Portafolio de Metodos Electricos Corregido

METODOS ELECTRICOS

Objetivo Conocer y aplicar las metodologías de exploración geofísica: líneas equipotenciales, cuerpos cargados y sondeo eléctrico vertical.

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Introducción Los métodos eléctricos en corriente continua (Geo eléctrica) se fundamentan en el estudio de la propagación de la señal eléctrica en el medio. La Geo eléctrica ha desarrollado multitud de dispositivos (Schlumberger, Wenner, dipolo-dipolo, polodipolo, etc.) El fin último es el conocimiento de las resistividades eléctricas presentes en el subsuelo mediante las medidas de diferencia de potencial (electrodos M y N) generadas por la inyección de una corriente eléctrica en el subsuelo (electrodos A y B). Las dos técnicas geo eléctricas más empleadas, principalmente en obra civil, geotecnia, hidrogeología y medio ambiente, son las tomografías eléctricas y los sondeos eléctricos verticales SEVs. Foto equipo Alta Resolución 

La tomografía eléctrica, muy desarrollada desde la aparición de los equipos multielectrodo, permite obtener secciones 2D de alta resolución de resistividad eléctrica real mediante la inversión de pseudosecciones de resistividad aparente. Las tomografías eléctricas no son más que distintos niveles de las calicatas eléctricas tradicionales sobre los que se realiza una inversión para obtener modelos 2D de resistividades reales.

Tomografía Eléctrica Los sondeos eléctricos verticales SEV permiten obtener la distribución de resistividades reales con la profundidad en un punto (información 1D) mediante la inversión de curvas resistividad aparente – distancia AB. Con los SEVs podemos 2

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alcanzar varios kilómetros de profundidad siempre y cuando se cumplan ciertos condicionantes (zona sin cambios laterales importantes, topografía más o menos suave,…). Aunque no son estrictamente métodos eléctricos en corriente continua podemos incluir en este apartado, al estar relacionados con características eléctricas de los materiales, los estudios de polarización inducida (obtenemos información de resistividad eléctrica y cargabilidad de los materiales), cuerpo cargado o potencial espontáneo (método de campo natural).

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1.1

INTRODUCCIÓN Y USOS DEL MÉTODO

En prospección minera es frecuente seguir una mineralización mediante excavaciones a cielo abierto (calicatas) o sondeos mecánicos en varios puntos. Si tales mineralizaciones son mejores o peores conductoras de la electricidad que el medio encajante (lo que es habitual), puede recurrirse al trazado y estudio de las líneas equipotenciales del campo producido en el terreno por uno o varios electrodos de corriente. Si el electrodo es único (B en infinito) y el subsuelo es homogéneo, estratificado horizontalmente o con anisotropía transversal, las equipotenciales son circulares. Si los electrodos son dos, éstos pueden ser puntuales o lineales, en este último caso se obtienen mejores resultados por ser las equipotenciales prácticamente lineales. Cuando la propia mineralización es conductora se la puede utilizar como electrodo de carga en la modalidad conocida como del “cuerpo cargado”.

APLICACIONES

Permite detectar contactos verticales o inclinados entre dos formaciones de diferente resistividad, las que por refracción, provocan un cambio en la dirección de las equipotenciales. Otra de sus aplicaciones es la detección de inclusiones resistivas o conductoras en un medio homogéneo (las inclusiones resistivas se manifiestan por una aproximación de las equipotenciales entre sí y las conductoras por su apartamiento) y es especialmente recomendable para detectar heterogeneidades ubicadas entre formaciones de diferente resistividad, las que suelen pasar desapercibidas para calicatas combinadas.

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1.2

ELECTRODOS PUNTUALES Y LINEALES

Se le conoce como electrodos puntual a la carga eléctrica hipotética de gran magnitud, que sujeta un punto geométrico que es escaso de toda dimensión. Las cargas puntuales no existen en realidad, ya que el punto no posee longitud, volumen ni superficie, y la densidad de una carga puntual que al contrario del punto es volumétrica, lineal y de superficie posee una magnitud finita por lo tanto en infinita. Si la carga está comprendida dentro de una geometría esférica, entonces la carga se comportara fielmente como una carga puntual delimitada en el centro de la esfera. Se le conoce como electrodos lineales a la operación de estado estable, presenta una impedancia de carga esencialmente constante a la fuente de poder durante todo el ciclo del voltaje aplicado. En pocas palabras, un electrodo lineal es la que tiene una relación constante entre el voltaje y la corriente, por ejemplo un foco incandescente si haces la gráfica de voltaje contra corriente esta es una línea recta, la relación pues es la resistencia del foco, la cual prácticamente no cambia.

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1.2.1 CAMPO PRODUCIDO POR UN ELECTRODO PUNTUAL Si el medio entre ambos electrodos es homogéneo las distribuciones de la corriente y el potencial son regulares y pueden ser fácilmente calculadas. Si en este medio se intercalan cuerpos conductores o aisladores, se produce una distorsión de la corriente: las líneas de corriente serán atraídas por los buenos conductores mientras que los aisladores las rechazarán.

La figura 153 muestra las líneas de corriente y las equipotenciales entre dos fuentes puntuales de corriente en un terreno homogéneo. El gradiente del potencial no es uniforme, siendo mayor en la vecindad de los electrodos. Las líneas de corriente son cóncavas debido a la repulsión de los filetes adyacentes de corriente. Las líneas equipotenciales, perpendiculares a las líneas de corriente, son curvas de cuarto grado que pueden aproximarse a círculos únicamente en la inmediata vecindad de los electrodos. Las zonas más convenientes para la determinación de las equipotenciales son: la zona intermedia entre los electrodos de corriente y la inmediatamente próxima a uno de los electrodos (con el otro en infinito), en este caso, debido a la rápida variación del campo puede haber dificultad en advertir e interpretar las deformaciones de las equipotenciales, por otra parte, debido al predominante rol jugado por la posición del electrodo activo respecto de la heterogeneidad, su mejor detección puede requerir más de un levantamiento con diferente posición del electrodo.

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1.2.2 CAMPO PRODUCIDO POR UN ELECTRODO LINEAL

En lugar de electrodos puntuales suelen utilizarse electrodos rectilíneos y paralelos conocidos también como "electrodos de Petrowski" (fig. 154), a los que, en un medio homogéneo, les corresponden equipotenciales prácticamente rectilíneas, que resaltan más claramente las anomalías que cuando las equipotenciales son circulares. Tales electrodos se conforman con dos filas de piquetes metálicos clavados en el suelo y unidos eléctricamente por un cable generalmente de cobre estañado y 6 a 10 mm2 de sección.

Son preferibles para esta tarea los piquetes con forma de bastón (fig. 155) que facilitan la colocación del cable contra el suelo así como la “corrección del campo”.

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Los electrodos lineales se colocan perpendiculares al rumbo previsto para el eje mayor del cuerpo, si éste es conductor, y transversales en caso contrario. En lo posible, y para obtener un campo más homogéneo, la conexión de los electrodos lineales al generador debe hacerse en el punto medio de cada electrodo (como lo muestra la figura 154), cuya longitud puede ser igual a la distancia entre ellos (entre 500 m y 3 km).

Antes de trazar las equipotenciales conviene "corregir" el campo mediante el levantamiento de dos equipotenciales paralelas a los electrodos y a no más de 0,1 de la distancia entre ellos. Donde éstas se alejan de los electrodos se incrementan los puntos de contacto con el suelo, disminuyéndolos en caso contrario. Corregido el campo se procede al trazado de las equipotenciales en el tercio central, donde el campo es más homogéneo. Si debe ampliarse la zona de estudio se repiten las operaciones trasladando los electrodos paralelamente (fig. 156).Para llevar las líneas equipotenciales a un plano en escala adecuada es indispensable el apoyo topográfico; en dicho plano conviene volcar la ubicación del generador, los cables y los electrodos, además de los accidentes topográficos y geológicos que pueden ser de interés para la interpretación.

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1.2.3 LÍNEAS DE CORRIENTE Una línea de corriente es una curva imaginaria que conecta una serie de puntos en el espacio en un instante dado, de tal forma que todas las partículas que están sobre la curva en ese instante tienen velocidades cuyos vectores son tangentes a la misma, como se indica en la figura 2-3(a). De aquí, las líneas de corriente indican la dirección del movimiento de las partículas que se encuentran a lo largo de ellas, en el instante dado.

Un tubo de corriente o filamento de flujo es un tubo pequeño imaginario o conducto, cuya frontera está formada por líneas de corriente. Las líneas de corriente son fronteras en el mismo sentido que las paredes son fronteras de los conductos reales. Recíprocamente, las fronteras de un conducto real o de cualquier sólido inmerso en el fluido son líneas de corriente. Si las fronteras son paredes sólidas no hay componente normal de la velocidad en las mismas. En el movimiento permanente, las líneas de flujo se conservan fijas con respecto al sistema de referencia. Más aún, las líneas del flujo permanente coinciden con las trayectorias de las partículas móviles. En el movimiento variable o no permanente, una partícula del fluido no permanecerá, en general, sobre la misma línea de flujo; por lo tanto, las trayectorias de las partículas y las líneas de corriente no coinciden.

El flujo uniforme variable es una excepción de esta regla. La figura 2-3(b) muestra una línea de corriente y la trayectoria de una partícula para un fluido no uniforme y variable. Se muestran los vectores velocidad de las partículas a, b y c, sobre la línea de corriente para el tiempo t1. Para los tiempos t2 y t3. Se muestra la partícula a, ocupando sucesivas posiciones sobre su trayectoria, apartándose de la línea de corriente. 10

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1.2.4

LÍNEAS EQUIPOTENCIALES

MÉTODO DE LAS LÍNEAS EQUIPOTENCIALES En prospección minera es frecuente seguir una mineralización mediante excavaciones a cielo abierto (calicatas) o sondeos mecánicos en varios puntos. Si tales mineralizaciones son mejores o peores conductoras de la electricidad que el medio encajante (lo que es habitual) puede recurrirse al trazado y estudio de las líneas equipotenciales del campo producido en el terreno por uno o varios electrodos de corriente. Si el electrodo es único (B en infinito) y el subsuelo es homogéneo, estratificado horizontalmente o con anisotropía transversal, las equipotenciales son circulares. Si los electrodos son dos, éstos pueden ser puntuales o lineales, en este último caso se obtienen mejores resultados por ser las equipotenciales prácticamente lineales. Cuando la propia mineralización es conductora se la puede utilizar como electrodo de carga en la modalidad conocida como del “cuerpo cargado”. APLICACIONES Permite detectar contactos verticales o inclinados entre dos formaciones de diferente resistividad, las que por refracción, provocan un cambio en la dirección de las equipotenciales. Otra de sus aplicaciones es la detección de inclusiones resistivas o conductoras en un medio homogéneo (las inclusiones resistivas se manifiestan por una aproximación de las equipotenciales entre sí y las conductoras por su apartamiento) y es especialmente recomendable para detectar heterogeneidades ubicadas entre formaciones de diferente resistividad, las que suelen pasar desapercibidas para calicatas combinadas Las líneas equipotenciales son como las líneas de contorno de un mapa que tuviera trazada las líneas de igual altitud. En este caso la "altitud" es el potencial eléctrico o voltaje. Las líneas equipotenciales son siempre perpendiculares al campo eléctrico. En tres dimensiones esas líneas forman superficies equipotenciales. El movimiento a lo largo de una superficie equipotencial, no realiza trabajo, porque ese movimiento es siempre perpendicular al campo eléctrico.

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1.3 COMPORTAMIENTO DE UN CUERPO RESISTIVO

Un conductor eléctrico es aquel cuerpo que puesto en contacto con un cuerpo cargado de electricidad transmite ésta a todos los puntos de su superficie. Generalmente elementos, aleaciones o compuestos con electrones libres que permiten el movimiento de cargas. En los materiales dieléctricos o aislantes no existen electrones libres que se puedan desplazar por ellos; todos se encuentran ligados a sus átomos. Por eso, cuando se aplica un campo externo a un dieléctrico su comportamiento es muy distinto al de los conductores. Las moléculas de los dieléctricos pueden ser de dos tipos: polares o no polares. Los cuerpos no conductores: Son los que no permiten el paso e intercambio de electrones periféricos. Son materiales de átomos normalmente estables, es decir, que no permiten el paso de la corriente eléctrica. Algunos materiales aislantes son: I. II. III. IV. V. VI.

La madera. El vidrio. El plástico. La cerámica. La goma. El papel.

Algunos materiales son usados en el recubrimiento de los alambres conductores, esto hace que la corriente circule por el interior del conductor y sus electrones no salgan al exterior del alambre, protegiéndonos así de descargas o choques eléctricos.

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1.4 COMPORTAMIENTO DE UN CUERPO CONDUCTOR

Un conductor eléctrico es un material que ofrece poca resistencia al movimiento de carga eléctrica.

Son materiales cuya resistencia al paso de la electricidad es muy baja. Los mejores conductores eléctricos son metales, como el cobre, el oro, el hierro y el aluminio, y sus aleaciones, aunque existen otros materiales no metálicos que también poseen la propiedad de conducir la electricidad, como el grafito o las disoluciones y soluciones salinas (por ejemplo, el agua de mar) o cualquier material en estado de plasma. Para el transporte de energía eléctrica, así como para cualquier instalación de uso doméstico o industrial, el mejor conductor es el cobre (en forma de cables de uno o varios hilos). La plata también es un buen conductor, pero no es tan bueno como el cobre, y debido a su precio elevado no se usa con tanta frecuencia. También se puede usar el aluminio, metal que si bien tiene una conductividad eléctrica del orden del 60% de la del cobre, es sin embargo un material tres veces más ligero, por lo que su empleo está más indicado en líneas aéreas que en la transmisión de energía eléctrica en las redes de alta tensión.1 A diferencia de lo que mucha gente cree, el oro es levemente peor conductor que el cobre; sin embargo, se utiliza en bornes de baterías y conectores eléctricos debido a su durabilidad y “resistencia” a la corrosión. La conductividad eléctrica del cobre puro fue adoptada por la Comisión Electrotécnica Internacional en 1913 como la referencia estándar para esta magnitud, estableciendo el International Annealed Copper Standard (Estándar Internacional del Cobre Recocido) o IACS. Según esta definición, la conductividad del cobre recocido medida a 20 °C es igual a 58.0 MS/m.2 A este valor es a lo que se llama 100% IACS y la conductividad del resto de los materiales se expresa como un cierto porcentaje de IACS. La mayoría de los metales tienen valores de conductividad inferiores a 100% IACS pero existen excepciones como la plata o los cobres especiales de muy alta conductividad designados C-103 y C-110.3 13

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1.5

INSTRUMENTAL USADO

En el caso de utilizar la configuración multielectródica (4.5.1.3) se precisa un sistema multicanal de adquisición de datos, y que el cable eléctrico sea multiconductor. Por otro lado, y dado que en general tendremos la presencia de cierto nivel de “ruido” en nuestra señal de campo (ver 4.5.2), es prácticamente habitual el uso de un monitor telúrico con el que medir las variaciones temporales del potencial espontáneo, y evitar de esta forma confundirlas con las variaciones espaciales de potencial electrocinético. En cuanto al tipo de electrodos a utilizar, si bien durante muchos años se han estado empleando electrodos metálicos, diversos estudios (Corwin and Butler [17]) revelaron la conveniencia de utilizar electrodos no polarizables, ya a que este tipo de electrodos reduce los fenómenos de polarización y de deriva (ver 4.5.2). De electrodos no polarizables existen de diversos tipos siendo los de Cu −CuSO4 los más utilizados. Estos electrodos están formados por una barra de metal inmersa en una solución saturada de sal de su propio metal, y todo ello dentro de un tubo de porcelana porosa que permite poner en contacto la solución con el terreno (Ives and Janz [ ] 18 ). En la figura 12 se muestra un esquema básico.

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1.5.1 ELECTRODOS DE CORRIENTE Y DE POTENCIAL

El método de la caída de potencial puede usarse en sistemas de electrodos más grandes, pero se sugiere que el electrodo de corriente se ubique a una distancia entre 6 y 10 veces la distancia diagonal del sistema de electrodos. Esto normalmente no es práctico, de modo que se han desarrollado varias alternativas al método de caída de potencial. Estas incluyen el método de pendiente (donde se calcula el gradiente entre puntos de medida adyacentes) y el método de intersección de curvas. En otra variación de la prueba, la estaca de voltaje se desplaza en ángulo recto con respecto a la dirección malla-estaca de corriente. La distancia de la estaca de voltaje a la malla su aumenta progresivamente hasta que el valor medido apenas cambie. Este valor debe estar entonces justo bajo el valor de impedancia real de la malla.

Cuando la malla de tierra es muy grande o tienen conexiones radiales largas, por ejemplo, hacia pantallas de cables o cable de guardia de líneas de transmisión áreas, el tamaño efectivo resultante de la malla de tierra es tan grande que la medida tradicional por caída de potencial es impracticable. Aun se puede conseguir algunas veces una estimación mediante una serie de medidas de campo, respaldadas por simulación computacional. Otro método llamado de inyección de alta corriente, hace circular varios cientos de amperes entre la malla y un sistema de electrodos de corriente alejado, usando un circuito de potencia. Se mide la elevación de potencial real con referencia al electrodo remoto y puede calcularse la impedancia del electrodo. Sin embargo, este método es caro y puede aun estar sujeto a errores. Un error común es no considerar para el cálculo de la impedancia, la impedancia de los circuitos metálicos que interconectan los dos sistemas empleados (interconexión de bajo voltaje, circuitos de comunicación, etc.

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1.5.2

MULTÍMETROS

Tiene la capacidad de realizar la medición de diferentes parámetros eléctricos, hay dos tipos: análogo y digital.

Un multímetro, también denominado polímetro, tester o multitester, es un instrumento eléctrico portátil para medir directamente magnitudes eléctricas activas como corrientes y potenciales (tensiones) o pasivas como resistencias, capacidades y otras. Las medidas pueden realizarse para corriente continua o alterna y en varios márgenes de medida cada una. Los hay analógicos y posteriormente se han introducido los digitales cuya función es la misma (con alguna variante añadida).

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1.5.3 CABLES Se llama cable a un conductor (generalmente cobre) o conjunto de ellos generalmente recubierto de un material aislante o protector, si bien también se usa el nombre de cable para transmisores de luz (cable de fibra óptica) o esfuerzo mecánico (cable mecánico). Cable conductor de electricidad. Los cables que se usan para conducir electricidad1 se fabrican generalmente de cobre, debido a la excelente conductividad de este material, o de aluminio que aunque posee menor conductividad es más económico. Generalmente cuenta con aislamiento en el orden de 500 µm hasta los 5 cm; dicho aislamiento es plástico, su tipo y grosor dependerá del nivel de tensión de trabajo, la corriente nominal, de la temperatura ambiente y de la temperatura de servicio del conductor. Un cable eléctrico se compone de: Conductor: Elemento que conduce la corriente eléctrica y puede ser de diversos materiales metálicos. Puede estar formado por uno o varios hilos. Aislamiento: Recubrimiento que envuelve al conductor, para evitar la circulación de corriente eléctrica fuera del mismo. Capa de relleno: Material aislante que envuelve a los conductores para mantener la sección circular del conjunto. Cubierta: Está hecha de materiales que protejan mecánicamente al cable. Tiene como función proteger el aislamiento de los conductores de la acción de la temperatura, sol, lluvia, etc. Clasificación de los conductores eléctricos (Cables) Nivel de tensión 17

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Cables de muy baja tensión (hasta 50 V). Cables de baja tensión (hasta 1000 V). Cables de media tensión (hasta 30 kV)Cables de alta tensión (hasta 66 kV). Cables de muy alta tensión (por encima de los 770 kV). Componentes Conductores (cobre, aluminio u otro metal). Aislamientos (materiales plásticos, elastoméricos, papel impregnado en aceite viscoso o fluido). Protecciones (pantallas, armaduras y cubiertas). Número de conductores Unipolar: Un solo conductor. Bipolar: 2 conductores. Tripolar:3 conductores. Es unifase (marrón o negro), un neutro (azul) y tierra (verde y amarillo). Tetrapolar: 4 conductores. Son dos fases (marrón y negro), un neutro (azul) y tierra (verde y amarillo). Pentapolar: 5 conductores. Estos cables se componen de 3 fases (gris o celeste, marrón y negro), un neutro (azul) y tierra (verde y amarillo). Materiales empleados Cobre. Aluminio. Almelec (aleación de aluminio, magnesio). Flexibilidad del conductor Conductor rígido. Conductor flexible. 18

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Aislamiento del conductor Aislamiento termoplástico: PVC - (policloruro de vinilo). PE - (polietileno). PCP - (policloropreno), neopreno o plástico. Cables de comunicación eléctrica (conductores eléctricos) Cable de pares Cable coaxial Cable apantallado Cable de par trenzado Hilo de Litz Conductores ópticos Cable de fibra óptica Conductores de luz, (Inglés-Coil) en este caso, el recubrimiento, si bien protege el conductor propiamente dicho, también evita la dispersión de la luz y con ello la pérdida de señal. Por ello se utiliza para enviar información a largas distancias de forma rápida y muy alta calidad. Conductores de fuerza mecánica Cable mecánico 19

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Empleados para la transmisión mecánica de movimiento, o de cargas entre otros elementos mecánicos, como palancas, ruedas, y poleas; realizan su trabajo en tracción o rotación

1.5.4

FUENTES DE PODER

En electrónica, una fuente de alimentación es un dispositivo que convierte la corriente alterna, en una o varias corrientes continuas, que alimentan los distintos circuitos del aparato electrónico al que se conecta (ordenador, televisor, impresora, router, etc.). Las fuentes de alimentación, para dispositivos electrónicos, pueden clasificarse básicamente como fuentes de alimentación lineal y conmutada. Las lineales tienen un diseño relativamente simple, que puede llegar a ser más complejo cuanto mayor es la corriente que deben suministrar, sin embargo su regulación de tensión es poco eficiente. Una fuente conmutada, de la misma potencia que una lineal, será más pequeña y normalmente más eficiente pero será más compleja y por tanto más susceptible a averías. Fuentes de alimentación lineales Las fuentes lineales siguen el esquema: transformador, rectificador, filtro, regulación y salida. En primer lugar el transformador adapta los niveles de tensión y proporciona aislamiento galvánico. El circuito que convierte la corriente alterna en corriente continua pulsante se llama rectificador, después suelen llevar un circuito que disminuye el rizado como un filtro de condensador. La regulación, o estabilización de la tensión a un valor establecido, se consigue con un componente denominado regulador de tensión, que no es más que un sistema de control a lazo cerrado (realimentado - véase figura 3) que en base a la salida del circuito ajusta el elemento regulador de tensión que en su gran mayoría este elemento es un transistor. Este transistor que dependiendo de la tipología de la fuente está siempre polarizado, actúa como resistencia regulable mientras el circuito de control juega con la región activa del transistor para simular mayor o menor resistencia y por consecuencia regulando el voltaje de salida. Este tipo de fuente es menos eficiente en la utilización de la potencia suministrada dado que parte de la energía

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se transforma en calor por efecto Joule en el elemento regulador (transistor), ya que se comporta como una resistencia variable. A la salida de esta etapa a fin de conseguir una mayor estabilidad en el rizado se encuentra una segunda etapa de filtrado (aunque no obligatoriamente, todo depende de los requerimientos del diseño), esta puede ser simplemente un condensador. Esta corriente abarca toda la energía del circuito, para esta fuente de alimentación deben tenerse en cuenta unos puntos concretos a la hora de decidir las características del transformador.

Fuentes de alimentación conmutadas Una fuente conmutada es un dispositivo electrónico que transforma energía eléctrica mediante transistores en conmutación. Mientras que un regulador de tensión utiliza transistores polarizados en su región activa de amplificación, las fuentes conmutadas utilizan los mismos conmutándolos activamente a altas frecuencias (20-100 kHz típicamente) entre corte (abiertos) y saturación (cerrados). La forma de onda cuadrada resultante se aplica a transformadores con núcleo de ferrita (Los núcleos de hierro no son adecuados para estas altas frecuencias) para obtener uno o varios voltajes de salida de corriente alterna (CA) que luego son rectificados (Con diodos rápidos) y filtrados (inductores y condensadores) para obtener los voltajes de salida de corriente continua (CC). Las ventajas de este método incluyen menor tamaño y peso del núcleo, mayor eficiencia y por lo tanto menor calentamiento. Las desventajas comparándolas con fuentes lineales es que son más complejas y generan ruido eléctrico de alta frecuencia que debe ser cuidadosamente minimizado para no causar interferencias a equipos próximos a estas fuentes. Las fuentes conmutadas tienen por transformador, otro rectificador y salida.

esquema:

rectificador,

conmutador,

La regulación se obtiene con el conmutador, normalmente un circuito PWM (Pulse Width Modulation) que cambia el ciclo de trabajo. Aquí las funciones del transformador son las mismas que para fuentes lineales pero su posición es diferente. El segundo rectificador convierte la señal alterna pulsante que llega del transformador en un valor continuo. La salida puede ser también un filtro de condensador o uno del tipo LC. Especificaciones 21

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Una especificación fundamental de las fuentes de alimentación es el rendimiento, que se define como la potencia total de salida entre la potencia activa de entrada. Como se ha dicho antes, las fuentes conmutadas son mejores en este aspecto. La fuente debe mantener la tensión de salida al voltaje solicitado independientemente de las oscilaciones de la línea, regulación de línea o de la carga requerida por el circuito, regulación de carga.

1.6

TRABAJO DE CAMPO

El trabajo de campo se reduce a la medición de las diferencias de potencial de una serie de estaciones respecto un punto de referencia, el que puede hacerse de dos maneras denominadas:  

Método de potenciales Método de gradientes

Como se mide un campo natural, el método no requiere de circuito de energización, por lo que el instrumental necesario se reduce a: Un mili voltímetro (0 - 1999 mV) con distinción de polaridad y alta impedancia de entrada dos electrodos impolarizables con mango, y un carrete con el cable necesario.

1.6.1 CONSIDERACIONES SOBRE EL PUNTO DE REFERENCIA Ecuación del campo normal Siendo I la corriente que penetra en el terreno por los electrodos rectilíneos de longitud 2b (fig. 159), el potencial en un punto cualquiera P(x1,y1) debido a los elementos dy de ambos electrodos vendrá dado por: Ecuación que muestra un campo normal de carácter logarítmico en la superficie del terreno. Llevadas a un gráfico, se observará que las equipotenciales son aproximadamente rectilíneas, con ligera concavidad hacia el electrodo más cercano y mayor curvatura cuanto más próximas a éstos, como muestra aproximadamente la figura 160, que incluye, en su parte inferior, un esquema del campo vertical en un perfil perpendicular a los electrodos en su punto medio.

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De existir heterogeneidades conductoras las equipotenciales se enrarecerán sobre la anomalía Por el contrario, si son resistivas, las equipotenciales se juntarán sobre la anomalía, más o menos como se muestra en los gráficos esquemáticos de la fig. 161 Cualquiera sea el caso, la corriente puede ser continua o variable de baja frecuencia

1.6.2 CIRCUITOS DE MEDICIÓN GALVOMETRO Los galvanómetros son aparatos que se emplean para indicar el paso de corriente eléctrica por un circuito y para la medida precisa de su intensidad. Suelen estar basados en los efectos magnéticos o térmicos causados por el paso de la corriente.

En un galvanómetro de imán móvil la aguja indicadora está asociada a un imán que se encuentra situado en el interior de una bobina por la que circula la corriente que tratamos de medir y que crea un campo magnético que, dependiendo del sentido de la misma, produce una atracción o repulsión del imán proporcional a la intensidad de dicha corriente. Un galvanómetro es una herramienta que se usa para detectar y medir la corriente eléctrica. Se trata de un transductor analógico electromecánico que produce una deformación de rotación en una aguja o puntero en respuesta a la corriente eléctrica que fluye a través de su bobina. Este término se ha ampliado para incluir los usos del mismo dispositivo en equipos de grabación, posicionamiento y servomecanismo

componentes del galvometro:

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AMPERIMETRO Es utilizado para llevar acabo las mediciones de flujo de corriente cuya unidad de medida es elampere (A) y sus submúltiplos son el miliamperio y el microamperio; es un instrumento que mide la intensidad de la Corriente Eléctrica. Al momento de utilizar un amperímetro para medir el flujo de corriente en un circuito, C, tales como: a) Debes hacer la conexión del amperímetro en serie con el circuito. b) Es importante que conozcas un aproximado de corriente a medir, ya que si es mayor de la escala del amperímetro lo puedes dañar. Por lo tanto, la corriente a medir debe ser menor a la corriente seleccionada en la escala del amperímetro. c) Cada instrumento tiene marcada la posición en que debes utilizarlo: horizontal, vertical o inclinada. d) Debes cuidar que todo instrumento este ajustado a cero. e) Las lecturas tienden a ser más exactas cuando las medidas que tomes sean intermedias a la escala del instrumento debido a que en los instrumentos de medición de tipo analógico, si las mediciones se hacen muy cerca de los extremos 24

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de la carátula, pueden ser erróneas, debido a que una simple línea en la escala al momento de interpretarla, puede provocar un error de apreciación. f) Nunca debes conectar un amperímetro en paralelo con un circuito que esté energizado, debido a que puedes dañar el instrumento de medición, debido a la gran cantidad de corriente que pasaría a través de él.

VOLTIMETRO Se emplea para realizar la medición de voltajes o tensiones, su unidad de medida es el volt (E o V), sus múltiplos son el megavoltio (MV) y el kilovoltio (KV) y sus submúltiplos son el milivoltio (mV) y el microvoltio; este instrumento mide el valor de la tensión. Para utilizar el voltímetro en la medición de la tensión en un circuito, debes considerar algunas recomendaciones como: a) Es necesario que lo conectes en paralelo con el circuito a medir, tomando en cuenta la polaridad si es CC b) Debes tener un aproximado de la tensión a medir, con el fin de que utilices la escala adecuada del voltímetro. c) Cada instrumento tiene marcada la posición en que se debe utilizar, ya sea horizontal, vertical o inclinado.

ÓHMETRO Un óhmetro, Ohmnímetro, u Ohmniómetro es un instrumento para medir la resistencia eléctrica. El diseño de un óhmnimetro se compone de una pequeña batería para aplicar un voltaje a la resistencia bajo medida, para luego, mediante un galvanómetro, medir la corriente que circula a través de la resistencia.

Utilizado en la medición de resistencia eléctrica en donde la unidad de medida es el Ohm (Ω); este instrumento mide valores de resistencia eléctrica, su unidad básica es el Ohm (Ω) y sus múltiplos son: el Kilo-Ohm (KΩ) y el Mega-Ohm (MΩ).

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Para llevar a cabo la medición de resistencia eléctrica con la ayuda de un ohmímetro, debes tener muy presentes las siguientes recomendaciones: a) La resistencia que midas no debe estar conectada a ninguna fuente de tensión o a ningún otro elemento del circuito, pues esto causaría mediciones inexactas, además de que se podría averiar el instrumento. b) Siempre debes ajustar a cero el instrumento para evitar mediciones erráticas gracias a la falta de carga de la batería. c) Al terminar de utilizar el ohmímetro, debes asegurarte de apagarlo correctamente para evitar que las baterías se desgasten. La principal función del ohmímetro, consiste en conocer el valor óhmico de una resistencia desconocida, o la de medir la continuidad de un conductor y por supuesto detectar averías en circuitos desconocidos dentro los equipos.

OSCILOSCOPIO Se denomina osciloscopio a un instrumento de medición electrónico para la representación gráfica de señales eléctricas que pueden variar en el tiempo, que permite visualizar fenómenos transitorios así como formas de ondas en circuitos eléctricos y electrónicos y mediante su análisis se puede diagnosticar con facilidad cuáles son los problemas del funcionamiento de un determinado circuito.

Es uno de los instrumentos de medida y verificación eléctrica más versátiles que existen y se utiliza en una gran cantidad de aplicaciones técnicas. Un osciloscopio puede medir un gran número de fenómenos, si va provisto del transductor adecuado. El osciloscopio presenta los valores de las señales eléctricas en forma de coordenadas en una pantalla, en la que normalmente el eje X (horizontal) representa tiempos y el eje Y (vertical) representa tensiones. La imagen así obtenida se denomina oscilograma. Suelen incluir otra entrada, llamada "eje Z" que controla la luminosidad del haz, permitiendo resaltar o apagar algunos segmentos de la traza. El funcionamiento del osciloscopio está basado en la posibilidad de desviar un haz de electrones por medio de la creación de campos 26

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eléctricos y magnéticos. Las dimensiones de la pantalla del TRC están actualmente normalizadas en la mayoría de instrumentos, a 10 cm en el eje horizontal (X) por 8 cm en el eje vertical (Y).

ANALIZADOR DE ESPECTROS Un analizador de espectro es un equipo de medición electrónica que permite visualizar en una pantalla las componentes espectrales en un espectro de frecuencias de las señales presentes en la entrada, pudiendo ser ésta cualquier tipo de ondas eléctricas, acústicas u ópticas. En el eje de ordenadas suele presentarse en una escala logarítmica el nivel en dBm del pitido contenido espectral de la señal. En el eje de abscisas se representa la frecuencia, en una escala que es función de la separación temporal y el número de muestras capturadas. Se denomina frecuencia central del analizador a la que corresponde con la frecuencia en el punto medio de la pantalla.

EL GRAVÍMETRO

Con ese nombre conocemos a un equipo que tiene la propiedad de realizar una medición de las diferencias sumamente sutiles que presenta la gravedad, es decir es el instrumento por excelencia de la gravimetría. En primera medida, es importante mencionar que cada una de las balanzas es considerada como gravímetro, justamente porque las básculas son las encargadas del procedimiento de medición del peso de un objeto determinado. Por peso entendemos la potencia específica que aplica la aceleración a un objeto. Lo que se genera es que el objeto quiere bajar, como el ejemplo de la manzana. Es decir, la misma tiene un peso porque quiere caer el piso. Sin embargo, la mano que funciona como sostén no va a permitir que esto ocurra La prospección gravimétrica se basa en el estudio de las propiedades del subsuelo mediante la medida y el análisis del campo gravitatorio en la superficie de la corteza terrestre. Dicho campo se ve afectado por todas las distribuciones de masa y discontinuidades del subsuelo, caracterizadas por su densidad, cuya contribución 27

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o incidencia sobre el campo gravitatorio terrestre se pretende evaluaren cada punto de medida, siempre que la sensibilidad del gravímetro lo permita.

SÍSMICA DE REFLEXIÓN La sísmica de reflexión consiste en emitir ondas de sonido en la superficie del terreno (con explosivos enterrados en el suelo o con camiones vibradores en el caso de exploración en tierra o con cañones de aire en el mar, en el caso de exploración en cuencas marinas), las que se transmiten a través de las capas del subsuelo y son reflejadas nuevamente hacia la superficie cada vez que haya un cambio importante en el tipo de roca. Las ondas recibidas en superficie se miden por el tiempo que tardan en llegar, de lo que se infiere la posición en profundidad y la geometría de las distintas capas.

1.6.3 CORRECCIÓN POR POTENCIAL ESPONTANEO

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1.6.4 ÁREA EFECTIVA DE LOS ELECTRODOS LINEALES

DISPOSITIVOS LINEALES Los electrodos de inyección de corriente (A y B) y los de medición del potencial (M y N) se disponen alineados, de acuerdo a las configuraciones propuestas por Schlumberger y Wenner.

Configuración Schlumberger Es un dispositivo simétrico que debe cumplir con la condición de que la distancia que separa a AB debe ser mayor o igual que 5MN (figura 10).

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Los valores de resistividad aparente se representan en función de AB/2 y la constante geométrica es:

También es un dispositivo simétrico pero los elementos se mantienen equiespaciados (figura 11). La constante geométrica es:

1.6.5 MÉTODO DE POTENCIALES Se disponen las estaciones en perfiles, cuando se trata de minerales semiconductores se prefiere que sean paralelos y separados entre 20 y 50 m con origen en un perfil perpendicular a ellos. En mediciones en áreas geotermales los perfiles no necesariamente tienen que ser paralelos y las distancias entre puntos sucesivos son mucho mayores que en el caso anterior. Uno de los electrodos (N) queda fijo en el origen de cada perfil (junto al instrumento de medida y al operador) mientras el segundo (M) es desplazado por un auxiliar a las estaciones programadas, el operador anotará las diferencias de potencial (∆V) con su signo. Las mediciones deben ser hechas con el cuidado necesario para obtener datos significativos y reproducibles. Las lecturas de potencial son afectadas por el contacto de los electrodos con el suelo, por lo que la calidad de éstos debe ser controlada, manteniendo el circuito de resistencia tan uniforme como sea posible de estación en estación. Las lecturas de las diferencias de potencial están afectadas de errores por la polarización de los electrodos: cuya influencia podría eliminarse por el procedimiento sugerido en la fig. 179 y calculando en cada estación el valor de

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Pero, como el procedimiento es poco práctico, generalmente no se lo utiliza.

Un procedimiento habitual para la medición de potenciales en prospección de minerales semiconductores es el sugerido en la fig. 180: Se coloca N a poca distancia del origen del primer perfil y M en este último, el valor leído sería P. Luego, M se desplaza a los puntos del primer perfil y a los puntos origen de los otros perfiles, se les resta la primera lectura y se tiene en cada caso su potencial respecto de 0.

1.6.6 MÉTODO DE GRADIENTES DE POTENCIAL En este caso, los valores del potencial en cada punto se calculan por la adición progresiva de lecturas de potencial entre estaciones. Es más lento que el anterior y requiere mediciones más cuidadosas (por el arrastre de errores), siendo preferible en zonas de grandes contrastes, por lo que es casi exclusivamente utilizado en la prospección de minerales semiconductores. Si las mediciones de campo se hacen cuidadosamente y los efectos de polarización, deriva, corrientes telúricas y transitorias son acotados, las mediciones de PE son reproducibles con ± 5 m V (si se miden en los mismos lugares), igual sean efectuadas muchos años después No obstante, no es suficiente con que los datos sean reproducibles, puesto que lo que debe buscarse es que sean significativos en términos del propósito de las mediciones efectuadas, puesto que lo que es señal en un caso puede ser ruido en otro. Independientemente de que efectos culturales (como campos arados, cultivos, irrigación, agroquímicos), humedad del suelo y variaciones químicas deben ser cuidadosamente considerados. Efectos que pueden ser minimizados mediante una juiciosa selección de las líneas y los sitios de los electrodos de medición. Debiendo además llevarse un registro cuidadoso del tipo y condición del suelo, geología local, vegetación, topografía y manifestaciones culturales.

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1.7 INTERPRETACIÓN La interpretación de mapas y perfiles se hace considerando minuciosamente los antecedentes de la zona de trabajo. Por lo general es de carácter cualitativo y atendiendo a las formas de las isolíneas y a las variaciones que muestran los perfiles, cuya correlación entre sí es favorecida por los mapas de perfiles. Un ejemplo de perfil es el de la fig. 184 que corresponde a una investigación geotermal en Grass Valley, Nevada (Corwin, 1976). Muestra una extendida anomalía negativa cuyo mínimo coincide aproximadamente con el área de Leach Hot Springs y con la traza de la falla que actúa como un conductor de agua termal. Para el relevamiento del primer perfil (agosto de 1974) se utilizaron carretes de cable de sólo 500 m, por lo que hubo que establecer puntos base cada kilómetro, las lecturas se efectuaron separadas entre 50 y 100 m hacia norte y sur de cada base, y los empalmes entre tramos efectuadas en las estaciones anteriores a los 500 m de la base. La polarización y deriva de los electrodos de Cu-SO4Cu no fueron monitoreados, de modo que los datos no fueron corregidos por estos efectos.

Las mediciones fueron repetidas en septiembre de 1975, utilizando un electrodo base localizado en el km 3,2 norte de la línea y utilizando un carrete con capacidad para 5 km de cable, permitiendo al electrodo base permanecer en el mismo lugar hasta completar todo el estudio (incluyendo las restantes líneas que integran el trabajo). Las variaciones en la polarización del electrodo de estudio fueron determinadas por mediciones periódicas del potencial entre éste y un electrodo de referencia portátil, trasladado en una batea con solución de SO4Cu y, las lecturas corregidas por interpolación lineal entre mediciones consecutivas de la polarización. Las estaciones de este segundo perfil se localizaron a pocos metros de estaciones de la medición de 1974, y efectuando lecturas a no menos de 100 m (algo más espaciadas que el promedio del relevamiento de 1974). La diferencia más importante entre ambos perfiles es que los potenciales de los datos de 1975 muestran un mismo nivel en ambos lados de la anomalía coincidente con el Hot Springs Area. Aunque muchas de las variaciones de longitud de onda corta (mayores de 1 o 2 km) son similares en los dos relevamientos, el error acumulativo en el primer estudio, causado por los repetidos movimientos del electrodo base y la falta de corrección por polarización de los electrodos, resulta en un corrimiento del orden de los 30 mV entre los extremos norte y sur de la línea y oscurece la verdadera naturaleza de la anomalía negativa alrededor del área de los manantiales termales.

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El PE del área de Leach Hot Springs refleja fuertemente un patrón de flujo de agua cercano a la superficie, aunque los bordes de las anomalías parecen estar relacionados con los límites de las áreas conocidas de flujo anómalo de calor, permitiendo la posibilidad de que una pequeña porción de esa anomalía es generada por cupla termoeléctrica.

En el caso de minerales semiconductores, si las equipotenciales son líneas alargadas, debe suponerse que los cuerpos tienen cierto buzamiento, con rumbos dados por los alargamientos. En cambio, si las equipotenciales alrededor de los mínimos son aproximadamente circulares, debe interpretarse que los cuerpos causantes de las anomalías son isométricos, de eje aproximadamente vertical y asimilable a dipolos con el polo negativo en posición superior. En estos casos puede intentarse una cuantificación de las anomalías y estimarse la profundidad de los cuerpos productores de PE, asumiendo generalmente que son de forma regular y el medio encajante es homogéneo. Estas estimaciones requieren perfiles de cálculo especiales, que pasen por los centros de las anomalías (tal el caso de la fig. 180, y que suelen requerir mediciones de mayor detalle.

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1.7.1 CONFIGURACIÓN DE DATOS DE CAMPO Para cada perfil obtendremos una gráfica, en donde en el eje de abcisas colocaremos cada una de las estaciones de medida que conformen el perfil, mientras que en el eje de ordenadas ubicaremos cada uno de los valores del potencial espontáneo medido. Ahora, nuestro objetivo consiste en detectar y filtrar los diferentes “ruidos” y “errores” que puedan existir en nuestras medidas, a fin de quedarnos simplemente con las variaciones espaciales del potencial electrocinético. Su magnitud suele ser del orden de algunas decenas de mV. Este proceso puede ser muy complicado en zonas de elevado nivel de ruido (i.e. Cardona). A la hora de interpretar los resultados, la variación exacta del potencial espontáneo en zonas con presencia de flujos de agua, es una función compleja que depende de aspectos tales como la sección geoeléctrica, la intensidad del flujo, o la profundidad y geometría de éste (Wilt and Corwin [28]). Sin embargo en la práctica, y como resultado de diversos estudios así como de la experiencia acumulada en casos reales, se han observado ciertas tendencias en el comportamiento del potencial que se usan a modo de reglas en la interpretación. En el caso de analizar los resultados obtenidos a través de los perfiles, identificaremos como zonas susceptibles de presentar filtraciones, aquellas zonas en donde se produzcan anomalías negativas, es decir un descenso relativo del valor del potencial electrocinético.

Dado que en la naturaleza mayoritariamente tenemos soluciones salinas mono- y bivalentes, la capa móbil de la doble capa de Helmotz esta compuesta por cationes, de forma que los iones positivos son transportados en la dirección del flujo

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1.7.2 DETERMINACIÓN DE GRADIENTES DE POTENCIAL MÁXIMO Y MÍNIMO. Esta modalidad es mucho más sensible que la anterior, por lo general, es siempre aconsejable medir el gradiente a lo largo de un perfil que pase sobre el cuerpo cargado y por el punto de carga. Si el cuerpo es alargado y se levanta un perfil de gradientes a lo largo de él, aproximadamente sobre la vertical de sus bordes opuestos se observarán puntos extremos (máximos y mínimos) en la curva del gradiente del potencial. En casos simples puede intentarse una aproximación cuantitativa basada en el cálculo de los gradientes que en superficie producirían cuerpos cargados de diferentes formas en distintas posiciones, y cuando los cálculos resultan demasiado complicados, trabajando con modelos reducidos.

Conductor esférico cargado Consideremos el caso de un conductor cargado de forma esférica (fig. 165) cuyo potencial en superficie es igual al de una fuente puntual de intensidad I:

Cálculo de la profundidad

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Conclusión Los métodos eléctricos son de gran utilidad ya que debido a ellos podemos hacer registros de un terreno para identificar litologías, cuerpos de agua, minerales, etc. Haciendo uso de las resistividades, las corrientes y los voltajes registrados. Todos los registros se hacen por medios del uso de los diversos instrumentos de medición tales como multímetros, amperímetros, osciloscopios etc.

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Bibliografías y fuentes de información

Serway, R.A., Física para ciencias e Ingeniería Vol. 02, 1ª edición, Ed. Cengage Learning. http://www.gamageofisica.com/jpr/index.php/es/metodosgeofisicos/3-metodoselectricos.html 39

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http://www.lasi.utoledo.edu/projects/talgua/t3.htm

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