un equipo, la línea 002 les muestra exactamente esa función. La salida O2/8 comenzará a funcionar si pulsamos I:1/2 y se mantendrá en funcionamiento hasta que pulsemos el botón de parada conectado a la entrada I:1/1.

Presten atención al dibujito del contacto de I:1/1, tiene una barra cruzada que simboliza "normalmente cerrado". Solamente cuando activamos el pulsador conectado a esa entrada, su contacto se abre, se interrumpe el "flujo de corriente" a la bobina de O2/8, por lo que esa salida se desactiva.

En la próxima veremos éste y otros ejemplos, en un equipo de simulación de PLCs.

PLCs y lógica de relés

Panel de control de un PLC

Los controladores lógicos programables son, como ya dijimos, computadoras industriales. Para el control de los procesos, poseen entradas y salidas de tipo on/off o digitales (Más tarde hablaremos de otras capacidades de los PLCs).

Las entradas digitales se conectan a pulsadores, sensores de proximidad, sensores mecánicos, barreras fotoélectricas, detectores de nivel, etc. Las salidas pueden ser salidas de tensión, salidas de tipo "contacto seco" como los contactos de un relé, salidas transistorizadas, etc. Las salidas se conectan a relés de potencia, actuadores, motores, válvulas electromecánicas, etc.

Los PLC suelen ser de tipo modular. El módulo principal contiene la unidad de procesamiento, y en algunos casos, una determinada cantidad de puertos de Entrada/Salida (E/S). Los módulos auxiliares agregan capacidades adicionales de E/S.

Los controles de procesos que requieren sensores y actuadores del tipo analógicos, en el pasado eran una disciplina independiente, reino exclusivo de los llamados "controladores de lazo" o DCS. Hoy en día, con el abaratamiento del costo de las unidades de E/S analógicas, no es raro ver a un PLC realizando tareas de control y monitoreo analógicas.

Pantalla de supervisión de la producción

Dado que el PLC tiene que informar al operador del estado del proceso, normalmente incluye capacidades de HMI (interfaz hombre-máquina), desde simples LEDs que muestran el estado de las E/S, pasando por una gran gama de terminales con capacidades gráficas y por supuesto, la posibilidad de conectar a computadoras corriendo programas gráficos de supervisión.

Los PLCs no son una excepción a la tendencia de conectar en redes. La red permite conectarse a unidades de E/S distribuidas, interconectar PLCs para controlar procesos complejos, y transmitir los datos de producción a computadoras centrales de control, supervisión y planificación de la producción.

Los PLCs se interconectan a través de redes específicas del mundo industrial (ejemplo: Profibus), a través de las diversas variantes de LAN según el protocolo Ethernet, etc.

La programación del PLC
Los PLC aparecieron en el mundo allá por los años 1960. El antecesor de los PLCs era, en numerosas industrias, el tablero de control basado en relés electromecánicos.

Un relé es un dispositivo que consta de una bobina, y de contactos. Cuando se entrega energía a la bobina, los contactos cambian de estado. Los que estaban abiertos se cierran, los que están "normalmente cerrados", se abren.

Mediante la conexión de numerosos relés, a los que se agregan temporizadores y contadores, se pueden realizar numerosas tareas de control. Los PLCs adoptaron esta forma de representar y resolver problemas lógicos, utilizando la lógica de relés para representar y realizar la programación del equipo.

Con la evolución de la complejidad de las operaciones que realiza un PLC (control distribuido, comunicaciones, control analógico), nuevos lenguajes de más alto nivel están siendo adoptados. De todos modos, dado que la lógica de relés sigue siendo excelente y usada para solucionar muchos problemas de control, nos concentraremos en ella en las siguientes entregas.

Ornitóptero

Entre los muchos y buenos personajes de "la barra de la revista Lúpin", se cuenta un aeromodelista, Juan Luis Barrionuevo. Creo que fue en el número 260 de la revistucha que publicó uno de sus primeros "planitos", el de un ornitóptero. 

Una película mostrando el funcionamiento de un ornitóptero con motor a goma y alas de Mylar:

Una película mostrando un ornitóptero motorizado R/C:

Automatización y PLCs

Muchos se preguntan, qué es un PLC, cómo puedo aprender a programarlos?

En esta serie intentaremos ayudarlos un poco a introducirse en este tema. Para eso empezaremos viendo lo que es la automatización, y cómo se llega a los PLC y la lógica de relés, denominada también en inglés, "ladder diagram".

La automatización industrial
El campo principal de uso de los PLC es la automatización industrial. La automatización es la capacidad de controlar procesos secuenciales, en forma automática, en tiempo real.


Procesos secuenciales
Uno de los elementos típicos de los sistemas industriales es la línea de producción. El proceso de producción se descompone en varias tareas individuales. Estas tareas son realizadas en estaciones. La línea transporta al producto en fabricación de una estación a la otra.

En cada estación el trabajo puede ser realizado en forma manual (por una persona) o automática (por un mecanismo supervisado por una persona).

Tomemos por ejemplo la producción de bebidas gaseosas. En una estación se lava la botella, en la siguiente se la llena, en la siguiente se le coloca la tapa, luego la etiqueta, etc. etc. Esta secuencia de operaciones es típica de las líneas de producción. En un sistema automático, el PLC realiza alguna de las tareas de control de la producción.

Volviendo al ejemplo de las bebidas, en la estación de llenado el PLC deberá verificar que la botella está correctamente alineada con el pico de llenado, luego comenzará el llenado hasta que el líquido alcance determinado nivel en la botella, etc. etc.

El PLC es un tipo especial de equipo programable, apto para trabajar en ambientes industriales. El PLC recibe información acerca del estado del proceso de producción a través de sensores. La información proveniente de los sensores es procesada por su programa lógico interno, y el resultado es la activación de  dispositivos de salida, llamados también actuadores.

Un PLC con sus módulos de E/S

En el ejemplo de la línea de llenado, en el momento en que el líquido llega al nivel deseado, el PLC interrumpe el llenado de la botella.

En la próxima entrega hablaremos un poco más sobre los PLC en sí, y cómo se programan.

Sistemas de iluminación

Como comentábamos en un artículo anterior, las lámparas comunes con filamento incandescente son sumamente ineficientes. Menos de un cinco por ciento de la energía que le entregamos es transformada en luz visible, el resto se pierde en luz invisible (especialmente infrarrojo) y calor.

Esto cambió con la aparición de los tubos fluorescentes. Los tubos son mucho más eficientes, pero necesitan un sistema de encendido más complicado, y además incluyen mercurio. El mercurio es un veneno, y cuando los tubos no son tratados como corresponde, el mercurio se libera y contamina nuestro medio ambiente.

Otros dos problemas de los tubos fluorescentes eran su gran tamaño y el retardo en el encendido. En general, un tubo fluorescente es más ventajoso en situaciones en que no se lo enciende y apaga muchas veces durante el día.

En cierto sentido, lo mismo se puede decir para la lámpara de filamento, todos hemos sido testigos del hecho que el momento más típico en que se quema una lamparita es cuando se la enciende. Esto se debe a que al principio, estando la lámpara fría, su resistencia es menor por lo que en el encendido se crea un pulso de alta corriente.



Las lámparas fluorescentes compactas de reciente aparición han resuelto el problema del tamaño al enrollar el tubo en una espiral. Además, traen la electrónica incorporada de manera que pueden reemplazar lamparitas de filamento, no se necesita la instalación especial de los tubos fluorescentes comunes. Tanto las CFL (siglas en inglés para nombrar a las fluorescentes compactas) como las fluorescentes producen una luz muy blanca que a mucha gente le resulta incómoda. Las CFL han mejorado un poco ésto pero, irónicamente, mucha gente sigue prefiriendo la luz amarillenta de las lámparas incandescentes.


Hay un jugador nuevo en el campo de las lámparas, y son los LEDs. Aunque para nosotros, los bichos electrónicos, los LEDs son viejos conocidos, sólo en estos últimos tiempos se los ve en aplicaciones de iluminación.

Las razones por las cuales los LED llegaron a este campo, son dos. Primero, se desarrolló el LED blanco. Segundo, se aumentó la potencia de ellos de manera tal que se los puede utilizar para aplicaciones de iluminación.

La lámpara LED tiene mucha mejor eficiencia, no calienta prácticamente nada, no tiene retardo en el encendido y es la que mayor vida útil presenta. Tampoco trae los problemas de contaminación de mercurio de las fluorescentes. A cambio de todo eso, es la más cara de todas.

Una lámpara CFL puede valer de 3 a 5 veces más que una lámpara fluorescente. La lámpara LED puede valer unas 30 veces más. Pero cabe aclarar que la lámpara LED tiene una vida útil muchísimo mayor, y consume mucho menos, por lo que a la larga, es la solución más económica y que menos contamina.

Hasta el Bubi se ilumina
 fácilmente usando LEDs...

Para poder dimensionar en forma simple un sistema de iluminación, nos basaremos en las lámparas de filamento. Todos nosotros tenemos una idea de cuánto ilumina una lámpara de 60W, de 75 y de 100W. Dado que las CFL y las LED son mucho más eficientes, necesitan mucho menos potencia eléctrica para entregar una intensidad de iluminación similar. Esto se muestra en la tabla siguiente:

Lámpara incandescente	CFL	LED
60W	13-18W	8-12W
75W	18-22W	13-15W
100W	23-30W	16-20W

Las lámparas LED tienen una ventaja adicional. Como funcionan intrínsecamente con bajo voltaje, son compatibles para aplicaciones alimentadas con baterías y/o paneles solares.

Dos videos de R/C: Jet y 3D

El mundo del aeromodelismo es apasionante. Para muchos hobbystas es una parte muy importante de sus vidas, e invierten en el hobby mucho tiempo, esfuerzo y recursos.

Una de las ramas más avanzadas tecnológicamente es la de aviones jet. Personalmente he tenido la suerte de presenciar varias veces demostraciones de aviones R/C equipados con motores jet y, una vez que están en el aire, es difícil decidir si se trata de un modelo o de un avión verdadero, tanto por su desempeño, como por su velocidad... como por el RUIDO que hacen.

La disciplina de aviones 3D es relativamente nueva, pero contrariamente a los aviones jet, no es necesariamente una que requiere grandes gastos para disfrutarla. Eso sí, no se recomienda para principiantes...

Espero que hayan disfrutado los videos.

Fuentes en serie y en paralelo (3)

En las dos notas anteriores, hablamos sobre las conexiones de fuentes en serie y en paralelo, y dimos algunos detalles más sobre la conexión de baterías.

En esta última parte de la serie sobre conexión de fuentes, nos concentrarermos en la conexión de fuentes reguladas.

La conexión en serie de fuentes reguladas NO es algo trivial. Se puede realizar UNICAMENTE si las fuentes son aisladas, o sea, basadas en transformador. La mayoría de las fuentes de laboratorio responden a esta definición, pero es importante hacer hincapié sobre ello.

Además, deberemos estar seguros que la fuente no conecta el chassis y al negativo de tensión de salida. Muchas fuentes cuentan en el panel frontal con la opción de conectar el negativo al chassis. Si deseamos conectar fuentes en serie, la conexión con chasis deber quedar abierta.

Con dos fuentes en serie, podemos:

1) Conseguir un voltaje que es la suma de los voltajes de ambas fuentes. Como se puede ver en el diagrama siguiente, el negativo que se conecta a la carga es el negativo de la fuente 1, y el positivo, es el positivo de la fuente 2. En el ejemplo, se usan dos fuentes de 12V para lograr una tensión total de 24V

2) Generar una fuente con salida positiva y negativa. Notar que la tierra de la carga NO se conecta a la tierra de las dos fuentes, por eso hemos utilizado un símbolo diferente. Si como en el caso anterior cada fuente estuviera programada para entregar 12V, la alimentación de salida sería de ±12V. Pero podría ser también de, por ejemplo, +15V y -5V, etc. (no hay obligación de que sea una salida simétrica)

La conexión de fuentes en paralelo es más compleja. Las fuentes deben estar preparadas para tal función, normalmente en un modo "tracking" (de seguimiento) para que la salida de una de las fuentes siga con exactitud a la otra fuente.

En general, toda conexión de fuentes en paralelo requiere de un circuito especial de "current sharing" (para compartir la corriente).

R/C para Principiantes (2): El primer avión

El primer avión

El primer avión a utilizar deber ser del tipo entrenador (en inglés, trainer). No se tienten en comprar un avión de otro tipo pensando que va a "servir para después". Es mejor empezar con un modelo lo más simple posible.

Entrenador con motor eléctrico

El entrenador se caracteriza por ser de ala alta (el ala encima del avión, lo que le proporciona mayor estabilidad) con bastante diedro, tienen un vuelo lento, y tiende siempre a recuperar su posición estable de vuelo a nivel en forma automática. Estas características son excelentes para aprender.

Generalmente es posible empezar con dos tipos de modelos, los kits, y los "listos para volar" (RTF, Ready To Fly) o "casi listos para volar" (ARTF, Almost Ready To Fly). En general, estos últimos equipos suelen ser muy económicos pero como primer avión yo NO los recomiendo. También recomiendo un kit porque durante el armado, a más de ser una linda experiencia a compartir entre padre e hijo, se aprende mucho sobre el avión.

De todos modos, lo mejor es asesorarse con gente del club y de una buena tienda de aeromodelismo, como contamos en la nota anterior. No compren cualquier avión por la internet, o en jugueterías o negocios que no conocen nada del tema. Mi abuela siempre me decía "lo barato sale caro".

El motor del primer avión

Entrenador con motor a explosión

Les cuento un poco de mi experiencia en el aeromodelismo. Cuando yo era jovencito, con dos amigos más nos armamos un avión y tratamos de aprender. Por muchas razones, no salió bien y abandoné el hobbie. Hoy es mi hijo el que sale al hobby, en forma mucho más exitosa que yo.

La decisión que tomamos juntos es comprar un buen avión entrenador con motor eléctrico. Yo creo que con la tecnología de hoy, es muy recomendable el motor eléctrico para el principiante. En nuestro, la elección de motor eléctrico fue todo un éxito, consulten también otras opiniones pero no se compren lo más barato, sino lo más barato que puedan pero con una cierta calidad.

Otra cosa que pueden  conseguir a través de ir a algún club de la zona, es comprar un equipo de segunda mano, que les permitirá también ahorrarse unos pesos. Pregunten mucho y averigüen bien, el primer modelo es decisivo para el éxito en el hobby.

El equipo de radio control

Es necesario un equipo de radio para controlar el avión.Un equipo básico de cuatro canales es suficiente para aprender (cada canal controla una función diferente). Un transisor de cuatro canales generalmente controla: velocidad del motor, estabilizador ( llamado tambien elevador, o timón de profundidad.), alerones y timón de dirección. Tradicionalmente los equipos de radio control transmitían en las bandas de 27MHz y 72MHz. Estos transmisores usan antena telescópica (ver figura de la derecha):

Transmisor de 27MHz

Transmisor de 2.4GHz

Si se usan esas bandas, hay que verificar que no provoquemos interferencias a otros aeromodelistas que están usando la misma frecuencia. Hay equipos más modernos que transmiten en la frecuencia de 2.4GHz según, en el que no existe el problema de interferencia con otros modelistas. Es fácil reconocer estos transmisores por su antena corta (ver figura a la izquierda). Pero son equipos, en promedio, más caros.

Es importante, para los primeros vuelos, hacerlo desde un club. Si escogemos un lugar solos, hay que tener en cuenta que esté alejado de cables eléctricos, y también de antenas de telefonía celular, que pueden interferir con nuestro sistema de control.

El equipo de radio control tiene un transmisor con los joysticks de comando, y un receptor en el avión que ejecuta nuestras instrucciones. El receptor está conectado a motorcitos especiales, denominados servos, que transmiten nuestros movimientos en los joysticks, a los planos de control del avión.

Continuará

Fuentes en serie y paralelo (2)

En el capítulo anterior, dijimos que conectamos fuentes de tensión en serie para generar una tensión mayor, y en paralelo para lograr una capacidad (de corriente) mayor.

En muchas baterías recargables, la capacidad se especifica en mAh o en Ah. La sigla mA se lee miliampere o miliamperio y es la milésima parte de un amperio.

Qué significa que una batería esté especificada como de 2000mAh? Significa que la batería puede entregar una corriente de 500mA durante cuatro horas, o de 2A (=2000mA) durante una hora. Para los más avanzados, pueden leer algo un poquito más técnico al final de la nota.

Supongamos que tengo una pila recargable que me entrega una tensión nominal de 1.25V y tiene una capacidad de 2000mAh. Quiero armar con esta pila una linterna. El foquito enciende bien con 1.25V y consume 0.5A. Me piden que la linterna tiene que funcionar sin problemas durante por lo menos 10 horas. Cómo lo resuelvo?

Cuánto funciona la linterna con una pila sóla? El tiempo que funciona es igual a la capacidad de la batería, dividida por el consumo:

Duración = 2000mAh / 500mA = 4 horas.
Veo que con una pila no me alcanza, con dos tampoco. Mi linterna la deberé armar con tres pilas que conectaré en paralelo, y de esta manera la linterna durará más de las diez horas pedidas.

Cuando conecto pilas en paralelo es muy importante que:

1. Sean todas del mismo tipo (no mezclar comunes, con alcalinas, con recargables. No mezclar recargables de níquel metal, con recargables de litio, etc.)
2. Sean todas de la misma "edad". A medida que uso las baterías, se van "gastando" y es importante que varias baterías que funcionan en paralelo sean de la misma edad para que todas entreguen una corriente similar.
3. Todas las pilas tienen que estar en el mismo estado de carga. Lo ideal es conectarlas cuando tienen su carga completa. Si una pila está cargada y otra descargada, la pila cargada tratará de cargar a la que no lo está, circulará una gran corriente y se pueden dañar las dos pilas.

Continuará

Para los más avanzados
La corriente que puede entregar una pila no es ilimitada, si intentamos extraer una corriente muy alta de la pila, la carga durará menos tiempo que el que indicaría su capacidad y se puede reducir la vida útil de la pila.

Por ejemplo, en una hoja de datos de las pilas Energizer de 2000mAh se especifica que tal capacidad es medida con una carga de 400mA. Mirando las hojas de datos se vé que, con una carga de 4A, la pila se descarga en menos tiempo que media hora.

Radio Control para Principiantes (1)

Los comienzos en aeromodelismo radiocontrolado suelen ser difíciles. Hace unos años el problema principal era el alto costo de los equipos. Hoy quizá el problema es distinto. Hay muchísimos equipos en el mercado, y son relativamente económicos, pero en su gran mayoría no pasan de ser juguetes. En general, los vende gente sin ningún conocimiento de aeromodelismo, no tienen repuestos, ni soporte, y no son modelos confiables.

Entonces, cómo conviene empezar?

Lo más importante si estás pensando en introducirte en el mundo de los aviones de radio control, es que localices un club en tu zona y/o que tomes contactos con algún aeromodelista. Al final del artículo hay una lista de enlaces.

La inmensa mayoría de los aeromodelistas tienen percances en sus primeros vuelos (y no sólo en los primeros). Es muy difícil largarse sólo, despegar... y mucho menos aterrizar sólo.

Siempre será mejor si te ayuda algun aeromodelista que esté familiarizado con el vuelo radiocontrolado ya que te será de uttilidad en tus primeros pasos. Es recomendable preguntar en el club por algún instructor para los primeros vuelos. El costo de las clases se verá compensado por la falta de gastos en arreglar, o reponer, un avión dañado. Además, un comienzo "sólo" puede frustar al piloto principiante y alejarlo del hobby.

El segundo paso importante es preguntar a los modelistas sobre alguna tienda de confianza de aeromodelismo. No se tienten en comprar su primer modelo por la Internet, sin recibir asesoramiento.

Otra buena forma de comienzo es mediante el uso de simuladores de RC, muy recomendable para acostumbrarse al manejo de los mandos del avión, sobre todo cuando el avión viene hacia nosotros ya que si por ejemplo tiramos de la palanca de alerones a nuestra derecha el avión girará a nuestra izquierda. También nos acostumbraremos a tirar un poco de la profundidad cuando realicemos un giro ya que en este caso el avión tiende a meter un poco el morro y a caer. Para el uso de simuladores RC se aconseja conectar un controlador RC real a la computadora. Hay controladores de muy bajo costo que se conectan al puerto USB. Nuevamente, conviene consultar en nuestra tienda de aeromodelismo de confianza.

De todos modos, conviene aclarar, el vuelo en simuladores está muy alejado de la vida real. Sirve para lo comentado en el párrafo anterior, pero no nos preparará para las condiciones de ráfagas de viento, presencia de otros modelos en el aire, "plantadas de motor" y un largo etcétera. Son muy recomendables como paso inicial y para reducir la cantidad de lecciones que deberemos tomar con un instructor.

Segundo capitulo

Enlaces

Foro de aeromodelismo

Lista de aeroclubes y tiendas de aeromodelismo en Argentina

Simulador gratuito FMS

Nota: He puesto enlaces de Argentina. En general, es fácil encontrar esta información para cada país mediante búsquedas en la Internet. Pero, si necesitan ayuda, o quieren aportar direcciones en otros países, desde ya quedan invitados a usar los comentarios para eso.

Fuentes en serie y en paralelo (1)

En otro aporte, ya hablamos sobre la conexión de cargas en serie y en paralelo. Esta vez hablaremos sobre conexión de fuentes en serie y paralelo.

Nuevamente nos concentraremos en las fuentes de tensión, por ser las de uso más extendido.

Por qué conectar fuentes en serie o en paralelo?
Para aumentar la tensión de salida, o la capacidad de la fuente. La capacidad de una fuente es la cantidad de corriente que tal fuente puede entregar a una carga.

Todos hemos conectado pilas en serie, y sabemos que la tensión resultante es la suma de las tensiones individuales de cada una de las pilas. Si conectamos en serie cuatro pilas de carbón, cuya tensión nominal es de 1.5V, obtenemos una tensión total de 6V. Cuando las pilas están en serie, la corriente de la carga es entregada por todas en conjunto.

Es muy importante el utilizar pilas de la misma tecnología (todas de carbón, todas alcalinas) y con el mismo estado de carga. La vida útil de una pila nueva se ve reducida si se la conecta en serie con una pila usada.

Por otra parte, una pila con carga baja, conectada a una de mucha carga se puede ver forzada a entregar corriente más allá de lo recomendable, descargándose a niveles peligrosos. Pilas de tecnologías recargables pueden ver reducida su vida útil (o quedar permanentemente dañadas) si se las descarga por debajo de una tensión mínima.

Qué precauciones hay que tomar para las conexiones de pilas en paralelo? Las mismas que para conexiones en serie. Las pilas deben estar a niveles de carga similares, y ser de la misma tecnología. En el caso de la conexión en paralelo, una diferencia grande de tensión provocará una fuerte corriente, desde la pila cargada, a la descargada. Una corriente así puede dañar a una o a ambas pilas.

En la próxima entrega veremos qué precauciones se deben tomar en la conexión de fuentes de alimentación, en serie y en paralelo.

Segunda parte del tema

Cargas en serie y en paralelo

En un circuito de corriente continua, una carga suele ser representada mediante una resistencia. Para una tensión determinada, la corriente queda determinada por el valor de la resistencia según vimos en la Ley de Ohm.

Las cargas se pueden conectar en serie o en paralelo.

Es fácil calcular la resistencia total de una conexión en serie de varias resistencias. La resistencia total es simplemente la suma de los valores de cada una de las resistencias en el circuito en serie.

Rtotal = R1+R2+R3
La corriente por el circuito
I = V / Rtotal

La tensión V se distribuye entre las resistencias, en forma proporcional al valor de cada una. Si una de las resistencias es mucho mayor que las restantes, la mayor parte de la tensión caerá sobre dicha resistencia. Si las tres resistencias fueran iguales, la tensión sobre cada resistencia sería la tercera parte de la tensión total.

La fórmula de la tensión sobre R1es:
V1 = V x R1 / Rtotal

Como ya dijimos en aportes anteriores, la gran mayoría de las fuentes de alimentación son fuentes de voltaje (baterías, pilas, fuentes de laboratorio, la red de tensión alterna que llega a nuestros domicilios).

La conexión de cargas mas lógica a una fuente de tensión es la conexión en paralelo.

La conexión de cargas en paralelo tiene las siguientes ventajas:

• Se puede desconectar cada carga en forma independiente
• Todas las cargas reciben la misma tensión: la tensión de la fuente.

Existe una fórmula para calcular la resistencia equivalente en paralelo de varias resistencias. Sin embargo, usaremos ahora un enfoque más sencillo.

La corriente total que entrega la fuente de alimentación es igual a la suma de las corrientes consumidas por cada una de las cargas. Veamos en el circuito siguiente:

La corriente total medida por el amperímetro será la suma de las corrientes consumidas por cada una de las lámparas. Si todos los interruptores están cerrados, y el consumo de una lámpara es i, el amperímetro medirá 4i. En números, si cada lámpara consume 1A, el consumo total medido por el amperímetro "A" será de 4A. En cualquier momento se podrá abrir alguno, varios o todos los interruptores, y la corriente total cambiará de modo acorde. Si sólo dos interruptores están cerrados, mediremos 2A de consumo total. 

Como dijimos, la ventaja de este circuito es que todas las lámparas "ven" la misma tensión aplicada, y que podemos conectar o desconectar cada una en forma independiente.