Radiaciones ionizantes: Son aquellas en las que las partículas que se desplazan son iones[1]. Estas radiaciones pueden producir alteraciones genéticas y determinadas enfermedades.
Existen dos tipos de radiaciones ionizantes:
– Electromagnética, constituida por rayos ?, rayos X y rayos ultravioleta;
– La constituida por partículas subatómicas (electrones, neutrones, protones).
Existen tres tipos fundamentales de interacciones:
– Aquellas producidas por un aparato sobre otro aparato.
-Aquellas producidas por el medio ambiente sobre sistemas eléctricos, por ejemplo, los efectos del rayo.
– Aquellas producidas por un sistema eléctrico sobre el medio, por ejemplo, influencia de los campos electromagnéticos sobre los seres vivos.
[1] A frecuencias altas, como consecuencia de la interacción de la radiación de elevada energía con la materia, se desprenden electrones y los átomos quedan cargados positivamente, ionizados.
¿Qué es la Compatibilidad Electromagnética?
CONCEPTO
La Compatibilidad Electromagnética (CEM) designa, en primer lugar, las propiedades que poseen las instalaciones o aparatos, eléctricos y/o informáticos y que hacen que estén funcionando correctamente, en un contexto dado, en presencia de otros aparatos o perturbaciones del exterior (interior).Por extensión, el término CEM designa igualmente el conjunto de técnicas que tratan de esta propiedad.
Se pueden definir tres tipos fundamentales de interacciones teniendo en cuenta sus orígenes y receptores :
Un aparato sobre otro (efecto de un sistema sobre otro, interferencias con el interior.)
El medio ambiente sobre sistemas eléctricos y/o informáticos ( Rayo.)
Un sistema eléctrico sobre el medio ambiente (influencias de los campos electromagnéticos sobre los seres vivos.)
El dominio de la CEM cubre un amplio campo de actividades :
Análisis de los mecanismos que dan origen a los efectos perturbadores.
Estudio de la propagación de las perturbaciones.
Evaluación de las consecuencias.
Previsión de las situaciones.
Diseño y puesta en acción de los dispositivos de corrección.
Establecimiento de normas que impongan valores límites. etc..
Todo el dominio tiene una connotación negativa.no se trata de crear algo nuevo.sino de suprimir las imperfecciones.
Elementos esenciales: Sistema Perturbado
La polución del espacio por perturbaciones de naturaleza electromagnética nace de la creciente complejidad de los sistemas energéticos (sociedad del bienestar).
Es un problema complejo que debe ser abordado con técnicas propias de la teoría de sistemas.
Establecimiento completo del sistema perturbado
Análisis de las perturbaciones
Puesta a punto de dispositivos de protección
Elementos esenciales :
*Fuente del fenómeno electromagnético (EM).Transmisores de radio, líneas de alta, motores, rayos,.etc.
*Receptor.Circuitos electrónicos, receptores de radio, personas,.etc.
*Camino que permita la interferencia (Conducción, acoplo inductivo, acoplo capacitivo, radiación)
El camino de acoplo es cada uno o la combinación de los cuatro métodos de acoplo.
Origen de la interferencia :
Fuente-Receptor dentro del sistema – INTRASISTEMA- (transistorios en los circuitos de conmutación.)
Fuente-Receptor exterior al sistema -INTERSISTEMA- (Línea de alta tensión y la radio del coche.)
"Para solucionar un problema EM es necesario, al menos, identificar dos de estos elementos y eliminar el tercero".
– Diagrama de bloques del conjunto Perturbador-Perturbado.
Algunas definiciones,.
Entorno electromagnético : totalidad de fenómenos electromagnéticos (variables con el tiempo) que existen en una región dada.se pueden describir por fuentes o mediante parámetros susceptibles de medida (V. I. E. H).
Perturbación electromagnética : Cualquier fenómeno EM que puede degradar el funcionamiento de un equipo o sistema, o afectar perniciosamente a la materia viviente o inerte.
Emisión electromagnética (EME) : fenómeno por el que la energía electromagnética emana de una fuente (conducción y/o radiación).
Susceptibilidad electromagnética (EMS) : Incapacidad de un dispositivo, equipo o sistema de funcionar sin degradación en presencia de una perturbación electromagnética.
Inmunidad Electromagnética : Capacidad de un dispositivo, equipo o sistema de funcionar sin degradación en presencia de una perturbación electromagnética.Un mismo equipo puede ser inmune o no a la misma señal si el camino de acoplo es distinto.
Compatibilidad Intrasistema : No hay problema de interferencia (EMI) interna (ej. Armónicos de una señal principal, interferencias entre componentes de un circuito,.)
Compatibilidad Intersistemas : No hay problemas de EMI externos (ej.: tubos fluorescentes y controles industriales, líneas de alta tensión y marcapasos.etc).
Nivel de Compatibilidad EM : Nivel de perturbación EM de referencia que puede usarse en un cierto entorno para obtener límites de emisión e inmunidad, de forma que el equipo tiene una probabilidad alta de ser compatible.
Nivel de Inmunidad : Máximo nivel de perturbación EM que incide sobre un equipo para el cual éste funciona correctamente. Es función de la variable independiente al que esté referido (ej.: la frecuencia). Puede ponerse un valor prefijado por debajo del nivel de inmunidad en el rango de medidas: límite de inmunidad.
Margen de inmunidad : Diferencia entre el límite de inmunidad y el nivel de compatibilidad.
De forma equivalente se definen las cantidades y magnitudes referidas a la Emisión.
FUENTES DE INTERFERENCIA
Cualquier sistema capaz de generar E(t) y H(t) puede causar interferencia.
Ruido : cualquier señal indeseable dentro de un sistema.
Naturales: Ruido atmosférico (tormentas de diverso tipo), emisiones solares,.
Origen Humano: Radiaciones intencionadas – equipos de comunicaciones, sistemas de navegación, etc – y no intencionada – armónicos o subarmónicos de los mismos equipos, motores eléctricos, sitemas de encendido, etc
Las interferencias, independientemente de su camino de acoplo (conducción,radiación,.) se pueden clasificar según las variaciones de su amplitud (impulsos y/o contínuas; de formas impredecibles., en general, dos grupos: sinusoidales y aleatorias) y según su extensión espectral (anchura de banda).frecuentemente se usan los términos banda estrecha y banda ancha…que siempre son con relación al instrumento utilizado para medir la señal o el ruido.(cuando su ancho de banda correspondiente a 3dB es mas pequeño (grande) que el correspondiente ancho de banda del receptor de medida).
Unidades estándar: Las medidas típicas de EMI radiada pueden tener un rango desde 30µV/m a 30 mV/m ( 3 décadas) y conducida 10A a 10µA (6 décadas)
Utilización de Modelos Apropiados:
La elección de un modelo debe ser un compromiso entra facilidad y precisión.
Teoría de Campos o de Circuitos.
Circuito perturbado: Compromiso ~ modelo híbrido ( acoplos inductivos, capacitivos y radiante.), añadiendo, en su caso, las diversas geometrías.
Algunas medidas para reducir las perturbaciones.
La energía de destrucción de algunos componentes (circuitos) puede ser pequeña.
Sensibilidad de los sistemas analógicos, digitales y biológicos a las perturbaciones.
Algunos campos de interés de la CEM
Apantallamiento del Campo Electromagnético:
El apantallamiento de un receptor de una fuente de perturbación eléctrica es una técnica básica y fundamental en el control de CEM. Por pantalla entendemos la superficie (real o no) que constituye una limitación real al acoplo entre los circuitos o equipos que están situados a ambos lados de ella.
Un apantallamiento real puede ser cualquier recinto cerrado parcial o completamente que se utilice para disminuir el campo EM en su interior o en el exterior (como una gran cámara o la malla externa de un cable coaxial).
Las limitaciones en el apantallamiento de interferencias electromagnéticas vienen impuestas por las aberturas y discontinuidades en el recinto. En los sistemas reales, estas aberturas son inevitables puesto que los cables, el aire, el personal técnico, etc., tienen que entrar y salir de una cámara.
MECANISMOS DE APANTALLAMIENTO
Para estudiar el apantallamiento, se pueden resolver la ecuaciones de Maxwell con las condiciones de contorno adecuadas. En la práctica este método no se aplica por su complejidad.
Aproximaciones:
El modelo "de conducción de líneas de campo"? campos eléctricos y magnéticos estáticos.
el modelo del "circuito equivalente" ? se aplica cuando las dimensiones del apantallamiento son considerablemente más pequeñas que las de la longitud de onda de los campos que inciden sobre él
El modelo de la "onda plana o línea de transmisión" ? se aplica a apantallamientos de sistemas que son considerablemente más grandes que la longitud de onda del campo incidente.
APANTALLAMIENTO DEL CAMPO ESTÁTICO
Resolver las ecuaciones de Maxwell se reduce a utilizar la ecuación de Laplace con las condiciones de contorno adecuadas, para determinar el potencial escalar eléctrico V o magnético VM, es necesario que la región dentro de los contornos no contenga ninguna corriente.
APANTALLAMIENTO MAGNETOSTÁTICO
Sólo es posible obtener apantallamiento magnetostático utilizando materiales ferromagnéticos, cuya permeabilidad es muy superior a la del vacío, y/o superconductores.
ABERTURAS.
En un recinto cerrado apantallado pueden penetrar ondas electromagnéticas por agujeros de ventilación, ventanas para inspección, puertas,… Esta penetración depende fuertemente del tamaño, forma y situación de las discontinuidades y no tanto de las características físicas del metal.
Un análisis riguroso es bastante complejo e incluso la mayoría de los casos no tienen solución analítica, por esto, este estudio se limita al caso de un conductor infinito con una abertura pequeña comparada con la longitud de onda de la radiación.
Consideramos en primer lugar el caso de un campo con sólo componente eléctrica. Para conocer el potencial eléctrico tras la abertura se hace uso de una transformación general para formas poligonales conocida como transformación de Schwarz-Christoffel. El resultado de esta transformación da un potencial que es el mismo que el producido por una distribución de dipolos a lo largo del contorno de la abertura. La penetración de un campo magnético se obtiene igualmente, solo que ahora el dipolo es magnético y no eléctrico.
Entonces, los campos que penetran por una abertura en una placa conductora se pueden analizar determinando los dipolos eléctrico y magnético equivalentes que situados en la posición de la abertura generan los mismos campos en el interior.
BLINDAJE.
– El blindaje y el filtrado son prácticas complementarias; en un circuito con buen filtrado, también es necesario un buen blindaje.
– El blindaje lleva consigo el colocar una superficie conductora alrededor de las partes problemáticas del circuito. El campo electromagnético acoplado, en estos casos, se debilita y atenúa.
– El blindaje puede ser una cubierta totalmente metálica, si es necesario un apantallado para bajas frecuencias; si sólo se necesita blindar para altas frecuencias (más de 30 MHz) es suficiente con poner un fino revestimiento conductor sobre la cubierta de plástico del equipo.
– El blindaje es una decisión cara y difícil de llevar a la práctica. Muchos factores juegan en su contra: estéticos, herramientas, accesibilidad..
– La decisión de blindar o no blindar un circuito debe adoptarse lo antes posible. Se puede calcular, hasta un orden aproximado, los campos generados por las pistas de la placa de un circuito impreso, y compararlos con el límite deseado para la emisión. Si el límite es excedido, será necesario aplicar una pantalla.
MALLAS Y REJILLAS:
– Los agujeros de ventilación se pueden cubrir con una malla perforada, o se puede perforar el propio panel conductor.
– Si el espacio entre perforaciones es mínimo (es decir, que el espacio entre agujeros es más pequeño que la mitad de la longitud de onda) la reducción del blindaje con respecto a un agujero único es aproximadamente proporcional a la raíz cuadrada del número de agujeros (Ej.: Una malla de 100 agujeros de 4mm. Tendrá una eficacia de apantallado de 20 dB menor a la de un solo agujero de 4mm)
-Los agujeros con una distancia de separación de más de media longitud de onda, apenas producen una reducción del blindaje.
– Se puede obtener un mejor blindaje de la ventilación, a expensas del grosor y el peso, utilizando paneles de rejilla en los que la forma en panal funciona como una guía de onda por debajo del corte.
– En esta técnica, el grosor del blindaje e muchas veces el ancho de cada abertura individual.
Componentes para CEM
Además de los transitorios y otras perturbaciones, los problemas de interferencia electromagnética conducida pueden surgir también cuando los componentes de los equipos conectados a las líneas de suministro se comportan de forma distinta a la esperada. Este comportamiento anómalo no es debido al propio componente sino a que no se han considerado adecuadamente sus propiedades fuera del rango de frecuencias para el cual se diseñó el componente. Es decir, hay que considerar las propiedades del componente, que se llamaran parásitas, en todo el espectro de frecuencias de la interferencia o del transitorio y estas propiedades normalmente no aparecen como tales en el diagrama del circuito. Esto implica que son necesarios modelos bastante más complejos que los que normalmente se utilizan para describir correctamente el comportamiento de conductores, resistencias, capacitores e inductores y en general de cualquier otro elemento de circuito sobre un rango amplio de frecuencias.
Análisis de:
Condensadores (en microstip, con hilos de contacto, de paso, supresión interferencias de red,.etc.
Inductancias (bobinas, con núcleo, circuitos magnéticos,.etc.
Transformadores para aislamiento eléctrico y/o transformación de voltaje y/o corriente.
Filtros para Red en modo común y/o diferencial,.etc.
Resistencias, conductores y circuitos impresos,.etc
Antenas para CEM :
Los dos tipos de antenas de banda ancha más empleadas en CEM en los dos rangos de frecuencia 10MHz a 1GHz y superiores a 1GHZ, de acuerdo con la normativa (CISPR 16-1/93), son: La antena bicónica y la logaritmoperiódica ( hasta 1 GHz) y superiores a 1GHZ la espiral logarítmica cónica, las antenas de abertura y los cornetes de doble resalte.
Aunque oficialmente la normativa del CISPR sobre medidas especifica dipolos sintonizados, la mayoría de los estándares permite el empleo de antenas de Banda ancha que den resultados equivalentes.
Efectos Biológicos (Estudios experimentales, simulados, fenomenológicos.)
Medidas, Montajes y Calibración para CEM.
Masas y Tierras.
Normativas y Estándares para CEM.
CONCLUSIÓN :
"La compatibilidad electromagnética es una disciplina que se ocupa de reducir las influencias mutuas entre los diferentes sistemas (eléctrcos,electrónicos,.), de la protección de los circuitos contra fenómenos eléctricos narurales, así como de la defensa de los sistemas biológicos frente al acciodente de origen electromagnéticos".
BIBLIOGRAFÍA BÁSICA
– "Introduction on Electromagnetic Compatibility" 2º Ed.,Clayton R. Paul,Wiley(2006)
– "Electromagnetic Compatibility" J. Goedbloed. Prentice Hall (1992)
– " EMC Control y Limitación de Energía Electromagnética ", Tim Willims, Paraninfo, (1997)
– "Engineering Electromagnetic Compatibility" V. Prasad Kodali. Wiley-IEEE Press (2001)
– "Fundamentos de Compatibilidad Electromagnética" J. L. Sebastián. Addison Wesley (1999)
– "Introduction to Electromagnetic Compatibility" C.R. Paul. Willey Inter-Science (1992)
– "Interferencias Electromagnéticas en Sistemas Electrónicos" J. Balcells, F. Daura, R. Esparza y R. Pallás. Marcombo (1992)
– "Principles of Electromagnetic Compatibility", Bemhard E. Kaiser, Artech House, (1987)
"Principles and Techniques of Electromagnetic Compatibility", Christos Christopoulos, CRC press. Inc., (1995)
"Numerical Techniques in Electromagnetics", Matthew & Sadiku, 2ª Edición, CRC Press, Inc., (2001)
OTROS
"Handbook of Electromagnetic Compatubility" R. Pérez, Academic Press, (1995)
"IEEE Tran. On Electromagnetic Compatibility"
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