¿Qué es la compatibilidad electromagnética?

 Al viajar en un avión es obligatorio tener el celular en modo avión y en las gasolinerías se pide no utilizar el teléfono, ambos debido a la radiación electromagnética que puede afectar los sistemas al interactuar. Pero, ¿por qué sucede esto?, ¿cómo pueden afectar?, y sobre todo ¿qué problemas puede evitarnos?

Estas respuestas son contestadas por la Unidad de Alta Tecnología (UAT) de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) que cuenta con el Laboratorio de Compatibilidad Electromagnética, rama de la ingeniería dedicada a resolver estas cuestiones. En entrevista con la Agencia Informativa Conacyt, el doctor Carlos Romo Fuentes, investigador de la UAT y encargado de este laboratorio, explicó sobre el tema.

El Laboratorio de Compatibilidad Electromagnética tiene como fin la caracterización electromagnética de sistemas tecnológicos espaciales, automotrices, de electrodomésticos y aeronáuticos para hacerlos compatibles y funcionales entre ellos. Fue apoyado con la convocatoria de desarrollo de infraestructura de laboratorios científicos de 2013 del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt)  con un fondo de cinco millones de pesos. Este recinto comparte instalaciones con el Laboratorio Nacional de Ingeniería Espacial y Automotriz (LNIEA) en la UAT en Juriquilla, Querétaro.

Para comenzar, ¿qué es la EMC?

La compatibilidad electromagnética (EMC, por sus siglas en inglés) es la capacidad de un sistema eléctrico electrónico de funcionar de manera adecuada y satisfactoria en un ambiente electromagnético sin que se generen perturbaciones al mismo o a otros sistemas ubicados en el mismo espacio. «La teoría electromagnética establece que cualquier sistema alimentado por corrientes y voltajes generará emisiones de ondas electromagnéticas. Desde ese principio se sabe que habrá una interacción entre todas las emisiones generadas por todos los sistemas que compartan un espacio», platicó el doctor.

En la tecnología actual hay muchos componentes que emiten este tipo de señales y que, al formar parte de un sistema más completo, comparten ese espacio, tal como el radio de un automóvil o la pantalla de un celular.

La compatibilidad electromagnética se da cuando todos los sistemas de un aparato electrónico pueden funcionar correctamente sin que uno haga que falle el otro o sin que él mismo se genere interferencias que ocasionen fallas en su propio funcionamiento. Para saber si el sistema generará emisiones de alta intensidad que afecte a otros pequeños sistemas del aparato, se debe conocer y caracterizar el fenómeno electromagnético emitido, así como también se debe conocer si un sistema es susceptible a reaccionar a diferentes niveles de intensidad del fenómeno electromagnético tal como el ejemplo del avión o la gasolinería.

Pero para realizar esta caracterización no se puede realizar si todos los sistemas están colocados dentro del sitio o cámara de pruebas, aunque sí se realizan estas pruebas. La caracterización individual requiere que se aísle sistema por sistema, es decir, parte por parte del aparato, para obtener su patrón de emisiones radiadas y conducidas, esto es, la emisión de las señales generadas por el sistema. Pueden existir dos tipos de emisiones: inalámbrica (emisiones radiadas) o alámbrica (emisiones conducidas).

Para realizar este tipo de mediciones, se utilizan cámaras anecoicas dentro de las cuales hay diferentes formas de medición que pueden proporcionar el valor de las intensidades del campo eléctrico o magnético radiado, o bien, los niveles de las señales conducidas generadas por la red de cableado que conecta al sistema. Esto para garantizar que integrado en un sistema más grande y complejo, este no generará interferencias electromagnéticas, como podrían ser los cables y sistemas dentro de un automóvil.

Sin eco electromagnético

El Laboratorio de Compatibilidad Electromagnética de la UAT cuenta con una cámara anecoica que es un cuarto blindado con paredes de material conductor. Dentro de este sitio se realizan las pruebas de compatibilidad y caracterización electromagnética de sistemas eléctricos electrónicos a sistemas que pueden provenir de la industria espacial, automotriz, electrodomésticos o aeronáutico, industrias fuertemente establecidas en Querétaro, estado sede de este recinto.

“El funcionamiento de la cámara anecoica inicia con el análisis de las señales que rebotan en las paredes, pues al ser paredes de material conductor, el parámetro de impedancia intrínseca es cero, lo cual establece un coeficiente de reflexión de menos uno. Esto es, que cualquier señal que incida sobre la pared metálica será reflejada por completo. Al ser un cuarto sellado ninguna señal electromagnética generada en su interior saldrá de la cámara, pues rebotará en las paredes internas del cuarto. De igual forma, ninguna señal que provenga del exterior logrará entrar a la cámara. De esta manera, al colocar un sistema o aparato en funcionamiento dentro de la cámara, este emitirá ondas electromagnéticas que llegarán a las paredes y rebotarán, es decir, se generará eco electromagnético”, explicó el doctor.

“Para evitar que esa señal rebote, se coloca en el interior de las paredes material absorbente de energía electromagnética, esto es, de la energía transportada por las componentes vectoriales eléctrica y magnética que viajan en una dirección ortogonal a estas mismas”, agregó.

Cámara anecoica.

Cuando las señales u ondas electromagnéticas alcanzan las paredes internas de la cámara se encuentran con conos de material absorbente, los cuales atenúan la componente eléctrica como la magnética, pues están conformados de material polímero con partículas de ferrita. “El polímero es un material con pocas pérdidas que atenúan las componentes eléctricas y la ferrita absorbe las líneas de campo magnético, lo que genera que disminuya la señal de la onda total”, comentó.

El tamaño de estos conos está asociado con la frecuencia de la señal y el factor de atenuación para esas frecuencias para garantizar que no haya rebote de señales. Sin embargo, podría suceder que la señal sea de muy alta energía y logre penetrar todo el material aunque no con la intensidad inicial.

Para evitar rebotes en las paredes, los conos están colocados sobre tabiques de ferrita de 15 por 10 por cinco milímetros de ferrita. Estos absorben la energía del campo magnético atenuando aún más la potencia de la señal. “Si aun así logran sobrepasar esto, las ondas llegarán a las paredes y rebotarán pero se volverán a encontrar con el medio de ferrita, que de nueva cuenta atenuará por el material absorbente. Es entonces una cámara anecoica, es decir, sin eco electromagnético, pues la señal no rebota y pareciera que solo se genera señal desde el sistema activado, así medimos solo la señal que nos interesa caracterizar”, añadió.

Las dimensiones de la cámara son importantes, pues su diseño es establecido para cumplir con tamaños exactos internos que le permitirán realizar mediciones basadas en dos zonas básicas: la zona de inducción o cercana y la zona lejana o de radiación.

Tecnología certificada

La importancia de la compatibilidad electromagnética en el mundo tecnológico es tal que toda la tecnología debiera ser caracterizada y probada bajo estándares de compatibilidad, pues el hecho de hacer una prueba electromagnética permite estar bajo términos asociados a certificaciones de la industria que permiten usar y vender los productos e incluso permitir que dicho aparato esté en contacto con el cuerpo humano. Sin embargo, no siempre es así.

Las pruebas de EMC son de alto costo ya que garantizan que de obtener el estándar que establece los límites de emisión electromagnética irradiada o conducida, el producto podrá ser vendido bajo normatividad de compatibilidad electromagnética en el mercado internacional. “Es importante hacer estas pruebas para no generar problemas de salud al ser humano, pues con señales de alta intensidad puede generarse un daño a las células. También porque donde esté colocado un sistema bajo otro o semejante, estos no deben interferir unos con otros, es decir, evitar que actúen como control remoto entre los sistemas”, dijo el investigador.

Algunos otros ejemplos de incompatibilidad electromagnética es la interferencia entre aparatos de mensajería con sistemas eléctricos en automóviles, como en el caso de activación de bolsas de aire en los vehículos solo por recibir llamadas de teléfono celular o mensajes de texto y que podría provocar accidentes. O en la industria militar, el lanzamiento no intencional de misiles por el acoplamiento de señales entre los sistemas de comunicación y de control del lanzamiento.

Algunas industrias han puesto atención en el tema, pues incluso algunas pelotas de plástico son probadas, «son objetos que se pretende que estén en contacto con niños pequeños. Un bebé con una pelota que está en contacto con sus cobijas se frotará y se generará estática. Si el bebé la coloca en su rostro, podría generar una descarga electrostática”, explicó Carlos Romo.

Específicamente en México no están establecidas estas obligaciones de compatibilidad pero sí hay normas que recomiendan pruebas de EMC como la Norma Oficial Mexicana 121 para sistemas de comunicación o la Directiva Técnica en Sistemas de Radiofrecuencia del Instituto Federal de Telecomunicaciones publicada en el Diario Oficial de la Federación.

Cámara anecoica.

Hay pruebas, métodos y estándares para cada industria que se realizan dentro de una cámara anecoica pero los costos son muy elevados, debido a los precios del equipo utilizado que debe estar certificado y calibrado, estar actualizado y ser operacional, además de contar con infraestructura de control externo para evitar mediciones incorrectas. “En la Unidad de Alta Tecnología contamos con la cámara que cumple con estándares de la industria automotriz, aeronáutico, electrodomésticos y espacial”, afirmó.

Aunque normalmente estos sitios son diseñados para un solo tipo de estándares o industria, esta cámara de la UNAM logra abordar este reto para obtener ventajas y realizar investigación.

Investigación universitaria

Por el momento, este laboratorio cuenta con el equipo para caracterizar sistemas bajo algunas técnicas y realizar mediciones de preconformidad y precaracterización. Además, la cámara cuenta con la posibilidad de incorporar un automóvil de hasta tres toneladas dentro de ella mediante un acceso de doble puerta. “Actualmente podemos medir emisiones radiadas ya sea de sistemas de comunicación o navegación de sistemas incorporados en vehículos, esto con ayuda del equipo que tenemos como el analizador de redes vectoriales, osciloscopios, multímetros, antenas, cables, conectores. Consideramos que haciendo proyectos con la industria obtendremos mayor capacidad de medición”.

Como parte de las preocupaciones de esta universidad y grupo de profesores de la UAT, el tema de la compatibilidad electromagnética es ahora parte de las asignaturas de licenciatura en ingeniería en telecomunicaciones en el módulo de sistemas espaciales y sus aplicaciones en las telecomunicaciones y del programa de maestría en la Facultad de Ingeniería de la UNAM.

“Es vital que los alumnos sepan de normatividad, pruebas y certificación, pues les permitirá incorporarse rápidamente a la industria. Este tema, además, está siendo agregado a nuevos planes de estudios como el de ingeniería espacial que se planteará en la UNAM”, concluyó Carlos Romo.