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LLANTAS USO Y MANTENIMIENTO

LLANTAS, USO Y MANTENIMIENTO<a href=”https://german7644dotcom.files.wordpress.com/2012/02/foto11.jpg”&gt;
El usar llantas correctas en su vehículo es muy importante. Las llantas
proveen la tracción y, por lo tanto, juegan un papel crucial en el frenado seguro del
vehículo. Ellas cargan el peso total del vehículo, absorben los impactos del
camino y representan el paso final en la conversión de la energía
del combustible en movimiento del vehículo. Si usted está
familiarizado con los diferentes tipos de llantas que se encuentran
disponibles, usted deberá escoger la más eficiente para ahorrar
combustible en su vehículo.
1.- LLANTAS RADIALES
Son las más avanzadas y las más populares. Las capas están dispuestas
en forma radial, esto es, paralelas las unas a las otras, en un ángulo de 90 grados
a la circunferencia de la llanta. Los cinturones de soporte son colocados sobre las
capas a lo largo de la periferia de la llanta. Estos cinturones de soporte pueden
ser fabricados de acero (como en las llantas radiales con cinturones de acero).
Las llantas radiales son la opción más común, tienen menor resistencia al
rodamiento que otros tipos de llantas y, por lo tanto, mejoran el rendimiento de
combustible, la maniobrabilidad del vehículo y el diseño de la banda de
rodamiento; debido a la construcción radial, ofrecen mejor comportamiento bajo
condiciones adversas de manejo.
2.- LLANTAS CONVENCIONALES Y LLANTAS CON CINTURÓN
Aún están disponibles. Se deben tomar precauciones para no mezclar
llantas de diferentes tipos de construcción. Debido a la gran diferencia de
comportamiento entre radiales y otros tipos de construcción, colocar dos tipos
diferentes de llantas en el mismo extremo del vehículo puede ser peligroso.

3.- LLANTAS RADIALES AHORRADORAS DE COMBUSTIBLE
Están diseñadas para ser infladas considerablemente más que las llantas
radiales comunes. Este incremento de presión hace a la llanta más dura y por lo
tanto reduce la resistencia al rodamiento y el consumo de combustible. Muchos
vehículos nuevos son equipados con este nuevo tipo de llanta (como equipo de
serie) que le ahorran combustible.
4.- LLANTAS RADIALES PARA TODA TEMPORADA.
Ofrecen lo último en tecnología en llantas. Son diseñadas para comportarse
adecuadamente bajo todas las condiciones de manejo y son generalmente del
tipo ahorradoras de combustible. Las llantas radiales para toda temporada son
una buena inversión para mucha gente, porque no es necesario cambiarlas en
invierno o en verano. Sin embargo, debido a que el diseño del piso de las llantas
radiales para toda temporada es una combinación entre un diseño para verano y
para invierno, el comportamiento bajo condiciones adversas de manejo será
ligeramente más pobre que aquellas llantas diseñadas para esas condiciones.
5.- LLANTAS PARA INVIERNO
Usan un diseño de dibujo especial y son fabricadas de hule blando. Esto
mejora la tracción en nieve o sobre hielo. Recuerde cambiar las llantas para
invierno cuando llega la primavera, ya que éstas incrementan el consumo de
combustible.
Nota: La presión en la llanta es crítica. La baja presión reduce la vida de una llanta
considerablemente, incrementa el consumo de combustible debido a la mayor
resistencia al rodamiento y puede ser peligrosa. Compre un medidor de presión y
asegúrese de revisar la presión de las llantas al menos 2 veces al mes. No olvide
verificar también la presión de la llanta de refacción.
PRESIÓN DE INFLADO
Los neumáticos son diseñados y construidos con gran cuidado para
proveer de miles de kilómetros de excelente servicio. Pero para obtener un
máximo beneficio de ellos, se debe tener un buen mantenimiento de estos
Los factores más importantes en el cuidado de estos son:
· Una adecuada presión de inflado
· Carga adecuada del vehículo
· Inspección oportuna
· Buenos hábitos de manejo
· Condiciones del vehículo
BENEFICIOS DE UN BUEN INFLADO
Con una presión adecuada, las llantas duran más, ahorran combustible y
ayudan a prevenir accidentes. La “presión adecuada” de aire es la especificada
por el fabricante del vehículo.
La presión de aire correcta se muestra en la placa de llanta (o estampa)
ubicada en un costado de la puerta, en el poste de esta, o en la tapa de la
gasolina o en la guantera. Si su vehículo no cuenta con esta placa, consulte su
manual de usuario o pregunte a su distribuidor o al fabricante de llantas.
La placa anterior muestra la carga máxima del vehículo, las presiones de
inflado en frío y el tamaño de llanta recomendado por el fabricante.
TU PROPIO MEDIDOR DE PRESIÓN
Las llantas deben estar infladas apropiadamente. Use un medidor de
presión para determinar la presión de la llanta. Uno no puede determinar si la
llanta está “baja”, o sobreinflada con la pura vista. Los medidores de presión de
aire ubicados en las gasolineras pueden ser inexactos debido a la exposición, uso
y abuso de los mismos. Lo recomendable es cargar su propio medidor para estar
seguro.
Adquiera un adecuado medidor de presión para llantas con su distribuidor,
refaccionarias, etc.
TIPS DE INFLADO
Verifique la presión de inflado de los neumáticos (incluyendo la llanta de
refacción) por lo menos una vez al mes y antes de cualquier recorrido largo. Las
llantas deben de ser revisadas cuando estén frías; esto es cuando hayan recorrido
menos de 1 kilómetro. Si tienes que manejar por más de 1 Km para cargar aire,
antes de abandonar tu casa, mide la presión de inflado en frío de cada llanta y registra lo
desinflado acumulado de cada llanta.
Al llegar a la estación de servicio, vuelve a medir la presión de cada llanta,
después infla la llanta caliente hasta el nivel correspondiente de presión “en
caliente”, más lo desinflado correspondiente “en frío”.
DIBUJOS DE DESGASTE EN LLANTAS

Las llantas con zonas lisas transversales son inseguras y en algunos países
son ilegales. Cuando el dibujo es menor de 1.5 mm. reemplace las llantas
inmediatamente.

La mayoría de las llantas nuevas tienen indicadores
de uso en el piso y usted debe identificarlos en sus
llantas.

Desgaste en los “hombros” de la llanta indica baja presión de inflado. Adicione
aire, al nivel máximo recomendado por el fabricante del vehículo.
Un incorrecto cambio de la rueda significa que la alineación debe ser
revisada.

El desgaste en el centro del piso indica sobrepresión. Ajuste la presión de
la llanta a la recomendada por el fabricante.
Las huellas de desgaste (huecos) en el piso de la llanta son causadas por
un desbalanceo de la llanta o por falla en la suspensión, por lo que se le
recomienda llevar a balancear sus llantas.

Las “Plumas o escamas” en el piso de la llanta son causadas por un excesivo
Toe-in o Toe-out; por lo que la alineación de las ruedas debe ser checada.
ROTACIÓN DE LAS RUEDAS
Debido a que las llantas delanteras y traseras tienen diferentes funciones en su
vehículo, se desgastan de manera diferente, usted puede aumentar la vida de sus
llantas si las rota.

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Publicado por en 22 febrero, 2012 en TECNOLOGÍAS EN AUTOMOVILES

 

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Sabias que la mayor causa de la contaminacion del aire es la combustion del automovil?

Sabias que la mayor causa de la contaminacion del aire es la combustion del automovil?

Principalmente los combustibles fosiles los cuales son empleados especialmente en el uso industrial y automotriz. Siendo este ultimo el responsable del 70% de la comtaminacion del aire del mundo. Teoricamente, cuando ocurre combustion en un motor de gasolina, el hidrogeno y el carbono del combustible se une con el oxigeno presente en el aire para producir calor,dioxido de carbono y vapor de agua entre otros. Pero la combustion no se realiza totalmente completa dentro de un motor. aclarando ademas que una incorrecta relacion de la mezcla aire combustible, temperatruras muy levadas o muy bajas, piezas desgastadas y un descuidado mantenimiento del parque automotor son lcausas adicionales que disparan mas el porcentaje de contaminacion atmosferica, la mayor formacion de hidrocarburos no quemados, monoxido de carbono,oxido de azufre y oxido de nitrogeno que producen una contaminacion que va en un alarmante aumento alcanzando niveles peligrosos para la salud humana.

Los niveles cada día más altos de gases de efecto de invernadero en la atmósfera terrestre causarán en los próximos años el incremento de la temperatura promedio de la Tierra. Los gases de invernadero como el CO2 y otros, que se detallarán más adelante, producen una capa de gases alrededor de la Tierra que evita que parte de los rayos solares que llegan al planeta reboten nuevamente hacia fuera, quedándose atrapados en el interior de dicha capa .
Los gases de invernadero como el CO2 y otros, producen una capa de gases alrededor de la Tierra que evita que parte de los rayos solares que llegan al planeta reboten nuevamente hacia fuera, quedándose atrapados en el interior de dicha capa .Consecuencias del Cambio Climático

En los últimos años se han venido presentando trastornos en el comportamiento de las condiciones atmosféricas y el clima, como huracanes y tormentas anormales. Los recientes veranos en Europa y Estados Unidos han sido lo más fuertes en los últimos 200 años.

Modelaciones y algoritmos computacionales provenientes del IPCC (Panel Intergubernamental de la Convención del Cambio Climático de las Naciones Unidas), prevén derretimiento parcial de los glaciales de los polos, con el consecuente incremento del nivel del mar que afectará severamente los países costeros. También prevén incremento en la temperatura promedio de la Tierra con efectos impredecibles para los ecosistemas. Está en juego la calidad de vida de nuestras generaciones futuras, hijos, nietos, etc. Los hombres y las mujeres de hoy tenemos el deber de preservar la calidad de vida para las generaciones futuras, que a su vez tienen el derecho inalienable de disponer de un ambiente sano…….

 
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Publicado por en 21 febrero, 2012 en TECNOLOGÍAS EN AUTOMOVILES

 

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El medio ambiente. Un asunto de interes para la seguridad Mundial

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Es hora de comprender que el medio ambiente es en realidad,uno de los problemas de MAYOR importancia en la seguridad de la humanidad para el siglo 21. Pues el impacto politico y estrategico,ante el aumento vertiginoso de la poblacion mundial, la propagacion de nuevas enfermedades, la descontrlada y permanente deforestacion y erosion de los suelos, el agotamiento de los recursos hidricos, lacontgaminacion de las aguas y el AIRE.

Es la gran amenaza para el medio ambiente,siendo este un fenomeno que nos afecta a todos. no obstante,es algo ‘no tradicional ni de mayor importancia para el GRAN PUBLICO quien NO COMPRENDE TODAVIA SUS DIMENSIONES A NIVEL MUNDIAL

 
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Publicado por en 21 febrero, 2012 en TECNOLOGÍAS EN AUTOMOVILES

 

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SENSOR DE LLUVIA

SENSOR DE LLUVIA

Funcionamiento del sensor de lluvia
El limpiaparabrisas es uno de esos elementos que ha ido mejorando poco a poco, siempre con el mismo principio de funcionamiento: el canto de una tira de goma de sección rectangular presiona el cristal y desplaza el agua. Ha mejorado con la posibilidad de barrer a diferentes velocidades, de tener un intermitencia fija o —posteriormente— variable. Pero, en cualquier caso, ajustar la frecuencia era tarea del conductor. Esto ha dejado de ser así con el limpiaparabrisas automático.

El elemento principal del limpiaparabrisas automático es el sensor de lluvia, un dispositivo basado en un principio físico llamado refracción y reflexión de la luz. Cuando un rayo de luz cambia el medio que está atravesando, pueden pasar tres cosas: que lo atraviese sin cambiar de dirección, que lo atraviese y cambie de dirección, o que se refleje como si hubiese incidido en un espejo. La primera situación sólo se da cuando el rayo incide perpendicularmente. La segunda, si cambia ligeramente la dirección, se denomina refracción y ocurre cuando el ángulo es inferior a los 90º. La tercera —reflexión— ocurre cuando el ángulo de incidencia tiene determinado valor, que suele depender del medio.
El sensor de lluvia se compone de un diodo que emite luz con un determinado ángulo, de tal forma que incide sobre la superfice exterior del cristal y se reflejan. Si el agua de la lluvia se queda sobre el cristal, las características de la superficie de reflexión varían, debido a que aumenta el grosor aparente del cristal, y por tanto solo una parte del haz de luz es reflejado.
El haz de luz reflejado se recoge en un diodo sensible a la luz. En función de la luz recibida dejará pasar más o menos corriente. De esa manera, gracias a un microchip, estima cuanta agua hay en la zona estudiada. A menor reflexión, mayor cantidad de agua, que por supuesto, es una muestra representativa de todo el parabrisas. En función del agua detectada, hará funcionar el limpiaparabrisas con mayor o menor rapidez, e incluso cerrar las ventanillas y el techo solar (el Citroën C5 por ejemplo lo hace) si está programado para eso. También puede ralentizar e incluso detener el parabrisas si el coche queda parado.
El sistema lleva además sensores para detectar la luz ambiental, y de esa manera adecuar tanto la velocidad de los limpiaparabrisas (por la noche hace falta que vayan más rápido para la misma cantidad de agua), como para poder distinguir zonas puntuales de sombra, de túneles y anocheceres donde se hace necesario encender las luces.

 
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Publicado por en 18 febrero, 2012 en TECNOLOGÍAS EN AUTOMOVILES

 

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Contaminacion vehicular

El presente articulo explica los fundamentos basicos del analisis de gases de escape de
un motor de combustion interna.
Del resultado del proceso de combustion del motor se obtienen diversos gases y
productos, entre ellos los mas importantes son el CO ( monoxido de carbono ), el CO2
( dioxido de carbono ), el O2 ( Oxigeno ) , Hidrocarburos no quemados ( HC ),
Nitrogeno , Agua y bajo ciertas condiciones Nox ( oxidos de Nitrogeno).
Un correcto analisis de las proporciones de los gases puede dar lugar a diagnosticos
muy importantes del funcionamiento del motor.
El analizador de gases de escape analiza la quimica de estos gases y nos dice en que
proprorciones se encuentran los mismos.
Todos estos productos se obtienen a partir del aire y del combustible que ingresa al
motor, el aire tiene un 80 % de Nitrogeno y un 20 % de Oxigeno ( aproximadamente ).

ver en facebook

 
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Publicado por en 12 febrero, 2012 en TECNOLOGÍAS EN AUTOMOVILES

 

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FRENOS CERAMICOS

Frenos cerámicos, más rozamiento y duración .Para comprender el porqué de los frenos cerámicos por ahora inaccesibles para los coches de utilización normal, deberemos saber algo sobre las leyes de rozamiento entre cuerpos sólidos.

Consideremos la fig.1 : Si intentamos que los dos bloques de ladrillos se deslicen por la superficie de la mesa mediante la fuerza que ejerce el peso P, nos puede sorprender que el rozamiento entre dicho bloque y la mesa no depende nada más que de la fuerza normal a la superficie que esté ejerciendo aquél sobre ésta. La fuerza producida por el peso P, mueve igual el bloque de la izquierda que el de la derecha, aunque éste presenta una superficie 3 veces mayor. Ésta es la llamada en la mecánica clásica «primera ley del rozamiento»:

fig.1

La fuerza de rozamiento no depende de la magnitud de las superficies en contacto.
¿De qué depende entonces? solamente del llamado coeficiente de rozamiento —denominado con la letra griega µ (mu)— y de la fuerza normal que se ejerza entre las dos superficies (fuerza normal es el peso en el caso de los bloques de ladrillos).
Fr = µ • N
N, es la resultante en sentido vertical de las fuerzas que actúan sobre el o los bloques; en el caso de no haber otra que el peso, éste será la fuerza normal.
El coeficiente de rozamiento toma valores muy diferentes dependiendo de la rugosidad de las superficies en contacto y de la naturaleza de ellas.
A continuación presentamos una tabla que nos puede servir de ejemplo en la que están reflejados diferentes valores de µ
µ = 0.9 … … … … … … … Alquitrán seco
µ = 0.8 … … … … … … … Asfalto rugoso seco
µ = 0.6 … … … … … … … Adoquinado
µ = 0.5 … … … … … … … Asfalto rugoso húmedo
µ = 0.4 … … … … … … … Asfalto usado húmedo
µ = 0.3 … … … … … … … Pastilla de freno sobre disco de fundición
µ = 0.3 … … … … … … … Adoquinado húmedo
µ = 0.1 … … … … … … … Hielo
Al observar la fig.2 se puede ver que, si para hacer deslizar el bloque de la izquierda, tenemos que ejercer la fuerza F ( ya que la de rozamiento Fr está oponiéndose a nuestro empuje ), para mover el siguiente, que pesa 10 veces mas, deberemos ejercer una fuerza F= 10 F (10 veces superior ) puesto que la de rozamiento Fr es así mismo 10 veces superior.

fig.2
Si derramamos aceite entre las dos superficies, la fuerza a efectuar se reduce drásticamente a pesar de que el bloque sea tan pesado. Como podemos deducir de lo anterior, el rozamiento entre dos superficies sólidas, solo depende de la naturaleza de las superficies en contacto; es decir, del coeficiente de rozamiento, y de la Resultante de las fuerzas que estén actuando Normales (perpendiculares) a la superficie; es decir. el peso del sólido, o el peso más la resultante de una o varias fuerzas perpendiculares a la superficie que en general puedan actuar; esto independientemente de la dimensión de dicha superficie de contacto con el suelo. Es así en el caso de cuerpos tan poco deformables como un ladrillo, pero no en el caso del neumático de un coche.
La fig.3, nos muestra cómo evoluciona idealmente el coeficiente de fuerza de freno con respecto al deslizamiento del neumático con el suelo.

fig.3
lk es el máximo valor de fuerza de freno, antes de que el neumático deslice claramente hasta llegar a la pérdida total de la adherencia (100% de deslizamiento). El punto lk es donde los fabricantes de los sistemas antibloqueo de frenos hacen que comience su secuencia de funcionamiento.
El coeficiente de rozamiento en frío de una pastilla cuyo material está pensado para una utilización normal, es de un valor relativamente alto (µ = 0.34) en comparación a su valor al pasar los 400º (µ = 0.25). El pensado para una utilización deportiva, presenta valores contrarios a los anteriores, es decir en las primeras frenadas hasta que se alcanzan 200º puede ser µ = 0.2, para pasar a un valor de µ = 0.3 en caliente (400º) manteniéndose en este valor hasta los 650º en que baja de nuevo a µ = 0.2. Con una pastilla de estas características, en el momento de aplicar el freno en frío, el conductor se encuentra con la sensación de que falta el agarre deseado. Sólo después de unas cuantas frenadas, en las que el disco alcanza más de 200º, es estable hasta que sobrevenga el calentamiento excesivo (fading) por encima de 650º, lo que produce una bajada drástica del coeficiente de rozamiento.
En 1.977, Porsche trasladó a la fabricación en serie la técnica de la competición; concretamente, extrajo los discos autoventilados del famoso 917 de carreras; estos discos, cuya sección se muestra en la siguiente fig., están constituidos por un canal central con unas nervaduras centrales envolventes en forma de turbina, que crean una corriente de aire del interior del disco hacia la periferia; que con su efecto disipador del calor, los refrigera sustancialmente.
Con estos discos, la estabilidad de la frenada en caliente, mejoró en una gran medida, consiguiéndose en el 911 Turbo ( primer coche donde se montó) distancias de frenada y estabilidad de la misma, semejantes a los coches de competición de la época.
La evolución de la técnica desde entonces, ha hecho que en su continua búsqueda de la máxima calidad para sus productos, Porsche saque al mercado y ofrezca como opción unos discos que aportan unas ventajas innegables a los anteriores; se trata de unos discos fabricados con fibra de carbono con lo que ello supone de ligereza y robustez.
La ventilación está asegurada por unos conductos interiores, que han sido patentados por la propia marca, y que junto a los taladros transversales refuerzan el efecto de ventilación en la superficie. A esta estructura en fibra de carbono se añade una capa superficial de material cerámico (básicamente carburo de silicio). Esta capa se adhiere mediante un sofisticado proceso de cocción a 1.420 º en un horno de alto vacío, y bajo una atmósfera de nitrógeno. A esta temperatura muy exactamente mantenida la cerámica fluye en fase líquida impregnando la fibra de carbono, que la absorbe como si de una esponja se tratara.
Tras el proceso de enfriamiento, el disco de freno tiene la dureza del diamante ( 9,7 R) presentando una gran resistencia a la abrasión, lo que alarga extremadamente su vida útil (300.000 kms ). Su coeficiente de rozamiento también es mayor que el de un disco de fundición.
Las pastillas de freno también permiten realizar un kilometraje que se puede cifrar en el doble de lo habitual. Esta altísima dureza superficial, hace que se mantenga su forma plana incluso por encima de 650º. Es decir, es casi imposible que se alabee , un fenómeno se que produce en los discos normales, y provoca una mala adaptación de la pastilla al disco.
La desventaja de este tipo de frenos es su precio. Por ahora es una opción en el Turbo, que cuesta 1.500.000 ptas. Pero estoy seguro de que en un futuro próximo los veremos como equipo original en coches de más modestas prestaciones.

 
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Publicado por en 12 febrero, 2012 en TECNOLOGÍAS EN AUTOMOVILES

 

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Como funciona el sistema GPS,

 En cinco pasos lógicos

  1. Triangulación. La base del GPS es la “triangulación” desde los satélites
  2. Distancias. Para “triangular”, el receptor de GPS mide distancias utilizando el tiempo de viaje de señales de radio.
  3. Tiempo. Para medir el tiempo de viaje de estas señales, el GPS necesita un control muy estricto del tiempo y lo logra con ciertos trucos.
  4. Posición. Además de la distancia, el GPS necesita conocer exactamente donde se encuentran los satélites en el espacio. Orbitas de mucha altura y cuidadoso monitoreo, le permiten hacerlo.
  5. Corrección. Finalmente el GPS debe corregir cualquier demora en el tiempo de viaje de la señal que esta pueda sufrir mientras atraviesa la atmósfera.

Veamos cada uno de estos puntos en detalle.

 

Paso 1: La Triangulación desde los satélites

Aunque pueda parecer improbable, la idea general detrás del GPS es utilizar los satélites en el espacio como puntos de referencia para ubicaciones aquí en la tierra.

Esto se logra mediante una muy, pero muy exacta, medición de nuestra distancia hacia al menos tres satélites, lo que nos permite “triangular” nuestra posición en cualquier parte de la tierra.

Olvidémonos por un instante sobre cómo mide nuestro GPS dicha distancia. Lo veremos luego. Consideremos primero como la medición de esas distancias nos permiten ubicarnos en cualquier punto de la tierra.

La gran idea, Geométricamente, es:

Supongamos que medimos nuestra distancia al primer satélite y resulta ser de 11.000 millas (20.000 Km)

Sabiendo que estamos a 11.000 millas de un satélite determinado, no podemos por lo tanto estar en cualquier punto del universo sino que esto limita nuestra posición a la superficie de una esfera que tiene como centro dicho satélite y cuyo radio es de 11.000 millas.

 

A continuación medimos nuestra distancia a un segundo satélite y descubrimos que estamos a 12.000 millas del mismo.

Esto nos dice que no estamos solamente en la primer esfera, correspondiente al primer satélite, sino también sobre otra esfera que se encuentra a 12.000 millas del segundo satélite. En otras palabras, estamos en algún lugar de la circunferencia que resulta de la intersección de las dos esferas.

 

Si ahora medimos nuestra distancia a un tercer satélite y descubrimos que estamos a 13.000 millas del mismo, esto limita nuestra posición aún mas, a los dos puntos en los cuales la esfera de 13.000 millas corta la circunferencia que resulta de la intersección de las dos primeras esferas.

 

O sea, que midiendo nuestra distancia a tres satélites limitamos nuestro posicionamiento a solo dos puntos posibles.

Para decidir cual de ellos es nuestra posición verdadera, podríamos efectuar una nueva medición a un cuarto satélite. Pero normalmente uno de los dos puntos posibles resulta ser muy improbable por su ubicación demasiado lejana de la superficie terrestre y puede ser descartado sin necesidad de mediciones posteriores.

Una cuarta medición, de todos modos es muy conveniente por otra razón que veremos mas adelante.

Veamos ahora como el sistema mide las distancias a los satélites.


En Resumen: Triangulación

  1. Nuestra posición se calcula en base a la medición de las distancias a los satélites
  2. Matemáticamente se necesitan cuatro mediciones de distancia a los satélites para determinar la posición exacta
  3. En la práctica se resuelve nuestra posición con solo tres mediciones si podemos descartar respuestas ridículas o utilizamos ciertos trucos.
  4. Se requiere de todos modos una cuarta medición por razones técnicas que luego veremos.

Paso 2: Midiendo las distancias a los satélites

Sabemos ahora que nuestra posición se calcula a partir de la medición de la distancia hasta por lo menos tres satélites. Pero, ¿cómo podemos medir la distancia hacia algo que está flotando en algún lugar en el espacio?. Lo hacemos midiendo el tiempo que tarda una señal emitida por el satélite en llegar hasta nuestro receptor de GPS.

La gran idea, Matemáticamente, es:

Toda la idea bulle alrededor de aquellos problemas sobre la velocidad que resolvíamos en la secundaria, Recordemos que “Si un coche circula a 60 kilómetros por hora durante dos horas, ¿qué distancia recorrió?

Velocidad (60 km/h) x Tiempo (2 horas) = Distancia (120 km)

En el caso del GPS estamos midiendo una señal de radio, que sabemos que viaja a la velocidad de la luz, alrededor de 300.000 km por segundo.

Nos queda el problema de medir el tiempo de viaje de la señal (Que, obviamente, viene muy rápido)

Sincronicemos nuestros relojes

El problema de la medición de ese tiempo es complicado. Los tiempos son extremadamente cortos. Si el satélite estuviera justo sobre nuestras cabezas, a unos 20.000 km de altura, el tiempo total de viaje de la señal hacia nosotros sería de algo mas de 0.06 segundos. Estamos necesitando relojes muy precisos. Ya veremos como lo resolvemos.

Pero, aún admitiendo que tenemos relojes con la suficiente precisión, ¿cómo medimos el tiempo de viaje de la señal?

Supongamos que nuestro GPS, por un lado, y el satélite, por otro, generan una señal auditiva en el mismo instante exacto. Supongamos también que nosotros, parados al lado de nuestro receptor de GPS, podamos oír ambas señales (Obviamente es imposible “oír” esas señales porque el sonido no se propaga en el vacío).

Oiríamos dos versiones de la señal. Una de ellas inmediatamente, la generada por nuestro receptor GPS y la otra con cierto atraso, la proveniente del satélite, porque tuvo que recorrer alrededor de 20.000 km para llegar hasta nosotros. Podemos decir que ambas señales no están sincronizadas.

Si quisiéramos saber cual es la magnitud de la demora de la señal proveniente del satélite podemos retardar la emisión de la señal de nuestro GPS hasta lograr la perfecta sincronización con la señal que viene del satélite.

El tiempo de retardo necesario para sincronizar ambas señales es igual al tiempo de viaje de la señal proveniente del satélite. Supongamos que sea de 0.06 segundos. Conociendo este tiempo, lo multiplicamos por la velocidad de la luz y ya obtenemos la distancia hasta el satélite.

Tiempo de retardo (0.06 seg) x Vel. de la luz (300.000 km/seg) = Dist. (18.000 km)

Así es, básicamente, como funciona el GPS.

La señal emitida por nuestro GPS y por el satélite es algo llamado “Código Pseudo Aleatorio” (Pseudo Random Code). La palabra “Aleatorio” significa algo generado por el azar.

 

 

 

 

 

¿Un Código Aleatorio?

Este Código Pseudo Aleatorio es una parte fundamental del GPS. Físicamente solo se trata de una secuencia o código digital muy complicado. O sea una señal que contiene una sucesión muy complicada de pulsos “on” y “off”, como se pueden ver:

 

La señal es tan complicada que casi parece un ruido eléctrico generado por el azar. De allí su denominación de “Pseudo-Aleatorio”.

Hay varias y muy buenas razones para tal complejidad. La complejidad del código ayuda a asegurarnos que el receptor de GPS no se sintonice accidentalmente con alguna otra señal. Siendo el modelo tan complejo es altamente improbable que una señal cualquiera pueda tener exactamente la misma secuencia.

Dado que cada uno de los satélites tiene su propio y único Código Pseudo Aleatorio, esta complejidad también garantiza que el receptor no se confunda accidentalmente de satélite. De esa manera, también es posible que todos los satélites trasmitan en la misma frecuencia sin interferirse mutuamente. Esto también complica a cualquiera que intente interferir el sistema desde el exterior al mismo. El Código Pseudo Aleatorio le da la posibilidad al Departamento de Defensa de EEUU de controlar el acceso al sistema GPS.

Pero hay otra razón para la complejidad del Código Pseudo Aleatorio, una razón que es crucial para conseguir un sistema GPS económico.

El código permite el uso de la “teoría de la información” para amplificar las señales de GPS. Por esa razón las débiles señales emitidas por los satélites pueden ser captadas por los receptores de GPS sin el uso de grandes antenas.

Cuando comenzamos a explicar el mecanismo de emisión de las señales por el GPS y el satélite, asumimos que ambos comenzaban la emisión de la señal exactamente al mismo tiempo. ¿Pero cómo podemos asegurarnos que todo esté perfectamente sincronizado?

Ya veremos…


En Resumen: Midiendo la distancia

  1. La distancia al satélite se determina midiendo el tiempo que tarda una señal de radio, emitida por el mismo, en alcanzar nuestro receptor de GPS.
  2. Para efectuar dicha medición asumimos que ambos, nuestro receptor GPS y el satélite, están generando el mismo Código Pseudo Aleatorio en exactamente el mismo momento.
  3. Comparando cuanto retardo existe entre la llegada del Código Pseudo Aleatorio proveniente del satélite y la generación del código de nuestro receptor de GPS, podemos determinar cuanto tiempo le llevó a dicha señal llegar hasta nosotros.
  4. Multiplicamos dicho tiempo de viaje por la velocidad de la luz y obtenemos la distancia al satélite.

 

 

Paso 3: Control perfecto del tiempo

Si la medición del tiempo de viaje de una señal de radio es clave para el GPS, los relojes que empleamos deben ser exactísimos, dado que si miden con un desvío de un milésimo de segundo, a la velocidad de la luz, ello se traduce en un error de 300 km!

Por el lado de los satélites, el timing es casi perfecto porque llevan a bordo relojes atómicos de increíble precisión.

¿Pero que pasa con nuestros receptores GPS, aquí en la tierra?

Recordemos que ambos, el satélite y el receptor GPS, deben ser capaces de sincronizar sus Códigos Pseudo Aleatorios para que el sistema funcione.

Si nuestros receptores GPS tuvieran que alojar relojes atómicos (Cuyo costo está por encima de los 50 a 100.000 U$S) la tecnología resultaría demasiado costosa y nadie podría acceder a ellos.

Por suerte los diseñadores del sistema GPS encontraron una brillante solución que nos permite resolver el problema con relojes mucho menos precisos en nuestros GPS. Esta solución es uno de los elementos clave del sistema GPS y, como beneficio adicional, significa que cada receptor de GPS es en esencia un reloj atómico por su precisión.

El secreto para obtener un timing tan perfecto es efectuar una medición satelital adicional.

Resulta que si tres mediciones perfectas pueden posicionar un punto en un espacio tridimensional, cuatro mediciones imperfectas pueden lograr lo mismo.

Esta idea es fundamental para el funcionamiento del sistema GPS, pero su explicación detallada excede los alcances de la presente exposición. De todos modos, aquí va un resumen somero:

Una medición adicional remedia el desfasaje del timing.

Si todo fuera perfecto (es decir que los relojes de nuestros receptores GPS lo fueran), entonces todos los rangos (distancias) a los satélites se intersectarían en un único punto (que indica nuestra posición). Pero con relojes imperfectos, una cuarta medición, efectuada como control cruzado, NO intersectará con los tres primeros.

De esa manera la computadora de nuestro GPS detectará la discrepancia y atribuirá la diferencia a una sincronización imperfecta con la hora universal.

Dado que cualquier discrepancia con la hora universal afectará a las cuatro mediciones, el receptor buscará un factor de corrección único que siendo aplicado a sus mediciones de tiempo hará que los rangos coincidan en un solo punto.

Dicha corrección permitirá al reloj del receptor ajustarse nuevamente a la hora universal y de esa manera tenemos un reloj atómico en la palma de nuestra mano!

Una vez que el receptor de GPS aplica dicha corrección al resto de sus mediciones, obtenemos un posicionamiento preciso.

Una consecuencia de este principio es que cualquier GPS decente debe ser capaz de sintonizar al menos cuatro satélites de manera simultánea. En la práctica, casi todos los GPS en venta actualmente, acceden a mas de 6, y hasta a 12, satélites simultáneamente.

Ahora bien, con el Código Pseudo Aleatorio como un pulso confiable para asegurar la medición correcta del tiempo de la señal y la medición adicional como elemento de sincronización con la hora universal, tenemos todo lo necesario para medir nuestra distancia a un satélite en el espacio.

Pero, para que la triangulación funcione necesitamos conocer no sólo la distancia sino que debemos conocer dónde están los satélites con toda exactitud.

Veremos cómo lo conseguimos.


En Resumen: Obtener un Timing Perfecto

  1. Un timing muy preciso es clave para medir la distancia a los satélites
  2. Los satélites son exactos porque llevan un reloj atómico a bordo.
  3. Los relojes de los receptores GPS no necesitan ser tan exactos porque la medición de un rango a un satélite adicional permite corregir los errores de medición.

Paso 4: Conocer dónde están los satélites en el espacio

A lo largo de este trabajo hemos estado asumiendo que conocemos dónde están los satélites en sus órbitas y de esa manera podemos utilizarlos como puntos de referencia.

¿Pero, cómo podemos saber donde están exactamente? Todos ellos están flotando a unos 20.000 km de altura en el espacio.

Un satélite a gran altura se mantiene estable

La altura de 20.000 km es en realidad un gran beneficio para este caso, porque algo que está a esa altura está bien despejado de la atmósfera. Eso significa que orbitará de manera regular y predecible mediante ecuaciones matemáticas sencillas.

La Fuerza Aérea de los EEUU colocó cada satélite de GPS en una órbita muy precisa, de acuerdo al Plan Maestro de GPS.

En tierra, todos los receptores de GPS tienen un almanaque programado en sus computadoras que les informan donde está cada satélite en el espacio, en cada momento.

El Control Constante agrega precisión

Las órbitas básicas son muy exactas pero con el fin de mantenerlas así, los satélites de GPS son monitoreados de manera constante por el Departamento de Defensa.

 

Ellos utilizan radares muy precisos para controlar constantemente la exacta altura, posición y velocidad de cada satélite.

Los errores que ellos controlan son los llamados errores de efemérides, o sea evolución orbital de los satélites. Estos errores se generan por influencias gravitacionales del sol y de la luna y por la presión de la radiación solar sobre los satélites.

Estos errores son generalmente muy sutiles pero si queremos una gran exactitud debemos tenerlos en cuenta.

Corrigiendo el mensaje

Una vez que el Departamento de Defensa ha medido la posición exacta de un satélite, vuelven a enviar dicha información al propio satélite. De esa manera el satélite incluye su nueva posición corregida en la información que transmite a través de sus señales a los GPS.

 

Esto significa que la señal que recibe un receptor de GPS no es solamente un Código Pseudo Aleatorio con fines de timing. También contiene un mensaje de navegación con información sobre la órbita exacta del satélite

Con un timing perfecto y la posición exacta del satélite podríamos pensar que estamos en condiciones de efectuar cálculos perfectos de posicionamiento. Sin embargo debemos resolver otros problemas.


En Resumen: Posicionamiento de los Satélites

  1. Para utilizar los satélites como puntos de referencia debemos conocer exactamente donde están en cada momento.
  2. Los satélites de GPS se ubican a tal altura que sus órbitas son muy predecibles.
  3. El Departamento de Defensa controla y mide variaciones menores en sus órbitas.
  4. La información sobre errores es enviada a los satélites para que estos a su vez retransmitan su posición corregida junto con sus señales de timing.

Paso 5: Corrigiendo Errores

Hasta ahora hemos estado tratando los cálculos del sistema GPS de manera muy abstracta, como si todo el proceso ocurriera en el vacío. Pero en el mundo real hay muchas cosas que le pueden suceder a una señal de GPS para transformarla en algo menos que matemáticamente perfecta.

Para aprovechar al máximo las ventajas del sistema un buen receptor de GPS debe tener en cuenta una amplia variedad de errores posibles. Veamos que es lo que debemos enfrentar.

Un Rudo Viaje a través de la atmósfera

En primer lugar, una de las presunciones básicas que hemos estado usando a lo largo de este trabajo no es exactamente cierta. Hemos estado afirmando que podemos calcular la distancia a un satélite multiplicando el tiempo de viaje de su señal por la velocidad de la luz. Pero la velocidad de la luz sólo es constante en el vacío.

Una señal de GPS pasa a través de partículas cargadas en su paso por la ionosfera y luego al pasar a través de vapor de agua n la troposfera pierde algo de velocidad, creando el mismo efecto que un error de precisión en los relojes.

 

Hay un par de maneras de minimizar este tipo de error. Por un lado, podríamos predecir cual sería el error tipo de un día promedio. A esto se lo llama modelación y nos puede ayudar pero, por supuesto, las condiciones atmosféricas raramente se ajustan exactamente el promedio previsto.

Otra manera de manejar los errores inducidos por la atmósfera es comparar la velocidad relativa de dos señales diferentes. Esta medición de doble frecuencia es muy sofisticada y solo es posible en receptores GPS muy avanzados.

Un Rudo Viaje sobre la tierra

Los problemas para la señal de GPS no terminan cuando llega a la tierra. La señal puede rebotar varias veces debido a obstrucciones locales antes de ser captada por nuestro receptor GPS.

 

Este error es similar al de las señales fantasma que podemos ver en la recepción de televisión. Los buenos receptores GPS utilizan sofisticados sistemas de rechazo para minimizar este problema.

Problemas en el satélite

Aún siendo los satélites muy sofisticados no tienen en cuenta minúsculos errores en el sistema.

Los relojes atómicos que utilizan son muy, pero muy, precisos, pero no son perfectos. Pueden ocurrir minúsculas discrepancias que se transforman en errores de medición del tiempo de viaje de las señales.

Y, aunque la posición de los satélites es controlada permanentemente, tampoco pueden ser controlados a cada segundo. De esa manera pequeñas variaciones de posición o de efemérides pueden ocurrir entre los tiempos de monitoreo.

Algunos ángulos son mejores que otros

La geometría básica por si misma puede magnificar estos errores mediante un principio denominado “Dilación Geométrica de la Precisión”, o DGDP

Suena complicado pero el principio es simple.

En la realidad suele haber mas satélites disponibles que los que el receptor GPS necesita para fijar una posición, de manera que el receptor toma algunos e ignora al resto.

Si el receptor toma satélites que están muy juntos en el cielo, las circunferencias de intersección que definen la posición se cruzarán a ángulos con muy escasa diferencia entre sí. Esto incrementa el área gris o margen de error acerca de una posición.

 

Si el receptor toma satélites que están ampliamente separados, las circunferencias intersectan a ángulos prácticamente rectos y ello minimiza el margen de error.

 

Los buenos receptores son capaces de determinar cuales son los satélites que dan el menor error por Dilución Geométrica de la Precisión.

¡Errores Intencionales!

Aunque resulte difícil de creer, el mismo Gobierno que pudo gastar 12.000 Millones de dólares para desarrollar el sistema de navegación más exacto del mundo, está degradando intencionalmente su exactitud. Dicha política se denomina “Disponibilidad Selectiva” y pretende asegurar que ninguna fuerza hostil o grupo terrorista pueda utilizar el GPS para fabricar armas certeras.

Básicamente, el Departamento de Defensa introduce cierto “ruido” en los datos del reloj satelital, lo que a su vez se traduce en errores en los cálculos de posición. El Departamento de Defensa también puede enviar datos orbitales ligeramente erróneos a los satélites que estos reenvían a los receptores GPS como parte de la señal que emiten.

Estos errores en su conjunto son la mayor fuente unitaria de error del sistema GPS. Los receptores de uso militar utilizan una clave encriptada para eliminar la Disponibilidad Selectiva y son, por ello, mucho más exactos.

La línea final

Afortunadamente todos esos errores no suman demasiado error total. Existe una forma de GPS, denominada GPS Diferencial, que reduce significativamente estos problemas.


En Resumen: Corrección de Errores

  1. La ionosfera y la troposfera causan demoras en la señal de GPS que se traducen en errores de posicionamiento.
  2. Algunos errores se pueden corregir mediante modelación y correcciones matemáticas.
  3. La configuración de los satélites en el cielo puede magnificar otros errores
  4. El GPS Diferencial puede eliminar casi todos los errores

Resumen de las fuentes de error del sistema GPS
Errores típicos, en Metros (Por cada satélite)

Fuentes de Error

GPS Standard

GPS Diferencial

Reloj del Satélite

1.5

0

Errores Orbitales

2.5

0

Ionosfera

5.0

0.4

Troposfera

0.5

0.2

Ruido en el Receptor

0.3

0.3

Señal Fantasma

0.6

0.6

Disponibilidad Selectiva

30

0

     

Exactitud Promedio de Posición

   

Horizontal

50

1.3

Vertical

78

2.0

3-D

93

2.8

 

 

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Publicado por en 16 enero, 2012 en TECNOLOGÍAS EN AUTOMOVILES

 

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