formato dp3apt

FORMATO DP-3-APTANTEPROYECTO DE TRABAJO ESPECIAL DE GRADO, TRABAJO DE

GRADO Y TESIS DOCTORAL

I. IDENTIFICACIÓN DEL ESTUDIANTE GRADUADO

Apellidos y Nombres: CARLOS ALBERTO ALFARO CAMARGO

Cédula de Identidad:84,071.030

Profesión: DOCENTE

Programa: CIENCIAS APLICADAS Mención: FISICA

Dirección de habitación: calle 21 Nº 4-40

Teléfono:7267048 Celular:3004123051

E-mail:[email protected]

II. IDENTIFICACIÓN DEL TUTOR

Apellidos y Nombres: MANUEL BRICENO

Cédula de Identidad:9742247

Profesión: Universidad/Organización: Categoría/Dedicación:

Facultad: Escuela: Departamento:

Programa:

Dirección de habitación:

Teléfono: Celular:

E-mail:[email protected] [email protected]

III. IDENTIFICACIÓN DEL CO-TUTOR (si es el caso)

Apellidos y Nombres: LIZ AÑEZ

Cédula de Identidad:

Profesión: Universidad/Organización Categoría/Dedicación:

Facultad: Escuela: Departamento:

Programa:

Dirección de habitación:

Teléfono: Celular:

E-mail:

© Postgrado de Ingeniería, 2003

mailto:[email protected]

IV. IDENTIFICACIÓN DEL PROYECTO

Título: “ABSORBEDOR DE ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS CON DISEÑO PLANAR MULTICAPAS A BASE DE CARBÓN MINERAL, CACTUS, MADERA Y POLIURETANO”.

Programa: CIENCIAS APLICADA FISICA

Área a la que pertenece el proyecto: FISICA

Línea de investigación a la que pertenece el proyecto: ELECTROMAGNETISMO APLICADO

V. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO

1. Resumen: (Máximo 300 palabras)La demanda de los equipos eléctricos y electrónicos que ha generado el adelanto tecnológico presenta un

inconveniente, irradiar de forma intencional o no cantidades variables de energía electromagnética alrededor

de su espacio circundante. Lo que conlleva a que la interacción de estos equipos produzca interferencia

electromagnética, cuyas consecuencias son: mal funcionamiento, perturbaciones en las comunicaciones y

riesgo para la salud. Por ello se hace necesaria la construcción de absorbedores de ondas

electromagnéticas que permitan controlar esta irradiación nociva. Es deseable que dicho dispositivo se

construya a partir de insumos del mismo medio, lo que implica una previa evaluación de sus propiedades y

un diseño que considere su forma, estructura, coeficiente de reflexión y atenuación.

En este trabajo se tratará de construir absorbedores de señal que trabajará con un rango de 800 MHz a 3

GHz del espectro radioeléctrico a través de un material absorbente de prueba de ondas electromagnéticas

que consta de carbón mineral , madera (cañaguate) ,cactus y poliuretano de geometría planar. En los

experimentos que se realizaran serán obtenidos con diagramas de radiación de antenas con diámetro

menor de 20 cm, independiente de factores climáticos, los resultados obtenidos se compararan con los

obtenidos en el espacio libre, además se tratará de comprobar que las señales externas no interfieran. Las

ecuaciones pueden ser resueltas explícitamente para algunos casos y configuraciones particulares (por

ejemplo, incidencia normal), las características prominentes de estas soluciones pueden ser analizadas en

algún detalle. También se presentará un desarrollo de la solución general de las ecuaciones. Este trabajo

podría ser aplicado en diseño de microondas en muy altas frecuencias y en líneas de transmisión no

simétricas, el absorbedor se construirá por capas con un espesor homogénea para cada mezcla entre el

poliuretano con cactus, cañaguate, y carbón mineral, luego se evaluará su coeficiente de absorción y

reflexión en el laboratorio de comunicaciones de la facultad de ingeniería de la universidad del Zulia.

Palabras claves: difracción, reflexión, atenuación, ondas electromagnéticas, antenas, cámara, absorbente.

2. Planteamiento y Formulación del ProblemaCuando se habla de radiación se refiere tanto a flujos de partículas subatómicas (electrones, protones,


neutrones, neutrinos, etc.) como a ondas electromagnéticas (rayos x, rayos gamma, etc.).

Cuando la energía que transportan las radiaciones es muy grande, al atravesar la materia producen la

ionización (pérdida o ganancia de cargas) de los átomos a su paso. La existencia de átomos ionizados

(cargados) puede producir graves perturbaciones en los tejidos vivos y en otros sistemas delicados, como

los circuitos electrónicos. Las radiaciones nucleares (las que emiten los núcleos de elementos pesados:

rayos alfa, beta y gamma), los rayos x y los rayos cósmicos son algunas de las radiaciones ionizantes más

comunes. Los flujos de partículas menos energéticas o las ondas de menor frecuencia (como la luz visible,

las microondas, la radiación de los tendidos eléctricos, las emisiones de radio y televisión, etc.) no producen

ionización apreciable, aunque comienza a ser materia de investigación sobre qué otro tipo de efectos

biológicos podrían originar.

El amplio tema de las radiaciones ionizantes ha sido y es profundamente estudiado no sólo por la Física,

sino también por la Biología y la Medicina, debido tanto a los posibles usos benéficos como a los daños que

podrían ocasionar.

Las ondas electromagnéticas transmiten pequeños paquetes de energía denominados fotones. Las

radiofrecuencias ocupan el rango entre 10 MHz y 300 GHz de frecuencia. Las antenas de telefonía móvil

lanzan ondas electromagnéticas con una frecuencia de 900 MHz para el sistema analógico (GSM) y de 1800

MHz para el digital (DCS), pulsadas en muy bajas frecuencias, generalmente conocidas como microondas

(300 MHz-300 GHz), con bastante similitud al espectro de los radares. Las microondas llevan la información

sonora por medio de ráfagas o pulsos de corta duración con pequeñas modulaciones de su frecuencia, que

se transfieren entre los teléfonos móviles y las estaciones base. Las estaciones base emiten microondas

continuamente aunque nadie esté utilizando el teléfono móvil (Hauman et al., 2002). Los campos

electromagnéticos intrínsecos a las estructuras biológicas están caracterizados por determinadas

frecuencias específicas, que pueden verse interferidas por la radiación electromagnética incidente,

provocando una inducción y modificando su respuesta (Hyland, 2000). La radiación recibida depende

principalmente de la distancia y de la visión directa (sin obstáculos entre la emisora y el receptor), pero

intervienen además otros factores como el tipo de antena, su localización, la distancia vertical entre emisor y

receptor etc.

Los estudios realizados indican que las radiaciones de frecuencia extremadamente baja inducen corrientes

eléctricas en el interior del organismo que pueden alterar la circulación de iones o provocar una estimulación

directa de las células moleculares y nerviosas. Por otro lado las radiaciones por radiofrecuencias y

microondas pueden ocasionar un calentamiento de la materia debido a que la energía de la radiación

aumenta la temperatura. Las radiaciones visibles y ultravioletas pueden inducir reacciones fotoquímicas; las

radiaciones ultravioletas son las de más energía y no son visibles ni detectables por los sentidos humanos,

su adaptación industrial esta en el uso de lámparas de vapor de mercurio, arcos eléctricos utilizados en

desinfección de productos o salas, inducción de reacciones fotoquímicas, insolación de planchas en artes

graficas, soldadura de metal al arco etc. los efectos de esta radiación se producen sobre todo en la piel

(eritema, cáncer de piel) y en el ojo conjuntivitis. La radiación resulta tan letal para los tejidos vivos porque

no reparte uniformemente la energía que suministra al tejido (en cuyo caso cada porción no recibiría una


cantidad muy grande de energía) sino que la concentra en algunos átomos aleatoriamente repartidos, y esto

produce el rompimiento o la alteración de moléculas biológicamente imprescindibles. Esto puede acarrear el

mal funcionamiento transitorio o permanente de la célula, la mutación de su material genético y hasta la

muerte de la célula (en casos extremos, de todo el organismo (Gil, 2001)

La interacción de las radiaciones sobre el organismo humano ocasiona un efecto distinto según sea la

frecuencia de radiación y el tiempo al que se está expuesto. Lo anteriormente mencionado ha conllevado a

que muchos investigadores especializados empiecen a interesarse a experimentar con algunos modelos de

absorbedores de ondas electromagnéticas para evitar sus efectos biológicos en frecuencias desde 0.5 Hz

hasta 300 GHz (Scardino, y cols., 1998; Repacholi, 1998).

Los absorbentes pueden ser de tipo ferrita de forma piramidal o planar que son fabricados de espumas

(polímeros) impregnados con carbón los diseños encontrados en el mercado tienen una densidad de 14

kg/m3 y las medidas de estas planchas son de 1.2m x 0.24m y de 1.2m x 1.2m x 0.33 respectivamente.

En la industria los materiales que se utilizan para absorber campos eléctricos deben poseer alta resistividad

dieléctrica y bajo factor de perdida, pero la constante dieléctrica debe ser baja para poder impedir la

polarización y a si no almacenar carga en el material. Es de Hacer notar que los materiales son muy

costosos lo que hace poco comercial el diseño de absorbedores de ondas electromagnéticas. Por otra parte

existen otros materiales comunes en el medio y de bajo costo que podrían tener propiedades absorbentes,

tal es el caso del Yotojoro, corazón del cactus, materia prima que usan los Wayuu para la construcción de

sus casas, hasta el momento no existe conocimiento de sus posibles propiedades como absorbedor;

también es común el uso del Cañahuate, árbol de madera durísima, tronco recto y delgado de bellísimas

flores, abundante en Colombia y Venezuela. La necesidad de contar con absorbedores de ondas

electromagnéticas efectivos de bajo costo y fácil construcción hace surgir la siguiente pregunta de

investigación.

¿Es posible construir un absorbedor de ondas electromagnéticas con diseño planar multicapas a base de carbón mineral, cactus, madera y poliuretano?

Tomándose en cuenta las anteriores consideraciones se pretende fabricar un tipo de absorbedores de este

tipo de ondas con el ánimo de minimizar un poco los peligros que estas mismas pueden incidir en la salud

del ser humano y, la interferencia en dispositivos electrónicos.

3. Justificación y Delimitación de la Investigación

Como se ha mencionado los rápidos avances en las comunicaciones inalámbricas la densidad de la

radiofrecuencia (RF) y de microondas en nuestro entorno se está convirtiendo en un grave problema, la


existencia de átomos ionizados (cargados) puede producir graves perturbaciones en los tejidos vivos y en

otros sistemas delicados; la radiación resulta tan letal para los tejidos vivos porque no reparte

uniformemente la energía que suministra al tejido (en cuyo caso cada porción no recibiría una cantidad muy

grande de energía) sino que la concentra en algunos átomos aleatoriamente repartidos y, esto produce el

rompimiento o la alteración de moléculas biológicamente imprescindibles. Esto puede acarrear el mal

funcionamiento transitorio o permanente de la célula, la mutación de su material genético y hasta la muerte

de la célula. El espectacular incremento que ha experimentado en los últimos años el uso de equipos

eléctricos y electrónicos, han hecho que también haya aumentado la posibilidad de que unos equipos

puedan interferir con otros debido a sus propiedades electromagnéticas, los voltajes y corrientes que

circulan en un sistema producen campos EM que abarcan y afectan a otros equipos; estos campos ejercen

fuerzas sobre los electrones de conducción induciendo en los otros equipos voltajes y corrientes no

deseadas, es decir interferencia. Prácticamente todos los equipos con sus interconexiones (cables y

conectores) están afectados por el problema de EMC. En general el rango de frecuencias en el que hay que

considerar fenómenos electromagnéticos es mucho más ancho que la banda de frecuencias de interés o de

funcionamiento del equipo en cuestión. Los problemas de interferencia electromagnética (EMC) son muy

variados. Así, por ejemplo el ruido eléctrico generado por el sistema de encendido de un automóvil produce

interferencia en la radio, un robot puede ejecutar alguna acción fuera de control como consecuencia de la

interferencia de un pulso o, lo que es más grave, una interferencia puede perturbar los sistemas de

navegación y control de un avión o activar el sistema de ignición de un misil; debido a esto es necesario

proteger tanto a los dispositivos electrónicos como a los seres humanos de los efectos negativos de esta

radiación EM. La solución obvia es la aplicación de una jaula de Faraday, sin embargo, como una jaula sólo

refleja la radiación y aún más lo que aumenta el nivel de fondo de radiación. La alternativa podría ser utilizar

materiales absorbentes, tales materiales absorbentes convierten en calor las radiaciones

electromagnéticas, aunque el principio de funcionamiento es relativamente simple; el diseño y desarrollo de

una práctica de absorción resulta muy compleja.

Muchos de los absorbedores convencionales están preparados a base de ferrita, polímeros, carbón

activado entre otros los cuales son materiales muy costosos en el mercado y, en el peor de los casos

difíciles de hallar. La importancia del absorbedor de ondas electromagnéticas radica en su construcción

con elementos del medio a bajo costo, que podría aliviar un poco la anterior situación; su diseño será de

capas con una geometría plana y se evaluara, los coeficientes de reflexión y atenuación.

En el transcurso de esta investigación se presenta algunos conceptos básicos relativos a amortiguadores

electromagnéticos, la caracterización de un absorbente, y una previa evaluación de sus propiedades, al

igual que la de su forma, estructura, coeficiente de reflexión y atenuación. Esto será seguido de una

presentación y discusión de los materiales que se tomaran para fabricar amortiguadores y las

características de absorción al igual que su diseño geométrico.

El principio de funcionamiento de los posibles absorbedores es que debido a la absorción de la capa activa,

la onda que se refleja se reduce significativamente. Sin embargo, una parte significativa de la onda incidente

puede reflejarse en el aire, la absorción de la interfaz del absolvedor planar y las características de de la

materia activa tiene que ser ajustado para ambas y eliminar esta reflexión para lograr un nivel suficiente de


absorción.

Esta capa de absorción se puede hacer de cualquiera de los materiales magnéticos blandos dieléctrico o

con un adecuado tangente de pérdida en nuestro caso carbón pulverizado, cañaguate pulverizada y yotojoro

pulverizado (corazón del cactus), cada capa será mezclada con 475 gr de poliuretano.

4. Objetivos Generales de la Investigación

Proponer un dispositivo a base de carbón mineral, cactus, madera y poliuretano como absorbedor planar de ondas electromagnéticas.

5. Objetivos específicos de la investigación

Determinar los coeficientes de absorción y atenuación del cactus, carbón mineral, y cañaguate

Analizar las propiedades absorbentes del carbón mineral, madera (cañahuate) y cactus.

Diseñar un dispositivo de forma planar para la absorción de ondas electromagnéticas.

Validar la efectividad del dispositivo planar multicapas construido a base de carbón mineral, poliuretano, cactus y madera (cañaguate) como absorbedor de ondas electromagnéticas.

6. Hipótesis (NO aplica)

7. Antecedentes de la Investigación (utilice mas páginas de ser necesario)Con la finalidad de sustentar la presente investigación se realizó la revisión del material bibliográfico,

trabajos especiales de grado y otras investigaciones relacionadas con el tópico. A continuación se presentan

algunos trabajos de investigación los cuales fueron tomados como antecedentes para este proyecto debido

a la relación existente entre el título y contenido.

En el Octavo Congreso Internacional de la IRPA (INTERNATIONAL RADIATION PROTECTION

ASSOCIATION) (Montreal, Mayo 18-22, 1992), fue establecida una nueva organización científica

independiente La Comisión Internacional para la Protección contra las Radiaciones No Ionizantes, que tiene

como funciones investigar los peligros que pueden ser asociados con las diferentes formas de RNI(radiación

no ionizante) . Desarrollar recomendaciones internacionales sobre límites de exposición para las RNI, y

tratar todos los aspectos sobre protección contra las RNI contra efectos adversos a la salud conocidos.

Surgió entonces, la Recomendación ICNIRP (INTERNATIONAL COMMISSION ON NON-IONIZING

RADIATION PROTECTION): Recomendaciones para limitar la exposición a campos eléctricos, magnéticos

y electromagnéticos (hasta 300 GHz).

El siguiente cuadro resume los límites de exposición recomendados correspondientes a los tipos de

tecnologías que han causado preocupación en la sociedad, la electricidad en el hogar, las estaciones base

de telefonía móvil y los hornos de microondas. La última actualización de estas directrices se realizó en abril

de 1998.


Tabla 1. Limites de exposición recomendados por la ICNIRP. Fuente (ICNIRO, 1998)

Los límites de exposición recomendados de algunos países de la antigua Unión Soviética y los de países

occidentales pueden llegar a diferenciarse. En julio de 1999 el Consejo de la Unión Europea publicó una

recomendación para limitar la exposición del público en general a campos electromagnéticos (de 0 Hz a 300

GHz). Esta recomendación se basa en gran medida en la guía de la ICNIRP y uno de sus objetivos es

homogeneizar la normativa sobre campos electromagnéticos de cada uno de los países de la Unión

Europea. Adicional a lo anterior, la normatividad emitida por los diferentes países a nivel mundial para los

límites máximos de frecuencias de los campos electromagnéticos, se establece a partir de los niveles

máximos permitidos para las emisiones de campos electromagnéticos instaurados por la CNIRP.

(ICNIRP, 1996).

En América Latina las autoridades de la mayoría de los países han adoptado normas específicas que

regulan tanto el nivel de CEM permitidos, como el despliegue de infraestructuras, disposiciones que afectan

a diversos aspectos que resultan concurrentes con el puramente tecnológico, como es el urbanístico, el

medioambiental y el sanitario; estas normas han sido establecidas bajo los principios constituidos de los

valores límites determinados por la Unión Internacional de Telecomunicaciones –UIT- y por la Comisión

Internacional para la Protección de la Radiación No Ionizante –ICNIRP. Países como Argentina, Bolivia,

Brasil, Chile, Perú, Puerto Rico, Colombia, Honduras, México, Nicaragua, República Dominicana y

Venezuela disponen de normativa, mientras otros seis se encuentran en diversas fases previas a su

adopción como son Cuba, El Salvador, Guatemala, Panamá, Paraguay y Uruguay. Dentro de los países de

América Latina, Chile es uno de los que considera exclusivamente la telefonía móvil dentro de su norma,

mientras el resto de países incluyen todos los servicios y sistemas radioeléctricos.

En Colombia el Ministerio de Comunicaciones, la Comisión de Regulación de Telecomunicaciones y la

Universidad Javeriana realizaron un estudio acerca de los “Límites de exposición humana a campos

electromagnéticos”. Dicho estudio presenta los conceptos más importantes como las regulaciones


frecuencia de la red europea

frecuencia de estaciones base de telefonía móvil

frecuencia de los hornos de microondas

frecuencia 50 HZ 50 HZ 900 MHZ 1.8 GHZ 2.45 GHZ

Campo eléctrico (V/m)

campo magnético (µT)

densidad de potencia (W/m2)



limites de exposición para la población

5.000 100 4.5 9 10

limite de exposición ocupacionales

10.000 500 22.5 45 -

internacionales y recomendaciones sobre radiación electromagnética producida por antenas de

telecomunicaciones; de la misma forma recomiendan el estándar que se podría adoptar en Colombia para la

protección de la salud humana y el medio ambiente en general. Este estudio se tomó como una de las

bases para establecer el decreto 195 en el año 2005, además de las referencias tomadas de los niveles de

exposición a campos electromagnéticos sugeridos por la Comisión Internacional para la Protección de la

Radiación Ionizante, ente asesor de la Organización Mundial de la Salud, la Unión Internacional de

Telecomunicaciones y la Unión Europea, es de suma importancia saber que La OMS en la publicación de

internet, hace referencia a que la exposición a campos electromagnéticos no es un fenómeno nuevo y que

en el siglo XX la exposición ambiental ha aumentado de forma continua conforme a la creciente demanda de

electricidad, el constante avance de las tecnologías y los cambios en los hábitos sociales, que han generado

aumento de fuentes artificiales de campos electromagnéticos. También afirma que todos estamos expuestos

a una combinación compleja de campos eléctricos y magnéticos débiles, tanto en el hogar como en los sitios

de trabajo, desde los que producen la generación y transmisión de electricidad, los electrodomésticos y los

equipos industriales, a los producidos por las telecomunicaciones y la difusión de radio y televisión. Los

campos eléctricos de frecuencia baja influyen en el organismo, como en cualquier otro material formado por

partículas cargadas. Cuando los campos eléctricos actúan sobre materiales conductores, afectan la

distribución de las cargas eléctricas en la superficie, provocan una corriente que atraviesa el organismo

hasta el suelo, también inducen corrientes circulantes en el organismo, la intensidad de estas corrientes

depende de la intensidad del campo magnético exterior; si es suficientemente intenso, las corrientes podrían

estimular los nervios y músculos o afectar a otros procesos biológicos (T.SAUNDERS. 2003).

Según la publicación realizada por Juan Represa y Carlos Llanos durante 1995 y 2000 en el libro “cinco

años de investigación sobre los efectos Biológicos de los campos electromagnéticos de frecuencia industrial

en los seres vivos, con la colaboración de de la Universidad de Valladolid España y, el concejo superior de

investigaciones científicas UNESA Y red eléctrica de España cuyo objetivo era estudiar el cáncer, las

enfermedades degenerativas y mal formaciones congénitas producidas por los campos electromagnéticos

lograron experimentar que huevos de aves expuestos a intensidades de campos electromagnéticos de tan

solo 10µT mostraban alteraciones en la fertilidad, tamaño de las crías, supervivencias, malformaciones.

(REE-CEM, 2001)

La glándula pineal responde a la exposición a determinados campos electromagnéticos con una reducción

de la síntesis de melatonina (Olcese, 1990). El descenso de la melatonina puede alterar los ritmos

circadianos y favorecer la aparición de depresiones y procesos tumorales (Bardasano y Elorrieta, 2000). Se

ha notificado un déficit de atención junto con trastornos de la función motora, la memoria y el tiempo de

reacción en niños que vivieron en las proximidades de una estación de radar (Kolodynski y Kolodynska,

1996) Radiaciones de microondas de 1,5 GHz. De frecuencia, con pulsos de 16 ms. de duración y 0,3

mW/cm2 de potencia, en sesiones de 30 minutos al día durante un mes, produjeron desadaptación, ansiedad

y alarma en conejos (Grigorievet al., 1995b). Se ha notificado una disminución de la supervivencia de niños

con leucemia cerca de antenas de televisión (Hocking y Gordon, 2000), y una reducción significativa del

riesgo de leucemia al aumentar la distancia a antenas de televisión (Hocking et al., 1996) o de radio

(Michelozzi et al., 1998). Existen estudios que muestran un incremento de la presión arterial y cambios en el


ritmo cardíaco de personas laboralmente expuestas a radiofrecuencias (Szmigielski et al., 1998). La

enfermedad de las radiofrecuencias o «síndrome de microondas» es una realidad médica, bastante

desconocida, provocada por la exposición a estas ondas (Johnson-Liakouris, 1998; Navarro et al., 2003).

A nivel industrial alguno absorbedores que están hechos de espumas cargados con humo negro que hacen

que la señal tenga pérdidas elevadas, estas espumas pueden ser pintadas con pinturas especiales, las

cuales deben tener también propiedades disipantes. Actualmente los materiales que se utilizan como

absorbentes de ondas electromagnéticas son muy escasos y en el peor de los casos muy costosos. Los

materiales que ofrecen mejores características de absorción son los polímeros, lo que se pretende es la

construcción de absorbedores con elementos del medio con un bajo costo.

Brito y López (2006) en su trabajo presentan los diferentes materiales que son utilizados para la

fabricación de cámaras anecoicas, se resaltan las espumas solidas, que es un polímero impregnado de

carbón, en el cual se aplica en el interior de las cámaras anecoicas y en especial para frecuencias entre 1 a

40 GHZ. Este producto es utilizado para reducir las ondas reflejadas por la antena fuente, para que la

antena bajo prueba reciba la señal directa sin atenuaciones. Se lo encuentra en diferentes variedades de

espesor que dependen de la frecuencia de trabajo de las antenas.

El trabajo presenta dos formas de absorbentes piramidales huecos que normalmente se pueden utilizar. El

más común es un producto hecho con espuma absorbente de fino espesor que envuelve a una pequeña

pirámide de espuma sólida. Este tipo de material es muy comercializado en Europa. El otro diseño de este

producto se hace recubriendo una capa delgada de un metal con una capa plástica y enlazando este con la

pirámide absorbente para darle soporte se utilizan para frecuencias menores a 1GHz, donde los materiales

absorbentes deben proporcionar un mejor funcionamiento.

Otra forma que el material puede tener es cónica. Este producto tiene la misma geometría que el material

piramidal, una misma dirección y forma uniforme en toda la plancha. Esta se utiliza especialmente cuando

se requiere guiar la energía a una pared específica. La reflectividad es la misma que en el material piramidal

del mismo espesor, donde le campo eléctrico es perpendicular a los conos. Otro absorbente para

microondas se realiza con el entrelazamiento de la espuma, es decir junta varios tipos de espesor dentro de

una misma plancha. Esto le da mayor funcionamiento al material, debido a que hay más probabilidades de

reflexión sobre el absorbente y mayor pérdida de energía.

El absorbente dieléctrico multicapa es formado de láminas uniformes de espuma tratada. El espesor de las

capas y la carga de carbón varían, dependiendo del espesor del producto. Este material se utiliza para

aplicaciones de laboratorio. Otro diseño aplicado es el Absorbente Dieléctrico Híbrido, el absorbente

multicapas es muy eficiente debido a que provee bajas pérdidas de la señal. Este proporciona un 33% más

material dieléctrico que un material piramidal del mismo espesor. Por lo tanto, una combinación de estos dos

materiales puede ser muy aplicable para frecuencias menores a 1GHz. Estos híbridos dieléctricos consisten

de un material piramidal propiamente cargado acoplados a capas sucesivas de dieléctrico. El absorbente

piramidal pasa cierta cantidad de energía al dieléctrico y de este modo disipan mayor cantidad.

Hay una gran demanda para pruebas en el rango de frecuencias de 30 a 1000 MHz, por lo que se ha

desarrollado una serie de materiales que optimicen esta aplicación. El material más común la lámina de

ferrita. Estas se han utilizado para bajas frecuencias desde los años 40. El incremento de volúmenes ha


hecho que las tejas de ferrita vayan evolucionando.

Bases teóricas

Irradiación

Hayt (2006) define la irradiancia como la magnitud utilizada para describir la potencia incidente por unidad

de superficie de todo tipo de radiación electromagnética, también conocida como densidad de potencia. En

unidades del sistema internacional se mide en W/m².

En electromagnetismo se define la irradiancia como el valor de la intensidad energética promedio de una

onda electromagnética en un punto dado y se calcula como el valor promedio del vector de Poynting.

Vector de Poynting

Serway R. y Beichner R. (2002) definen el Vector de Poynting como aquel cuyo módulo representa la

intensidad instantánea de energía electromagnética y cuya dirección y sentido son los de propagación de la

onda electromagnética. De una manera más general el vector de Poynting puede definirse como el flujo de

energía de una onda electromagnética. Está dado por

(1)

Donde representa el campo eléctrico definido por

(2)

y el campo magnético definido por

(3)

siendo la permeabilidad magnética en el vacío.

Para una onda electromagnética plana la magnitud del Vector Poynting es

(4)


Recordando la relación entre los campos eléctricos y magnéticos de una onda electromagnética

(5)

La ecuación (4) puede reescribirse como,

(6)

(7)

Dado que los campos eléctrico y magnético de una onda electromagnética oscilan con la frecuencia de la

onda, la magnitud del vector de Poynting cambia en el tiempo. Como se mencionó con anterioridad el

promedio del vector de Poynting sobre un periodo de tiempo muy superior al periodo de la onda es llamado

irradiancia, I:

(8)

Calculando el promedio del vector Poynting queda definida la irradiancia como

(9)

(10)

José Luis Sebastián (1999) en su libro fundamentos de compatibilidad electromagnética define los

siguientes conceptos:

Perturbación

Una perturbación se define como cualquier fenómeno EM que pueda degradar el funcionamiento de un

equipo o de un sistema o afectar de forma perniciosa a la materia viviente o inerte

Compatibilidad electromagnética (EMC)

Se define la compatibilidad electromagnética (EMC) como la habilidad de un dispositivo, equipo o sistema

de funcionar satisfactoriamente en un entorno EM sin introducir perturbaciones electromagnéticas no

tolerables en ninguna otra parte de su entorno (IEC)


Emisión electromagnética (EME)

La emisión electromagnética EME (eletromagnetic emission) es aquel fenómeno por el cual la energía

electromagnética emana de una fuente (IEC). La energía electromagnética puede alcanzar a un sistema por

radiación o por conducción. Estas dos formas de interacción o acoplo pueden estar presentes

simultáneamente y puede dar efectos no deseados dentro y fuera del sistema que contiene las fuentes de la

perturbación.

Susceptibilidad electromagnética (EMS)

Se puede definir la susceptibilidad electromagnética EMS (electromagnetic susceptibility) como la

incapacidad de un dispositivo, equipo o sistema de funcionar sin degradación en presencia de una

perturbación electromagnética (IEC)

Inmunidad electromagnética

Inmunidad electromagnética es la capacidad de un dispositivo, equipo o sistema de funcionar sin

degradación en presencia de una perturbación electromagnética (IEC)

Coeficiente de reflexión total de una estructura multicapa

La transmisión de una onda TEM a través de una lámina de distintos tipos de medios nos puede servir de

base para obtener el coeficiente de reflexión total , debido a estructuras complejas formadas por una

serie de capas superpuestas, que son los absorbentes que se utilizaran en el laboratorio de física eléctrica.

Diseños de absorbedor electromagnético

Un absorbedor es un material con perdida que disipa en su interior toda la energía de una radiación

electromagnética que incida sobre él, de forma que no hay radiación reflejada de nuevo al exterior. Esta

disipación de energía se podría realizar por el efecto Joule en forma de calor al circular la corriente por los

conductores, los conductores tienen una impedancia intrínseca baja y por consiguiente actúan como muy

buenos reflectores a una radiación incidente externa; sin embargo, esta disposición de energía se puede

producir en estructuras formadas por múltiples capas con distintas propiedades eléctricas. En la superficie,

la impedancia intrínseca es muy próxima a la impedancia de la onda incidente, pero su conductividad va

aumentando gradualmente con la distancia en el interior de forma que el coeficiente de reflexión en la

frontera de cada capa se mantiene tan pequeño como sea posible y al mismo tiempo se permite la

disipación progresiva por efecto Joule de la energía de la onda incidente.

Factores importantes en el diseño de absorbentes

Es muy importante tener en cuenta las apreciaciones hechas por el Doctor José Luis Sebastián Franco en


su libro fundamentos de compatibilidad electromagnética “un buen absorbente debe tener un espesor

del orden de una longitud de onda de la frecuencia más baja de operación, ya que las ondas no se ven

afectadas por estructuras considerablemente más pequeñas que su longitud de onda y que la dispersión de

la radiación en la superficie depende no solo de sus propiedades absorbentes sino también de su forma

geométrica.” En la simulación, el absorbente está formado por múltiples capas superpuestas con distintas

propiedades eléctricas y el campo electromagnético puede tener cualquier ángulo de incidencia y estar

polarizado paralela o perpendicularmente a la superficie de la estructura. Algunas empresas como Holland

Shielding Systems B.V se han dedicado a la construcción de absorbedores con base de Ferrita dado que

es ligero y flexible y absorbe las ondas electrónicas, también reduce el ruido y absorbe los golpes.

Dependiendo del espesor, la absorción cubre un rango de 30 MHz a 5GHz. El tipo más grueso es más

eficaz para frecuencias bajas. Adhesivos conductores y no conductores pueden ser aplicados ya sea en la

parte superior o inferior, o ambas cosas.

Los materiales de absorción EMI se encuentran entre los productos de alta tecnología, tales como los

dispositivos electrónicos de LCD, ordenadores portátiles y de sobremesa. Los materiales de absorción de

ondas electromagnéticas se componen de materiales dieléctricos mezclados con ferrita, un material

magnético, en diferentes formas y tamaños. Debe ser capaz de absorber la energía electromagnética

perpendicularmente y con grandes ángulos incidentes en una amplia gama de frecuencias.

Carbón mineral

El carbón solo sin ninguna aleación es un no metal aun cuando una variedad suya, el grafito posea

características conductivas y guarde ciertas semejanzas con los semimetales este elemento presenta una

gran afinidad al momento de enlazarse con cualquier otro elemento, ya que forma configuraciones muy

estable, la idea es que el carbón transforme la onda en calor al momento que esta haga fricción con la

superficie del mismo. (López y Brito, 2006)

Cactus

Es de mucha variedad y de mucha existencia El cactus es la más famosa de las plantas suculentas y se

caracteriza por la presencia de púas y de tejido pulposo para conservar el agua en los tallos, hojas y raíces

cuando tienen que soportar períodos de sequía. El sentido etimológico de la palabra cactus proviene del

griego káktos, que se cree que utilizaban para designar a alguna planta parecida al cardo. Estas plantas

suculentas son de origen americano, en concreto de las regiones desérticas de Estados Unidos y México, la

Guajira venezolana y colombiana aunque se han extendido por todo el mundo gracias a su gran

adaptabilidad a los diferentes climas y ambientes, es una planta muy común se pretende pulverizarla para

extraer de ella un polvo que mezclado con poliuretano sirva como insumo para la construcción de un

absorbedor de ondas de forma planar, es de recordar que el cactus se le atribuye la propiedad de

absorbedor de ondas electromagnética, no se tiene un registro científico sobre tal afirmación solo se cree

que por el hecho de poseer una gran cantidad de agua almacenada sea un excelente absorbedor. (López,

2011)

Cañaguate


Árbol de madera durísima, tronco recto y delgado cuya principal característica son los ramos enhiestos de

bellísimas flores amarillo-dorado que echa durante el verano. Antes de la floración permanece cubierto de

hojas ovoidales de textura aterciopelada y verde opaco, que se caen totalmente cuando aparecen las flores,

quedando vestido únicamente con los profusos ramos amarillos. Su fruto es una vainilla larga y enroscada

donde vienen las semillas. Su madera se utiliza en la fabricación de muebles, puertas y ventanas. Pertenece

a la familia de las bignoniáceas, especie Tebebuia chrysantha y su nombre científico es: Tecoma spectabilis.

En algunas regiones le llaman chicala o chicalá y en Venezuela araguaney. Al igual que con el cactus se

piensa utilizar madera (cañahuate) que es un árbol muy abundante en la Guajira Colombiana, se planea

pulverizar para mezclarlo con poliuretano para utilizarlo como insumo para la construcción del absorbedor

con geometría planar. (Araujo, 2011)

Poliuretano

El poliuretano es un agente químico, ampliamente utilizado en diversos procesos industriales. Fue en 1937,

cuando el químico alemán, Otto Bayer, logró la primera sintetización del poliuretano. Su fabricación a nivel

industrial, comenzó en los inicios de la década de los 40, hoy en día, el poliuretano, es muy usado en

fabricación de pinturas sintéticas, destacándose, la de los automóviles. Las cuales logran una alta

adherencia al metal y gran resistencia a la inclemencia del tiempo. Ya sea en verano o en invierno.

Asimismo, el poliuretano, en la actualidad, también es utilizado en la fabricación de espumas. Incluso en la

fabricación de paneles aislantes, para cámaras frigoríficas. Logrando un muy buen aislamiento del frío.

Proceso que requiere de la inyección de agua, en el poliuretano. Lo que provoca que el material, se infle

literalmente. Pero la gracia en su utilización como aislante, es que a diferencia de las esponjas normales, las

cuales presentan poros abiertos, el poliuretano logra un acabo sin poros. Sin aquella cualidad, sería inútil su

utilización en el campo de la refrigeración industrial.

El poliuretano es por lo general la mezcla de dos componentes o sistema bicomponente, el A y el B, en una

proporción estequiométricamente definida por el químico que diseña la fórmula. Existen además

poliuretanos monocomponentes, como por ejemplo los habitualmente usados en la industria de la

construcción. Este material es de muy bajo costo y abundante en el mercado, se utilizará como el insumo

con lo que se mezclaran los otros componentes del absorbedor. (Chem-Trend 2011)

8. Metodología a utilizar (utilice mas páginas de ser necesario)

Tipo de investigaciónEsta investigación es del tipo proyectiva, debido a que implica el diseño y creación de un dispositivo como

solución a una situación determinada a partir de un proceso investigativo.” (Hurtado, 2008)

Diseño de investigación

El diseño de investigación es de fuentes mixtas porque abarca tanto fuentes documentales como pruebas

experimentales en el laboratorio. La investigación parte de consultas y revisión de diversas fuentes

bibliográficas, como libros, textos y autores para brindar todo el apoyo teórico a la investigación. Para


reforzar y establecer los criterios teóricos que sustenten la evaluación se harán pruebas de laboratorio con

el fin de cuantificar o medir la eficacia del absorbedor planar a base de carbón mineral, cactus, poliuretano,

madera pulverizada (cañahuate).

En la estructura planar que se pretende utilizar Como absorbente, para cada cantidad de material se puede

calcular su conductividad σ y permitividad relativa , además, se puede distribuir arbitrariamente estos

parámetros y fijar la cantidad total del absorbente. Es de anotar que la libertad que existe para escoger los

materiales de las distintas capas, el diseño de absorbentes es muy complejo. En primer lugar, la mayoría de

los dieléctricos utilizados en absorbentes tienen lo que hace difícil conseguir una impedancia lo

suficientemente grande como para que se aproxime a . Para reducir la constante dieléctrica efectiva a

se podría pensar en utilizar un material como es el caso de polímeros de muy baja densidad.

La idea principal es colocar el absorbedor de ondas electromagnéticas entre la antena emisora y la antena

receptora de la señal de la onda electromagnética, para ello se tendrá en cuenta cuanta energía se

reflejara, y por supuesto la energía que absorberá.

Las dimensiones de este absorbedor de ondas electromagnéticas a base de madera

pulverizada(cañahuate), carbón mineral (cerrejón Colombia), cactus pulverizado y poliestireno, tendrá las

siguientes medidas 23cm de ancho, por 30 cm de altura; cada una de las capas serán uniformes de 1cm

cada una. Cada material se mezclará con poliuretano tomando en cada muestra patrón su masa, y de

acuerdo a la efectividad del insumo así será su cantidad, luego de realizar las mediciones en el

departamento de física eléctrica de la Universidad del Zulia Maracaibo. Es de aclarar que el grosor de las

capas estará sujeto al grado de efectividad del material como absorbedor de ondas electromagnéticas.

Para este proyecto se construyó de un molde hecho con marcos de madera con un espesor de 5 cm tendrá

tres capas conformadas de cañahuate pulverizado, cactus pulverizado y carbón mineral; para la

consistencia y maleabilidad de los materiales se mezclara con poliuretano.

FASE 1

(Diseño y Construcción de las placas absorbentes)

Para la primera fase se construirá 3 moldes de madera con un espesor de 5cm para garantizar la

uniformidad de las capas.

Se mezclara poliuretano con:

a. madera (cañaguate)

b. Carbón mineral.


c. Cactus (yotojoro)

Cada mezcla se depositará en cada molde, se tomaran los tiempos para medir el tiempo de secado.

FASE 2

(Caracterización)

Se someterá a prueba cada capa por separado en el laboratorio

Se tabularan los resultados obtenidos para ser comparados

Se unirán las tres capas para someterse a prueba y comparar los resultados con los resultados

individuales de cada capa.

Conclusiones de las mediciones hechas.

9. Viabilidad de la investigación (utilice mas páginas de ser necesario)

Para garantizar que los resultados sean confiables, se cuenta con el docente asesor Manuel Briseño

(catedrático de la Universidad del Zulia), la coordinadora del programa de física aplicada (Maríanela Navas)

y un excelente equipo de laboratorio que cuenta con los equipos necesarios para hacer las mediciones en

el laboratorio de comunicaciones de la Universidad del Zulia. Dado el gran prestigio de los docentes de este

claustro de orden superior al igual que el de su planta física, se piensa que los resultados obtenidos serán

óptimos.

10. Resultados esperados de la investigación y estrategias de difusión o implementación (utilice mas páginas de ser necesario)

Las mediciones que se pretenden desarrollar actualmente han demostrado ser confiables para poder llevar

a cabo los experimentos de radiación, dado la optimización de los equipos del laboratorio de

comunicaciones de la Universidad del Zulia en la facultad de ingeniería. El material absorbente de ondas

electromagnéticas desarrollados serán puestos a experimentación para caracterizar las buenas

características de absorción, una vez finalizado este proceso de caracterización, se efectuaran montajes

experimentales que permitan desarrollar una amplia gama de experimentos con radiación electromagnética,

ya sea empleando un tipo de radiación a la vez o en conjunto, lo cual nos brindará una diversidad de

caminos a seguir a fin de conseguir controlar de manera óptima, la profundidad de penetración de la

radiación y la focalización de la energía depositada en el material radiado. Se espera obtener una

caracterización detallada en lo que respecta a propiedades absorbentes de los materiales usados en el

diseño(coeficiente de absorción y reflexión) a si como el efecto de la geometría en el diseño del absorbedor

planar. De la investigación se espera obtener mediciones concretas de las propiedades del cactus como


absorbedor, dado que no existe una caracterización sistemática y científica de las propiedades del cactus,

por lo que la investigación constituirá un gran aporte.


11. Cronograma de actividades

12. Otros logros del proyecto

. la presente propuesta ofrece la oportunidad de construir absorbedores con elementos del medio, dado que

los absorbedores de uso comercial son escasos y costosos, de resultar positivo los elementos usados en la


FECHA ACTIVIDAD OBJETIVO ESPESOR DE CAPAS

HORA RESPONSABLE LUGAR

Sem

ana

1

entrevista con asesor

orientación sobre las líneas a seguir para el diseño del absorbedor de forma planar

10:00am

Manuel Briseño Carlos Alfaro Camargo

laboratorio de física eléctrica

Sem

ana

2

adecuación de equipos de laboratorio

adecuar el espacio del laboratorio para el inicio de las mediciones

10:00am Manuel Briseño Carlos Alfaro Camargo


Sem

ana

3

primera medición

presentar el absorbedor planar para medir su efectividad

5 cm carbón, con poliuretano



Sem

ana

4

segunda medición

Medir el nivel de atenuación y reflexión de la capa de yotojoro con poliuretano

5 cm cactus, mezclado con poliuretano



Sem

ana

5

tercera medición

Medir el nivel de atenuación y reflexión de la capa de cañaguate con poliuretano

5 cm de cañahuate, mezclado con poliuretano



Sem

ana

6

cuarta medición

Interponer las tres capas

15 cm carbón, cañaguate,carbón y poliuretano



Sem

ana

7

comparación y grafico de los resultados obtenidos

obtención de los coeficientes reflexión y atenuación



VI. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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62 33

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VII. DATOS DE LA PRESENTACIÓN


Lugar: Fecha:Hora:

VIII. ASISTENCIANombre Firma Observaciones


Maracaibo, ____ de ___________ de 2003

_______________________________Nombre y Apellidos del estudiante

C.I. :

_______________________ _______________________Nombre y Apellidos del tutor Nombre y Apellidos del co-tutor C.I. : C.I. :

(si es el caso)

_______________________________Nombre y Apellidos del Coordinador del Programa

C.I. :

IX. ESPECIFICACIONES GENERALES PARA EL LLENADO DEL FORMATO DP-3-APT.


1. Máximo de 20 páginas

2. RESUMEN: (150-300 palabras): Identifique el problema y describa el

objeto de investigación, como será analizado y los resultados que se

esperan de la investigación

3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA: Describa de forma amplia el problema

o situación de estudio de la investigación y las interrogantes que

habrán de guiar el proceso.

4. JUSTIFICACIÓN: Describa las razones por las cuales se realiza la

investigación y sus posibles aportes teóricos o prácticos. Una

justificación adecuada de las interrogantes planteadas debe ir

acompañada de las posibles contribuciones al conocimiento que

aportará la investigación y el lugar que ocupa en los adelantos

tecnológicos actuales.

5. OBJETIVOS GENERALES: Defina en forma global lo que se espera lograr

con la investigación

6. OBJETIVOS ESPECÍFICOS: Identifique los logros particulares esperados a

través de los cuales se alcanzarán los objetivos generales. Es

importante distinguir entre los objetivos específicos y las actividades o

medios para lograrlos. Son las metas trazadas para llegar al resultado.

7. HIPÓTESIS: (si aplica) Es una proposición enunciada en forma afirmativa

que responde a un problema de manera tentativa. Generalmente, se

plantean para investigaciones de nivel explicativo y en algunas

ocasiones, en investigaciones de nivel exploratorio y descriptivo.

8. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN: Conjunto de estudios y trabajos

previos, así como conceptos y términos relacionados directamente con

el problema planteado.

9. METODOLOGÍA A UTILIZAR: Técnicas, instructivos y procedimientos que

se piensan utilizar en la investigación

10. VIABILIDAD DE LA INVESTIGACIÓN: Conjunto de elementos técnicos,

financieros, institucionales y otros que garanticen el desarrollo de la

investigación.

11.RESULTADOS ESPERADOS DE LA INVESTIGACIÓN Y ESTRATEGIAS DE

DIFUSIÓN O IMPLEMENTACIÓN: Definir en relación a los objetivos

planteados y la productividad esperada, los posibles resultados del

proyecto y las estrategias para su difusión o implementación.

12.CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES: Indique el tiempo necesario para llevar


a cabo cada fase del proyecto, así como la duración total del mismo.

13.OTROS LOGROS DEL PROYECTO: Indique si el proyecto generará

relaciones interinstitucionales, así como las contribuciones hacia la

producción de nuevos trabajos y proyectos. Registre otros datos que

considere importantes, por ejemplo, el impacto del proyecto en el

avance o solución de problemas asociados con el entorno socio-

cultural, tecnológico o al desarrollo regional, nacional o continental.

14.ACOMPAÑAR ESTE FORMATO CON LOS CURRÍCULA DE LOS

INVESTIGADORES PARTICIPANTES


formato dp3apt

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