8.3: Técnicas específicas de solución de problemas

Después de aplicar algunos de los consejos generales de solución de problemas para reducir el alcance de la ubicación de un problema, existen técnicas útiles para aislarlo aún más. Aquí hay algunos:

Intercambiar componentes idénticos

En un sistema con subsistemas idénticos o paralelos, intercambie componentes entre esos subsistemas y vea si el problema se mueve o no con el componente intercambiado. Si lo hace, acaba de cambiar el componente defectuoso; si no lo hace, ¡siga buscando!

Este es un potente método de solución de problemas, porque le da una indicación tanto positiva como negativa de la falla del componente intercambiado: cuando la parte mala se intercambia entre sistemas idénticos, el subsistema anteriormente roto comenzará a funcionar nuevamente y el subsistema anteriormente bueno fallará.

Una vez pude solucionar un problema esquivo con un sistema de encendido de motor automotriz usando este método: por casualidad tuve un amigo con un automóvil compartiendo exactamente el mismo modelo de sistema de encendido. Intercambiamos piezas entre los motores (distribuidor, cables de bujía, bobina de encendido, una a la vez) hasta que el problema se trasladó al otro vehículo. El problema pasó a ser una bobina de encendido “débil”, y solo se manifestó bajo carga pesada (condición que no se pudo simular en mi cochera). Normalmente, este tipo de problema solo se podría identificar usando un analizador del sistema de encendido (u osciloscopio) y un dinamómetro para simular las condiciones de conducción cargada. Esta técnica, sin embargo, confirmó la fuente del problema con una precisión del 100%, sin utilizar ningún equipo de diagnóstico.

Ocasionalmente puede intercambiar un componente y encontrar que el problema aún existe, pero ha cambiado de alguna manera. Esto te dice que los componentes que acabas de intercambiar son de alguna manera diferentes (diferente calibración, función diferente), y nada más. Sin embargo, no descartes esta información solo porque no te lleve directamente al problema, busca otros cambios en el sistema como un todo como resultado del intercambio e intenta averiguar qué te dicen estos cambios sobre la fuente del problema.

Una advertencia importante a esta técnica es la posibilidad de causar más daños. Supongamos que un componente ha fallado debido a otra falla menos conspicua en el sistema. El intercambio del componente fallido por un componente bueno también causará que el componente bueno falle. Por ejemplo, supongamos que un circuito desarrolla un cortocircuito, que “sopla” el fusible protector para ese circuito. El fusible fundido no es evidente por inspección, y no tiene un medidor para probar eléctricamente el fusible, por lo que decide cambiar el fusible sospechoso por uno de la misma clasificación de un circuito en funcionamiento. Derivado de esto, también se sopla el buen fusible que mueves al circuito cortocircuitado, dejándote con dos fusibles fundidos y dos circuitos que no funcionan. Al menos sabes con certeza que el fusible original estaba fundido, porque el circuito al que se movió dejó de funcionar después del intercambio, pero este conocimiento se obtuvo sólo a través de la pérdida de un buen fusible y el “tiempo de inactividad” adicional del segundo circuito.

Otro ejemplo para ilustrar esta advertencia es el problema del sistema de encendido mencionado anteriormente. Supongamos que la bobina de encendido “débil” había provocado que el motor fuera contraproducente, dañando el silenciador. Si el intercambio de componentes del sistema de encendido con otro vehículo hace que el problema se mueva al otro vehículo, también se pueden dañar el silenciador del otro vehículo. Como regla general, la técnica de intercambio de componentes idénticos debe usarse solo cuando hay una probabilidad mínima de causar daño adicional. Es una excelente técnica para aislar problemas no destructivos.

Ejemplo 1: Está trabajando en una máquina herramienta CNC con accionamientos de los ejes X, Y y Z. El eje Y no está funcionando, pero los ejes X y Z están funcionando. Los tres ejes comparten componentes idénticos (codificadores de retroalimentación, servomotores, servomotores).

Qué hacer: Intercambiar estos componentes idénticos, uno a la vez, eje Y y cualquiera de los ejes de trabajo (X o Z), y ver después de cada swap si el problema se ha movido o no con el swap.

Ejemplo 2: Un sistema estéreo no produce sonido en el altavoz izquierdo, pero el altavoz derecho funciona bien.

Qué hacer: Intente intercambiar componentes respectivos entre los dos canales y ver si el problema cambia de lado, de izquierda a derecha. Cuando lo hace, has encontrado el componente defectuoso. Por ejemplo, podrías intercambiar los altavoces entre canales: si el problema se mueve hacia el otro lado (es decir, el mismo altavoz que antes estaba muerto todavía está muerto, ahora que está conectado al cable del canal derecho) entonces sabes que el altavoz es malo. Si el problema permanece en el mismo lado (es decir, el altavoz anteriormente silencioso ahora está produciendo sonido después de haber sido trasladado al otro lado de la habitación y conectado al otro cable), entonces sabes que los altavoces están bien, y el problema debe estar en otro lugar (tal vez en el cable que conecta el altavoz silencioso al amplificador, o en el amplificador mismo).

Si los altavoces han sido verificados como buenos, entonces podrías verificar los cables usando el mismo método. Intercambia los cables para que cada uno se conecte ahora al otro canal del amplificador y al otro altavoz. Nuevamente, si el problema cambia de lado (es decir, ahora el altavoz derecho está ahora “muerto” y el altavoz izquierdo ahora produce sonido), entonces el cable ahora conectado al altavoz derecho debe estar defectuoso. Si ni el swap (los altavoces ni los cables) hace que el problema cambie de lado de izquierda a derecha, entonces el problema debe estar dentro del amplificador (es decir, la salida del canal izquierdo debe estar “muerta”).

Quitar componentes paralelos

Si un sistema está compuesto por varios componentes paralelos o redundantes que pueden eliminarse sin paralizar todo el sistema, comience a eliminar estos componentes (uno a la vez) y vea si las cosas empiezan a funcionar nuevamente.

Ejemplo 1: Ha fallado una red de comunicaciones de topología “estrella” entre varios equipos. Ninguna de las computadoras es capaz de comunicarse entre sí.

Qué hacer: Intente desenchufar las computadoras, una a la vez de la red, y vea si la red comienza a funcionar nuevamente después de que una de ellas se haya desenchufado. Si lo hace, entonces esa última computadora desenchufada puede ser la que tiene la culpa (puede haber estado “atascando” la red al emitir constantemente datos o ruido).

Ejemplo 2: Un fusible doméstico sigue fundiendo (o el interruptor sigue disparándose abierto) después de un corto período de tiempo.

Qué hacer: Desenchufe los aparatos de ese circuito hasta que el fusible o disyuntor deje de interrumpir el circuito. Si puede eliminar el problema desenchufando un solo electrodoméstico, entonces ese aparato podría estar defectuoso. Si encuentra que desenchufar casi cualquier electrodoméstico resuelve el problema, entonces el circuito puede simplemente estar sobrecargado por demasiados electrodomésticos, ninguno de ellos defectuoso.

Divida el sistema en secciones y pruebe esas secciones

En un sistema con múltiples secciones o etapas, mida cuidadosamente las variables que entran y salen de cada etapa hasta encontrar una etapa en la que las cosas no se vean bien.

Ejemplo 1: Una radio no funciona (no produce sonido en el altavoz)

Qué hacer: Divida los circuitos en etapas: etapa de sintonización, etapas de mezcla, etapa de amplificador, todo el camino hasta el (los) altavoz (s). Mida las señales en los puntos de prueba entre estas etapas y diga si una etapa está funcionando correctamente o no.

Ejemplo 2: Un circuito sumador analógico no funciona correctamente.

Qué hacer: Yo probaría la red promediadora pasiva (las tres resistencias en la esquina inferior izquierda del esquema) para ver que el voltaje adecuado (promediado) se veía en la entrada no inversora del amplificador operacional. Entonces mediría el voltaje en la entrada inversora para ver si era lo mismo que en la entrada no inversora (o, alternativamente, mediría la diferencia de voltaje entre las dos entradas del op-amp, ya que debería ser cero). Continúe probando secciones del circuito (o simplemente pruebe puntos dentro del circuito) para ver si mide los voltajes y corrientes esperados.

Simplifique y reconstruya

Estrechamente relacionada con la estrategia de dividir un sistema en secciones, esta es en realidad una técnica de diseño y fabricación útil para nuevos circuitos, máquinas o sistemas. Siempre es más fácil comenzar el proceso de diseño y construcción en pequeños pasos, lo que lleva a pasos cada vez más grandes, en lugar de construir todo a la vez e intentar solucionarlo como un todo.

Supongamos que alguien estuviera construyendo un automóvil a medida. Él o ella sería tonto al atornillar todas las piezas juntas sin verificar y probar componentes y subsistemas a medida que avanzaban, esperando que todo funcione perfectamente después de que esté todo ensamblado. Idealmente, el constructor verificaría el correcto funcionamiento de los componentes a lo largo del proceso de construcción: arrancar y afinar el motor antes de conectarse a la transmisión, verificar si hay problemas de cableado antes de colocar todos los paneles de cubierta, verificar el sistema de frenos en el camino de entrada antes de sacarlo en la carretera, etc.

Incontables veces he sido testigo de que los estudiantes construyen un circuito experimental complejo y tienen problemas para que funcione porque no se detuvieron a revisar las cosas en el camino: pruebe todas las resistencias antes de enchufarlas en su lugar, asegúrese de que la fuente de alimentación esté regulando el voltaje adecuadamente antes tratando de alimentar cualquier cosa con ella, etc. Es la naturaleza humana apresurarse a concluir un proyecto, pensando que tales comprobaciones son una pérdida de tiempo valioso. Sin embargo, se desperdiciará más tiempo en la resolución de problemas de un circuito que mal funcionamiento del que se dedicaría a verificar el funcionamiento de los subsistemas a lo largo del proceso de construcción.

Tomemos el ejemplo del circuito sumador analógico en la sección anterior por ejemplo: ¿y si no funcionaba correctamente? ¿Cómo lo simplificarías y lo probarías por etapas? Bueno, podrías volver a conectar el amplificador operacional como comparador básico y ver si responde a voltajes de entrada diferenciales, y/o conectarlo como seguidor de voltaje (búfer) y ver si emite el mismo voltaje analógico que lo que es entrada. Si no realiza estas sencillas funciones, ¡nunca realizará su función en el circuito de verano! Al eliminar la complejidad del circuito de verano, combinarlo en un amplificador operacional (casi) desnudo, puede probar la funcionalidad de ese componente y luego construir desde allí (agregar retroalimentación de resistencia y verificar la amplificación de voltaje, luego agregar resistencias de entrada y verificar la suma de voltaje), verificando lo esperado resultados en el camino.

Trampa una señal

Configura la instrumentación (como un registrador de datos, una grabadora de gráficos o un multímetro en modo “grabación”) para monitorear una señal durante un período de tiempo. Esto es especialmente útil al rastrear problemas intermitentes, que tienen una forma de aparecer en el momento en que le diste la espalda y te alejaste.

Esto puede ser esencial para probar lo que sucede primero en un sistema de acción rápida. Muchos sistemas rápidos (especialmente los sistemas de “disparo” de apagado) tienen una capacidad de monitoreo “primero en salir” para proporcionar este tipo de datos.

Ejemplo #1: Un sistema de control de turbina se apaga automáticamente en respuesta a una condición anormal. Para cuando un técnico llega al lugar para inspeccionar el estado de la turbina, sin embargo, todo está en un estado “abajo” y es imposible decir qué señal o condición fue la responsable del apagado inicial, ya que todos los parámetros de operación ahora son “anormales”.

Qué hacer: Un técnico que conocía utilizó una cámara de video para grabar el panel de control de la turbina, para poder ver lo que sucedió (por indicaciones en los medidores) primero en un evento de apagado automático. Simplemente con mirar el panel después del hecho, no había forma de saber qué señal apagó la turbina, pero la reproducción de la cinta de video mostraría lo que sucedió en secuencia, hasta una resolución de tiempo fotograma a fotograma.

Ejemplo #2: Un sistema de alarma se está disparando falsamente, y usted sospecha que puede deberse a que una conexión de cable específica va mal. Desafortunadamente, ¡el problema nunca se manifiesta mientras lo estás viendo!

Qué hacer: Muchos multímetros digitales modernos están equipados con configuraciones de “registro”, por lo que pueden monitorear un voltaje, corriente o resistencia a lo largo del tiempo y observar si esa medición se desvía sustancialmente de un valor regular. Esta es una herramienta invaluable para su uso en fallas de sistemas electrónicos “intermitentes”.