Efecto de ruido en los circuitos de Instrumentación: criterios para minimizar los efectos

14 Junio 2010

 

Todo circuito eléctrico tiene ruido en mayor ó menor medida. Éste se vuelve indeseable cuando la relación señal-ruido se vuelve lo suficientemente baja como para afectar negativamente la operación del circuito eléctrico. Esto es evidentemente aplicable a cualquier instrumento electrónico actual.

 

 

Los dispositivos mecánicos ó electromecánicos que causan grandes cambios en corriente ó voltaje son fuentes comunes de ruido. El ruido de radio frecuencia puede provenir de walkie-talkies, sistemas de cómputo inalámbricos y otros sistemas basados en radio. Las fuentes típicas de ruido incluyen la conmutación de líneas de alimentación, la conmutación de cargas inductivas, los arcos luces fluorescentes, máquinas de soldar, la inadecuada separación de conductores de diferentes niveles, rayos, descargas estáticas, armónicos y lazos de tierra. El ruido puede aparecer tanto en las líneas de alimentación como en las de control.

 

Señal con ruido acoplado

 

FORMAS DE ACOPLAMIENTO DE RUIDO

 

El ruido es a menudo-descrito en función a como .se acopla en un circuito. Existen cinco tipos básicos de acoplamiento del ruido: capacitivo, inductivo, radio frecuencia, impedancia común y conductivo.

 

La interferencia electromagnética (RFI por sus siglas en inglés) ó ruido irradiado es acoplado en un circuito dependiendo de que tan cerca está la fuente radiante del receptor. En general, si el receptor está a menos de un sexto de la longitud de onda de la fuente, el mecanismo de acoplamiento del ruido será dominado por los efectos capacitivo e inductivo, pero si esa distancia es mayor a un sexto de la longitud de onda, el ruido irradiado es una onda plana y será acoplado por efectos de radio frecuencia. Esto es comúnmente conocido como interferencia de radio frecuencia (RFI).

 

El ruido capacitiwo ó electrostático es acoplado a un circuito a través de un efecto capacitivo y es basado en voltaje. Una diferencia de voltaje entre dos conductores separados por aire u otro material aislante, crea un condensador a través del cual el ruido es acoplado.

 

El ruido inductivo ó magnéticamente acoplado llega a un circuito a través de un efecto inductivo y está basado en la corriente. La corriente que fluye a través de un circuito, induce una corriente ruidosa en otro circuito. La porción del circuito dentro de la cual se acopla el ruido inductivo, puede ser vista como un lazo simple ó una bobina inductivamente acoplada por una bobina de ruido (circuito).

 

El complejo mecanismo de acoplamiento de la RFI está basado en la reflexión, absorción y efectos de antena. La efectividad del acoplamiento de la RFI en un sistema es función de la fuente de radiación, su fuerza, las características del camino de transmisión. La distancia involucrada y la sensibilidad del receptor.

 

El ruido por impedancia común ocurre cuando hay circuitos distintos que comparten cables comunes (impedancias). Los cables de tierra, neutros comunes extensos y los caminos de retorno compartidos pueden causar acoplamiento por impedancia común.

 

El ruido conducido es acoplado dentro de un circuito a través de la transmisión del ruido debido a cables u otros materiales conductivos. Más tarde ó más temprano, todos los demás ruidos se convierten en ruido conducido. El ruido de modo común es definido entre los cables conductores y el circuito de referencia y el ruido de modo común es definido entre los conductores del circuito y tierra.

 

En general, los factores que determinan el nivel de ruido son:

 

- La impedancia de salida de la señal.

- La impedancia de la carga de la fuente de señal (impedancia de entrada del circuito receptor).

- La longitud del cable, el tipo de blindaje y la puesta a tierra.

- La cercanía a fuentes de ruido.

- La amplitud de la señal y del ruido.

 

 

GUÍA GENERAL PARA DETERMINAR LA LONGITUD DEL CABLEADO

 

En función al tipo de señales que van a circular por ellos, hay que considerar que la longitud de los cables debe ceñirse a lo siguiente:

 

- Señales de fuente de corriente analógica: Para una señal de 4-20 mA, cable apantallado, ancho de banda limitado a 10 Hz, exactitud requerida del 0.5% y niveles promedio de ruido industrial. Longitud de cable: 300 a 1500 metros.

 

- Señales de fuente de voltaje analógicos: Para una señal de +/-1 a +/-10 V, cable apantallado, ancho de banda limitado a 10 Hz, exactitud requerida del 0.5% y niveles promedio de ruido industrial. Longitud de cable: 15 a 90 metros.

 

- Señales de fuente de Voltaje analógico: Para una señal de 10 mVa 1 V, cable apantallado, ancho de banda limitado a 10 Hz, exactitud requerida del 0.5% y niveles promedio de ruido industrial. Longitud de cable: 1.5 a 30 metros.

 

- Señales digitales TTL: Con un cable tipo plano y niveles promedio de ruido industrial. Longitud de cable: 3 a 30 metros.

 

 

REGLAS PARA PUESTA A TIERRA

 

- Los blindajes a frecuencias inferiores a 1-10 MHz, deben ser puestos a tierra en un solo punto. Los blindajes a frecuencias superiores a 1-10 MHz pueden ser puestos a tierra en varios puntos.

 

Los materiales no magnéticos solo son efectivos contra el ruido electrostático (acoplamiento capacitivo).

 

- Los materiales magnéticos son efectivos contra el ruido electrostático y magnético.

- Los cables trenzados son efectivos contra el ruido magnético y en general son de buena aplicación.

- Los efectos inductivos son más significativos cuando la longitud del cable es mayor al 1/20 de la frecuencia en cuestión.

- En un lazo de instrumentos sin conexión a tierra, se debe seguir la primera regla

- La vulnerabilidad del circuito al ruido acoplado es relativa al lazo del circuito expuesto al ruido. La reducción del lazo, reduce el ruido.

 

José Carlos Villajulca

Soy un apasionado ingeniero especializado en Control, Automatizacion e Instrumentación Industrial. Con mas 9 años de experiencia desarrollando proyectos y manteniendo sistemas de control en diversas plantas industriales. Soy director y webmaster de InstrumentacionyControl.NET y de MyAutomationClass.com. Cualquier consulta o comentario lo puedes hacer en la parte de abajo y escribiendo nuestro foro: http://instrumentacionycontrol.net/foros/.

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