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Módulo 5. Técnicas digitales. Sistemas de instrumentos electrónicos.

5.14 ENTORNO ELECTROMAGNÉTICO

INTERFERENCIA ELECTROMAGNÉTICA (EMI)

El Fenómeno de da Interferencia Electromagnetíca

Por interferencia electromagnética (EMI) podemos entender la presencia de voltajes o corrientes no deseados que pueden aparecer en un equipo o en sus circuitos, como resultado de la operación de otro aparato eléctrico, o por fenómenos naturales.

En la figura 5.14.1 se representa el esquema básico de los elementos que intervienen en un problema de EMI. Hay que remarcar que solo se habla de interferencia siempre y cuando se provoque un mal funcionamiento en el receptor.

Figura 5.14.1

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).

Teniendo en cuenta el esquema básico de la Figura 5.14.1, es obvio que los tres métodos posibles para eliminar las interferencias son:

1) Suprimir la emisión en la fuente.

2) Hacer el camino de acoplamiento poco efectivo.

3) 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 victima más inmune.

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1. ¿Qué se entiende por EMI? a) interferencia electromagnética b) emisiones electromagnéticas c) susceptibilidad electromagnética d) compatibilidad electromagnetica

2. ¿Qué es el acoplamiento? a) transferencia de energía entre cables o componentes deforma electrostático b) transferencia de energía entre cables o componentes deforma electromagnética c) transferencia de energía entre cables o componentes deforma directa d) transferencia de energía entre cables o componentes deforma de cualquiera de las 3 formas

FUENTES DE INTERFERENCIAS ELECTROMAGNÉTICAS (EMI)

Fuentes EMI externas: Las emisiones de estas fuentes EMI pueden provenir tanto de fuentes terrestres como extraterrestres (satélites, naves espaciales). Las fuentes de ruido EMI son debidas fundamentalmente a emisores de comunicaciones y navegación (banda comercial, comunicaciones de navegación aérea y radares) y a equipos industriales y de consumo, o incluso las explosiones nucleares, todas ellas debidas al hombre. Pero también hay que tener en cuenta fuentes de interferencia electromagnética externas naturales, tales como rayos, descargas electrostáticas, ruido solar y cósmico entre otros (Figura 5.14.2).

Figura 5.14.2

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Fuentes EMI internas: Estas fuentes de interferencia electromagnética internas serán todas aquellas producidas por los equipos y componentes de la aeronave que puedan conducir o radiar energía electromagnética, como por ejemplo:

Generadores y motores eléctricos: las escobillas y conmutadores son fuentes EMI en forma de transitorios que se generan como resultado del arco voltaico de descarga generado por la separación de las escobillas.

Relés: una vez que se desenergiza el relé, la energía electromagnética almacenada produce un voltaje que produce arcos de descarga en los contactos del relé generando una EMI en forma de transitorios.

Cables: proporcionan un medio de acoplamiento indeseado por inducción o conducción de otros cables, circuitos o equipos de la aeronave.

Conectores: pueden llegar a ser una fuente indirectamente debido a una mala conexión.

3. ¿Cual de estas fuentes de interferencia que no se pueden una fuente EMI interna?

a) Los generadores y motores eléctricos

b) los relés

c) El cableado de la aeronave

d) los campos de radiofrecuencia de alta energía radiados

CLASES DE INTERFERENCIA ELECTROMAGNÉTICA (EMI)

La interferencia electromagnética puede ser radiada o conducida. Fuentes típicas de las emisiones radiadas son los equipos de radio y los transmisores de radar, así como los equipos eléctricos de generación y transformación de la energía eléctrica. La manera en la cual la interferencia electromagnética externa se introduce en un circuito se llama modo de acoplamiento (Fig. 5.14.3).

La interferencia electromagnética radiada se propaga a través del aire hacia el circuito víctima. Una antena, o un cable que puede actuar como una antena, sirve de acoplamiento a la interferencia electromagnética afecten al circuito víctima. La interferencia electromagnética conducida se acopla desde la fuente al circuito víctima a través de conexiones comunes, bien mediante el cableado o bien a través de la estructura metálica.

MECANISMOS DE ACOPLAMIENTO EMI.

Por acoplamiento entendemos la interrelación de dos o más circuitos, y se establece la transferencia energía entre ellos. Cuando este acoplamiento se produce por radiación electromagnética se denomina acoplamiento radiado. Si se produce a través de conductores o componentes, se denomina acoplamiento conducido.

En las interferencias conducidas, el medio de propagación es un conductor eléctrico (cables de

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alimentación, tierra o señales, chasis metálicos, etc.)

Las EMI radiadas son debidas a la generación de ondas electromagnéticas. Se consideran radiadas y no acopladas cuando la distancia entre fuente y victima es superior a la mitad de la longitud de onda de la interferencia.

El acoplamiento reactivo es un caso particular de la propagación radiada, y ocurre cuando la distancia entre el emisor y el receptor es menor que la mitad de la longitud de onda (λ /2), existiendo dos tipos:

• Acoplamiento capacitivo que se produce por efecto el campo eléctrico.

• Acoplamiento inductivo que se produce por efecto del campo magnético.

Figura 5.14.3

COMPORTAMIENTO ELECTROMAGNÉTICO DE UNA AERONAVE

Protección de los Sistemas del Avión:

Debido al incremento de los sistemas electrónicos que se instalan en las aeronaves modernas, y a la disminución de los niveles de potencia requeridos para provocarles alteraciones y trastornos en su funcionamiento, la protección contra la interferencia electromagnética, los efectos de los rayos, y los campos radiados de alta energía (HIRF) se considera una parte esencial del diseño de una aeronave.

Esta problemática da lugar a que un 50 % de las Incidencias de vuelo registradas, sean debidas a interferencias electromagnéticas. Respecto a las cuales podemos decir que el:

20% se deben a emisiones de los equipos y cargas eléctricas en el propio avión.

15% se deben al impacto de rayos

10% son debidas a transmisores localizados en tierra (externos al avión) (HIRF).

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5% son debidas al uso por los pasajeros de dispositivos electrónicos portátiles (PED) (teléfonos móviles, ordenadores portátiles, etc.).

Influencia de las Dimensiones y Forma de la Aeronave:

La aeronave se comporta de forma similar a una combinación de antenas receptoras. Transforma el campo electromagnético externo en flujo de corriente eléctrica sobre la superficie de la aeronave. El flujo de corriente producido por las radiaciones externas sobre la superficie de la aeronave, penetra y radia dentro de la estructura.

Para el acoplamiento de la radiación electromagnética son muy importantes las dimensiones de la estructura de la aeronave y la longitud del cableado que interconecta a todos los equipos embarcados. El acoplamiento de la radiación electromagnética será más eficiente, más dañino por tanto, cuando estas dimensiones coinciden con la mitad de la longitud de onda de la interferencia. La frecuencia en la que el acoplamiento es más energético en la aeronave se llama frecuencia de resonancia.

Materiales Compuestos:

El material utilizado en la fabricación de aeronaves ha ido variando, actualmente se utilizan cada vez más materiales compuestos, que disminuyen el apantallamiento de los campos electromagnéticos y por tanto son más transparentes a ellos. Los materiales compuestos presentan los siguientes problemas:

• son materiales no isótropos desde un punto de vista eléctrico.

• no poseen capacidad de transferir energía eléctrica acumulada.

• no proporcionan contacto eléctrico con otros materiales.

• proporcionan un bajo apantallamiento electromagnético.

Por tanto dependiendo del material del que esté constituida la aeronave, podrá penetrar más o menos energía al interior de la misma.

PROBLEMÁTICA DEL USO DE EQUIPOS ELECTRÓNICOS DE USO PERSONAL (PED)

Esto da lugar a una problemática relacionada con las interferencias electromagnéticas producidas por equipos electrónicos de uso personal (PED) que da lugar a incidentes reportados un vuelo:

• Mal funcionamiento de los sistemas (interfonos incluidos).

• Avisos falsos de condiciones inseguras.

• Incremento de la carga de trabajo el piloto.

• Puesta en marcha procedente de emergencia.

El general estos dispositivos no están calificados por normativa aeronáutica de EMC, y no están

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controlados sus niveles de emisión radiada.

EFECTOS DE LAS DESCARGAS ELÉCTRICAS PRODUCIDAS POR UN RAYO (LIGHTNING STRIKES)

En la aviación comercial se producen alrededor en más de 100 incidentes importantes al año. Estadísticamente establecido que un avión puede sufrir el impacto de un rayo entorno a las 3000 horas de operación en vuelo. Los rayos ocurren entre dos zonas en la atmosfera de carga de signo opuesto, que pueden estar localizados dentro de una misma nube, en nubes diferentes o en una nube y tierra.

Pueden producir voltajes que dañen a personas o equipos electrónicos esenciales para el vuelo, ignición de combustible por arcos (arcing), eyección de partículas incandescentes (sparking), y producción de “Up‐sets” que dañen la electrónica del avión. Estos efectos de las descargas eléctricas producidos por el impacto de un rayo los podemos clasificar como directos o indirectos.

Los Efectos Directos:

Los efectos directos son principalmente de carácter estructural e incluyen quemaduras, erosiones, explosión, y deformación estructural que son causadas; por la unión del arco de descarga del rayo, las altas presiones producidos por las ondas de choque, o las fuerzas magnéticas que se generan asociadas a las altísimas intensidades de corriente que se producen durante el fenómeno (Fig. 5.14.4).

Figura 5.14.4

Efectos Indirectos de las Descargas Eléctricas:

Los efectos indirectos predominantemente se producen como resultado de la interacción de los campos eléctricos que se producen durante la descarga y a la circulación de corriente través de la estructura que puede afectar a los equipos electrónicos y a su cableado. El impacto de un rayo interacciona con la aeronave con un flujo de corriente distribuido por el fuselaje acompañado en su camino por un campo magnético variable que aumenta y decrecen amplitud dependiendo de los valores de corriente (Figura 5.14.5).

Sus efectos sobre el interior donde está el cableado de los equipos electrónicos son efectos transitorios

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de corrientes (I) y voltajes (V), y dependen del tipo de mecanismo de acoplamiento que producido:

• Acoplamiento a través de las aperturas (Radiado).

• Acoplamiento por contacto eléctrico (Conducción).

Figura 5.14.5

4. ¿De qué forma afectan a la aeronave los efectos directos debidos al impacto de un rayo?

a) Produciendo quemaduras, explosiones , y dañoso deformaciones estructurales

b) Mediante la alteración del funcionamiento de los equipos electrónicos

c) Mediante un flujo de corriente que se distribuye por el fuselaje

d) de ninguna las formas citadas anteriormente

Zonificación de la Aeronave:

Para estudiar los efectos de la descargas eléctricas producidos por un rayo, la aeronave se suele dividir en tres zonas principales (Figura 5.14.6):

Zona 1: Superficies de la aeronave que tienen una alta probabilidad de recibir el impacto inicial del rayo. Y son los posibles puntos de entrada del rayo.

Zona 2: Superficies del aeronave que tienen una alta probabilidad de recibir el barrido de un rayo que ha impactado en la Zona 1

Zona 3: Incluye toda la superficie del aeronave que no se pueden clasificar como zona 1 o 2. En esta zona existe una baja probabilidad de impacto directo o de barrido un rayo. Sin embargo, por estas zonas pasarán las corrientes de un rayo conducción directa entre los puntos de entrada y salida del rayo. También en las zonas 1 y 2 se producirán las mismas corrientes conducidas.

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Figura 5.14.6

Técnicas de Protección contra los Impactos de los Rayos

Algunos métodos para proteger la aeronave frente a los efectos de las descargas eléctricas producidas por un rayo incluyen:

a) Garantizar un paso controlado para la corriente.

b) Proporcionar una adecuada continuidad eléctrica entre los distintos componentes.

c) Métodos de protección contra los gradientes térmicos y las corrientes eléctricas en tanques de combustible.

d) Metalización para apantallamiento electromagnético.

5. ¿cómo se clasifica una Zona 1 a la hora de hacer un estudio sobre los efectos de las descargas eléctricas producidas por un rayo?

a) superficies de la aeronave que tienen una alta probabilidad probabilidad recibir el barrido de

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un rayo

b) zonas donde existe una baja probabilidad de que se produzca el impacto directo de un rayo

c) zonas donde existe la baja probabilidad de que se produzca el barrido de un rayo

d) superficies de la aeronave que tienen una alta probabilidad recibir el impacto inicial

6. ¿para qué sirve la metalización de los elementos estructurales de una aeronave?

a) para proporcionar apantallamiento electromagnético al aeronave

b) Para proporcionar rigidez estructural a las partes fabricadas con materiales compuestos

c) Para proporcionar adecuado plano de referencia a las antenas de una aeronave

d) Es un método de protección contra la corrosión

PROTECCIÓN CONTRA CAMPOS RADIADOS DE ALTA ENERGÍA (HIRF)

Ambiente Externo HIRF:

Los sistemas de comunicaciones comerciales o militares, los radares instalados en tierra o a bordo de barcos, e incluso otros transmisores de alta frecuencia que se pueden encontrar embarcados en otras aeronaves pueden generar campos de alta energía. Éstos campos de alta energía creados por transmisores de alta potencia, se suelen englobar en lo que considera el Ambiente HIRF.

El ambiente HIRF puede causar alteraciones en los circuitos y daños a los sistemas de la aeronave que no estén protegidos. Por esta razón, y desde principios de 1990 para certificación de una aeronave de transporte, se debe demostrar que todos los sistemas y equipos que realizan funciones críticas para la operación segura de la aeronave, deben estar protegidos frente a los efectos de estos campos de alta energía (HIRF).

Ambiente Electromagnético Interno HIRF:

El ambiente electromagnético interno HIRF es el resultado de las complejas interacciones electromagnéticas de los ambientes externos, la aeronave, y los equipos y sistemas instalados. La energía electromagnética externa penetra por las aperturas, materiales compuestos, juntas y antenas.

Los niveles de campo eléctrico se expresan en voltios por metro (V/m), y se establecen para que una de las bandas de frecuencia, de acuerdo los estándares ED‐107, o MIL‐STD‐464.

Protecciones contra HIRF:

Si los equipos electrónicos necesitan operar en una zona sujeta a ondas electromagnéticas y si las corrientes generadas por esas ondas son peligrosas, la forma de proteger los equipos y los cables de conexión es blindarlos con superficies conductoras y luego poner a tierra esos blindajes. Como resultado las corrientes generadas por los campos electromagnéticos (HIRF) circularán a través de las superficies conductoras externas a tierra evitando los efectos de las mismas sobre los equipos que están en su interior. También debe tenerse en cuenta la ubicación de los equipos y el recorrido de los

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cables dentro de la aeronave de tal forma de ubicarlos en los lugares mas apropiados, lejos de posibles aberturas o zonas transparentes a la radiación.

7. ¿Cual de estos estándares se utiliza para determinar el ambiente externo con una aeronave para la certificación por autoridades civiles de las protecciones frente a los campos radiados de alta energía?

a) ED‐107

b) RTCA DO‐160

c) ED‐14

d) MIL‐STD‐464

PRECIPITACIÓN ESTÁTICA

Descripción del Fenómeno:

Precipitación estática, o P‐Static, es una carga de carácter triboeléctrico de la aeronave debido a la fricción de la superficie de avión con las partículas transportadas en el aire, normalmente hielo seco y nieve, pero para helicópteros se puede incluir también el polvo que el rotor impulsa hacia arriba cuando vuela cerca del suelo. La carga de salpicadura resulta de la rotura de las gotas de agua al impactar contra la superficie del avión, el efecto es mucho mayor cuando existe un ambiente de gran campo eléctrico alrededor, por ejemplo durante una tormenta. (Ver Figura 5.14.7)

Figura 5.14.7

Efectos de la precipitación estática sobre la aeronave:

Los efectos predominantes de la precitación estática sobre la aeronave son:

− Interferencia en los sistemas de comunicaciones y en general mal funcionamiento de los equipos.

− Aumento en la atracción de rayos, sobre todo en las zonas protuberante que tiene el exterior del avión.

− Corrosión en piezas mecánicas con posibilidades de movimiento, tales como rótulas,

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pasadores, casquillos, etc.

− Daños en los tratamientos superficiales de las partes metálicas.

− Penetración de las juntas no conductoras de las tuberías hidráulicas o de combustible.

− Riesgos de fuego o ignición del combustible, al producirse chispas.

− Descarga eléctrica a los ocupantes del avión.

Métodos de protección:

TRATAMIENTO DE LA SUPERFICIES EXTERNAS

Todas las superficies externas y cualquier otra parte conductora de la estructura del avión han de estar conectadas eléctricamente para asegurar que las cargas depositadas pueden moverse con libertad.

Dichas superficies pueden ser de material conductor, como el metal o la fibra de carbono (CFC), o de material aislante como la fibra de vidrio (GFC), en caso de los primeros su propia conductibilidad es suficiente para drenar la carga estática de cubrir los requerimientos exigidos. Sin embargo la superficie no conductora no puede cumplir con los requisitos de continuidad para drenar la carga estática por ella misma, y debe ser provista de un recubrimiento conductor. Este recubrimiento puede ser una lámina de metal, pintura conductora, o diseños avanzados, de una o más capas de una resina especial con cierta conductividad.

DESCARGADORES ESTÁTICOS

Los descargadores estáticos son elementos encargados de drenar la electricidad estática del avión al aire. Se colocan en los elementos prominentes del avión, donde existe mayor concentración de campo.

Los descargadores tienen forma de varilla y su funcionamiento es el siguiente: el material de dichas varillas tiene cierta conductividad eléctrica, que junto con su forma prominente hace que las cargas tengan que acumularse en estos elementos. Una vez que las cargas se ha situado en los dos cargadores el aire roza con los mismos haciendo que se desprendan las cargas (Fig. 5.14.8).

Figura 5.14.8

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Métodos de protección EMI:

Como hemos visto en apartados anteriores, la introducción de señales no deseadas (ruido) en circuitos eléctricos y electrónicos esta 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.

DISEÑO DE LOS CIRCUITOS IMPRESOS DE LOS EQUIPOS ELECTRÓNICOS

Se debe realizar una selección adecuada de los componentes y aplicar las reglas de diseño EMC para reducir las emisiones y susceptibilidades a nivel de circuitos impresos (PCB) que componen un equipo electrónico. Para ello se realizan comprobaciones que determinan el estado de compatibilidad electromagnética interna de los diferentes prototipos, de forma que se puedan realizar las mejoras adecuadas en el diseño antes de llegar su producción.

APANTALLAMIENTO DE LA ESTRUCTURA

El apantallamiento estructural es uno de los métodos principales para proteger los circuitos instalados dentro de la aeronave que son susceptibles a los fenómenos de interferencia electromagnética (EMI, Lightning, HIRF,). La estructura metálica proporciona un camino de baja impedancia para las corrientes que se puedan generar por fenómenos de interferencia electromagnética, y así se minimiza el riesgo de que estas corrientes puedan afectar a los sistemas y al cableado que se encuentra en el interior de la aeronave.

Además, una estructura cerrada, como puede ser fuselaje una aeronave, proporciona cierto grado de apantallamiento para los campos radiados. Esta superficie conductora completamente cerrada se llama a menudo caja de Faraday; el objetivo principal del apantallamiento estructural es apantallar/sellar todas las rendijas y aperturas que puedan existir en el fuselaje para conseguir el efecto de Caja de Faraday frente al ambiente EMI externo que pueda perturbar a los circuitos internos de la aeronave. Los sistemas utilizados para realizar el apantallamiento son:

• JUNTAS CONDUCTORAS (GASKETS): Son juntas conductoras para sellar puertas de acceso y paneles de registro removibles.

• TIRAS DE METAL EMBEBIDAS (IMBEDDED METAL STRIPS): Recubrimiento metálico en los paneles de la aeronave que están construidos con materiales compuestos.

• TIRAS DE CONTACTO Y MUELLES SPRING FINGERS: Las tiras de contacto y los “spring‐fingers” se usan para sellar las uniones y juntas que existen entre las puertas y la estructura (Ver Figura 5.14.9).

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• PANTALLAS (SCREENS): Las pantallas que cubren los agujeros de ventilación, y rejillas están diseñadas para prevenir la intrusión de interferencia electromagnética.

Figura 5.14.9

8. ¿qué es una caja de Faraday?

a) una caja donde se producen fenómenos electromagnéticos

b) es un recinto cerrado donde se pueden realizar ensayos de electromagnetismo

c) Una superficie conductora completamente cerrada

d) ninguna de las respuestas es correcta

CONTACTO ELÉCTRICO (BONDING)

El Contacto eléctrico de todas las partes de la estructura de la aeronave es esencial para controlar y dar drenaje a las corrientes creadas por una descarga eléctrica, o durante la exposición a un campo de alta energía de radiofrecuencia (HIRF). Además el contacto eléctrico estructural de todas las partes es también importante para eliminar la acumulación de carga estática, la cual puede acoplarse en los sistemas de comunicación. Por lo tanto, es la clave para garantizar la compatibilidad electromagnética de una aeronave. En las aeronaves el sistema de conexiones a masa es flotante puesto que no está conectado a tierra, como en los edificios.

Todos los sistemas y equipos y la estructura de la aeronave deben tener un buen contacto eléctrico con el fin de poder cumplir con los requisitos de compatibilidad electromagnética (EMC). Si existen diferencias de potencial entre las carcasas de un equipo embarcado y el plano de masa, estructura metálica del avión y superficie equipotencial de referencia, es seguro que los equipos radien interferencias.

ESTRUCTURAS PRIMARIA Y SECUNDARIA

Por contacto eléctrico o “Bonding” se entiende el proceso de establecer un camino de baja impedancia

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entre dos superficies metálicas, es decir un buen contacto eléctrico. El propósito de esta conexión metal‐metal es permitir que la energía de radiofrecuencia o la corriente producida por la descarga de un rayo pueda fluir a lo largo de la estructura metálica de la aeronave, con objeto de evitar que se formen diferencias de potencial o voltajes que puedan causar interferencias electromagnéticas.

La masa/tierra en la aeronave nos la proporcionan los elementos estructurales y podemos distinguir entre:

Estructura primaria: estructura permanentemente ensamblada, normalmente metálica. Actúa como camino de retorno para el sistema de generación de potencia. Se emplea para la puesta a tierra, puesta a masa de equipos y transporta corriente de rayos en caso de impacto. Ejemplo de estructura primaria son los arqueros, las costillas, los cuadernos pájaros etc., que forman la estructura del aeronave.

La estructura secundaria: es la que está montada sobre la anterior y que se encuentra unida mecánica o eléctricamente (remachada, o mediante cables de masa). No suele ser empleada para tomar tierra/masa pero sí puede transportar parte de las corrientes que se producen durante la descarga de un rayo.

Las discontinuidades en la superficie de la estructura, debidas a las juntas de las uniones de los paneles, o a las puertas de acceso, pueden crear zonas de alta impedancia en esos puntos de unión. Por lo tanto, todas las discontinuidades en la estructura de la aeronave deberían de ser diseñadas para proporcionar un adecuado contacto eléctrico. Ya que los caminos de baja impedancia son el objetivo del contacto eléctrico, el mejor método es el contacto directo metal con metal. Las superficies con movimientos articulados, como por ejemplo las superficies móviles de mando y control de sustentación (flaps), se debe unir eléctricamente a la estructura mediante bandas o cables. Las áreas de contacto deben estar limpias y sin pintura, y las uniones deben ser tan cortas como sea posible para guardar o mantener el nivel de impedancia muy bajo.

9. ¿Cuál es la parte de la aeronave que sirve como camino de retorno para sistema de generación de energía eléctrica?

a) Las Estructura primaria

b) La Estructura Secundaria

c) Las Metalizaciones de la estructura con partes de materiales compuestos

d) El propio cableado de eléctrico de distribución

PRÁCTICAS DE INSTALACIÓN DEL CABLEADO ELÉCTRICO DE LA AERONAVE

Trenzado del cableado

El cable de par trenzado es una forma de conexión en la que dos conductores son entrelazados para cancelar las interferencias electromagnéticas (EMI) de fuentes externas y la diafonía de los cables adyacentes (Ver Figura 5.14.10).

El entrelazado de los cables disminuye la interferencia debido a que el área de bucle entre los cables (la cual determina el acoplamiento magnético en la señal), es reducida. En la operación de balanceado de pares, los dos cables suelen llevar señales iguales y opuestas (modo diferencial), las cuales son

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combinadas mediante sustracción en el destino. El ruido de los dos cables se cancela mutuamente en esta sustracción debido a que ambos cables están expuestos a EMI similares.

Figura 5.14.10

La tasa de trenzado, usualmente definida en vueltas por metro, forma parte de las especificaciones de un tipo concreto de cable. Cuanto mayor es el número de vueltas, mayor es la atenuación de la diafonía. Donde los pares no están trenzados, como en la mayoría de conexiones telefónicas residenciales, un miembro del par puede estar más cercano a la fuente que el otro y, por tanto, expuesto a niveles ligeramente distintos de EMI.

Apantallamiento de Conductores (Shielded Cable)

Se llama cable apantallado a un tipo de cable recubierto por una malla o un tubo metálico, que actúa de jaula de Faraday para evitar el acople de ruidos y otras interferencias, tanto del entorno hacia el cable, como del cable al entorno. La pantalla no tiene por que ser única, y un cable puede contener en su interior varios conductores apantallados, para evitar diafonía entre ellos (Fig. 5.14.11).

No se debe confundir el cable apantallado con el cable coaxial, ya que este último es una línea de transmisión caracterizada por su impedancia específica, constante de propagación, etc; mientras que el cable apantallado no lo es.

Para que la pantalla sea efectiva debe conectarse a masa sólo en un extremo del cable, para evitar que por ella circule corriente que podría acoplarse a los hilos de señal, produciendo un efecto contraproducente (esta es otra diferencia con el coaxial). Las pantallas se aislarán eléctricamente mediante fundas para evitar que exista contacto eléctrico entre pantallas.

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http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/f/f9/Shielded_wire_4F.jpg


Figura 5.14.3

Agrupación en Mazos los Cables por el tipo de señal

Otra forma de evitar interferencias entre los sistemas dentro la aeronave, es realizar una segregación y separación de los cableados, de acuerdo con la capacidad que tengan para interferir o ser interferidos (Susceptibles) o mixtas (Interferentes/Susceptibles), para lo cual se establece una clasificación EMC de señales como punto de partida. Esta categorización de los cables y su segregación se realiza teniendo en cuenta el tipo de señal que llevan y la protección EMI empleada. Así podemos distinguir cuatro grupos principales:

• Cables de Alimentación y Control (DC o AC).

• Cables con señales de referencia (AC y DC).

• Señales pulsadas digitales.

• Señales de Antenas.

Una vez clasificar los tipos de señal se aplica en los siguientes criterios de segregación:

1) Cuando el sistema existen dos canales redundantes se definirán dos rutas de forma que el fallo de una de ellas no afecte a los dos canales simultáneamente.

2) Si cables de clases diferentes deben ir juntos, por ejemplo al atravesar un pasamamparos, estos cables deberán separarse lo antes posible a cada lado del pasamamparos.

3) Con objeto evitar las interferencias entre las distintas categorías de los cables definidos anteriormente, se mantendrá la máxima separación posible entre ellas (mínimo 50 mm).

FILTROS Y OTROS DISPOSITIVOS DE PROTECCIÓN

Los filtros analógicos o digitales se usan cuando:

a) Las técnicas descritas de protección contra interferencia electromagnética no son suficientes para evitar dichas interferencias.

b) Las señales interferentes son generadas dentro de las unidades de electrónicas.

Normalmente estas señales deberían ser filtradas dentro de las propias unidades electrónicas, pero hay que señalar que a menudo es más barato y sencillo instalar filtros en el cableado que dentro de las unidades electrónicas, puesto que esto significa modificar el equipo, para lo cual hay que requerir la cooperación del fabricante.

Para que sean realmente efectivos se deberían tomar las siguientes precauciones:

− La carcasa del filtro debe estar conectada eléctricamente al plano de masa de la aeronave.

− Cuando la interferencia es del tipo conducida, los filtros se deben instalar tan cerca como sea posible de la fuente de interferencia.

− Cuando la interferencia sea radiada, los filtros deben estar tan cerca como sea posible de los

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circuitos susceptibles.

MANTENIMIENTO DE LA PROTECCIÓNES EMI

Degradación de las protecciones EMI:

Los aviones operan en condiciones extremas de presión y temperatura y están expuestos a humedad, golpes y vibraciones. Esto degrada la integridad de los sistemas de protección EMI instalados en la aeronave por lo que se requiere por parte de los operadores de vuelo trabajos de verificación y pruebas periódicas.

Muchos de estos métodos de protección se basan en conexiones eléctricas de baja resistencia y baja impedancia con el tendido del cableado. El apantallamiento y blindaje de la propia estructura, a menudo incluyen metales de características diferentes. La presencia de oxigeno o humedad causa oxido entre las superficies de contacto; el cual es un aislante (no conduce la corriente eléctrica) lo que limita el flujo de corriente eléctrica. Gradualmente la resistencia eléctrica a través de las uniones aumenta y con el paso del tiempo puede impedir totalmente esta conexión y anular completamente la efectividad del blindaje o el apantallamiento.

Por esta razón, es necesario que el personal de mantenimiento conozca el propósito de estos métodos de protección EMI, y donde se pueden emplear, y los procesos para evitar su deterioro por corrosión.

Tareas de mantenimiento:

Las autoridades de aviación (EASA/FAA) establecen que en el programa de mantenimiento de la aeronave se incluya la supervisión de los métodos de protección EMI, mediante supervisiones visuales y pruebas eléctricas del estado de las conexiones a tierra, blindajes, apantallamientos y filtros que son parte del diseño aprobado de la aeronave.

Estas tareas de mantenimiento consisten en:

• Inspección de los daños por corrosión ambiental o por líquidos en las conexiones a masa/tierra.

• Inspección de la continuidad eléctrica (uniones, conectores, etc.).

• Reparación de las protecciones EMI, por daños estructurales durante la operación de la aeronave.

Las conexiones a tierra de los blindajes deben ofrecer una resistencia eléctrica la cual debe ser lo menor posible (2,5 mΩ) esto obliga a vigilar periódicamente la misma, usualmente son las uniones que requieren limpieza para retirar el oxido presente sobre las superficies.

Los diseñadores de equipos para la aviación deben asumir que van a ser instalados en condiciones que pueden favorecer la corrosión y por lo tanto deben utilizar materiales resistentes a la corrosión y materiales selladores de los conectores. Los conectores suelen estar hechos con materiales más livianos tal como el aluminio, el cual es un buen conductor pero como se corroe fácilmente en medio salino se le agrega una protección superficial de níkel y cadmio para protección. Sin embargo el tiempo

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y la exposición al medio ambiente pueden producir corrosión de los materiales y es norma requerir la verificación de los blindajes, y otras medidas de protección, durante la vida útil de la aeronave.

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