Telemetria

Boletín TecSim Año 2, Número 12

Por: MBA Ing. Adolfo Jimmy Saldivias

Diciembre 2000

Índice Telemetría Telemetría............. .......................... ........................... ........................... ........................... ........................... .................2 ....2 ¿Qué es?................................... es?................................................. ............................ ........................... ........................2 ...........2 HMI........................ HMI...................................... ............................ ............................ ............................ ............................4 ..............4 Radio Modem............ Modem........................... ............................. ............................ ............................ ........................5 ..........5 Estacion Remota por Radio..........................................................8 Arquitect Arquitectura ura ........................... ......................................... ............................ ............................ ..........................8 ............8 Espectro de Radiofrecuencia........................................................9 Refarming Refarming ............................ .......................................... ............................ ............................. ..........................10 ...........10 Radio o No Radio: He ahí el dilema dilema .......................... ........................................ ................11 ..11 Antenas Antenas ........................... ......................................... ............................ ............................ ........................... .................11 ....11 Horizontes................ Horizontes.............................. ............................ ............................ ............................ ........................12 ..........12 Linea de Vista Vista ........................... ......................................... ............................ ............................ .....................13 .......13 Potencia.............. Potencia............................ ............................ ........................... ........................... ............................ .................13 ...13 Postre Postre Matemátic Matemáticoo ............................ .......................................... ........................... ...........................14 ..............14

¿Qué quiere que me are dónde? ¿A enviar las señales hacia dónde? ¿Que lo quiere cuándo?

“Porque has mostrado a los sencillos, cosas que escondiste a los sabios y entendidos” Lucas 10, 22 MBA Ing. Jimmy Saldivias

Telemetría En este numero introduzco conceptos de telemetria que le permitiran conocer las ventajas de este sistema de medicion. La telemetria no es un concepto nuevo. Sin embargo, la forma como se usa en la actualidad si tiene mucho de novedad. Como toda especialidad tiene su lenguage propio. Bienvenido al mundo de la telemetría. Jimmy Saldivias es Ingeniero Electrónico y Master en Administración de Empresas. Es Gerente de TecSim, desde donde da servicios de asesoría en sistemas automáticos de control industrial, cursos de entrenamiento técnico con enfoque holistico.

Un estudio reciente ha determinado que más del 50% del equipo automático instalado en sistemas de telemetría y telecontrol, es operado normalmente en la posición MANUAL por el personal responsable. Cuando se averiguaron las razones de este hecho tan singular, una de las más populares fue: “Falta de confianza por parte del usuario en la Tecnología”. A mí me llamó mucho la atención este resultado. Principalmente me llevo a reflexionar entre las diferencias en Tecnología “avanzada” y Tecnología “adecuada”. Entendemos por Tecnología “avanzada” todo aquello que se pone de moda en el mundo tecnológico. Y que deseamos comprar “porque mi competidor – amigo, conocido, cuñado- se compro uno igualito, y le esta yendo súper bien”. Entendemos como Tecnología “adecuada” aquella que se adapta perfectamente a mi actual aplicación, y que me va a servir para incrementar la productividad de mi trabajo en xx%, según mi mejor evaluación con los datos que tengo a la mano ahora. Como empresa que vive con la Tecnología todos los días, nos interesa utilizar los productos mas recientes –tecnológicamente hablando- lanzados al mercado. Generalmente esta política nos permite ofertar productos de menor costo y mayor funcionalidad. Atención en la palabra “Generalmente”. En alguna ocasión mis clientes me han escuchado decir: “no lo compres, aunque yo lo venda, sencillamente no lo necesitas” o “puedes seguir trabajando con lo que tienes un tiempo más”.

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Deseo que mis lectores puedan discernir entre ambos tipos de Tecnología, cuando estén frente a una decisión de compra. Por principio de cuentas, si no lo entiende, mejor no lo compre. Tómese el tiempo para entender los dispositivos que va a utilizar para medir su proceso, para analizarlo, para comunicarlo. Aunque todos sufrimos el síndrome de “lo quiero para ayer”, estos momentos invertidos en escarbar conceptos, alternativas y especificaciones son una buena inversión. Le ahorraran muchos dolores de cabeza en el futuro. Las aplicaciones de telemetría no son una excepción a esta regla.

¿Qué es?

Un buen inicio para entender la telemetría es saber que significa esta palabrita. Es una palabra compuesta por 2 raíces: v Tele = a distancia v Metria = medición. La telemetría entonces, se define como un sistema con capacidad de realizar mediciones a distancia. Otro término muy utilizado para mediciones a distancia es “mediciones remotas”. Aplicaciones tipo de telemetría son: o Medición de presión y temperatura en un pozo o Medición de nivel en tanques de agua o Medición de caudal

Cochabamba, Venezuela E-0866, [email protected], fax 523413, tel 523438

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“Porque has mostrado a los sencillos, cosas que escondiste a los sabios y entendidos” Lucas 10, 22 MBA Ing. Jimmy Saldivias Además de las mediciones existen otras aplicaciones que implican control. A estas aplicaciones se les denomina aplicaciones de Telecontrol. Nuevamente, usted puede deducir que es una palabra compuesta y lo que significa. En ingles, a los sistemas de telemetría y telecontrol se les llama SCADA, que son las primeras letras de la frase: Ø Supervisory Ø Control Ø And Ø Data Ø Acquisition Es decir, traducido al castellano, Sistema de Adquisición de Datos y Control Supervisorio.

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Los equipos ilustrados son de la marca Smar y están trabajando bajo Foundation Fieldbus. Esto obviamente es solo un ejemplo, ya que se puede trabajar con equipos de cualquier marca bajo un esquema de control más convencional como ser señales de 4-20 mA, HART o de otro tipo. Un equipo que centraliza estas mediciones. Este equipo generalmente se conoce con el nombre de RTU, abreviación de las palabras Remote Terminal Unit. En ocasiones se prefiere el uso de PLCs en lugar de RTUs. Generalmente esto se hace porque ya hay una base instalada de PLCs, o porque los datos a recoger y el numero de estaciones son pocos. En instalaciones nuevas o con muchos puntos a monitorear, se prefiere el uso de RTUs, debido a que sus protocolos de comunicaciones son más eficientes cuando se trata de sistemas de telemetría y telecontrol. Un equipo que transmite las mediciones.

Para que exista una aplicación de telemetría entonces, se necesitan 3 elementos: 1. Generador de Información 2. Consumidor de Información 3. Distancia entre ambos

El Generador de Información –que también se llama “Estación Remota”- generalmente esta compuesto por: o Sensor en campo. En la figura se han ilustrado sensores de Presión, Temperatura, Flujo, así como accionadores posicionadores para válvulas.

El Consumidor de Información –que también se llama “Central”- generalmente esta compuesto por: o Un equipo para que el operario o la persona responsable pueda ver la lectura del campo. Este equipo también puede usarse para registrar los valores históricos que tomo la variable de proceso, o para dar alarma en caso de que la lectura salga de los limites seguros.


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“Porque has mostrado a los sencillos, cosas que escondiste a los sabios y entendidos” Lucas 10, 22 MBA Ing. Jimmy Saldivias Este equipo puede ser una computadora, o un registrador sin papel o un sistema de control. o Un equipo para recibir la transmisión que viene del campo. La Distancia que media entre el Generador de Información y el Consumidor, se cubre por cualquiera de los siguientes medios físicos disponibles: o Cable de cobre o Fibra óptica o Línea telefónica privada o Línea telefónica publica o Radio En los sistemas de gran cobertura de tipo SCADA, se usa un medio de monitoreo remoto de eventos así

Central

En la central, esperamos ver un equipo PC con un software de tipo HMI.

como de control de equipos en áreas donde no hay seres humanos. Como se puede ver de lo anterior, durante el diseño del sistema, se integran componentes muy diversos. Por ejemplo, sensores y dispositivos de medición, controles de motores, PLC o controladores lógicos programables, una red de comunicaciones que junte todos estos elementos, una computadora que haga las veces de anfitrión y finalmente un software de tipo HMI (Human Machine Interfase). En ocasiones, tanto el hardware como las comunicaciones se juntan en un solo paquete dentro de un gabinete que puede instalarse a la intemperie siguiendo las normas NEMA. A veces nos referimos a este conjunto de equipos como RTU es decir Remote Terminal Unit.

HMI o Human Machine Interfase, es un software de aplicación que puede ser desarrollado por el usuario en lenguajes populares como Visual Basic, o puede ser un paquete orientado a aplicaciones SCADA como ser iFix de Intellution, Aimax, InTouch de Wonderware o cualquier otro software disponible comercialmente. La función de la HMI es permitir que el usuario vea el proceso de una forma amigable. Por esta razón, el software de HMI debe tener la capacidad de desplegar gráficos del proceso o mejor aun, fotografías de los equipos a monitorear. Sobre los gráficos se acostumbra poner cuadros con los valores numéricos que corresponden a cada variable.


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“Porque has mostrado a los sencillos, cosas que escondiste a los sabios y entendidos” Lucas 10, 22 MBA Ing. Jimmy Saldivias Estos valores a su vez, suelen tomar diferentes colores en función del estado de la variable: si todo va bien, se ponen de color verde o negro, si las cosas se ponen peliaguda, se cambia el color de las variables a rojo, con el fin de llamar la atención del usuario. Un software de tipo HMI se corre sobre una computadora de tipo PC (Personal Computer). Debido a la gran potencia de los actuales procesadores, se puede decir que prácticamente cualquier computador, esta apto para aceptar un software de tipo HMI.

En la actualidad, la familia de Windows NT, esta siendo reemplazada por Windows 2000. La computadora que corre el software HMI, se conecta mediante un cable de tipo RS232 a un radio modem.

Radio Modem El radio y el modem, son dos equipos necesarios para establecer la comunicación en sistemas vía radio. En la actualidad se pueden juntar los 2 equipos en uno: el Radio módem. El radio módem es un conjunto de 2 equipos: un radio y un MODEM. Cada uno de estos 2 equipos tiene una función especifica que pueden realizar por separado o en conjunto.

Solo Modem

Antiguamente, se utilizaba el sistema operativo Unix para realizar aplicaciones de tipo HMI. En la actualidad, hay tanto paquetes bajo Unix, como bajo Windows, o bajo Linux. Se debe recordar que dentro de todos los sistemas operativos disponibles fabricados por Microsoft, el más confiable es Windows NT. Manténgase alejado de los Windows 95 o 98, famosos por la “pantalla azul de la muerte”, así llamada a la pantalla que le dice que el sistema debe ser reinicializado.

A la izquierda se puede ver el puerto RS232 para conectar el cable que proviene de la computadora. Este modem trabaja transmitiendo datos según el modo de operación Bell 202, a una velocidad de 300 hasta 1200 baudios (pulsos por segundo). La caja es de acero, como corresponde a equipos que se usan en aplicaciones industriales. La función del modem es convertir las señales digitales que salen del computador en señales de tipo analógicas que se pueden transmitir por radio. Para demostrarle lo que hace un MODEM le pediré que haga un experimento conmigo. Antes de hacer el experimento, cierre la puerta de su oficina con llave. Ahora, repita conmigo:


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“Porque has mostrado a los sencillos, cosas que escondiste a los sabios y entendidos” Lucas 10, 22 MBA Ing. Jimmy Saldivias Ti, ti, ti, ti, ti, ti. To, to, to, to, to, to. ¿Notó alguna diferencia entre decir “ti” y decir “to”? Cuando usted dice “ti”, el sonido que emite es un sonido “femenino” o de alta frecuencia. Cuando dice “to” es un sonido “masculino” o de baja frecuencia.

Dos sonidos diferentes como estos, nos pueden servir para codificar señales binarias. Vale decir, que yo puedo transmitir señales de tipo 0 y 1, si asigno, por ejemplo “ti” a 1 y “to” a 0. Esto es precisamente la función de un MODEM. Los primeros módems que se inventaron, tenían por misión, tomar un valor de 0 binario, y volverlo To. A los valores de 1 binario, los convertían en Ti. Y luego, transmitían estos datos por teléfono.

Solo Radio

El radio tiene conexiones para recibir la señal del MODEM así como alimentación de energía. En la salida tiene un conector para el cable que ira conectado a la antena. Por eso, si usted alguna vez ha levantado un teléfono al cual esta conectado un MODEM (o un fax), habrá escuchado: “triiiiiiii, troooooo, triiii, tooo”. En realidad lo que esta escuchando son ruidos de alta frecuencia codificados.

Los gringos inventaron un nombre sumamente complicado para esto: FSK. FSK es la abreviación de Frequency Shift Keying. Estas 3 palabras significan en español: Codificación por Cambio de Frecuencia. La razón por la que se usa el cambio de frecuencia es porque esta Tecnología de codificación de señales, a diferencia de la codificación por amplitud, es muy resistente a la contaminación por ruido. La otra razón por la que se usa es de tipo histórico. Los primeros módems se inventaron para transmitir datos de una computadora a otra mediante las líneas telefónicas. Las líneas telefónicas fueron el primer recurso que se utilizo por la sencilla razón de que estaban ahí. Y como dice el dicho: ¿dónde se sienta un gorila de 400 kilos? Donde le da la gana! En este caso, el gorila de 400 kilos era el sistema telefónico norteamericano, que estaba tan difundido y tenia tanto peso que hacia lo que le daba la gana. Y el resto tenia que acomodarse a el. En este caso, las computadoras tuvieron que adaptarse al sistema telefónico. Y como el sistema telefónico fue concebido para transmitir voz humana, solo tenia un rango chico de sonidos que podía transmitir. El MODEM aprovechó ese rango tan chico de sonidos para transmitir datos, y lo hizo de una forma estupenda. Por cierto, MODEM es una abreviación de 2 palabras y significa: MOdulador DEModulador. Se le dio ese nombre porque tomaba una señal eléctrica y la “modulaba” para que se convirtiera en un sonido, y al otro lado de la línea telefónica, existía otro equipo que la demodulaba (o desmodulaba) para volverla nuevamente a una señal eléctrica. En conclusión, el MODEM, tiene la función de convertir los pulsos eléctricos de tipo 1 y 0 que salen de su computadora, en señales de diferente frecuencia, que son adecuadas para transmitir por un medio analógico. Además del MODEM, un sistema de transmisión de datos, necesita un RADIO para realizar la transmisión de datos. El radio sirve para convertir sus señales eléctricas a ondas electromagnéticas que se pueden transmitir por el espacio a grandes distancias. Cabe recordar que las ondas de radio se cansan como todo el mundo.


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“Porque has mostrado a los sencillos, cosas que escondiste a los sabios y entendidos” Lucas 10, 22 MBA Ing. Jimmy Saldivias Su cansancio se llama “atenuación”. Las ondas de radio sufren atenuación en su viaje por el espacio. Por esta razón, si la distancia a viajar es muy larga, se necesita utilizar lo que se llaman REPETIDORAS.

Las repetidoras toman la señal débil que les llega y la vuelven a generar, pero ahora con mayor fuerza, para ser retransmitida, y que siga su Feliz Viaje hasta la antena receptora final. Por medio del uso de estaciones repetidoras, uno puede extender la distancia de su sistema de telemetría, prácticamente sin limites. La atenuación de las ondas de radio es un fenómeno que todos hemos experimentado cuando viajamos en carro de un lugar a otro. A medida que usted se aleja de la ciudad, escuchando su radio favorita, experimentara una perdida de la señal de radio. Las señales de radio no se pierden de un solo trancazo, sino que por el contrario, van desapareciendo lentamente, hasta que finalmente usted no las puede oír mediante su receptor. Otro factor que limita el alcance de las ondas de radio son los obstáculos.

Las ondas de radio se transmiten en línea recta. Por esto, tomando en cuenta que la tierra es redonda, existe lo que se llama la Línea de Vista, que es la distancia que pueden viajar las ondas de radio, antes de ser perdidas de vista por la antena receptora.

El ultimo elemento de importancia en una estación de telemetría, es la antena de radio.

Radio Modem

El radio MODEM, junta las 2 funciones en un solo equipo. El equipo mostrado Data Radio T-96R es una pequeña maravilla. Tiene una potencia de salida ajustable de entre 1 a 5 watts.

Valor en fabrica USA U$ 1075

Las señales de radio no pueden atravesar montañas, es por esta razón que cuando usted pasa una loma, su radio se escucha menos que si estuviera encima de la loma.

La antena de radio, se denomina en este caso “omnidireccional”. Esta palabrita esta compuesta por 2 términos: Ø Omni: todo Ø Direccional: dirección Generalmente las antenas de radio que se usan en una central, son de tipo Omnidireccional.


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“Porque has mostrado a los sencillos, cosas que escondiste a los sabios y entendidos” Lucas 10, 22 MBA Ing. Jimmy Saldivias Esto significa que las antenas de la estación central, pueden recibir señales de radio desde cualquier dirección que provengan. Por contraposición, en las estaciones remotas de un sistema de telemetría, existe otro tipo de antenas que se denominan antenas direccionales. Una de las más populares es la antena Yagi, como veremos a continuación.

Estación Remota por Radio

En la estación remota se encuentran los dispositivos de campo que miden las variables de interés: Ø Nivel Ø Temperatura Ø Caudal Ø Presión Ø Dewpoint Ø Humedad O los dispositivos que van a ser actuados por el sistema: Ø

Bombas Ø Válvulas Ø Arrancadores Ø Variadores de Velocidad Ø Generadores Todos estos dispositivos, están conectados a un PLC o a una RTU, que hacen las veces de “centralizador” de la información. Estos centralizadores de la información, tienen un puerto de comunicaciones RS232. A este puerto, se conecta mediante un cable, el Radio MODEM. El radio MODEM se conecta mediante otro cable a la Antena. La antena que se usa en las estaciones remotas, es diferente a la antena que se usa en la Central. Es una antena de tipo YAGI. Yagi es el nombre del señor japonés, que después de invertir muchas horas en el estudio de las ecuaciones matemáticas que tratan con la transmisión de ondas electromagnéticas, llego a un diseño de antena muy fácil de fabricar y muy eficiente en términos del uso de potencia entregada para transmitir. En su honor, se bautizaron estas antenas con el nombre de Yagi. No, Yagi no tiene nada que ver con el oso Yogi. Las antenas Yagi, permiten “enfocar” la señal en una dirección determinada. Generalmente se enfocan en dirección hacia la Central, o hacia el punto donde se encuentra una repetidora si fuera necesario. Ø

Arquitectura Los sistemas de telemetría en su gran mayoría son del tipo “encuesta”, termino derivado del nombre que reciben en ingles POLLED. En un sistema con arquitectura de tipo encuesta, el sistema Central es quien inicia todas las secuencias de transmisiones.

Motores


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“Porque has mostrado a los sencillos, cosas que escondiste a los sabios y entendidos” Lucas 10, 22 MBA Ing. Jimmy Saldivias En otras palabras, si el sistema Central NO pregunta, NADIE puede contestar. No hay reportes de status del sistema remoto a menos que el sistema central pregunte. El sistema central puede realizar su encuesta cada pocos segundos, o cada varios minutos o a determinadas horas. Que tan frecuentemente se realice la encuesta, depende de que tantas actualizaciones de datos sean necesarias. Como alternativa a los sistemas Encuestados, existen los sistemas que se denominan de Reporte por Excepción. Un sistema con arquitectura de Reporte por Excepción, puede usarse cuando no es necesario tener actualizaciones continuas de la operación de un equipo en un lugar remoto. En los casos de Reportes por Excepción, los equipos remotos envían actualizaciones de su estado, solo cuando ocurre un “cambio de estado”. A menudo, entre un sitio remoto y otro, no existe rango de radio, por lo cual se pueden producir colisiones de señales en el aire, cuando varios equipos intentan transmitir en forma simultanea. En estos casos, los equipos de radio deben estar provistos de un sistema que pueda evitar y recuperarse de estas colisiones. Por supuesto que esto incrementa el costo y la complejidad de un sistema. Esto también puede llevar a un desempeño que no sea tan bueno. Este problema se complica aun más cuando en el futuro se piensa expandir la misma red.

Cada una de estas radioemisoras, debe cancelar una cantidad mensual por el uso de la radiofrecuencia. Cuando usted usa la radio para transmitir datos, debe tener en cuenta si la frecuencia que va a utilizar ha sido empleada por alguien más. Y debe considerar pedir permiso al ente regulador de su zona, para la frecuencia que desea utilizar. También es bueno que sepa, que no todas las frecuencias de radio están reguladas. Existe una banda de frecuencias que no necesitan permiso para funcionar. Esto le ahorra dinero, en el sentido de que no debe pagar una licencia de uso mensual. Pero al mismo tiempo, por ser una zona abierta, puede ser que otras personas también la estén usando y metan ruido en su transmisión de datos.

Frecuencias de Radio Comercial Radio FM

Frecuencia Modulada 88 a 108 Mhertz

Radio AM

Amplitud Modulada 530 a 1600 Kilohertz

Otras Frecuencias de Radio VHF

Very High Frequency (en ingles) 150-174 Mhertz Elimina los problemas como los ruidos hechos por el hombre por autos y líneas de energía.

UHF

Ultra High Frequency 450-470 Mhertz Es la mas usada en los últimos años, gracias a la cantidad de canales disponibles. Es absorbida por el follaje y los árboles, pero penetra mejor en los edificios.

Espectro de Radiofrecuencia El espectro de radio frecuencia, comprende todas las frecuencias que pueden ser utilizadas para transmitir por radio. En cada país, existe un órgano regulador que da permiso a las personas o entidades autorizadas en usar una parte del espectro de radio frecuencia. Estos permisos deben ser obtenidos por todas aquellas instituciones de tipo comercial que deseen hacer uso de una frecuencia de radio. Es por esta razón que usted puede encender su radio FM 101.5 y escuchar una emisora en una ciudad y sin embargo escuchar otra emisora en otra ciudad.


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“Porque has mostrado a los sencillos, cosas que escondiste a los sabios y entendidos” Lucas 10, 22 MBA Ing. Jimmy Saldivias 900 MHz

La banda más alta para transmisión de datos. Tiene menos problemas que las bandas anteriores, pero en cambio es mas fácilmente absorbida por el follaje, lo cual reduce mucho su rango. Además los objetos en movimiento reflejan esta onda, lo cual causa señales fantasmas.

Los sistemas de radio para telemetría en las frecuencias no reguladas comparten el espectro radio eléctrico con un gran numero de otros dispositivos tanto industriales como de uso del consumidor: Ø Teléfonos inalámbricos Ø Monitores de Bebes Ø Dispositivos para redes de área local inalámbricas Ø Radio aficionados La potencia de transmisión que se usa con sistemas de radio sin licencia debe ser reducida cuando se usa antenas de alta ganancia. Finalmente, la propagación de señales de radio en altas frecuencias (es decir, aquellas que no pagan licencia) es poco favorable, cuando se compara con las bajas frecuencias que se usan para las bandas de frecuencia baja que si son reguladas, y por las que si debe pagar licencia de uso.

Volver a sembrar en el sentido de volver a utilizar una frecuencia, partiéndola en canales más pequeños.

En una primera etapa, los canales existentes, que tienen un ancho de banda de 25 kilohertz, serán “estrechados” a la mitad, vale decir que serán solo de 12.5 kilo hertz. Esto duplicara la disponibilidad de canales. En una segunda etapa, se volverán a “achicar” los anchos de banda disponibles nuevamente a la mitad. Vale decir que los anchos de banda finales disponibles serán de 6.25 kilo hertz. Catapún! Se ha cuadruplicado el espacio para transmitir. En otras palabras, con el refarming, se incrementa el numero de canales disponibles para uso del publico.

Refarming En Estados Unidos, se ha presentado un fenómeno y es que las licencias se volvieron difíciles de obtener porque había muchos usuarios. A veces tomaba meses obtener una licencia de radio. Por esta razón, en 1997, la FCC (abreviación de Federal Communications Commision o Comisión Federal de Comunicaciones) el organismo regulador de las comunicaciones en ese país, aplico un proceso llamado “refarming”, que traducido al español suena como a volver a sembrar. Tecnológicamente para lograr esto, se hace necesario utilizar equipo mas sofisticado, que pueda transmitir y recibir señales en un rango mas estrecho de frecuencias. Por esta razón, usted puede en la actualidad comprar equipos de radio norteamericanos que tengan en su etiqueta “REFARMED”.


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Radio o No Radio: He ahí el dilema

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El uso de radio esta basado en ventajas como: Ø No hay líneas de transmisión que se corten o que se vayan a romper. En otras palabras, la radio es más confiable, un factor sumamente importante cuando se trata de recoger señales de proceso en forma continua. Obviamente nuestros amigos de las telefónicas pueden decir que su servicio es súper confiable, tan confiable como una radio. Así que mejor lo ponemos de esta otra forma: cuando se usa radio, el control del canal de transmisión esta en manos del usuario, y no de una empresa externa. ¿Mejor así? Ø El tiempo de respuesta es más rápido Si usted quiere tener una idea de la diferencia de tiempo de la que estamos hablando, permítame usar un ejemplo. Cuando usted usa su computadora para conectarse a Internet, su MODEM realiza un proceso de negociación para establecer la comunicación que puede tardar un par de minutos. (Si no tiene Internet, créame, yo acabo de hacer la prueba antes de escribir esta línea). Eso es mucho tiempo. En un proceso por radio, ese tiempo no seria superior a unos cuantos segundos. Ø La radio tiene un costo menor cuando se compara con las líneas de teléfono dedicadas ¿Y porque tiene un tiempo menor? Por la sencilla razón de que la radio se paga una sola vez. La línea dedicada se paga todos los meses.

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Si, ya sé que los amigos que venden líneas dedicadas, me dirán que la licencia se paga mensualmente. Es correcto, pero también es correcto que el costo de la licencia de uso mensual es mucho más bajo que el costo del servicio de la telefónica. Es fácil de utilizar en áreas remotas donde se vuelve imposible o impractico usar cable o coaxial Un sistema de radio es muy fácil de reubicar Recuerde, no hay cables. Es tan solo una cuestión de mover la radio de un lado a otro. En cuanto al consumo de energía, las radios consumen poca energía y pueden ser energizadas por baterías solares. Si no sabe cuanta energía puede llegar a consumir una radio, saque su teléfono celular y mírelo a la cara. Perdón, al teclado. Enfrente suyo tiene una radio. Sofisticada, pero radio al fin. Que recibe el nombre de teléfono celular y que tiene una batería que dura varios días. ¿Vio lo ligera que puede ser su batería?. ¿Y lo chiquita?. El radio funciona bajo condiciones de operación sumamente adversas y variables.

Antenas La antena es una parte importante del diseño de un sistema de radio, ya que es la que determina que tan bien se transfiere la energía desde una antena a otra. Y no, no existen antenas de vinil fuera de las que usa Chespirito. Algunos factores importantes que se toman en cuenta cuando se diseña una antena son: Ø Ganancia Ø Direccionalidad Ø Polarización Ø Altura Hace un rato hemos hablado de la direccionalidad, cuando mencionamos las antenas Yagi.


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Una forma más amigable de ver la direccionalidad de una antena es mediante gráficos.

Ver un grafico de antenas es como pararse arriba de la antena y mirar hacia abajo. Los gráficos muestran lóbulos apuntando a la dirección en la cual se concentra mayor energía. Si es una antena ominidireccional, el lóbulo será una circunferencia, ya que la antena envía energía por igual en todas las direcciones. Pero si la antena es direccional, entonces presentara un lóbulo apuntando a una dirección especifica. El asunto de la altura de la antena, es resuelto fácilmente. Mientras más alto se coloque una antena, mejor. Al incrementar la altura de la antena, se extiende la distancia de línea de vista. Esto reduce los efectos de los objetos contra los cuales la señal de radio frecuencia puede chocar en su trayectoria. Cuando la señal de radio abandona la antena transmisora, en su feliz viaje hacia la receptora, puede encontrarse con obstáculos contra los cuales rebota. Los obstáculos pueden ser árboles, edificios, vehículos, tanques de agua. Esto hace que cuando la señal llegue finalmente hasta la antena receptora, llegue acompañada de “fantasmas”, que no son mas que los rebotes de la misma señal original, pero que llegan algo retrasados en el tiempo.

Esto es un problema con las señales de alta frecuencia, que tienden a rebotar mas fácilmente en los cuerpos. Por otro lado, la mayor altura a la que se coloque la antena es beneficiosa ya que la distancia al horizonte depende de la altura por sobre la superficie de la tierra.

Horizontes Hemos escuchado que la gente dice: “busca un mayor horizonte, elévate sobre el resto”. Si bien esto es cierto para las personas también lo es para las antenas. Debido a la curvatura de la tierra, la distancia al horizonte es mayor cuando se mira desde una posición elevada. De hecho, para mis amigos que disfrutan de las matemáticas, hay una formula que le permite calcular el horizonte en función de la altura de la antena. Horizonte óptico =

2h

Donde h es la altura medida en pies y el resultado es el horizonte óptico en millas. Es decir que si usted usa una antena de 18 pies (6 metros) de altura, su horizonte óptico será de 6 millas (9 kilómetros). O dicho de otra forma, si usted el día de mañana decide subirse a un balcón que esta ubicado a 18 pies de altura, podrá ver un horizonte de 6 millas.


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Unidades de Conversión Rápidas 1 metro = 3 pies 1 milla = 1.6 kilómetros Esto tomando en cuenta que su vista este en excelente estado de salud o que tenga a mano unos prismáticos. Así como existe el horizonte “óptico” también existe el horizonte de “radio”. Ahora bien, el horizonte de radio es un poquito mas largo. ¿Por qué? Por que se ha descubierto que las ondas de radio tienen la costumbre de “doblarse” –algo que la luz no acostumbra a hacer- para apegarse un poco a la curvatura de la tierra. Esto les permite tener un horizonte más lejano que el horizonte óptico. ¿Qué tanto más lejano? Un 33% más lejano. En el mismo ejemplo anterior, eso significaría que su antena de radio puede “ver” 8 millas en lugar de las 6 millas que se pueden ver ópticamente.

Siguiendo con el mismo ejemplo anterior, si usted tuviera 2 antenas de 18 pies, las podría separar 12 millas y se seguirían viendo ópticamente. Por otro lado, las podría también separar 16 millas y se seguirían viendo por “radio”. Para que usted no se confunda con los cálculos numéricos, se ha diseñado un grafico llamado el Nomograma, que le permite confundirse también con un grafico. El nomograma presenta la relación que existe entre la altura de una antena transmisora, la altura de una antena receptora y el horizonte óptico, así como el horizonte de radio. Las unidades de medida utilizadas, al igual que en el ejemplo anterior son: pies para las alturas de antena y millas para los horizontes.

Línea de Vista Usted, avispado lector, ya estará haciéndose la pregunta: si ambas antenas estan levantadas, ¿cómo puedo calcular la distancia a la cual se pueden ver entre ellas? Lo felicito, porque usted ya esta pensando en términos de determinar la “línea de vista” de la que tanto hemos hablado. La distancia de la línea de vista óptica, se determina sumando los horizontes.

Distancia de Línea de Vista Óptica D = HT + HR D = Distancia línea de vista óptica HT = Horizonte del Transmisor HR = Horizonte del Receptor

Potencia La potencia es uno de los factores que determina hasta donde puede transmitir su sistema de radio. Mientras más potencia tenga un sistema, mas lejos llegará la señal transmitida. La potencia utilizada para transmitir la señal debe ser mayor que la potencia que se pierde durante todo el proceso de transmisión. ¿Y donde se pierde la potencia? En varias partes: Ø La frecuencia utilizada hace que se pierda potencia. Mientras más alta sea la frecuencia mas alta será la perdida de potencia.


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“Porque has mostrado a los sencillos, cosas que escondiste a los sabios y entendidos” Lucas 10, 22 MBA Ing. Jimmy Saldivias La distancia a la que se encuentran las antenas hace que se pierda la potencia. Mientras mayor sea la distancia, mayor será la potencia perdida. Ø El cable que se usa para conectar el radio a la antena transmisora hace que se pierda potencia. Ø El cable que se usa para conectar el radio a la antena receptora hace que se pierda potencia. Las buenas noticias, son que en un sistema de telemetría, no solo la radio entrega potencia para transmisión. También la altura a la que se encuentren. Y el diseño de la antena. Ø

Postre Matemático Como postre de este Boletín, le voy a servir un plato de matemáticas.

La perdida total por la línea de conexión hasta la antena de transmisión es de 0.85 dB. La perdida total por la línea de conexión hasta la antena de recepción es de 1.25 dB. PT = 161.7 Esta perdida de potencia total, deberá ser compensada con el uso de la antena adecuada y con la selección de un radio para transmitir y otro para recibir, con niveles de amplificación que permitan recibir una señal clara y confiable. J.S. Este artículo fue preparado por: MBA Ing. Adolfo Jimmy Saldivias. TecSim vende, instala y da servicio de entrenamiento a su personal en equipos para telemetría. Para que le sea más fácil entrar a nuestro sitio en Internet, ahora tiene este nombre:

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Perdida de Potencia PL = 117 + 20 log 10f – 20 log10 HtHr + 40 log10 D PL: Perdida de Potencia en decibeles 117 valor constante f : frecuencia de transmisión Ht: altura de la antena transmisora Hr : altura de la antena receptora D: Distancia de separacion entre estaciones Supongamos que usted desea transmitir por radio. Usted usara una antena para transmitir cuya elevación será de 100 pies. Para el receptor utilizara una antena a tan solo 25 pies de altura. Usted ha obtenido una licencia del ente regulatorio en su país (en Bolivia se llama la dirección General de Telecomunicaciones), que le autoriza para trabajar en una frecuencia de 450 Mhertz. La formula para el calculo de la potencia que se va a utilizar en este viaje esta en el recuadro y resulta de la adición de las perdidas individuales de las que habíamos hablado en el inciso anterior. Para este ejemplo, la perdida total es de 159.6 dB. PL = 117 + 53.06 – 67.9 + 57.5 = 159.6 dB A este valor de perdida se debe aumentar las perdidas por concepto de conexión.

Equipo: Su duda: Aplicación en mente: Diagrama de su aplicación:


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