Trabajo colaborativo 3

LA INTERFERENCIA Y LA COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICAS

EDISSON BAUTISTA

JUAN ALBERTO CAICEDO NELSON MANTILLA

GINNA SOFIA GARCIA EDWIN JAIR MURCIA

GRUPO: 299001-2

Presentado a:

Ing. FUAN EVANGELISTA

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA FACULTAD DE CIENCIAS BASICAS E INGENIERIA

CAMPOS ELECTROMAGNETICOS

Mayo de 2010

INTRODUCCIÓN

En el medio en que vivimos, hay campos electromagnéticos por todas partes, pero

son invisibles para el ojo humano, los electrodomésticos, celulares, y todo artefacto por donde circule energía forma un campo magnético. Entonces

podemos decir que los campos electromagnéticos contienen energía y ésta puede ser transmitida a otros elementos que aunque no pertenecen al sistema se encuentra en un área de inferencia del campo, es decir se presenta una

interferencia electromagnética.

La Interferencia Electromagnética que afecta a una línea de transmisión asociada a un equipo terminal (protección, control o monitoreo), es cualquier perturbación eléctrica de origen interno o externo

que impide la correcta transmisión deseada y que puede producir mal funcionamiento o destrucción de partes de equipos sensibles conectados a

tal línea. La exposición del sistema auxiliar a la interferencia está relacionada con el medio electromagnético circundante. El grado de interferencia, a su vez, está relacionado con las características de la fuente que la origina,

la naturaleza del acoplamiento y la sensibilidad del equipo electrónico afectado.

Los voltajes y corrientes que circulan en un sistema producen campos electromagnéticos. Estos campos ejercen fuerzas sobre los electrones de

conducción, induciendo en los otros equipos voltajes y corrientes no deseadas, interferencias o ruido Un ejemplo sencillo seria cuando dejamos nuestro celular

cerca al computador, cuando este timbra vemos como en la pantalla y el sonido se crea una interferencia la cual al dejar de timbrar el celular, esta también termina.

Con el desarrollo de este trabajo colaborativo, vamos a conocer e identificar las

fuentes, y sus características, que producen la interferencia electromagnética. Así mismo se identificaran conceptos, normas y técnicas de control del manejo que se le tiene que dar a la interferencia electromagnética.

LA INTERFERENCIA Y LA COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICAS

1. A. ¿Qué se entiende por Interferencia Electromagnética (IE)?

La interferencia electromagnética es la

perturbación que ocurre en cualquier circuito,

componente o sistema electrónico causado por una fuente externa al mismo. También se conoce como EMI por sus siglas en inglés

(Electro Magnetic Interference), Radio Frequency Interference o RFI. Esta

perturbación puede interrumpir, degradar o limitar el rendimiento de ese sistema. La fuente de la interferencia puede ser cualquier objeto,

ya sea artificial o natural, que posea corrientes eléctricas que varíen rápidamente, como un circuito eléctrico, el Sol o las auroras boreales.

Las interferencias electromagnéticas se pueden clasificar en dos grupos: intencionadas y no intencionadas. El primer caso se refiere a interferencias

causadas por señales emitidas intencionadamente, con el propósito expreso de producir una disfunción en la víctima, es decir, una interferencia (como ocurre en la denominada guerra electrónica). Entre las segundas se incluyen por un lado

aquellas causadas por señales emitidas con otra intención (generalmente, sistemas de telecomunicaciones) y que accidentalmente, dan lugar a un efecto no

deseado en un tercero; y por otro aquellas emitidas no intencionadamente (equipos electrónicos en su funcionamiento normal, sistemas de conmutación, descargas electrostáticas, equipos médicos, motores de inducción etc.).

La Interferencia Electromagnética – IE se define, entonces, como cualquier

perturbación electromagnética que se manifiesta en la degradación de la

operación, el mal funcionamiento o la falla de un dispositivo, equipo o sistema eléctrico, electrónico o de telecomunicaciones.

B. ¿Cuáles son las principales fuentes de IE y qué característ icas tienen?

Existen dos tipos de fuentes de interferencias electromagnéticas, que se pueden

considerar como fuentes EMI naturales y fuentes de EMIs que aparecen debido a la acción del hombre.

Como fuentes naturales se encuentran los relámpagos que pueden llegar a ofrecer descargas de hasta 10KV o efectos solares que afectan la ionosfera.

Como fuentes de EMIs debido a la acción del hombre tenemos:

Las descargas electrostáticas. Los sistemas eléctricos y electrónicos.

Elementos de comunicaciones. Pulsos electromagnéticos (explosiones nucleares, corrientes de

10KV, etc.)

El problema de las interferencias electromagnéticas en los sistemas electrónicos ha ido adquiriendo importancia conforme la

profusión de las aplicaciones de la electrónica ha aumentado la contaminación

electromagnética del entorno de trabajo de los circuitos. La situación se ha visto agraviada al crecer la velocidad y la densidad de

integración de los circuitos integrados, que los ha hecho más susceptibles.

El incremento de ese “parque electrónico” junto con su capacidad para trabajar

cada vez a mayor velocidad reduciendo sus niveles de tensión y corriente (a la búsqueda de eficiencia energética y reducido tamaño) ha supuesto una pérdida de

sus niveles de inmunidad y el trabajo en entornos muy “contaminados” a nivel electromagnético. Aparecen así los conflictos de carácter electromagnético entre equipos (figura).

Las interferencias se producen por la proximidad de motores eléctricos, líneas de alta tensión, alumbrados y otros dispositivos eléctricos; especialmente cuando se habla de las capas del modelo OSI en comunicaciones, estas interferencias se

pueden presentar en la capa física de dicho modelo. Esto hace que hoy se busquen tecnologías inmunes a las interferencias y repunta por es ta razón la fibra óptica cuando de comunicaciones se trata.

Características: Según el medio de propagación que uti lice la perturbación o interferencia

electromagnética para perjudicar el funcionamiento de un equipo o la calidad de una señal, se puede establecer una clasificación de EMI así: EMI conducida, EMI

capacitivo o inductivo y EMI radiadas.

Las EMI conducidas se propagan a través de cables ya sean de

alimentación, señal o tierra, y su contenido frecuencial nunca supera los 30MHz

Las EMI propagadas por acoplamiento capacitivo se producen por efecto de campo eléctrico. Su principal fuente son los puntos donde haya grandes variaciones de tensión respecto al tiempo.

Las EMI propagadas por acoplamiento inductivo se producen por efecto de campo magnético. Su principal fuente son los bucles de intensidad

que presentan grandes derivadas respecto al tiempo. Las EMI radiadas son debidas a la generación de ondas

electromagnéticas. Se consideran radiadas y no acopladas cuando la

distancia entre la fuente y victima es superior a la mitad de la longitud de onda de la interferencia.

2. ¿Qué se entiende por Compatibilidad Electromagnética (CE)?

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 :

1. Un aparato sobre otro (efecto de un sistema sobre otro, interferencias con el

interior…) 2. El medio ambiente sobre sistemas eléctricos y/o informáticos ( Rayo)

3. Un sistema eléctrico sobre el medio ambiente (influencias de los campos electromagnéticos sobre los seres vivos…)

La Compatibilidad Electromagnética - CEM de los dispositivos y equipos

eléctricos, electrónicos y de telecomunicaciones es hoy en día, a escala mundial, una de las principales exigencias de calidad. La Unión Europea por ejemplo, ha

establecido la denominada directiva de CEM, de obligatorio cumplimiento, que cubre un gran conjunto de sistemas y equipos eléctricos y electrónicos comercializados en su territorio. Por otra parte, la Comisión Federal de

Comunicaciones (FCC) de los Estados Unidos, impone restricciones a las emisiones radiadas y conducidas de los dispositivos digitales que sean

comercializados en dicho país. Para que la CEM de un dispositivo o equipo sea efectiva y económicamente

factible, debe involucrarse desde las primeras etapas de diseño, teniendo en cuenta que este debe operar adecuadamente en un entorno electromagnético

específico. Esto garantiza que las medidas para conseguir CEM y los costos asociados no afecten la competitividad del mismo en el mercado.

Es importante resaltar que tanto diseñadores como consumidores deben someterse a las normas de CEM, para obtener altos estándares de calidad en

procesos que involucren dispositivos y equipos eléctricos y electrónicos. Por ello, para un país como Colombia, cobra relevancia el desarrollo de esfuerzos de caracterización de las condiciones electromagnéticas particulares del medio. La

caracterización del entorno electromagnético del país, que debe efectuarse desde puntos de vista espacio - temporales y estadísticos, constituye la base tanto para

elaborar los métodos de prueba de la susceptibilidad1 e inmunidad2 de los sistemas como para sentar una discusión fundamentada con respecto a sí, para cada tópico específico, deben desarrollarse normas propias o adoptarse las de

carácter internacional.

. 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.

3. ¿Cuáles son las principales técnicas para el control de la IE?

De manera general, los elementos básicos que deben ser examinados cuando

existe una condición de perturbación son:

1 La susceptibilidad está definida como la capacidad de un dispositivo o equipo eléctrico o electrónico para generar una

respuesta no deseada cuando es sometido a una perturbación electromagnética. 2 La inmunidad se define como la capacidad de un sistema para continuar operando satisfactoriamente al estar sometido a

perturbaciones electromagnéticas

La fuente de interferencia,

El sistema perturbado y

El canal de acople entre ambos.

El que una condición de perturbaciones constituya un suceso potencialmente perjudicial dependerá, entre otros factores, de:

• El nivel de la perturbación (magnitud y forma de onda, rango de

frecuencia, contenido de energía, máxima tasa de variación, frecuencia de ocurrencia y duración etc.)

• La susceptibilidad del receptor (respuesta de frecuencia, condiciones de

diseño, presencia de elementos de protección, materiales etc.) y

• Las condiciones en las cuales se efectúe el acoplamiento (por

conducción o por radiación, características del medio de propagación, atenuación, etc.).

Por consiguiente, la solución a los efectos nocivos podrá encontrarse ;

mitigando la emisión de la fuente, incrementando la inmunidad del receptor

o amortiguando la propagación de la perturbación en el medio de acople, de manera que se reduzca la interacción emisor - receptor. Es preciso

anotar que un sistema puede ser considerado simultáneamente como el receptor de una perturbación y como el emisor de otra. En este sentido vienen trabajando centros de investigación alrededor del mundo, incluido

Colombia, con el fin de caracterizar electromagnéticamente el medio y diseñar y construir equipos eléctricos o electrónicos Compatibles

Electromagnéticamente

Hacer el camino de acoplamiento poco efectivo.

Hacer el receptor menos sensible a las emisiones.

La mejor solución es la primera aunque no siempre es posible identificar la fuente

de la perturbación y algunas veces no es posible eliminarlas ya que son señales activas del sistema, como por ejemplo el reloj (clock) de un sistema digital. En

estos casos solo se puede actuar sobre el camino de acoplamiento o haciendo la víctima más inmune.

El acoplamiento entre sistemas consiste en que un dispositivo interacciona y perturba el funcionamiento de otro. El camino de acoplo entre fuente y el receptor

permite a la fuente interferir con el receptor. Existen cuatro modos (caminos) de acoplamiento: • Conducción (corriente eléctrica).

• Acoplo inductivo (campo magnético). • Acoplo capacitivo (campo eléctrico).

• Radiación (campo electromagnético). Como hemos visto en apartados anteriores, la introducción de señales no

deseadas (ruido) en circuitos eléctricos y electrónicos está siempre presente, y La mayor parte de estos efectos deben ser contrarrestados mediante los siguientes

métodos: • Diseños de Circuitos de los Equipos Electrónicos. • Apantallamiento de la Estructura.

• Contacto eléctrico (Bonding). • Prácticas Aceptadas de Instalación del Cableado.

Apantallamientos

Una de las opciones más habituales para evitar interferencias es proteger el cable

o el sistema electrónico para que estas no entren en el interior. Un apantallamiento consiste en recubrir con una malla metálica un cable o dispositivo para que no entre la radiación. Para hacer un buen apantallamiento hay que tener en cuenta

varios aspectos:

-La energía apantallada tiene que ir a algún sitio, es decir, no se puede colocar el apantallamiento sin más, si no que este debe ir conectado a tierra para que la energía tenga una salida a través de la protección metálica. El no tener en cuenta

esta consideración es uno de los fallos más habituales a la hora de instalar cable apantallado, ya que después con el cable no se ponen los correspondientes

conectores que unirán la pantalla con la tierra. Un ejemplo muy habitual suelen ser las instalaciones de redes Ethernet, donde muchas veces ponen cable apantallado que es mucho más caro que el normal y luego no ponen los conectores

apantallados. Estos conectores son igual que los RJ45 normales pero están recubiertos con una chapa metálica que es la que une el metal del apantallamiento

con la parte metálica del conector de la tarjeta de red que está conectado a tierra.

A la izda conector apantallado y a la drcha sin apantallar

-No todos los apantallamientos son iguales, los hay de distintos materiales, calidades y precios. Para señales de gran velocidad (por ejemplo Ethernet) es bueno un apantallamiento que es como un papel de metal de color cobre o

metálico. Mientras que para señales analógicas o lentas es mejor esos cables que tienen como una malla metálica. Obviamente los cables de mejor calidad son los

que combinan ambas protecciones, eso sí su precio es prohibitivo y solo se justifica para ciertos sistemas de mucha precisión. Si vais a cablear una instalación de red Ethernet, lo mejor es que utilicéis el cable del primer tipo con

sus correspondientes conectores apantallados. Si vais a cablear algún sensor o sistema especial entonces igual queda justificado el uso de cable con

apantallamiento de malla o con la combinación de ambos apantallamientos.

Distintos tipos de apantallamientos

- Por último pero no menos importante debemos tener en cuenta los apantallamientos de aparatos electrónicos, es decir sus carcasas metálicas.

Existen tendencias de modding que por ejemplo retiran la carcasa metálica a una fuente de alimentación. Mientras que quitársela a un PC no tiene casi problema ya

que este no emite ruido y está preparado para ser robusto frente a interferencias sin necesidad de una carcasa externa metálica, algunas fuentes de alimentación no lo son. Estos dispositivos como se explicó en unos artículos atrás son de tipo

conmutado es decir, tienen unos dispositivos que trabajan a unas frecuencias altas para recortar la tensión, que además pueden emitir interferencias que afecten al

resto del equipo. Sí que hay algunas fuentes con carcasa de metacri lato pero es porque han sido preparadas para ello, siendo totalmente desaconsejable cambiar la carcasa de una fuente que la traía en origen metálica.

Evitar los bucles

Muchas antenas son como un gran bucle de hilo para captar mejor la radiación del

ambiente y así poder recibir mejor la señal que busca, ya sea de radio o cualquier otro tipo. Basándonos en esto si lo que no queremos es recibir radiación en un

cable para que esta entre a la señal y nos la corrompa lo que deberemos hacer es evitar estos bucles. Este es el principio en el que se basan los cables Ethernet llamados de pares trenzados, ya que mediante esas trenzas evitan que los cables

tengan bucles entre ellos porque aseguran que siempre van a ir pegados el uno al otro al estar ya que están enrollados entre sí.

En primer lugar los cables de comunicaciones (USB, serie, Ethernet, etc.) los compraremos lo más cortos posible, son que quede tirante pero tampoco que

sobre mucho. En el caso de que sobre, no lo enrollaremos como si fuera una circunferencia, sino en forma de 8 para hacer que el bucle sea lo más corto

posible y así evitar que capte interferencias.

Cable enrollado en círculo a la izda y en 8 a la drcha.

Filtros

Por último debemos de ser conscientes de que las interferencias son inevitables. Utilizamos cables muy largos para redes LAN, conexiones USB, etc., por lo que estos cables van a captar radiación que hay en el ambiente debida a los móviles,

la radio y otros aparatos que es indispensable que emitan al ambiente, por lo que deberemos disponer de un dispositivo capaz de filtrar dichas interferencias. Aquí

vemos la razón por la que algunos cables USB, son más caros que otros porque unos llevan filtro incorporado. El fi ltro suele ser una ferrita que es como un cilindro de hierro a través del cual pasa el cable y que tienen forma de cilindro tal y como

se observa en la imagen. El uso de estos cables puede solucionar

problemas de velocidad en conexiones USB e incluso interferencias en la televisión digital terrestre.

Arriba un cable con filtro (ferrita) abajo sin ella

También existe la posibilidad de comprar una ferrita que se puede poner en cualquier cable, en este caso bastará con abrazar con la ferrita el cable para conseguir los efectos deseados.

Ferrita

La ferrita básicamente lo que hará será reducir la potencia de las señales que

tengan más de una frecuencia determinada por ejemplo, si compramos una ferrita de 100Mhz, porque nuestra señal está por debajo de esa frecuencia, lo que hará es convertir el cable en una resistencia muy alta para señales de frecuencias

mayores a 100Mhz y muy baja para señales de frecuencia mayor a 100Mhz. Para saber que frecuencia tiene nuestra señal podemos buscar en google e incluso en

la propia tienda de electrónica donde compremos la ferrita podemos pedir que sea para cierta señal (por ejemplo un cable USB) y nos darán una optimizada para la frecuencia que suelen tener las señales USB. En cuanto a las

ferritas que nos encontramos en cables integrados ya han sido pensadas para la frecuencia (o velocidad) máxima y mínima que puede pasar a través del cable que

estamos comprando y por tanto el resto de señales que intenten pasar por la zona del cable donde está la ferrita serán atenuadas debido al efecto resistivo de esta a

frecuencias mayores de la de corte para la que ha sido diseñada.

4. ¿Cuáles normas técnicas (nacionales o internacionales) están

orientadas a los temas de IE y CE?

Las normas más extendidas son las emitidas por la Comunidad

Europea, que produjo su primer directiva sobre EMC en Mayo de 1989 (la Directiva 89/336/CEE3. Esta directiva tenía como objetivos eliminar

las barreras comerciales entre los países miembros y disminuir y controlar la polución electromagnética del medio ambiente.

La Directiva 89/336/CE ha sido modificada y complementada por otras Directivas posteriores y sigue en revisión y actualización.

NTC-IEC 61000-1-1. COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA (CEM).

EN 50141 Campos electromagnéticos de alta frecuencia conducidos.

EN 55024 Transitorios eléctricos rápidos en ráfagas. ( Burst ) (EFT)

Costa Rica: Resolución No 2896-98 de la Sala Constitucional que

establece protocolos de medición para las líneas de alta tensión. Colombia: Norma Técnica UIT K52, basada en los límites

recomendados por la CIPRNI.

Bolivia: Estándar Técnico de la Superintendencia de

Telecomunicaciones, SITTEL 2002/0313.

Argentina. Resoluciones del Ministerio de Salud, MS 202/1995, y de la

Secretaría de Comercio, SeCom 530/2000.

Venezuela: Norma del Comité Venezolano para Normas Industriales,

COVENIN: Norma Venezolana

Covenin, NVC 2238-00. Es una norma nacional que fija los límites de máxima exposición permitida.

3 Directiva para la operación simultánea y compatible electromagnéticamente de distintos equipos eléctricos y electrónicos

comercializados.

CONCLUSIONES

Por tanto con respecto a posibles problemas de interferencias intra e intersistemas, se hace necesario considerar en las primeras etapas de

desarrollo de prototipos de los equipos estas interferencias, siendo normalmente necesaria una revisión de su diseño.

El dispositivo por excelencia para realizar pruebas de CE, con miras a la obtención de la certificación y por consiguiente el marcado CE, son las

llamadas cámaras anecoicas, así llamadas por que son recintos que aíslan del entorno electromagnético el dispositivo que debe cumplir una

normatividad establecida antes de entrar a funcionar y poder ser comercializado.

Una interferencia electromagnética es básicamente cualquier señal o

emisión, radiada en el espacio o conducida a través de un cable de alimentación o señal, que pone en peligro el funcionamiento de la

navegación por radio u otro servicio de seguridad, o degrada seriamente, obstruye o interrumpe de forma repetida un servicio de comunicaciones por radio autorizado.

Hay dos tipos de fuentes de interferencias electromagnéticas, que se

pueden considerar como fuentes EMI naturales y fuentes de EMIs.

La compatibilidad electromagnética se puede resumir en la capacidad de los componentes de los equipos electrónicos de funcionar correctamente juntos en el entorno electrónico.

La compatibilidad se ha diseñado y ajustado para cumplir con los límites de

emisión electromagnética establecidos por la agencia reglamentaria, no hay ninguna garantía de que no ocurran interferencias en una instalación en particular.

Los productos EMC están diseñados, probados y clasificados según los

entornos electromagnéticos en que se usan. Estas clasificaciones de entornos electromagnéticos se refieren generalmente a las siguientes

definiciones concertadas: Los productos de Clase B son para uso en entornos residenciales/domésticos, pero también pueden ser utilizados en entornos no residenciales/no domésticos. Los productos de Clase A son

para uso en entornos no residenciales/no domésticos. Los productos de Clase A pueden ser utilizados también en entornos

residenciales/domésticos, pero pueden causar interferencias que requieran que el usuario tome las medidas correctivas oportunas.

De manera general, los elementos básicos que deben ser examinados cuando existe una condición de perturbación son: La fuente de

interferencia, El sistema perturbado y El canal de acople entre ambos.

Las interferencias pueden aparecer en cualquier momento y de cualquier

manera. Aunque en su inmensa mayoría los dispositivos están preparados para ellas, muchas veces hacemos instalaciones a su alrededor sobre todo

cableados que pueden facilitar la introducción de interferencias en el dispositivo.

Los efectos de las interferencias pueden variar, desde una pérdida total de la comunicación, hasta corrupción de los datos e incluso ralentización de la

transmisión de los mismos. Los dos primeros aspectos está claro porque pasan, mientras que la ralentización se produce en la mayoría de los casos porque es el propio dispositivo el que detecta que los datos están corruptos

y los vuelve a pedir por lo que deberemos enviar varias veces el mismo dato para que se considere transmitido.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

J. Balcell y otros (1992), Interferencias electromagnéticas en sistemas electrónicos, Marcombo,

GOMEZ RENDON Fuán Evangelista, Modulo Campos Electromagnetismo.

2010. Escuela de ciencias básicas tecnología e ingeniería. UNAD.

Más información en los siguientes enlaces:

* Interferencia electromagnética o http://es.wikipedia.org/wiki/Interferencia_electromagn%C3%A9tica

* Compatibilidad electromagnetica

o www.paas.unal.edu.co/.../CEM%20para%20pagina%20web.doc

* Ruido eléctrico

o www.faragauss.com/articulos/ruidinterfer.htm