¿Qué es el ruido eléctrico?
El ruido eléctrico se produce cuando las señales eléctricas producen efectos no deseados en los circuitos electrónicos del sistema de control. El término ruido “” eléctrico se originó en las radios AM cuando el “ruido” extraño que se oye en el altavoz fue causado por un rayo u otras fuentes de arco eléctrico.
El ruido eléctrico y sus efectos en los controladores son muy difíciles de definir, por no hablar de las reglas exactas sobre cómo prevenirlo. La sensibilidad al ruido es un factor en los diseños de controladores electrónicos más recientes. Sin embargo, la mayoría de los problemas de ruido provienen de prácticas y técnicas de cableado bruto que permiten el “acoplamiento” o la transferencia de ruido eléctrico al circuito de control.
¿Cuándo es un problema?
Los problemas resultantes de un entorno eléctricamente ruidoso son difíciles de predecir. Un síntoma frecuente es un sistema errático, sin evidencia de que un problema aparezca de manera consistente. Aún peor, el sistema puede presentar varios síntomas diferentes, como indicadores digitales fluctuantes, indicadores digitales en blanco, inestabilidad de control sobre el punto de ajuste y salidas que se encienden o apagan inesperadamente. Otra señal “” de alerta causada por ruido eléctrico es cuando se disparan límites altos o bajos sin condición de fallo de límite.
¿Por qué es un problema la sensibilidad al ruido eléctrico?
La precisión con la que un controlador puede diferenciar entre las señales deseadas del sistema y el ruido eléctrico es un buen indicador de su sensibilidad al ruido. En general, los controladores de alta potencia, como los relés mecánicos o los relés de desplazamiento de mercurio, tienen baja sensibilidad al ruido. Sin embargo, los controladores de potencia que utilizan lógica electrónica, especialmente aquellos que utilizan circuitos integrados, son más sensibles al ruido.
El desarrollo de todos los controladores electrónicos de estado sólido ha mejorado la precisión del control y ha ampliado sus capacidades. Estos controladores son más complejos y funcionan a niveles de potencia muy bajos, lo que hace que el ruido eléctrico sea más probable que les afecte.
¿De dónde proviene el ruido eléctrico?
Nuestro mundo industrial está lleno de equipos capaces de generar muchos tipos de ruido eléctrico. Una fuente de ruido típica es cualquier pieza del equipo que puede causar o producir cambios de amplitud muy rápidos o grandes en la tensión o corriente cuando se enciende y apaga.
Fuentes de ruido:
- Interruptores y contactos de relé que operan cargas inductivas como motores, bobinas, solenoides y relés
- Tiristores u otros dispositivos semiconductores que no se disparan por estallido (dispositivos disparados aleatoriamente o en ángulo de fase)
- Toda la maquinaria de soldadura
- Conductores que transportan corriente pesada
- Luces fluorescentes y de neón
- Tensiones térmicas entre metales diferentes que influyen en la señal de entrada del termopar de baja tensión
- Tensión química producida por acción electrolítica entre cables de interconexión y cables mal conectados
- Ruido térmico debido al aumento de la temperatura ambiente alrededor de la electrónica del circuito
El ruido también podría introducirse si el circuito de control incluye la opción de una salida de relé mecánico y se utiliza para conmutar corrientes de alta carga a través de dos o tres amperios. Esto presenta una fuente significativa de ruido, incluido el ruido inductivo de la bobina y la formación de arcos por contacto, dependiendo de cuánta potencia se introduzca dentro del controlador.
¿Cómo entra el ruido eléctrico?
Los circuitos de control deben considerarse en términos del sistema total en un entorno eléctricamente ruidoso. Las líneas de entrada y salida de alimentación del sensor, así como la línea de la fuente de alimentación, tienen el potencial de acoplar o vincular el circuito de control a una fuente de ruido.
Según el tipo de ruido eléctrico y su intensidad, el ruido puede acoplarse a otros equipos mediante uno de los cuatro métodos siguientes:
1. Acoplamiento de impedancia común
El acoplamiento de impedancia común se produce cuando dos circuitos comparten un conductor o impedancias comunes (incluso fuentes de alimentación comunes). Este tipo de acoplamiento a menudo ocurre en instalaciones que tienen un cable neutro o de tierra común largo. Un ejemplo serían cinco contactos de relé que operan cinco solenoides separados donde la conmutación funciona de manera dependiente. Las líneas de retorno de todos los solenoides se conectan entre sí y vuelven a la fuente de alimentación con un conductor.
Este ejemplo de acoplamiento de impedancia tiene tendencia a inducir ruido en circuitos que no tienen ruido, o a amplificar el ruido de uno o más de los circuitos que comparten la línea común. La mejor manera de evitar este tipo de acoplamiento es eliminar la línea común y utilizar cables independientes para cada circuito de retorno.
Otro problema de ruido asociado con el acoplamiento de impedancia común es un lazo de tierra. Los bucles de tierra se producen cuando existen varias rutas para las corrientes de tierra. Las líneas de retorno del solenoide no solo deben funcionar como conductores independientes al mismo punto de potencial eléctrico, sino que también deben terminarse en el mismo punto físico.
De la misma manera, las líneas de tierra de seguridad deben devolverse al mismo punto eléctrico y físico. La conexión a tierra de seguridad (conexión a tierra del chasis) nunca debe transportar corrientes de retorno.
2. Acoplamiento inductivo magnético
El acoplamiento magnético (inductivo) generalmente aparece donde hay cables que corren paralelos o cerca entre sí. Esto sucede cuando los cables de varios circuitos diferentes se agrupan para que el cableado del sistema parezca ordenado. Sin embargo, sin una separación y blindaje adecuados de los cables, el acoplamiento magnético introducirá graves problemas de ruido en circuitos sensibles (nivel de bajo voltaje).
La mejor manera de eliminar el acoplamiento magnético (inductivo) es tender cables desde circuitos separados en paquetes separados, teniendo especial cuidado de mantener los cables de CA (nivel de alto voltaje) separados de los cables de CC (nivel de bajo voltaje). Si es posible, se deben utilizar cables de blindaje y conductores de par trenzado (con terminación de blindaje en el extremo del controlador solamente) para reducir el acoplamiento magnético de ruido.
3. Acoplamiento electrostático (capacitivo)
El acoplamiento electrostático (capacitivo) aparece cuando los cables están conectados en paralelo entre sí, similar al acoplamiento magnético. Ahí es donde terminan las similitudes. El acoplamiento electrostático o capacitivo es una función de la distancia que los cables pasan paralelos entre sí, la distancia entre los cables y el diámetro del cable. La forma más eficaz de reducir el acoplamiento electrostático (capacitivo) es blindar adecuadamente los tendidos de cables. Nuevamente, la separación de los cables que transportan señales de CA (nivel de alto voltaje) y de CC (nivel de bajo voltaje) reducirá de manera efectiva el ruido en circuitos sensibles.
4. Acoplamiento electromagnético (radiación)
El acoplamiento electromagnético (radiación) se produce cuando el circuito de control está muy cerca de una fuente de alta energía capaz de inducir un voltaje de forma magnética o electrostática. Las fuentes comunes de dicha radiación son las torres de radiodifusión o televisión.
En aplicaciones industriales, no es inusual que las interferencias de radiofrecuencia se acoplen a circuitos de medición o comunicaciones sensibles cuando el cableado está cerca de fuentes RFI, como contactores de alimentación. Otras fuentes potenciales de RFI incluyen relés mecánicos que experimentan arcos eléctricos al conmutar, controladores de potencia SCR cuando se operan con el método de disparo por ángulo de fase, motores y muchos más. También es difícil eliminarlo si está presente, porque el blindaje debe estar completo al 100 por ciento.
Nota: Debe prestarse especial atención a la línea de alimentación de CA porque es una fuente de tipos inusuales de problemas relacionados con el ruido en los circuitos de control. Los fenómenos como líneas de alimentación desequilibradas, apagones, sobretensiones, rayos y otra alimentación de entrada “sucia” pueden hacer que la línea de alimentación de CA fluctúe y caiga momentáneamente por debajo de las especificaciones de funcionamiento para la entrada de CA a los circuitos de control.
Cuando el tipo de ruido en la línea de suministro de CA puede identificarse como ruido puramente eléctrico y no hace que el nivel de voltaje de línea disminuya, se pueden comprar dispositivos de filtrado de línea para ocuparse de los problemas. Sin embargo, si las sobretensiones, los apagones, el tamaño inadecuado del cable, etc., están haciendo que la tensión de la línea de CA caiga por debajo de los niveles recomendados por el fabricante del circuito de control, la única solución es corregir el tamaño del cableado o la distribución de la tensión.
Formas de evitar el ruido eléctrico
- Asegúrese de que el instrumental esté correctamente conectado a tierra según las’instrucciones del fabricante
- Asegúrese de que las conexiones a tierra sean buenas
- Dirija las señales de detección y comunicación de bajo voltaje por separado del cableado de alimentación de CA
- Utilice relés de estado sólido (SSR) en lugar de relés electromecánicos o monte relés lejos de instrumentos sensibles