¡ES EL SPL, IDIOTA!

¿Cuánta potencia necesito?

cropped-smaart5Existe una confusión generalizada ante el tema de la potencia necesaria para un evento de sonido en directo.

A menudo leemos en los foros de audio la típica pregunta de “¿cuanta potencia necesito para sonorizar un concierto?”.

Es muy común que las respuestas vayan por el lado de vatios por persona o vatios por metro cuadrado de local.

Y  hacemos formulas al estilo de:

P = n.personas x 10

P = metros cuadrados x 5

Luego sucede que a partir de ese tipo de contestaciones usamos cierta potencia y no nos llega.

O usamos equipos alquilados o prestados y la cifra de potencia que un día va perfecta, otro día se nos queda completamente corta.

Entonces aparece aquello de que hay vatios y vatios. Vatios de mejor calidad o de peor calidad. Vatios Meyer  y vatios Beringher, por ejemplo.

Por ese camino no llegaremos lejos. Eso se puede calcular y, aunque seamos amateurs, semiprofesionales o aficionados podemos y debemos usar criterios serios para calcularlo.

¡ES EL SPL, IDIOTA!

Que nadie se me ofenda.  No pretendo insultar a nadie.

Cuando el presidente americano Clinton estaba preparando la campaña electoral del 93, puso en su despacho, enmarcada, la frase: ¡es la economía idiota!. Quería que sus asesores fuesen conscientes de que era por ese lado que había que articular la campaña. Que en ese momento era la faceta importante. El problema que mas afectaba a los americanos. Que enfocar el esfuerzo por otro lado era perder el tiempo.

Puse esa frase porque no vamos a ir a ningún lado si no tenemos en cuenta que lo que queremos conseguir es SPL. No potencia. La potencia es un medio para provocar un cierto nivel de presión sonora SPL (Sound Presion Level).

Decir que un coche tiene cierto consumo de gasolina o tiene cierto numero de cilindros o cierto número de centímetros cúbicos no nos dice mucho.

Eso nos da un cierta idea. Cabe esperar que un coche con motor mas grande y que consuma más correrá mas que uno mas pequeño. Pero existen coches mas eficientes que otros y tenemos que ver otros datos.

¿COCHES?. ¡OYE!. QUE YO PREGUNTABA POR LOS ALTAVOCES.

En el caso de lo altavoces, la respuesta está en las hojas de característica que nos ofrecen los fabricantes.

descargaCuando elegimos un altavoz vemos que tiene, en sus características técnicas, un valor de potencia RMS  en W y un valor de sensibilidad en dB/W a 1m.

Por ejemplo: Modelo X. 100W RMS y 98 dB/W a 1m.

Eso quiere decir que un altavoz modelo X conectado a un amplificador que el da 1W de potencia es capaz de dar un SPL de 98 dB a un metro de distancia.

Pero los locales que usamos para conciertos suelen medir mas de 1m y no necesitaremos siempre 98dB.

Tendremos que manejar dos conceptos: Ganancia según potencia y atenuación según distancia.

Cada vez que doblamos la potencia con los mismos altavoces tendremos 3 dB mas de SPL y cada vez que nos alejemos al doble de distancia tendremos una atenuación de 6 dB.

Como primera conclusión tenemos que si al local es el doble de largo, debemos cuadruplicar la potencia.

Una buena referencia de nivel puede ser, conseguir un SPL de 100 dB en la parte mas alejada del local.

Eso nos dice que con cajas modelo X debemos poner dos vatios para tener 101dB a un metro o 8 W para 2 metros, 32W a 4m, 128 a 8, 512 a 16, 2048W a 32m o 8142W a 64m.

Todas esas cifras de potencia habría que duplicarlas si las cajas son de 95dB/W a 1m.

Estos cálculos son un tanto “caseros”. Pueden hacerse mentalmente y son muy útiles para ver rápidamente hasta donde podemos llegar con nuestro equipo de sonido.

Pero vamos a hacerlo mas exacto. Para eso tenemos que usar un poco de matemáticas.

Cuando pasamos de un valor de potencia P1 a otro valor de potencia P2 tenemos una ganancia de 10 * log (P2 / P1).

Y cuando pasamos de una distancia D1 a otra D2 perdemos 20 * log (D2 / D1). ¿Ves como los logaritmos que te enseñaron en el instituto servían para algo?.

Esto nos da un cálculo mas exacto para cualquier potencia y distancia. Pondremos un ejemplo:

Tenemos dos cajas JBL MRX 512M. 400W RMS y 97 dB/W a 1m.

Si le damos toda la potencia que aguantan (hablaremos de esto en otra ocasión) tendremos 800W RMS que nos dan una ganancia de 10 * log (800/1) = 29 dB con respecto a lo que sacamos con 1W (97 dB). En total tenemos 126 dB.

Si tenemos espectadores a 20 m, recibirán el sonido atenuado en 20*log (20 / 1) = 26 dB.

Recibirán 100 dB. Esa potencia con esas cajas nos llega para ese local.

Pero ¿y si usamos cajas satélites y subgraves?.

¿Y que pasa con el sonido que dan los monitores con la tremenda caña que nos piden nuestros queridos hermanos teclistas (me caen muy bien los teclistas pero la verdad es que piden mucha caña)?.

Y si usamos altavoces grandes como principales y mas pequeños de refuerzo atrás?.

Bueno. De momento solo llegaremos hasta aquí.

Ya habrá tiempo de pensar en otras configuraciones.

 

Eliezer Acuña

 

Anuncios
Publicado en Sin categoría | Deja un comentario

Toma de decisiones PID. Ritmo, proporcionalidad y control del tiempo

El gráfico nos servirá para recordar el concepto clásico de control de sistemas en lazo cerrado.  Podría ser por ejemplo, el sistema de control de velocidad de crucero de un coche moderno.

Pero bien podría ser el sistema de control de una empresa, de un equipo de trabajo o hasta el sistema de control de la economía de todo un país.

¿Por qué, y cuando se usan se usan sistema en lazo cerrado?. Se usan en los casos en que el comportamiento del sistema depende de cosas externas impredecibles. Las llamamos perturbaciones.

Usaremos el modelo de un sistema de control automático de velocidad de un coche como base para hablar sobre la toma de decisiones de control en el trabajo de dirección y control empresarial (management) a cualquier nivel.

LazoCerrado

En el clásico diagrama típico del estudio de teoría de sistemas podemos distinguir:

Planta o sistema a controlar: Un coche en nuestro ejemplo.

Entrada de órdenes: Registra el objetivo pedido al sistema. Por ejemplo, circular a 100 km/h.

Actuador: Bloque capaz de provocar el efecto de control en la planta (sistema electrònico de inyección de combustible). Se caracteriza por su función de transferencia (una función matemática que describe el valor de la salida en función de la entrada)

Sistema de realimentaciòn o feedback: Mide el estado actual del sistema (encoder o medidor de velocidad acoplado a la transmisiòn del coche).

Sumador o restador algebraico:

Produce una orden que resulta de restar la magnitud de la velocidad actual al objetivo buscado. El coche acelerara mas cuanto mas falte para llegar a la velocidad buscada.

Funcionamiento del sistema:

Circulamos a 80 km/h y entramos en autopista. Activamos el sistema para 120 km/h. A la salida del restador tenemos 120 – 80 = 40. Ese el efecto demandado al actuador; aumentar la velocidad en 40. El control “pisa el acelerador” mientras mide, de forma continua el efecto ya conseguido. De modo que cuando el coche va a 100, el acelerador se relaja un poco puesto que solo faltan 120 – 100 = 20. Si vamos a 118, faltan solo 2 y apenas hace falta acelerar.

Si el coche se pasa de velocidad, a la salida del restador aparece una orden negativa. Si vamos a 125 aparece 120 – 125 = -5. Como consecuencia el sistema desacelera para recuperar la velocidad deseada.

Cuando una circunstancia externa haga modificar la velocidad (cambio de cuesta abajo a cuesta arriba, viento frontal,…)  la salida del sistema cambia pero como la salida se mide de forma continua y su valor se resta al objetivo buscado, el reajuste a objetivos es automático.

Por otro lado está bien estudiado que, según la dinámica propia del sistema (inercia, velocidad de respuesta, etc) el control puede ser insuficiente, demasiado brusco o inestable, provocando oscilaciones. Se impone la adición de un nuevo bloque: el regulador o compensador, que manipula la señal de error u orden de cambio al actuador, para adaptarla a las características particulares del sistema.

LazoCerradoConPID

¿Cómo actúa el regulador?. Basicamente puede actuar de tres maneras:

Acción proporcional: Adaptando la magnitud de la señal para que sea proporcional a la petición del sistema pero de la magnitud correcta. Que el coche no acelere demasiado, por ejemplo. La característica de control es una ganancia que el diseñador puede regular.

Acción integral: La señal enviada al actuador responde a la integral de la señal de error para evitar ser influenciado por perturbaciones. Por ejemplo, el sistema de control de altitud de un misil no debe hacer caso a un árbol aislado o una pequeña colina pero ha de seguir la altitud de una cordillera.

Acción derivativa: La salida depende de la derivada de la entrada. Si la entrada varía bruscamente, la salida es mayor que si varía lentamente. Se puede decir que la salida responde a la urgencia de las órdenes. O que es tan importante la tendencia como la magnitud de los parámetros de entrada.

PIDReguladores PID Los tres tipos de acción reguladora tienen sus ventajas e inconvenientes. A menudo la acción de control ha de tener una suma de las características de los tres tipos en cierta proporción.

Los reguladores PID (proporcional integral derivativo) son reguladores comerciales que consisten en la integración de los tres tipos de forma que el diseñador puede decidir cuanto de cada tipo de acción reguladora se ha de ejercer.

Conclusión:  No se trata de repasar las lecciones de la asignatura de control automático. El liderazgo es una forma de control de sistemas (sistemas productivos, empresariales, etc) y las leyes por las que se rige, manteniendo las distancias adecuadas, son las mismas que para el control de sistemas físicos. La función del lider o jefe de un equipo nos recuerda a la de un sistema de control.

Lazo cerrado: El liderazgo de equipos ha de ser en lazo cerrado. Porque los equipos humanos son sistemas complejos sometidos a constantes perturbaciones que pueden hacer variar el resultado y hemos de estar atentos constantemente.

CicloDemingDetrás de cada acción de dirección han de establecerse métricas y, en base a la medición de resultados hemos de cambiar las estrategias de modo continuo para corregir desviaciones.  No es mas que el viejo concepto de PDCA o ciclo de Deming (Plan, Do, Check, Act).

Acción proporcional: En la labor de supervisión en la empresa es importante velar por la proporcionalidad de los métodos y acciones correctoras. No matemos moscas a cañonazos ni elefantes con tirachinas.

Acción integral: A veces hay que mantener la calma y hacer un uso inteligente de los tiempos. En lugar de actuar instantáneamente sobre una desviación conviene esperar a ver tendencias. Cada sistema tiene una dinámica. Hay problemas que arregla, al menos parcialmente, el paso del tiempo. Es parte del liderazgo ser capaz de saber hasta que punto hay que dejar enfriar un asunto o hay que actuar con urgencia.

Además, la acción integral no cesa cuando cesa la señal de error, puesto que no depende solo de ella. Depende también de su historia (matemáticamente la integración de la función que la define). El conocimiento del pasado es importante. Muchos líderes recién llegados pecan de ignorar esto y ello le hace tomar decisiones equivocadas. O bien intentan corregir demasiado pronto o cuando parece corregido dejan el control. Después de apagar un incendio se han de mojar los rescoldos durante un tiempo.

Acción derivativa: La tendencia en los resultados es importante. A veces tanto como la magnitud. Es necesaria la actuación ante una bajada en las ventas de un 5% en un mes que de un 20% en un año. Escaladas rápidas de descontento en el equipo exigen actuar rápido. Hay cosas que son tan urgentes que han de aparcar lo importante para después.

Acción PID: Así, la acción de supervisión y control (management) es una labor de control basada en la combinación correcta de los tres tipos de acción (PID). Algo así como una mezcla de sensatez en la proporcionalidad, sentido equilibrado de la urgencia de las cosas y memoria o tener en cuenta la historia. Pero ¿Cuál es la combinación correcta?. ¿Cuanto de cada una?. Hay que tener cuidado porque no es bueno establecer políticas de actuación en caliente, ni tardar demasiado en reaccionar, ni tomar decisiones demasiado exageradas, ….

La proporción correcta se rige por una formula de la derecha.

FormulaDonde Kp nos habla del sexo de los operarios, s es la edad media d los vendedores, …………………

Es broma, ¡claro!.

En realidad esa es la gracia del asunto. No hay nada escrito. Es cosa de intuición y experiencia.

Y eso es bueno porque si fuese fácil no sería divertido.

Eliezer Acuña

Publicado en Sin categoría | Deja un comentario

Como sonorizar a un coro

Para captar el sonido producido por una masa coral tenemos varias alternativas.

Por un lado podríamos ponerle un micrófono a cada integrante o para cada dos o tres. Podría ser un buen sistema; ya que nos permite equilibrar perfectamente las voces para que todas suelen igual. Pero en la práctica es un engorro tremendo el equilibrar tanto micrófono y puede que perdamos naturalidad en la ejecución puesto que pretendemos equilibrar lo que debería equilibrarse solo a base de ensayos.

Además tenemos un problema que se llama comb filter. Cuando una fuente sonora es captada por dos micrófonos distintos que están a distancias diferentes es inevitable que tendremos cierto retraso entre la captación de cada micro. Esto no se nota siempre y cuando sea menos de unos 20 ms de tiempo. O parece que no se nota porque nuestro cerebro no llega a identificar que son dos cosas diferentes y no apreciaremos el efecto eco.

Pero sucede que ese pequeñísimo retraso hace que en ciertas frecuencias la señal se anule porque llega al revés, desfasada 180º entre los dos canales. Siempre pasa para cierta frecuencia y para sus múltiplos.

Por ejemplo, medio milisegundo de retraso entre dos micros hace que los componentes del sonido de 1000Hz y sus múltiplos salgan desfasados 180º y el efecto es como si en un ecualizador de muchas bandas bajásemos completamente los mandos de 1k Hz, 2k, 3k, 4k ………. El sonido queda pobre. Falta un “no se que” que resta profundidad y riqueza a la fuente desvirtuándola.

Para evitar esto, cuando hay varios micrófonos siempre deben estar separados entre ellos, al menos tres veces la distancia que hay entre los micros y la fuente de sonido. Y debemos usar los menos micrófonos posibles. Por no hablar de que muchas veces no es viable por falta de medios. Sobre todo en el campo de las iglesias o asociaciones culturales donde no sobran los medios ni el dinero.

Harían falta 20 o 30 micrófonos, otros tantos canales de mesa, un montón de cableado, etc.

El siguiente sistema se hace con muy pocos micrófonos.

El número ideal de micrófonos para un coro sería cero. Sin micrófonos, no tendremos distorsión, no tendremos comb filter, no tendremos interferencias por ruido eléctrico y el resultado será sin duda el mas real.

Lamentablemente, muchas veces, para cierto tamaño del local, el coro suena sin fuerza suficiente. Y cuando va acompañado de música, es fácil que esta lo tape.

Por lo tanto, la primera decisión que hemos de tomar será si vamos a usar o no microfonía.

En el caso que consideremos usarla, usaremos cuantos menos mejor y vamos a usar micrófonos de condensador de diafragma grande; muy sensibles y muy lineales, con una respuesta en frecuencia, dependiendo del modelo y su calidad, bastante plana.

Eso si. Mas delicados que los dinámicos. Requieren cierto cuidado porque es mas fácil que se estropeen por un golpe.

No hace falta que sean carísimos Neumann. Hoy en día hay modelos de gama media baja que dan bastante buenos resultados por precios módicos. Por ejemplo, Audiotécnica AT2020, AKG Perfection 100, Beringher B1, etc.

Han de ser cardioides. Aunque parezca que un hipercardioide recoge mejor mas lejos, no nos sirve porque vamos a aprovecharnos precisamente de la forma particular del patrón polar cardioide

Diapositiva1para las frecuencias fundamentales de la voz humana. En la figura tenemos el patron polar que proporciona AKG para el Perfection 100. Podemos ver que para los 1000Hz hasta 3 o 4000 (frecuencias típicas de la voz), la captación lateral del micro es 6 dB mas que al frente (ver gráficas azul y roja).

Esto es prefecto porque situaremos los micrófonos como en la figura 2 (visto desde el lateral) o como la figura 3 (visto de frente).

Verás que el micrófono está al doble de distancia del último cantante que al de la fila delantera. Y “apunta va a escuchar el doble al de delante. También vemos que capta de Diapositiva2frente al mas lejano y de lado al mas cercano; lo que nos dice que va a captar el doble de bien al de atrás que al de delante. Las dos cosas se equilibran y el resultado es que se consigue una cobertura de atrás a delante razonablemente uniforme.

¿Cuantos micrófonos usaremos?.

Si tenemos en cuenta lo de la regla 3:1 (para evitar el efecto comb filter) eso nos dirá la separación entre micros. El triple que la separación media a la boca del cantante promedio… mas o menos. Tampoco hace falta que le pongas el metro en la boca a nadie. No te pases.

Yo suelo usar tres micrófonos para un coro de unas 60 personas.

Diapositiva3Es necesario tener cuidado con los acoples. Como la respuesta de los micros de condensador es bastante plana, suelen tender a acoplar en graves. Como por debajo de los 100 0 120Hz, la información en la voz es bastante irrelevante, cárgate esa parte del espectro y te evitarás muchos problemas. Si la mesa lleva un filtro Hi Pass de 100Hz, actívalo.

En las pruebas de sonido, usa un analizador (lee el tema “ajuste de equipo con software ImPULSE) para medir la frecuencia principal a la que acopla y atenúala con ecualización.

Es muy sencillo medir frecuencias de acople porque no necesitas un micrófono especial de medida. Si usas un ordenador portátil puedes usar directamente, incluso, el micrófono integrado en el propio ordenador; con lo que no tienes que usar un solo cable para eso.

Eliezer Acuña

 

 

Publicado en Sin categoría | Deja un comentario

PIEZAS QUE SOBRAN (Filtros, terminales de línea y demás piezas “inútiles”).

A muchos técnicos, cuando reparan máquinas, les parece que hay piezas que sobran. Piezas que los ingenieros han colocado en sus diseños por capricho o por gastar dinero (¡que sabrán los ingenieros!).

Por ejemplo. Algunos piensan que las terminales de la línea serie sobran y al menor problema de un BUS las desconectan para probar y así se quedan.
Lo mismo pasa con los diodos o resistencias en paralelo con bobinas de electroimanes, varistores o filtros RC en paralelo con contactores, condensadores en estrella o varistores dentro de cajas de bornes de pequeños motores, etc, etc.

A menudo, los técnicos de instalacion dejan sin colocar un filtro o los de mantenimiento lo sacan después y luego
aparecen los problemas.
Hace algún tiempo, impartiendo un curso técnico surgió esto. Hablando de un cierto filtro de terminal de linea en bus de una máquina, uno de los técnicos dijo: eso no sirve para nada. Se quita y funciona igual.

A raíz de esto se me ocurrió hacer unas simulaciones en OrCAD para ilustrar el asunto.
Se trata de ver hasta que punto influyen los filtros de los circuitos y porque las compañías gastan dinero en ellos (las empresas, cada vez gastan menos dinero sin motivo).
Las pongo aquí por si sirviesen de interés.

Diapositiva1Construimos un modelo de un circuito que controla un electroimán de un freno a partir de una bobina ideal en serie con una resistencia para modelar la resistencia del hilo del bobinado.

El contactor que lo gobierna se ha modelado como un interruptor que se abre después de medio segundo desconectando la alimentación de 120V del freno.

Conectamos una punta de prueba al terminal positivo del freno (de color verde) para tomar la lectura temporal del voltaje del freno.

La simulación nos entrega la siguiente gráfica:

Diapositiva2La bobina del freno recibe 120V hasta que pasan 0.5 segundos y se desactiva el contactor. A partir de ese momento, la tensión es cero. Aunque examinando atentamente el gráfico se ve que, justo en ese momento, aparece un pulso de tensión negativa de alrededor de 1V.
Es un pulso muy corto. De poco mas de 500 ns.
Aquí podemos ver en mas detalle el pulso.

Diapositiva3

Un técnico recibe un aviso de máquina parada. Se encuentra una máquina bloqueada electrónicamente. Se da cuenta enseguida de que el fusible de ese circuito del freno está fundido y lo sustituye.
Pero el fusible vuelve a fundirse.
Comprueba con el polímetro que hay un cortocircuíto en el freno y,
después de hacer varias comprobaciones se da cuenta de que lo que está en corto es, en realidad, un diodo que está en antiparalelo con la bobina y que, por supuesto, “no sirve para nada”. Lo saca Diapositiva4y vuelve a instalar un nuevo fusible que ya no se funde. La máquina, aparentemente, queda funcionando perfectamente. Avería resuelta.
El resultado es que el circuito queda como se puede ver a la derecha:

Veamos las diferencias de comportamiento en la
siguiente simulación.
El pulso de antes ya no es de -1V. Ahora se trata de un
pulso de ¡¡mas de 400 000 V!!.
Sigue siendo un pulso muy corto (poco mas de 600 ns)
pero ahora de un enorme valor de voltaje.

Diapositiva5Diapositiva6

De donde sale?. De una gran derivada de intensidad al desconectar la bobina. Antes, el diodo de libre circulación descargaba la bobina y la corriente disminuía mas lentamente.

¿Cual es la consecuencia lógica de esto?. Esos picos de tensión provocan interferencias que pueden bloquear los sistemas electrónicos de control basados en uP, uC, FPGAs, causando averías intermitentes esporádicas de difícil diagnóstico. Ese tipo de averías en que uno se encuentra una máquina bloqueada que al cortar y poner alimentación vuelve a funcionar hasta provocar días mas tarde otra avería. Además, cuando la máquina genera códigos de diagnóstico de averías, puede llegar a memorizar códigos de averías muy diversas que engañan, mas que ayudan, al técnico.

Otro ejemplo:
Sustituimos el diodo por una resistencia de 250 ohmios y vemos el resultado:
Diapositiva7Diapositiva8
Al añadir la resistencia, el pulso se modera. No tanto como con el diodo. Pero no pasa de 300V y para el sistema de control no
constituye un problema. Este sistema lo he visto ver en algunos cuadros basados en microprocesador de los años 90.

Lo mismo podemos decir de los varistores, ampollas de gas supresoras de picos, etc.

Todas las cargas inductivas, en cualquier circuito que se precie de estar bien diseñado, Las bobinas de frenos, levas mecánicas, cerrojos, electroválvulas, etc, llevan diodos en antiparalelo, varistores, resistencias, etc. Los motores suelen llevar varistores o condensadores. Las bobinas de relés y contactores suelen llevar diodos en antiparalelo, si son de continua o una resistencia y un condensador si van alimentadas con alterna.
Cuando se sustituye un contactor, un freno, etc, es fundamental asegurarse de que la pieza nueva queda con filtros y
dejarlo de otro modo es la mejor forma de complicarnos la vida o complicársela a los compañeros porque las averías
que suelen producirse suelen ser de esas a mala leche. Intermitentes.

No es necesario que entendamos siempre porque hay que conectar cierta pieza o porque hay que guardar ciertas
separaciones entre cableados o porque hay que trenzar ciertos hilos, etc. Pero debemos tener la humildad necesaria
para aceptar que las instrucciones de los manuales tienen una razón que quizá no nos expliquen, simplemente
porque no lo entenderíamos.

Eliezer Acuña

Publicado en Sin categoría | 1 Comentario

NUEVAS TENDENCIAS EN CONTROL ELECTRÓNICO DE MOTORES TRIFÁSICOS EN EL CAMPO DE LOS ASCENSORES.

Los ascensores mas antiguos que podemos aún encontrar en edificios, están controlados por cuadros de maniobra a base de relés y contactores.

Después de una maniobra mas o menos compleja, el gobierno del motor se hace a través de dos contactores formando un circuíto inversor de corriente. Un contactor alimenta el ascensor para que suba y otro para que baje, invirtiendo dos de las tres fases de corriente.

Cuando el ascensor se ha de mover, un electrofreno es alimentado a través de unos contactos auxiliares de los contactores, conectados en paralelo, implementando una sencilla función lógica OR.

Mas reciente es el sistema de motores de inducción asíncronos de doble bobinado. El motor lleva un doble bobinado en el estator. Hay dos contactores mas aparte de los dos que forman el sistema inversor. Uno de ellos alimenta un bobinado de mas polos que el otro, de modo que el ascensor funciona a velocidad de contrato (velocidad nominal) hasta que la cabina llega cerca de su destino.

En ese momento, el sistema conmuta la alimentación al segundo bobinado que, al ser de mas polos magnéticos, hace que el ascensor reduzca su velocidad a un valor de velocidad de nivelación.

Cuando finalmente, el ascensor llega al nivel de la planta, el motor y el electrofreno se desactivan y la cabina para con mayor precisión y confort de viaje para el pasajero, que el sistema anterior. 

El siguiente paso fué el sistema de control de tensión variable usando el método Ward-Leonard es ascensores de alta gama. La velocidad de la cabina se puede variar de forma continua y ya no de modo discreto (un o dos velocidades).Se usó poco en edificios residenciales por el coste muy alto del sistema electromecánico.

Una nueva generación de ascensores de velocidad variable se basa en el control de motores usando variadores de frecuencia y tensión (control VF).

Es sistema ha evolucionado desde los inversores a base de SCRs hacia el uso de los GTO que permiten diseñar sistemas mas rápidos por la posibilidad de provocar el corte del dispositivo a base de excitación de puerta en vez de tener que disminuir la intensidad objeto del control.

Hoy en día se usan inversores a base de IGBT (transistores bipolares de puerta aislada), que trabajan adecuadamente en conmutaciones de alta potencia con frecuencias de conmutación de 20KHz o mas. 

A nivel comercial, algunas empresas usan variadores comerciales de marcas como Siemens, Vacon o Fuji y otras, sistemas de diseño propio pensados especialmente para ascensores, que cuentan con recursos y modos de trabajo específicos para estos; consiguiendo unos niveles de comfort de viaje en arrancadas y paradas de cabina dificilmente logrables con variadores genéricos.

Por ejemplo, algunos variadores cuentan con un control vectorial en lazo cerrado que reciben datos de un encoder de posición, situado en el eje del motor principal, de una célula de carga situada bajo la cabina y del consumo de dos de las tres fases del motor.

A partir del procesamiento de todos esos dato, el variador ajusta la curva de tensión-frecuencia para adaptarse a la carga que transporta, al desequilibrio en el peso de los cables de tracción (hacia cabina y contrapeso), etc.

Se consiguen así, no solo unos niveles altos de confort para el pasajero. También se optimiza tremendamente el consumo de los motores (sobre todo en los momentos de aceleración y en velocidad nominal cuando existe desequilibrio entre cabina y contrapeso con el ascensor totalmente vacío o totalmente lleno).

 

El consumo en los ascensores es muy importante por razones comerciales. Lo ecológico vende y eso lo saben muy bien las principales compañías del sector que se afanan, día a día, en demostrar que son los mejores en cuanto al ahorro y el respeto al medio ambiente.

La tendencia mas actual está en el empleo de máquinas de tracción directa, sin engranajes, motores síncronos de imán permanente, sustitución de los cables de tracción, tradicionalmente de acero, por cintas de acero recubierto de poliuretano y, sobre todo, el empleo de la electrónica de control al máximo nivel.

 

Ultimas tendencias::

Cuando un ascensor sube vacío o baja muy lleno, se mueve por desequilibrio. El peso de la cabina o del contrapeso mueven al motor, que deja de ser tal para convertirse en un generador de corriente.

Se suelen usar unas resistencias de carga de gran potencia para absorber esa energía. El sistema electrónico de control decide cuando ha de conectar esa carga que frenará el sistema sin necesidad de aporte de potencia desde la red.

La energía generada por el motor a partir de la energía potencial del sistema mecánico es disipada en forma de calor.

Sería muy interesante aprovechar esa energía eléctrica para volverla a usar, ya sea revertiendo de nuevo en energía potencial al ascensor o cediéndola al edificio para otros usos.

Eso es lo que presenta la compañía Otis con sus controles VF regenerativos ReGen.

Cuando el motor genera energía, esta se convierte de nuevo en alterna a partir de inversores, se sincroniza con la tensión de la red y se inyecta en el sistema eléctrico del edificio para ser

usado en las zonas comunes.

http://www.otis.com/site/es-esl/Pages/ReGenDrive.aspx

Aquí se puede ver la información comercial de la compañía sobre el sistema RegenDrive.

El video es muy ilustrativo.

 

Otro sistema es el Switch.

https://www.youtube.com/watch?v=IkbgXxVjyEc

El variador de frecuencia se alimenta a partir de unas baterías. Cuando el motor produce energía, esta se emplea en cargarlas, usando el consumo de carga como freno.

El aporte de la red se limita a tener siempre cargadas las baterías, con un consumo máximo de 500W y 220V monofásico, proporcionando grandes ahorros por bajo consumo y por reducción drástica de la potencia contratada.

 

La tendencia del futuro a corto o medio plazo pasa por la innovación en el campo de la electrónica de potencia y control.

La tecnología electromecánica ha alcanzado ya un gran nivel de madurez y existe una gran inercia a nuevas aportaciones que, además, suelen llevar aparejado un coste económico muy alto.

En cambio, la electrónica es un sector mas dinámico, menos inerte en cuanto a la innovación y con posibilidad de mejorar los productos enormemente reduciendo, incluso, el coste de desarrollo y producción del sistema final en la misma innovación que aumenta las prestaciones del producto.

Con electrónica resulta muchísimo mas barato conseguir mas comfort de viaje , menos ruido (empleo de dispositivos de estado sólido para funciones que antes hacían relés), mas prestaciones, menos consumo, mas imagen para el usuario, etc.

Eliezer Acuña

 

 

 

Publicado en Sin categoría | Deja un comentario

Sistemas de masas en circuitos complejos

Todos tenemos una idea de la utilidad de la red de masas en una máquina o en la maquinaria de un sistema de producción. Conectamos a cierto punto todas las conexiones negativas de diferentes partes de un sistema con dos finalidades.

Por un lado porque nos interesa tener una referencia de tensión a la que llamaremos cero voltios para poder medir y calcular el voltaje de otros puntos del circuito a partir de ahí.

Además, por otra parte, intentamos que el potencial en ese punto sea estable.

¿Alguien ha intentado hacer que subiese la marea vaciando cubos de agua en el mar?. No lo intentes. No conseguirás nada. El mar es demasiado grande.

Del mismo modo, si conectamos el hilo de masa a la tierra (¡al planeta, vamos!) no podemos hacer variar el potencial de la tierra.

Así nos aseguramos que, incluso cuando algo falla y se conecta accidentalmente a masa algo que no debería estarlo (como el bobinado de un motor quemado, por ejemplo) el voltaje en ese punto no es peligroso.

En el siguiente dibujo podemos ver un esquema muy simplificado del sistema de alimentación de una instalación compleja.

En la parte de más abajo aparece la red de tierra. Existe una pica de tierra en el edificio que en el esquema tiene una resistencia en serie de 50 ohmios. Es un valor que  puede medirse en muchas instalaciones.

Conectado ahí, va un conductor de masa a las diferentes partes del sistema.

La tierra suele ser un cable color verde y amarillo que recorre todo los circuitos dando referencia negativa a placas de maniobra y protección a carcasas de máquinas, cuadros, etc.

Es posible que entre el principio y el final haya cierta resistencia. Por eso ponemos, insertadas en la línea de tierras, unas resistencias pequeñas; de un ohmio.

En la parte izquierda del esquema tenemos las diferentes alimentaciones. Y en el resto aparecen de forma muy simplificada, como una simple resistencia equivalente, los diferentes circuitos.

Imagen1

Se han puesto puntas de medida en paralelo con la carga de cada uno de los circuitos.

La resistencia R9, en paralelo con la R7 tiene un valor muy alto y se pone porque, solo con variar su valor, nos permitirá simular un cortocircuito en uno de las cargas.

Veamos lo que sale usando un programa de simulación electrónica (OrCAD):

Imagen2

Las tensiones de los dos circuitos de alterna tienen el valor esperado.

Pero las tensiones de los circuitos de continua presentan oscilaciones que, en el caso de la de 5V son demasiado grandes para que el circuito funcione sin fallos .

Imagen3Vamos a ver ahora lo que pasaría si la bobina de un aelectroválvula, por ejemplo, se pone en cortocircuito. Para ello variamos el valor de R9 a 0.1 ohmios.

Imagen4La alimentación de 5 voltios pasa a ser de doscientos, provocando daños permanentes en las placas electrónicas.

 

 

 

Este circuito está mal diseñado. La resistencia de las líneas de tierra provoca una alimentación de mala calidad que impide el buen funcionamiento y un cortocircuito provocará daños en la electrónica del sistema.

Imagen5Intentaremos arreglarlo. Parecería que la solución sería aumentar mucho la sección de los cableados de tierras para que desaparezcan los dos valores de 1 ohmio del resto del conexionado de masas.

En realidad simplemente hemos de ordenar el circuito de masas. Mas práctico y mas barato.

Imagen6

Ahora la toma de tierra estará conectada a una regleta que llamaremos masa de protección. La rejilla azul representa la carcasa de protección de un elemento eléctrico de alto voltaje (por ejemplo, un motor. La resistencia de 1 megaohmio representa la resistencia de aislamiento de su bobina).

A esa regleta van conectadas otras dos regletas llamadas masa de potencia y masa de control.

A la masa de control conectaremos la parte negativa de las pequeñas alimentaciones de corriente continua y a la masa de potencia las alimentaciones de más voltaje en alterna.

Volvemos a simular el circuito.

Imagen7

Veamos en detalle las alimentaciones de continua. Particularmente la de 5 voltios. Es perfectamente estable.

Imagen8

Y ahora la prueba definitiva.

Reduciendo la resistencia de aislamiento del circuito de 200V ac a tierra a solo 0.1 ohmios, (derivación a masa de la bobina de freno) podemos ver que las alimentaciones permanecen estables.

Imagen9

El cortocircuito provocará fallos en el sistema pero ninguna placa resultaría dañada permanentemente.

Esto demuestra que es fundamental una buena conexión de tierra.

Sigamos las indicaciones de los manuales de los fabricantes de equipos.

Si al montar cierto dispositivo tenemos instrucciones de conectar en cierta regleta o tornillo conectémoslo exactamente ahí. Puede parecer que todos los hilos de masa son el mismo punto pero no es exactamente así.

 

Si no respetamos las indicaciones de los manuales, en cuanto a los circuitos de tierras o masas crearemos problemas y daños en los materiales electrónicos, pérdida de tiempo, trabajo extra de montaje o mantenimiento y muchos quebraderos de cabeza al personal técnico con averías esporádicas e intempestivas.

 

Eliezer Acuña.

Publicado en Sin categoría | Deja un comentario

Análisis y ajuste de equipos de sonido con imPULSE LITE

Sin título1El ordenador es, hoy en día una ayuda inestimable en el ajuste, manejo y configuración de equipos de sonido en vivo. Existen programas específicos como Smaart que nos dan la capacidad de hacer diferentes medidas de audio y micrófonos específicos para medida a precios asequibles. Entre los programas disponibles tenemos uno de licencia libre llamado imPULSE LITE desarrollado por una empresa gallega (Red Rocks Audio) que se puede descargar libremente en si página web. Desgraciadamente, el desarrollador no nos ofrece un manual de uso. Pero para quien está familiarizado con otros programas como Smaart el manejo y el sistema de conexión del sistema es bastante intuitivo. Veremos dos tipos de medidas, su utilidad y la forma de hacerlas. Se trata del análisis de espectro y análisis de transferencia del sistema. CONFIGURACIÓN DEL PROGRAMA: Cuando entramos en el imPULSE nos aparece una ventana con 6 pestañas que habilitan otras tantas funciones. Sin título2La primera pestaña se llama “setup” y ahí será donde empecemos a configurar la tarjeta de sonido y el programa.

Sin título3Donde pone “audio hardware setup” pulsamos para entrar en la pantalla donde elegimos la tarjeta de sonido que queremos usar, el número de bits y la frecuencia de muestréo.

Yo uso una Edirol UA-101 con un sample rate de 44,1KHz y 16 bits. Le damos a OK y salimos de nuevo a setup.

En la parte superior derecha de la pantalla tenemos un generador de tonos y ruidos de prueba muy útil. Con el podemos generar ruido rosa , blanco, ondas senoidales o triangulares de cualquier frecuencia y pulsos. En principio vamos a elegir ruido rosa (pink noise) en “signal type”.

Conectamos una de las salidas de la tarjeta (usaremos el ruido rosa en mono) a un canal de entrada de la mesa. Nos fijaremos que el canal esté plano sin ningún tipo de ecualización. Pulsamos en la tecla de arriba y si tenemos todo bien conectado, debería sonar. Con el deslizante que hay en “out level” ajustamos mas o menos nivel de salida y en la mesa ajustaremos para no saturar el canal y tener un nivel de prueba similar a lo que va a ser el nivel del evento. Llegados a este punto podemos ponernos a jugar un poco con los controles del generador y veremos que podemos poner “sine” para tener un tono senoidal y cambiar la frecuencia y que podemos poner pulsos ajustando la duración del pulso y el intervalo de silencio….. En fin. Jugando, jugando se aprende mucho.

Una vez que tengas controlado el generador fíjate que la parte de abajo de setup hay un práctico vúmetro que puedes encender con la tecla “vu” así como cambiar la escala en las dos flechas de al lado. Conectaremos en el canal izquierdo de la tarjeta de sonido un micro de medición (por ejemplo el ECM8000) cuidando de que esté activada la alimentación phantom. Enciende el vúmetro y dale a la tecla “start”. El vúmetro deberá reflejar el sonido del micrófono en la barra “input”.

La barra “reference, de momento no marca nada. Ahora conectamos la salida derecha de la tarjeta a la entrada derecha. Será nuestra señal de referencia y si todo está correcto, ahora en el vúmetro se nos moverán las dos barras. ANÁLISIS DE ESPECTRO: Ya tenemos las conexiones correctamente y ahora vamos a abrir la pestaña “Spectrum analizer”. Nos aparece esta otra pantalla: Sin título4Como podemos ver tenemos una escala horizontal en Hz y otra vertical en dB. Abajo tenemos dos teclas que ponen “Show reference” y “Show imput”. Con Sow input activamos la gráfica del espectro del sonido que recoge el micro. Pon música y verás como se mueve. ¿Demasiado rápido?. Puedes darle “mas inercia” variando donde pone “average”. Con un valor de 10 se ve bastante bien.

Variando donde pone “Smooth” suavizamos la linea o hacemos que muestre barras verticales. A mi me gusta en 15 puntos.

Si tienes algún micrófono conectado hazlo acoplar y verás que aparece un pico, como en la figura, que te indica a que frecuencia está acoplando. Con el ratón señala el pico y verás arriba a la derecha el valor de frecuencia en Hz y ganancia en dB. Puedes usar la tecla “capture”, arriba, para congelar y memorizar la gráfica y almacenar varias gráficas usando las teclas OVL1 a OVL4.

Juega con esto un ratito hasta que lo controles.   Usa el ecualizador general del equipo para bajar 6 dB en esa frecuencia y verás como el micro acopla menos. ¿Ves como esto es útil?.   Usa los dos controles de la derecha y verá que con “ceil” puedes variar el valor superior de la vertical para exagerar mas las gráficas y con “Floor” puedes variar la inferior. De esta forma puedes situar mas centrada la gráfica y ampliarla mas o menos en pantalla.

Si tienes puesta música verás que las gráficas reference e input se parecen pero no son exactamente iguales. Es la diferencia entre el audio que mandas al equipo para que reproduzca y lo que realmente escuchan los espectadores. Si el equipo de PA fuese perfecto, las dos gráficas serían exactamente iguales. Eso es lo que tendremos que lograr con el ajuste. Pero no usaremos esta pantalla para eso.

FUNCIÓN DE TRANSFERENCIA: Es mas útil y perfecto usar otra utilidad del programa que se llama función de transferencia. Para eso vamos a abrir la pestaña “Transfer function” y aparecerá otra pantalla como la de la figura siguiente:

transferenciaAquí ya no aparecen dos gráficas. Solo hay un trazo que indica la diferencia entre las señal de referencia y la entrada del micro.

Donde haya valles, será que en esa frecuencia el nivel que se escucha es menor que lo que debiera y donde haya crestas será que el equipo reproduce exageradamente esa frecuencia.   Usaremos el ecualizador para compensarlo. Bajando mas bien las crestas que subiendo los valles.

Cuando los valles son estrechos y pronunciados indicarán, probablemente, cancelaciones de fase. No te obsesiones en aumentar y aumentar el nivel ahí porque no puedes hacer mucho. Las cancelaciones no dependen del nivel. Si señal cancela a señal, doble de señal cancelará a doble de señal. Quizá sea mas cuestión de mover cajas o alinear (fisicamente o con delay) varias vías.

Tampoco te obsesiones por conseguir una respuesta plana de 20 a 20000Hz. Posiblemente ni tu  equipo ni tus oidos funciones para todas esas frecuencias.   Se supone que deberíamos conseguir una respuesta plana +/-3dB (hasta 6 dB de diferencia entre valles y picos) al menos para considerar que cubrimos el ancho de banda.

Al igual que en el análisis de espectro, también aquí puedes variar la velocidad y escala de la gráfica. También puedes congelarla. Puedes imprimir las gráficas o guardarlas imprimiendo a un archivo o usando un programa de creación de PDF. Por ahora creo que es suficiente.   A partir de esto prueba y prueba hasta que te guste el resultado. Cuando ajustes el ecualizador dale al bypass y compara. ¿Suena mejor ahora?. Cuando consigas tener el equipo mas o menos plano piensa si te gusta así. Quizá te guste aumentar un poco los graves sobre los agudos o usar una gráfica en forma de V suave (sobre todo cuando se usan niveles bajos como en música ambiental).

Eliezer Acuña

Imagen | Publicado el por | Deja un comentario