david901014

Muchas veces cuando estamos comenzando el estudio de circuitos eléctricos ya sea en la electrónica, eléctrica, telecomunicaciones, etc. Surge una interrogante ¿A que se le denomina tierra? ¿Qué es un voltaje negativo y sus aplicaciones? En esta ocasión vamos a dar una respuesta de forma resumida y comprensible. Concepto de tierra en un circuito eléctrico «Tierra (sistema de tierra). Una conexión conductora, ya sea intencional o accidental, por medio de la cual un Circuito se conecta a la tierra o a algún cuerpo conductor de dimensión relativamente grande que Cumple la función de la tierra». Esta tiene como objetivo mantener los voltajes del sistema dentro de límites razonables bajo condiciones de falla (tales como descarga atmosférica o contacto inadvertido con sistemas de voltaje mayor), y asegurar que no se excedan los voltajes de ruptura dieléctrica de las aislaciones. Actualmente todas las instalaciones eléctricas ya sean domesticas, comerciales industriales etc. Tienen sistema de tierra un ejemplo pueden ser los pararrayos como bien lo dice su nombre es para detener rayos o en otras palabras este instrumento atrae la descarga eléctrica producida por el rayo y la conduce a tierra. Más adelante en otro post hablare sobre los pararrayo, como se hacen etc. Que es un voltaje negativo y sus aplicaciones La alimentación negativa no es más que un voltaje que se subsitua con respecto a la masa, por así decirlo, en un amplificador operacional (op amp), +12v alimentara una parte del circuito interno, y -12 otra parte, que necesita que la corriente vaya en sentido contrario a la primera, por lo tanto, un truco para esto, es que hace que el voltaje este por debajo del nivel de masa, así obligara a la corriente a ir en sentido contrario a que si se alimenta con el mismo +12 respecto a masa. APLICACIONES En ocasiones las señales necesitan una excursión negativa de voltaje, como en los amplificadores de audio; los amplificadores operacionales también utilizan voltaje negativo frecuentemente. Cuando haces un amplificador de audio en el cual la señal de entrada tiene semiciclos tanto positivos como negativos... al querer amplificar ambos semiciclos necesitas un suministro positivo para los semiciclos positivos y otro negativo para poder suministrar la amplificación del semiciclo negativo. También cabe señalar que sirve para protocolos de comunicación como el RS-232 donde sus niveles lógicos varian de la siguiente manera: 0 cuando va de +3V a +15V 1 cuando va de - 3V a - 15V "El conocimiento es el arma para salir a cazar sueños"

En esta ocasión como había prometido en el post anterior voy a hablar de los pararrayos o sistemas de Puesta a Tierra de Protección Atmosférica. ¿Que son las descargas atmosféricas? La descarga atmosférica conocida como rayo, es la igualación violenta de cargas de un campo eléctrico que se ha creado entre una nube y la tierra o, entre nubes. Los rayos que nos interesan por su efecto, son los de nube a tierra, y en éstos se pueden encontrar 4 tipos: 2 iniciados en las nubes, y 2 iniciados en tierra, ya que pueden ser positivos o negativos. Los más comunes, siendo el 90 % de los rayos detectados, son de una nube negativa hacia tierra. Los rayos que inician en tierra son relativamente raros y ocurren normalmente en montañas o en estructuras altas. Los rayos iniciados en las nubes negativas, normalmente aparecen en nubes de tormenta del tipo cumulonimbus convectivas que usualmente miden de 3 a más de 50 km de largo, y son consecuencia de un rompimiento dieléctrico atmosférico. Este rompimiento una vez iniciado, avanza en zigzag a razón de unos 50 metros por microsegundo con descansos de 50 microsegundos. Una vez que el rompimiento creó una columna de plasma en el aire, la descarga eléctrica surgirá inmediatamente dentro de un hemisferio de unos 50 m de radio del punto de potencial más alto. Y, cualquier objeto puede ser el foco de esta descarga hacia arriba de partículas positivas, aún desde una parte metálica debajo de una torre. Los rayos consisten usualmente de descargas múltiples, con intervalos entre descargas de decenas a centenas de milisegundos. La primera descarga es la que tiene mayor amplitud, mientras que las subsecuentes tienen tiempos de ataque más rápidos, aunque la velocidad de las descargas se ha encontrado que depende del lugar geográfico. La primera descarga está entre 6 y 15 x 10E7 m/s y la segunda entre 11 y 13 x 10E7 m/s. Las descargas atmosféricas pueden causar grandes diferencias de potencial en sistemas eléctricos distribuidos fuera de edificios o de estructuras protegidas. A consecuencia de ello, pueden circular grandes corrientes en las canalizaciones metálicas, y entre conductores que conectan dos zonas aisladas. Pero, aún sin la descarga, una nube cargada electrostáticamente crea diferencias de potencial en la tierra directamente debajo de ella. El campo eléctrico debajo de una nube de tormenta es generalmente considerado entre 10 y 30 kV/m. Es importante, comparar estos valores con el de 1.5 kV/m con el que las puntas empiezan a emitir iones. Una nube de tormenta promedio podría contener unos 140 MWh de energía con voltajes hasta de 100 MV, con una carga en movimiento intranube de unos 40 Coulombs. Esta energía es la que se disipa mediante los rayos, con corrientes pico que van de unos cuantos kiloamperes a unos 200 kA con un percentil (50) de 20 kA. Los rayos de una nube positiva hacia tierra contienen más carga que sus contrapartes negativos, por lo que son muy estudiados. En general no exhiben el mismo comportamiento de pasos de los negativos, y suceden más frecuentemente en tormentas invernales con nieve y en latitudes altas. Algunas particularidades aumentan la probabilidad de la caída de rayos en un lugar. Por ejemplo, la frecuencia de descargas en un lugar es proporcional al cuadrado de la altura sobre el terreno circundante. Esto hace que las estructuras aisladas sean particularmente vulnerables. Además, las puntas agudas incrementan también la probabilidad de una descarga. SISTEMAS DE PARARRAYOS La protección de estructuras es más tolerante que una protección electrónica. Así, un edificio puede tolerar hasta 100,000 V mientras que componentes electrónicos a 24 V se dañarán con voltajes sostenidos de 48 volts! Los rayos ocurren con diferentes intensidades y un sistema que proteja contra su efecto deberá ser diseñado tomando en cuenta los rayos promedio o mayores del área en cuestión. Las descargas no pueden ser detenidas, pero la energía puede ser desviada en una forma controlada. El intentar proteger contra descargas directas puede ser excesivamente caro. Un sistema de protección contra descargas, llamado de pararrayos, debe: Capturar el rayo en el punto diseñado para tal propósito llamado terminal aérea. Conducir la energía de la descarga a tierra, mediante un sistema de cables conductores que transfiere la energía de la descarga mediante trayectorias de baja impedancia, y; Disipar la energía en un sistema de terminales (electrodos) en tierra. Los rayos son señales eléctricas de alta frecuencia, gran potencial y alta corriente, por ello son causa de interferencia en sistemas electrónicos. Son de alta frecuencia por la elevada razón de cambio de la señal, de aproximadamente 1 us. Por ello, para dirigir a tierra las descargas atmosféricas se utilizan las técnicas para señales en altas frecuencias. PROTECCIÓN DE ESTRUCTURAS Y EDIFICIOS PROTECCIÓN DE TORRES DE COMUNICACIÓN Se ha visto que las torres metálicas de comunicaciones incrementan sustancialmente la densidad de descargas en el lugar donde son instaladas. La probabilidad se incrementa aproximadamente con el cuadrado de la altura de la torre Variaciones considerables existen en la forma de cómo proteger una torre. Una manera es colocar una punta pararrayos en la cima de la torre y de ahí un conductor de cobre por toda la longitud de la torre. Sin embargo, por estar el cobre y el acero en contacto, se corroe el acero - 0.38 Volts de la celda galvánica - y, la inductancia del cable tan largo crea una trayectoria de tan alta impedancia que no es efectivo como circuito a tierra. Por lo que se recomienda usar la estructura con una punta electrodo en su parte superior con conectores adecuados para su conexión al acero estructural. PROTECCIÓN DE TANQUES Ciertos tanques están autoprotegidos contra rayos. Por ejemplo, un tanque que es eléctricamente continuo y de por lo menos 3/16" de grueso no puede ser dañado por las descargas directas. Pero, el tanque debe estar sellado contra el escape de vapores que puedan incendiarse. PROTECCIÓN DE ÁRBOLES. Los árboles que crecen aislados o que tienen una altura tal que sobrepasan cualquier estructura, son un blanco de las descargas atmosféricas. Por ello, para esos casos se recomienda protegerlos como si fuesen una estructura. PROTECCIÓN DE LÍNEAS AÉREAS DE ENERGÍA ELÉCTRICA La protección contra descargas atmosféricas de líneas aéreas de energía eléctrica se logra colocando un hilo puesto a tierra sobre ellas, llamado hilo de guarda y, mediante apartarrayos. El ángulo de protección obtenido al colocar un hilo de guarda es de 30 grados siempre y cuando el hilo se conecte a una tierra de baja resistencia (25 ohms o menos). Hay que notar que esta protección no protege a los equipos. Los árboles altos y cerca de las líneas protegen las líneas de transmisión contra descargas atmosféricas. En el oeste de los EU y Canadá con derechos de vía en lugares boscosos, las líneas a veces no llevan hilo de guarda y con los árboles son protegidas. PROTECCIÓN DE SUBESTACIONES ELÉCTRICAS Las subestaciones de potencia son protegidas por puntas pararrayos colocadas sobre las estructuras, y por los hilos de guarda de las líneas que rematan en la subestación. Los hilos de guarda están conectados directamente a la malla de tierra de la subestación. En el caso de las estructuras metálicas tipo rejilla (lattice), la mismas estructuras forman una jaula de Faraday de protección. REDES DE MONITOREO ATMOSFÉRICO Para cualquier análisis de ingeniería se requiere del número de descargas por unidad de tiempo y unidad de área, o la densidad de descargas (GFD por las siglas en inglés de Ground Flash Density) regional expresada normalmente como un promedio anual. Este parámetro se puede obtener localmente utilizando contadores de descargas o cualquiera de las versiones de los sistemas de localización de rayos comerciales.

EL DIODO Un diodo es un dispositivo que conduce corriente en una sola dirección. UNION PN Si se toma un bloque de silicio y se dopa una parte de él con una impureza trivalente y la otra con una impureza pentavalente, se forma un límite llamado unión pn entre las partes tipo p y tipo n resultantes y se crea un diodo básico. La región p tiene muchos huecos (portadores mayoritarios) por los átomos de impureza y solo unos cuantos electrones libres térmicamente generados (portadores minoritarios). La región n tiene muchos electrones (portadores mayoritarios) por los átomos de impureza y solo unos cuantos huecos térmicamente generados (portadores minoritarios). FORMACION DE LA REGION DE EMPOBRECIMIENTO Los electrones libres en la región n se mueven aleatoriamente en todas direcciones. En el instante en que se forma la unión pn, los electrones libres que se encuentran cerca de la unión en la región n comienzan a difundirse a través de la unión hacia la región p donde se combinan con los huecos que se encuentran cerca de la unión. Cuando se forma la unión pn, la región n pierde electrones libres a medida que se difunden a través de la unión. Esto crea una capa de cargas positivas (iones pentavalentes) cerca de la unión. A medida que estos electrones se mueven a través de ésta, la región p pierde huecos a medida que los electrones y huecos se combinan. Esto crea una capa de cargas negativas (iones trivalentes) cerca de la unión. Estas dos capas de cargas positivas y negativas forman la región de empobrecimiento. El termino empobrecimiento se refiere al hecho de que la región cercana a la unión pn se queda sin portadores de carga (electrones y huecos) debido a la difusión a través de la unión. BARRERA DE POTENCIAL La diferencia de potencial del campo eléctrico a través de la región de empobrecimiento es la cantidad de voltaje requerido para mover electrones a través del campo eléctrico. Esta diferencia de potencial se le llama potencial de barrera y se expresa en volts. Expresado de otra manera, se debe aplicar una cierta cantidad de voltaje igual al potencial de barrera y con la polaridad apropiada a través de la unión pn para que los electrones comiencen a fluir a través de la unión. POLARIZACION DE UN DIODO POLARIZACION EN DIRECTA Para polarizar un diodo se le aplica un voltaje de cc a través de él. Polarización en directa es la condición que permite la circulación de corriente a través de la unión pn. El resistor limita la corriente en condición de polarización directa a un valor que no dañe el diodo. El voltaje de polarización debe ser más grande que el potencial de barrera. POLARIZACION EN INVERSA La polarización en inversa es la condición que en esencia evita la circulación de corriente a través del diodo. SIMBOLO DEL DIODO Existen varios tipos de diodos pero el símbolo esquemático para un diodo rectificador o de propósito general. La región n se llama cátodo y la región p ánodo. La “flecha” en el símbolo apunta a la dirección de la corriente convencional (opuesta al flujo de electrones). Conexiones del diodo POLARIZACION DIRECTA http://2.bp.blogspot.com/-5nRsoSwZp1M/UA9v2URDbAI/AAAAAAAAAHk/uz0wGoytmmI/s320/Sin+t%25C3%25ADtulo3.jpg POLARIZACION INVERSA http://1.bp.blogspot.com/-zLBRAlj8Awg/UA9wDJ4YLwI/AAAAAAAAAHs/hRgi5fqBnqI/s320/Sin+t%25C3%25ADtulo4.jpg PRUEBA DE UN DIODO Se puede utilizar un milímetro como un medio rápido y sencillo para probar un diodo. Un buen diodo mostrara una resistencia extremadamente alta (idealmente un circuito abierto) con polarización en inversa y una resistencia muy baja con polarización en directa. Un diodo abierto defectuoso mostrara una resistencia extremadamente alta (o abierta) tanto con polarización en directa como en inversa. Un diodo en corto o resistivo defectuoso mostrara una baja resistencia o cero, tanto en polarización en directa como en inversa. Un diodo abierto es el tipo más común de falla. APLICACIONES DE LOS DIODOS Por su capacidad para conducir en una dirección y bloquearla en otra , se utilizan diodos en circuito llamados rectificadores que convierten voltaje de ca en voltaje de cd. Se encuentran rectificadores en todas las fuentes de alimentación cd que operan con una fuente de voltaje ca. Una fuente de alimentación es parte esencial de todo sistema electrónico desde el más simple hasta el más complejo. Otra de las tantas aplicaciones que puede tener un diodo en este caso uno común es como limitador (recortador), sujetador, duplicador, triplicador, cuadriplicador etc. Diodos para propósito especial Diodo zener Una aplicación importante del diodo zener es regular voltaje para producir voltajes de referencia estables para usarlos en fuentes de alimentación, voltímetros y otros instrumentos Diodo emisor de luz (LED) Se utilizan los led estándar en lámparas indicadoras, semáforos, pantallas para salidas de datos, y en una amplia variedad de instrumentos, que van desde aparatos electrodomésticos hasta aparatos científicos. Diodo laser Se utilizan los diodos laser y fotodiodos en el sistema de captación de reproductores de discos compactos (CD), también se utilizan en impresoras laser, sistemas de fibra óptica etc. Diodo Schottky Son diodos de alta corriente utilizados principalmente en aplicaciones de alta frecuencia y conmutación rápida. Diodo PIN Se utiliza como interruptor en microondas controlado por cd operado por cambios rapidos de polarización, o como dispositivo modulador. Nota: también se pueden encontrar otros tipos de diodos para propósitos especiales.