Teoria de Errores, Fisica Exp. Sensores.impri

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TEORIA DE ERRORES

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TEORIA DE ERRORES I.

INTRODUCCIÓN. Una magnitud física es un atributo de un cuerpo, un fenómeno o una sustancia, que puede determinarse cuantitativamente, es decir, es un atributo susceptible de ser medido. Ejemplos de magnitudes son la longitud, la masa, la potencia, la velocidad, etc. A la magnitud de un objeto específico que estamos interesados en medir, la llamamos mesurando. Por ejemplo, si estamos interesado en medir la longitud de una barra, esa longitud específica será el mesurando. Para establecer el valor de un mesurando tenemos que usar instrumentos de medición y un método de medición. Asimismo es necesario definir unidades de medición. Por ejemplo, si deseamos medir el largo de una mesa, el instrumento de medición será una regla. Si hemos elegido el Sistema Internacional de Unidades (SI), la unidad será el metro y la regla a usar deberá estar calibrada en esa unidad (o submúltiplos). El método de medición consistirá en determinar cuántas veces la regla y fracciones de ella entran en la longitud buscada. En ciencias e ingeniería, el concepto de error tiene un significado diferente del uso habitual de este término. Coloquialmente, es usual el empleo del término error como análogo o equivalente a equivocación. En ciencia e ingeniería, el error, como veremos en lo que sigue, está más bien asociado al concepto de incerteza en la determinación del resultado de una medición. En todo proceso de medición existen limitaciones dadas por los instrumentos usados, el método de medición, el observador (u observadores) que realizan la medición. Asimismo, el mismo proceso de medición introduce errores o incertezas. Por ejemplo, cuando usamos un termómetro para medir una temperatura, parte del calor del objeto fluye al termómetro (o viceversa), de modo que el resultado de la medición es un valor modificado del original debido a la inevitable

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interacción que debimos realizar. Es claro que esta interacción podrá o no ser significativa: Si estamos midiendo la temperatura de un metro cúbico de agua, la cantidad de calor transferida al termómetro puede no ser significativa, pero si lo será si el volumen en cuestión es de pequeña fracción del mililitro. Tanto los instrumentos que usamos para medir como las magnitudes mismas son fuente de incertezas al momento de medir. Los instrumentos tienen una precisión finita, por lo que, para un dado instrumento, siempre existe una variación mínima de la magnitud que puede detectar. Esta mínima cantidad se denomina la apreciación nominal del instrumento. Por ejemplo, con una regla graduada en milímetros, no podemos detectar variaciones menores que una fracción del milímetro. A su vez, las magnitudes a medir no están definidas con infinita precisión. Imaginemos que queremos medir el largo de una mesa. Es posible que al usar instrumentos cada vez más precisos empecemos a notar las irregularidades típicas del corte de los bordes o, al ir aun más allá, finalmente detectemos la naturaleza atómica o molecular del material que la constituye. Es claro que en ese punto la longitud dejará de estar bien definida. En la práctica, es posible que mucho antes de estos casos límites, la falta de paralelismo en sus bordes haga que el concepto de la “longitud de la mesa” comience a hacerse cada vez menos definido, y a esta limitación intrínseca la denominamos denomina incerteza intrínseca o falta de definición de la magnitud en cuestión. Otro ejemplo sería el caso en que se cuenta la cantidad de partículas alfa emitidas por una fuente radioactiva en 5 segundos. Sucesivas mediciones arrojarán diversos resultados (similares, pero en general distintos). En este caso, de nuevo, estamos frente a una manifestación de una incerteza intrínseca asociada a esta magnitud “número de partículas emitidas en 5 s”, más que al error de los instrumentos o del observador.

II.

ALGUNOS CONCEPTOS BÁSICOS.

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Otra fuente de error que se origina en los instrumentos además de la precisión es la exactitud de los mismos. Como vimos, la precisión de un instrumento o un método de medición están asociados a la sensibilidad o menor variación de la magnitud que se pueda detectar con dicho instrumento o método. Así, decimos que un tornillo micrométrico (con una apreciación nominal de 10

m) es más preciso que una regla graduada

en milímetros; o que un cronómetro es más preciso que un reloj común, etc. La exactitud de un instrumento o método de medición está asociada a la calidad de la calibración del mismo. Imaginemos que el cronómetro que usamos es capaz de determinar la centésima de segundo pero adelanta dos minutos por hora, mientras que un reloj de pulsera común no lo hace. En este caso decimos que el cronómetro es todavía más preciso que el reloj común, pero menos exacto. La exactitud es una medida de la calidad de la calibración de nuestro instrumento respecto de patrones de medida aceptados internacionalmente. En general los instrumentos vienen calibrados, pero dentro de ciertos límites. Es deseable que la calibración de un instrumento sea tan buena como la apreciación del mismo. La Figura ilustra de modo esquemático estos dos conceptos.

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Figura Esta figura ilustra de modo esquemático los conceptos de precisión y exactitud. Los centros de los círculos indican la posición del “verdadero valor” del mesurando y las cruces los valores de varias determinaciones del centro. La dispersión de los puntos da una idea de la precisión, mientras que su centro efectivo (centroide) está asociado a la exactitud. a) Es una determinación precisa pero inexacta, mientras d) es más exacta pero imprecisa; b) es una determinación más exacta y más precisa; c) es menos precisa que a). Decimos que conocemos el valor de una magnitud dada, en la medida en que conocemos sus errores. En ciencia consideramos que la medición de una magnitud con un cierto error no significa que se haya cometido una equivocación o que se haya realizado una mala medición. Con la indicación del error de medición expresamos, en forma cuantitativa y lo más precisamente posible, las limitaciones que nuestro proceso de medición introduce en la determinación de la magnitud medida. ¿Qué es el error en ingeniería? Cuando se realizan mediciones de flujo, es importante darse cuenta que ningún valor registrado de un parámetro dado es perfectamente preciso. Los instrumentos no miden al llamado “valor verdadero” del parámetro, sino que dan una estimación de dicho valor. El error es la incertidumbre en una medición. Nunca se puede medir algo exactamente, por lo tanto se trata de minimizar el error, y para esto se desarrolló la teoría de error. Si no conocemos el error en una medición no conocemos qué tan confiable es el resultado, por eso es que un resultado experimental sin un error asociado no representa nada. III.

CLASIFICACIÓN DE ERRORES Los errores pueden clasificarse en dos grandes grupos: A) Sistemáticos y B) Accidentales.

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A. Errores sistemáticos. Son aquéllos que se reproducen constantemente y en el mismo sentido. Por ejemplo, si el CERO de un voltímetro no está ajustado correctamente, el desplazamiento del CERO se propagará, en el mismo sentido, a todas las medidas que se realicen con él. Atendiendo a su origen los errores sistemáticos se clasifican en: A.1) Errores teóricos. Son los introducidos por la existencia de condiciones distintas a las idealmente supuestas para la realización del experimento. Un ejemplo de error teórico es el que resulta de la existencia de la fricción del aire en la medida de g con un péndulo simple. A.2) Errores instrumentales. Son los inherentes al propio sistema de medida, debido a aparatos mal calibrados, mal reglados o, simplemente, a las propias limitaciones del instrumento o algún defecto en su construcción. Estos errores pueden ser atenuados por comparación con otros aparatos "garantizados",

cuyo

error

instrumental

sea

más

"pequeño"

y

controlable. A.3) Errores personales. Son los debidos a las peculiaridades del observador que puede, sistemáticamente, responder a una señal demasiado pronto o demasiado tarde, estimar una cantidad siempre por defecto, etc. B. Errores accidentales Son debidos a causas irregulares y aleatorias en cuanto a presencia y efectos: corrientes de aire, variaciones de la temperatura durante la experiencia, etc. Así como los errores sistemáticos pueden ser

atenuados,

los

errores

accidentales

para

un

determinado

experimento, en unas condiciones dadas, no pueden ser controlados. Es más, los errores accidentales se producen al azar y no pueden ser determinados de forma unívoca. Para tratar adecuadamente este tipo de

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errores es preciso hacer uso de la estadística y hablar en términos probabilísticos. Como veremos, no podemos decir que el error de una medida sea de 5 unidades, por ejemplo, sino que habrá que decir que existe una probabilidad P (del 75%, por ejemplo) de que el error sea inferior a 5 unidades.

IV.

MANERAS DE EXPRESAR EL ERROR. La incertidumbre es la suma del

desvío y de la precisión.

Desvío es la incertidumbre sistemática presente durante una prueba, se considera que permanece constante durante mediciones repetidas de un cierto conjunto de parámetros. No existe una formulación estadística que pueda ser aplicada para estimar el desvío, su valor por consiguiente debe basarse en estimaciones. Las calibraciones y las mediciones ayudan en su estimación. Precisión se encuentra mediante mediciones repetidas de la población de parámetros y con la utilización de la desviación estándar como índice de precisión. En la situación en la cual no se realizan mediciones repetidas, se debe usar un solo valor; sin embargo se obtendrá menos precisión. La figura 1 ilustra la definición de incertidumbre. Se enseña un muestreo de los datos (línea continua) cuya distribución se supone Gaussiana. El parámetro X es una variable particular medida, o mensurando,

X es el promedio de todas las

variables medidas y DX es el intervalo de incertidumbre, o precisión,

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asociado con X.

Figura: incertidumbres asociadas con un muestreo de datos Cuando se presenta el resultado de una medición se presenta de la forma: X ± DX Lo que significa en las condiciones que se realizó la medición y después de realizar un análisis del error, se sabe que la variable medida se encuentra en un intervalo de valores: (X - DX, X + DX) Además es necesario establecer el desvío y la probabilidad P de registrar el mensurando con la precisión establecida. •

Error absoluto Se presenta el error en las mismas unidades que la cantidad medida. Por ejemplo, M

=

34.6±0.07gr Lo que quiere decir que la masa puede variar entre: 34.53 gr. £ M £ 34.67 gr •

Error relativo Se expresa como una cantidad relativa a la medida obtenida. Es decir:

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Por ejemplo:

V.

CUANTIFICACIÓN DE ERRORES. Desde el punto de vista

de su cuantificación,

los

errores

se

clasifican en: A) Error absoluto y B) Error relativo. A. Error absoluto Se define como la diferencia que existe entre el valor real de la magnitud a medir y el obtenido en una medida. Puesto que es una diferencia de valores de una misma magnitud, el error absoluto se expresa en las mismas unidades que la magnitud. Así pues, si x es el valor medido, x* el valor real y

x el error instrumental o

sensibilidad del aparato de medida, se satisface la relación

Que se representa en la forma

El error absoluto, que se identifica en primera aproximación con el error instrumental, es el parámetro básico utilizado en la descripción de una medida y es, en general, conocido o determinable a priori. Sin embargo, no es el que define con mayor efectividad la bonanza de la aproximación de la medida. En efecto, supongamos que tenemos una regla con un error del cero de 0,5 cm y que con ella medimos dos longitudes, obteniendo 2,5 cm para una de ellas y 20,5 cm para la otra. Si suponemos que las longitudes reales son 2 cm y 20 cm respectivamente, es evidente que ambas medidas han sido medidas con un error absoluto de 0,5 cm, pero la primera medida se aproxima mucho menos a la longitud real que la segunda, y la razón es obvia: una diferencia de 0,5 cm es una parte considerable de una longitud de 2 cm, mientras que es una parte pequeña de 20 cm. Surge, así, el

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concepto de error relativo.

B. Error relativo. Se define como el cociente entre el error absoluto x y el valor real x* de la magnitud

Donde x es el valor medido. Utilizaremos la segunda expresión cuando, como es habitual, no conozcamos el valor real de la magnitud. Es costumbre expresar el error relativo porcentualmente,

VI.

EXPRESIÓN DE LAS MEDIDAS Dado el significado de cota de garantía que tiene, suele darse el valor del error absoluto con una sola cifra significativa, aumentando dicha cifra en una unidad si la primera que se desprecia es mayor o igual que 5. Cuando la primera cifra significativa es 1, resulta más correcto mantener la segunda cifra del error absoluto cuando ésta es menor que 5. El valor de la magnitud debe tener sólo las cifras necesarias para que su última cifra significativa sea del mismo orden decimal que la última cifra significativa que se tome para el error absoluto. El truncado (o redondeo) del valor de la magnitud debe realizarse solamente en la expresión final de las medidas, no en las operaciones intermedias que podamos realizar con él, ya que perderíamos información experimental y el resultado final puede verse afectado ligeramente. En la tabla I vemos diversos ejemplos de expresión de magnitudes en forma incorrecta (columna izquierda) y de forma correcta (columna derecha).

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VII.

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MEDIDA DIRECTA DE UNA MAGNITUD. Dos son los tipos de errores más corrientes que se presentan en la medida directa de una magnitud: A) Errores sistemáticos y B) Error de sensibilidad del aparato. A) Errores sistemáticos. Consideraremos sólo dos de ellos. Error del cero, introducido por un desajuste del instrumento de medida. Consiste en que, por defecto de ajuste, una medida que debiera resultar nula (aparato en vacío), da distinta de cero. Algunos instrumentos poseen un dispositivo de "ajuste de cero", que permite corregir fácilmente este error. Si no lo tuviera, para determinar este error se efectúa la lectura del aparato en vacío y se corrigen las medidas que se realicen restándoles (error por exceso) o sumándoles (error por defecto) el error del cero. Error de paralaje, originado cuando se observa la aguja indicadora de un instrumento (por ejemplo, de un polímetro analógico) con un cierto ángulo de inclinación y no perpendicularmente a la misma. Para evitar este error, muchos instrumentos de aguja poseen un espejo debajo de la misma, debiéndose tomar la medida cuando la aguja y su imagen coincidan,

ya

que

en

este

momento

estaremos

mirando

perpendicularmente al aparato. Existen otros errores sistemáticos en cuyo análisis no nos detendremos. B) Error de sensibilidad del aparato. Como mencionamos anteriormente, definimos sensibilidad de un instrumento (o error instrumental) como el intervalo más pequeño de la

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magnitud medible con él. El error absoluto se identifica, en primera aproximación, con la sensibilidad del aparato. Así, si la división más pequeña de una regla es de 1 mm el error de sensibilidad de la misma será 1mm. Para saber cuántas medidas directas de una misma magnitud hay que realizar, debemos detectar las causas de error, ya que el tratamiento de los datos y la expresión del resultado es diferente según la naturaleza de las causas. Si realizamos una sola medida, nos cabe la duda de si el resultado es reproducible (¿se repetirá el resultado en la siguiente medida?). Si realizamos dos, cualquier diferencia entre ambas no nos permite seleccionar entre ellas. Concluimos, pues, que el número mínimo de medidas a realizar es 3, y éste es el número inicial de medidas con el que nos contentaremos en las prácticas de laboratorio, aunque sería más seguro realizar algunas más. Realizadas 3 medidas, calculamos la dispersión o diferencia, D, entre los valores extremos. Se nos pueden presentar dos casos: 1) que D sea cero o igual que el error instrumental. En este caso, tomaremos como mejor valor de la magnitud la media aritmética de las 3 medidas, y como error absoluto el error instrumental.

2) que D sea mayor que el error instrumental. En este caso, el número de medidas necesario puede ser mayor, siendo más fiable la medida cuanto mayor sea el número de medidas realizadas. De nuevo, tomaremos como mejor valor la media aritmética de todas las medidas,

y el error absoluto lo identificaremos con

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Donde n es el número de medidas y t es un parámetro (t de Student) cuyo valor depende de la probabilidad de que el verdadero valor de la magnitud Nótese que la ecuación tiende a cero cuando n tiende a infinito. Basta, pues, con realizar un número suficiente de medidas para igualar el error estadístico a cualquier valor fijado de antemano. Para 6, 15 y 50 medidas los valores de t pueden verse en las tablas II, III y IV, respectivamente.

Cifras significativas. Cuando realizamos una medición con una regla graduada en milímetros, está claro que, si somos cuidadosos, podremos asegurar nuestro resultado hasta la cifra de los milímetros o, en el mejor de los casos, con una fracción del milímetro, pero no más. De este modo nuestro resultado podría ser L = (95.2 ± 0.5) mm, o bien L = (95 ± 1) mm. En el primer caso decimos que nuestra medición tiene tres cifras significativas y en el segundo caso sólo dos. El número de cifras significativas es igual al

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número de dígitos contenidos en el resultado de la medición que están a la izquierda del primer dígito afectado por el error, incluyendo este dígito. El primer dígito, o sea el que está más a la izquierda, es el más significativo (9 en nuestro caso) y el último (más a la derecha) el menos significativo, ya que es en el que tenemos “me- nos seguridad”. Nótese que carece de sentido incluir en nuestro resultado de L más cifras que aquellas en donde tenemos incertidumbres (donde “cae” el error). No es correcto expresar el resultado como L = (95.321 1) mm, ya que si tenemos incertidumbre del orden de 1 mm, mal podemos asegurar el valor de las décimas, centésimas y milésimas del milímetro. Si el valor de L proviene de un promedio y el error es del orden del milímetro, se debe redondear el dígito donde primero cae el error. Es usual expresar las incertidumbres con una sola cifra significativa, y solo en casos excepcionales y cuando existe fundamento para ello, se pueden usar más. También es usual considerar que la incertidumbre en un resultado de medición afecta a la última cifra si es que no se la indica explícitamente. Por ejemplo, si sólo disponemos de la información que una longitud es L = 95 mm, podemos suponer que la incertidumbre es del orden del milímetro y, como dijimos antes, el resultado de L tiene dos cifras significativas. Una posible fuente de ambigüedad se presenta con el número de cifras significativas cuando se hace un cambio de unidades. Si en el último ejemplo deseamos expresar L en m, el

resultado sería

L =

(95000±1000) m. ¿Cuántas cifras significativas tenemos en este resultado? Claramente dos, igual que antes, ya que la última cifra significativa sigue siendo 5. Sin embargo, si no indicamos explícitamente la incertidumbre de L, es difícil saber cuántas cifras significativas tenemos. Nótese que 95 mm

95000

m, ya que el primer resultado

tiene sólo dos cifras significativas mientras el segundo tiene 5 (a propósito compare los costos de los instrumentos para realizar estas dos clases de determinaciones). Para evitar estas ambigüedades se emplea la notación científica. Podemos escribir la siguiente igualdad: 9.5 x101 mm = 9.5 x 104m. Notemos que los números en ambos miembros de la

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igualdad tienen igual número de cifras significativas, siendo la única diferencia las unidades usadas.

VIII.

HISTOGRAMAS Y DISTRIBUCIÓN ESTADÍSTICA. Consideremos una población de personas de una ciudad y que queremos analizar cómo se distribuyen las estaturas de la población. Para llevar adelante este estudio podemos medir la altura de todos los individuos de la población, o bien tomar una muestra representativa de la misma, a partir de la cual inferiríamos las características de la población. Esta clase de estudio es un típico problema de estadística. Si tomamos una muestra de tamaño N y para la misma medimos las alturas de cada individuo, este experimento dará N resultados: x1, x2, x3,..., xN. Todos estos datos estarán comprendidos en un intervalo de alturas (xmin, xMax) entre menor y mayor altura medidas. Una manera útil de visualizar las características de este conjunto de datos consiste en dividir el intervalo ( xmin, xMax) en m sub intervalos iguales, delimitados por los puntos (y1, y2, y3, ..., ym) que determinan lo que llamaremos el rango de clases. Seguidamente, contamos el número n 1 de individuos de la muestra cuyas alturas están en el primer intervalo [y1, y2), el número n j de los individuos de la muestra que están en el j- ésimo intervalo [yj-1, yj), etc., hasta el subintervalo m. Aquí hemos usado la notación usual de usar corchetes, […],

para indicar un intervalo cerrado (incluye al extremo) y paréntesis

comunes, (…), para denotar un intervalo abierto (excluye el extremo). Con estos valores definimos la función de distribución fj que se define para cada subintervalos j como:

Esta función de distribución está normalizada, es decir:

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El gráfico de fj versus xj [xj = 0.5 ( yj-1 + yj)] nos da una clara idea de cómo se distribuyen las altura de los individuos de la muestra en estudio. Este tipo de gráfico se llama un histograma y la mayoría de las hojas de cálculo de programas comerciales (Excel, Cuatro- Pro, Origen, etc.) tienen herramientas para realizar las operaciones descriptas aquí y el gráfico resultante. En la Fig. 1.3 ilustramos dos histogramas típicos.

Figura Histograma de dos muestras con igual valor medio pero con distintos grados de dispersión. En este ejemplo, los datos tienen una distribución Gaussiana o Normal, descripta por la curva de trazo continúo. Tres parámetros importantes de una distribución son:

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El valor medio da una idea de la localización o valor medio de los valores en la muestra. En general da el centro de masa (centroide) de la distribución. Tanto Var(x) como sx dan una idea de la dispersión de los atos alrededor del promedio. Cuando más concentrada esté la distribución alrededor de menor será sx y viceversa. Una distribución de probabilidad muy común en diversos campos es la distribución gaussiana o normal, que tiene la forma de una campana como se ilustra en trazo continuo en la Fig. 1.3. La expresión matemática de esta distribución es:

Discrepancia. Si una magnitud física se mide con dos (o más) métodos o por distintos observadores, es posible (y muy probable) que los resultados no coincidan.

En este caso decimos que existe una discrepancia en los

resultados. Sin

embargo, lo importante es saber si la discrepancia es

significativa o no. Un

criterio que se aplica en el caso especial pero

frecuente, en el que las

mediciones se puedan suponer que siguen una

distribución normal, es el siguiente. Si los resultados de las dos observaciones que se comparan son independientes (caso usual) y dieron como resultados:

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Estos criterios pueden generalizarse para intervalos de confianza mayores en forma similar. También se aplican cuando se comparan valores obtenidos

en el laboratorio con valores tabulados o publicados. Nótese la

diferencia

entre discrepancia y error, que en algunos textos poco cuidadosos

se

confunde. El error está relacionado con la incertidumbre en la determinación del valor de una magnitud. La discrepancia está asociada a la falta de coincidencia o superposición de dos intervalos de dos resultados

Propagación de incertidumbres Hay magnitudes que no se miden directamente, sino que se derivan de otras que sí son medidas en forma directa. Por ejemplo, para conocer el área de un rectángulo se miden las longitudes de sus lados, o para determinar el volumen de una esfera se tiene que medir el diámetro. La pregunta que queremos responder aquí es cómo los errores en las magnitudes que se miden directamente se propagarán para obtener el error en la magnitud derivada. Sólo daremos los resultados, para mayor detalle se recomienda consultar la bibliografía citada. Supongamos, para fijar ideas,

que la magnitud V, es una función de los parámetros, x, y, z, etc.,

o sea:

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y que x, y, z, etc., sí se midieron directamente y que conocemos sus errores, a los que designamos en el modo usual como Dx, Dy, Dz, etc. Entonces se puede demostrar [1,3] que el error en V vendrá dado por:

En rigor las derivadas involucradas en esta ecuación son derivadas parciales respecto de las variables independientes x, y, z, etc. En el caso especial que la función V(x,y,z,..) sea factorizable como potencias de x, y, z, etc., la expresión anterior puede ponerse en un modo muy simple. Supongamos que la función en cuestión sea:

Entonces:

Para cálculos preliminares, esta expresión puede aproximarse por:

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LA FÍSICA EXPERIMENTAL A NIVEL NACIONAL E INTERNACIONA L

I.

LA FÍSICA EXPERIMENTAL EN EL SIGLO XVIII Ciencia y filosofía en el siglo XVIII La ciencia moderna surge una vez que se acepta la necesidad –y se comprende el Interés- de una descripción del mundo natural independiente de la revelación divina y al margen

del

finalismo

teológico. Esta nueva disposición es la que caracteriza a los pensadores de la Revolución Científica. Una revolución que afectó tanto a los contenidos como a los métodos y a la posición social de la ciencia. Se rechazaron los viejos modos de la filosofía y se buscaron nuevas maneras de investigar la naturaleza. Francis Bacón en su Novan órgano y Descartes en su Discurso del método propusieron sus opciones. Bacón la realización de experimentos para interrogar al mundo. Descartes la suficiencia del poder deductivo de la razón para explicarlo. Frente a ellos Newton se dedicó a poner en práctica una brillante síntesis de experimentación y formalismo matemático. El siglo XVIII representa el triunfo final del newtonianismo frente al cartesianismo. Razón y naturaleza son las dos palabras claves de la ciencia y la filosofía del XVIII. Los métodos de la lógica formal van siendo reemplazados por los métodos de las ciencias naturales. Las leyes de la naturaleza son las auténticas leyes de la razón. Pero esas leyes, se piensa, han sido libremente elegidas por Dios y, por lo tanto, no es posible descubrirlas con el simple razonamiento. Se comprende entonces la necesidad de la experimentación para descubrir las leyes naturales. Leyes que en realidad revelan la voluntad divina y prueban la mismísima existencia de Dios (el famoso argumento del diseño). El siglo XVIII conocerá, además, una importante reorganización de la ciencia. A principios del siglo, la Física continuaba en la tradición

aristotélica de estudiar todos los fenómenos naturales, incluyendo los orgánicos. A lo largo de este siglo y en las primeras décadas del siguiente se independizan de ella disciplinas como la fisiología, la botánica o la geología. Al final del siglo la organización de la física se aproxima ya a la moderna disciplina que hoy conocemos con el mismo nombre. Y no sólo la organización, también el método. En efecto, a lo largo del siglo irá madurando la nueva física experimental que pasará de ser un mero instrumento de exploración y exhibición de curiosidades a un método de riguroso análisis cuantitativo de la naturaleza. Un método que permitirá, primero el descubrimiento de leyes funcionales y más tarde la mate matización de amplias zonas de la nueva física. En otras palabras, el ideal newtoniano de ciencia. Los orígenes de la física experimental. La naturaleza teleológica y racional concebida por Aristóteles hacía innecesaria, o casi innecesaria, la experimentación científica. Aparte, claro está, de las observaciones cuantitativas propias de la astronomía, la geodesia y otras áreas de las llamadas matemáticas mixtas. A pesar de ello, algún griego hubo que experimentó sobre ciertos fenómenos naturales, especialmente los relacionados con el vacío y la neumática. Es el caso de Estratón (siglo III a. C.), cuyas investigaciones técnicocientíficas motivaron la aparición de una corriente de experimentadores y constructores de artilugios mecánico- neumáticos

a

la

que

pertenecieron, entre otros, Ctesibio (siglo II a. C.), Filón de Bizancio (siglo II a. C.) o Herón de Alejandría (siglo I). Bien distinta es la tradición que se inició durante el Renacimiento europeo y que fue conocida como magia natural. Su actividad experimental, desligada de la magia y la alquimia, se limitaba a poner de manifiesto ciertas curiosidades de la naturaleza, casi siempre mezcladas con trucos, habilidades manuales e ilusiones ópticas. El primer físico experimental fue, sin duda, el inglés William Gilbert (1544-1603) que en el año 1600 publicó una influyente obra sobre el magnetismo, De magnete, en la que se describen de una forma clara y precisa una gran variedad de experimentos para probar y refutar

determinadas ideas sobre el magnetismo, la electricidad y el calor. El libro se convirtió en un modelo para la buena experimentación. Influyó sobre autores tan importante como Kepler y durante un tiempo fue la única referencia de la filosofía experimental. En 1620, Francis Bacon publica su Novum organum donde expone un nuevo método de exploración, tanto de la naturaleza como de las artes y las técnicas, basado en la experimentación. La obra tuvo una enorme influencia en toda Europa. Las academias y sociedades científicas aplicaron de inmediato el nuevo método en la investigación de múltiples fenómenos relacionados con el frío, con el calor, con la presión del aire, con los imanes, etc. Se investigaba cualquier cosa con el único objetivo de descubrir fenómenos nuevos. Por la misma época, Galileo realizaba numerosos experimentos – mentales y reales- relacionados sobre todo con la mecánica y la neumática. Además inventó y mejoró un buen número de instrumentos científicos

tales

como

telescopios,

microscopios,

termómetros,

cronómetros y otros muchos aparatos. Pero Galileo no llegó a desarrollar una autentica filosofía experimental, se mantuvo dentro de la tradición matemático – deductiva heredada de Aristóteles. A pesar de ello ejerció una influencia enorme sobre sus discípulos experimentadores. En la segunda mitad del siglo XVII Robert Boyle desplegó una portentosa actividad experimental de la más variada temática y en la más estricta ortodoxia baconiana. Pero apenas logró sacar conclusiones de tanta observación y experimento, excepto la ley que lleva su nombre. Su continuador en la Royal Society, Robert Hooke, de mentalidad más matemática, fue un magnífico constructor de instrumentos. Finalmente, ya en las puertas del siglo XVIII, Newton, que seguía la misma tradición matemática de Galileo, acabó incluyendo la experimentación en su metodología científica. Fue un habilísimo experimentador, como demostró

en

su Óptica, llegando a ejercer tal influencia sobre los

científicos experimentales de los siglos XVIII y XIX que su ciencia se convirtió en el modelo a seguir por todos ellos. La física experimental en el siglo XVIII

La física experimental inicia su andadura por el siglo XVIII en el más puro estilo baconiano. Se explora en todas las direcciones con el único objetivo de ver qué pasa. Pero no hay teorías que traten de dar cuenta de los fenómenos observados. Fenómenos que muchas veces sólo se producen mediante la manipulación de los instrumentos. En esta época se ponen de moda las exhibiciones, más o menos espectaculares, de ciertos fenómenos que, como los eléctricos, llamaban la atención del público. Proliferaron las venus eléctricas y los monjes electrificados. Mientras tanto, en el otro bando, en el cartesiano, se insistía en la suficiencia del rigor matemático para explicar el mundo. Suficiencia que empezó a ser contestada en esta misma época. Los frecuentes viajes a Inglaterra de los pensadores de la Europa continental ayudaron en la difusión tanto del newtonianismo como de la nueva moda experimental. Poco a poco se fueron desarrollando teorías capaces de subsumir, al menos de forma parcial, los fenómenos observados experimentalmente. Se definieron conceptos como los de carga eléctrica o de potencial eléctrico susceptibles de ser medidos y se diseñaron los instrumentos de medida apropiados. Las medidas, a su vez, permitieron el tratamiento matemático de los resultados experimentales, y de esta forma se inició la matematización de las nuevas áreas experimentales de la física. Esta combinación de experimentos y formalismo matemático se ajustaba al modelo de ciencia newtoniano que ya por entonces era tenido como el ideal de la buena ciencia. Las puertas de las instituciones científicas –primero en las academias y sociedades y luego en las universidades- se fueron abriendo a los nuevos métodos de la física. Así, a finales del siglo XVIII la física experimental era ya aceptada y entendida como el uso de los métodos experimentales cuantitativos para la búsqueda y el estudio de las leyes que gobiernan el mundo inorgánico. La física experimental del siglo XVIII incluía principalmente el estudio del calor, de la luz, de la electricidad y del magnetismo. Los mismos métodos se usaron también en otras áreas del conocimiento que inicialmente formaban parte de la física pero que a finales del siglo se había separado de ella para constituir nuevas ciencias. Es el caso, por

ejemplo, de la geología, de la fisiología o del estudio de los gases, ahora repartido entre la física y la nueva química. Pero fue el estudio de la electricidad el que alcanzó un mayor desarrollo. Aproximadamente la mitad de los experimentadores físicos lo eran de la electricidad. El estudio de la electricidad se convirtió en un modelo para los físicos experimentales. El sistema del mundo de Newton estaba basado en la simple idea de la gravitación universal. El mismo Newton había anunciado el futuro descubrimiento de otras atracciones y repulsiones de escala interatómica que acabarían explicando la mayor parte de los fenómenos físicos y químicos. La electricidad parecía ser uno de esos fenómenos con fuerzas interatómicas implicadas. Además parecía ser también una característica universal de la materia que, por si fuera poco, se dejaba controlar experimentalmente. Se entiende, pues, que una vez descubiertos y generosamente exhibidos- los fenómenos eléctricos pasaran a ocupar el centro de la atención científica. Se desarrollaron teorías sobre su naturaleza y se consiguieron identificar y medir los aspectos más significativos de los fenómenos eléctricos, de modo que a finales del XVIII ya se habían descubiertos leyes tan newtonianas como la de (Cavendish -) Coulomb. Los fluidos sutiles en la física experimental Los

fluidos

sutiles

desarrollo de la física

desempeñaron

un

papel

esencial

en

el

experimental durante el siglo XVIII. Se

entiende por fluido sutil una sustancia con determinadas propiedades físicas pero diferente de la materia ordinaria. Con frecuencia presentaban propiedades extrañas como la imponderabilidad, la inasibilidad, el peso negativo o la auto repulsión. Entre ellos destacan el calórico, el flogisto, la electricidad o el magnetismo. La existencia de atracciones y repulsiones hizo posible el desarrollo de una infraestructura teórica que permitió la definición de conceptos físicos medibles, como La

construcción

carga eléctrica, de

tensión

eléctrica o temperatura.

los instrumentos de medida apropiados hizo

posible la cuantificación de las observaciones que finalmente condujo a

descripciones matemáticas de los fenómenos analizados. Los fluidos sutiles fueron perdiendo entidad poco a poco, quedando sólo los fenómenos que ellos mismos producían. En otros casos fueron sustituidos por fluidos ordinarios (como ocurrió con el flogisto y el oxígeno). La nueva física, en todo caso, se fue haciendo cada vez más fenomenológica y cuantitativa.

Metodología experimental. Tipos de experimentos. Aparte de la magia natural, los experimentos se pueden clasificar en varias categorías según los métodos y los objetivos perseguidos. Son las siguientes 1.

Experimentos matemáticos y de matemáticas mixtas. Se vienen

realizando desde la más remota antigüedad. Por una parte, se incluyen aquí las medidas y observaciones cuantitativas relacionadas con la astronomía y la geodesia. Por otra la construcción de artilugios mecánicos, hidráulicos, de navegación, de medida del tiempo etc. Tienen una orientación más bien práctica. Incluso en Astronomía, donde con frecuencia sólo se pretende salvar las apariencias, no explicar los fenómenos. 2.

Experimentos baconianos. Proliferaron a partir del siglo XVII.

Tenían una clara naturaleza heurística. Su objetivo principal era la exploración de la naturaleza: descubrir y mostrar fenómenos desconocidos. Experimentos de este tipo también se realizaron con el ánimo de mejorar

las artes y las técnicas. Los experimentadores más

rigurosos, como R. Boyle, solían hacer una descripción muy detallada de sus experimentos, sin concesiones interpretativas, lo que hacía posible que otros pudieran repetir las mismas experiencias. 3. Experimentos de exhibición. Se hicieron muy populares en el siglo XVIII. Obviamente, su objetivo era exhibir públicamente la espectacularidad de ciertos fenómenos, sobre todo los eléctricos o los neumáticos. Instituciones tan prestigiosas como la Royal Society organizaban sus

sesiones (a veces diarias, como durante la época de Hooke) de exhibición pública. Las modernas Casas de la Ciencia parecen recuperar en los tiempos actuales ese viejo espíritu de popularizar la ciencia. 4.

Experimentos didácticos. Se trata de la variante académica y

didáctica de los anteriores. Muchos físicos experimentales del XVIII poseían su colección particular de instrumentos que ponían a disposición de las cátedras donde eran contratados para enseñar su disciplina. Durante ese siglo y el siguiente las mismas cátedras se fueron haciendo con el instrumental necesario tanto para los propósitos docentes como para los de investigación. 5. Experimentos mentales. Son experimentos imaginarios cuyo objetivo

es ilustrar o refutar una teoría. Pueden considerarse como

argumentaciones lógicas, discursos, en los que se hacen intervenir artefactos y fenómenos imaginarios. Descartes, Pascal o Galileo los usaron con profusión. 6.

Experimentos científicos. Se trata de experiencias diseñadas y

realizadas en el marco de una teoría científica y con un propósito bien definido. Son la vía establecida para probar o refutar las hipótesis en las ciencias experimentales. Se exige de ellos que sean repetibles por diferentes grupos de experimentadores. La filosofía mecánico corpuscular La filosofía mecánico corpuscular es una herencia del siglo XVII que se consolida y generaliza durante el XVIII. Es la filosofía de los físicos experimentales. Las explicaciones teleológicas de Aristóteles fueron sustituidas por otras de fundamentos más materialistas. El mundo natural

había

de

ser

explicado

a

base

de

movimientos

y

reagrupamientos de los corpúsculos elementales que, según ellos, constituían la materia. Para la mayoría de los autores los corpúsculos eran indivisibles y únicos en la especie, con diferencias sólo en la forma, el tamaño y el movimiento. Todo cambio, toda variedad, toda

cualidad de la materia se había de explicar en términos del movimiento y la disposición espacio temporal de esos corpúsculos universales. Frente a estas ideas básicas y aceptadas por todos, había diferencias sustanciales entre unos autores y otros. Así, Descartes, uno de los fundadores

de

la

filosofía mecánica, no cree en la existencia de

fuerzas en la materia. El universo es un gigantesco mecanismo puesto en marcha por Dios de una vez por todas. La materia en movimiento que observamos es suficiente para explicar todos los fenómenos. Newton aceptó los fundamentos de la filosofía mecánico corpuscular pero no aceptó la negación cartesiana de la existencia de fuerzas. No pretendió explicar la naturaleza de las fuerzas gravitatorias, de cohesión o elásticas, pero estaba convencido de su existencia. Construyó su mecánica asumiendo la existencia de partículas inertes y fuerzas externas atractivas y repulsivas que actuaban entre ellas. No creyó en fuerzas innatas, excepto en las fuerzas de inercia que no lograba explicar con la única ayuda de las fuerzas externas. Para Leibiniz, por el contrario, las fuerzas eran internas a la materia. Eran más reales que la propia materia, que para Leibniz era sólo un fenómeno, una manifestación sensible de las interacciones entre las sustancias metafísicas activas que componen el universo. respecto

al

Estas

posiciones

papel de las fuerzas obedecen en realidad a motivos

religiosos. Aunque en todos los casos los argumentos se podía fácilmente volver contra los propios motivos inspiradores. Instituciones académicas La primera institución científica que acogió en su seno a la experimentación física fue la

florentina Academia del Cimento,

creada en el siglo XVII por discípulos de Galileo. Parece que su gran objetivo era el descrédito del aristotelismo. La Academia de Ciencias de Paris, por la misma época, también recibió la influencia baconiana. Dedicaron buena parte de esfuerzo a realizar medidas geodésicas de precisión. En Inglaterra fue la Royal Society de Boyle, Hooke y Newton la mejor propagandista de de la filosofía experimental. Se organizaron sesiones públicas de exhibición y se nombró un

encargado de experiencias (Hooke fue el primero de ellos). El propio Newton fue admitido en 1672 por la construcción del primer telescopio reflector y por otras aportaciones experimentales. Por el año 1683 la universidad alemana de Altdorf

(Nuremberg)

organizaba cursos de física experimental (fueron famosas las experiencias neumáticas de Otto von Guericke). En 1700, en el Hart Hall, la universidad inglesa de Oxford abrió sus aulas a la física experimental. Y en 1707 lo hizo la de Cambridge, en el observatorio del Trinity

College.

Las

universidades

holandesas

de

la

época,

especialmente la de Leyden, desempeñaron un papel muy importante en

el

desarrollo

Boerhaave,

de la física experimental. Hombres

Gravesande,

Musschenbroeck

o

C.

como von

Wolff,

contribuyeron con una meritoria labor en ese sentido. En Francia, la primera cátedra de física experimental se abrió en 1752, en el Collège de Navarre de la Universidad de Paris. En este mismo país los jesuitas destacaron en la realización y promoción de las actividades experimentales de la física. Instrumentos científicos A comienzos del XVIII existían tres categorías de instrumentos científicos: los matemáticos, los ópticos y los filosóficos. Tal distinción no era más que una consecuencia de la propia historia de la instrumentación científico técnica. Los propios fabricantes se auto agrupaban en esas mismas categorías. Hasta finales del siglo XVI casi todos los instrumentos eran matemáticos, útiles de las llamadas matemáticas mixtas con aplicaciones en la astronomía, la navegación, la fortificación, la arquitectura, la medida del tiempo, etc. Casi todos ellos eran instrumentos de medida de posiciones, longitudes, latitudes, tiempo etc. No pretendían descubrir nada nuevo sobre el mundo, sólo realizar observaciones cuantitativas. Los instrumentos ópticos se desarrollan a partir del siglo XVII. Entre ellos, el microscopio y el telescopio jugarían un importante papel en la naciente filosofía experimental. Mientras que los fabricantes de instrumentos matemáticos pertenecían a una larga tradición (tan

reconocida que algunos de sus mejores miembros eran acogidos en las instituciones científicas y en la universidad), los fabricantes de instrumentos ópticos se nutrieron de los mejores fabricantes de anteojos. Por su parte, los instrumentos filosóficos tenían como objetivo la exploración baconiana de la naturaleza. Las bombas neumáticas, las máquinas electrostáticas o los planetarios son buenos ejemplos de este tipo de instrumentos. La popularización de las exhibiciones científicas acabó estimulando su producción comercial. Los fabricantes de este grupo de instrumentos no poseían una tradición clara, muchos de ellos eran los propios científicos ayudados por diferentes tipos de operarios. Los mejores fabricantes de instrumentos en el siglo XVIII eran los ingleses. En las tres categorías. Les seguían los franceses y los alemanes.

Los

fabricantes

de instrumentos de precisión eran

considerados de una categoría especial. Llegaron a tener un gran prestigio y eran tratados como socios colaboradores de la empresa científica. II.

FÍSICA EXPERIMENTAL EN INTERNET. A pesar de las críticas realizadas en distintas épocas a los diversos enfoques empleados en el desarrollo de las prácticas de laboratorio: los estructurados, propios de la enseñanza por transmisión, o los encarados como investigación, nadie ha negado la importancia del desarrollo de los mismos en las clases de Física. Las prácticas de laboratorio de Física pueden ayudar al alumno, además de a desarrollar destrezas básicas y herramientas de la Física experimental y del tratamiento de datos, a manejar conceptos básicos, a entender el papel de la observación directa en Física y a distinguir entre las inferencias que se realizan a partir de la teoría y las que se realizan a partir de la práctica, a destacar el proceso: observación del fenómeno obtención de una data experimental – análisis de los resultados – conclusiones. Estamos en presencia de una revolución sociocultural con base en la ciencia y la tecnología y de una relación muy estrecha entre ambas. Esto hace que la informática, así como los métodos y formas de trabajo de la

ciencia y la tecnología hayan pasado a formar parte de la vida de las personas y por ende a ser interiorizados sus fundamentos por ellas. Esto exige que las asignaturas que lo permitan introduzcan informática y aproximen sus métodos de estudio a la forma como se trabaja en las ciencias.

Bibliografía •

Bennett, J. A. 1998. La fabricación de instrumentos científicos en la era industrial. En Elena, A., Ordóñez,

J. y Colubi M. Ed. Después de

Newton: ciencia y sociedad durante la Primera Revolución Industrial. Barcelona:

SENSORES

SENSORES I.

INTRODUCCION Actualmente sería impensable realizar maniobras más o menos complicadas, dentro del mundo industrial, sin dos elementos ampliamente extendidos en nuestros días, por una parte los autómatas programables y por otra los sensores, que permiten controlar las variables que afectarán al proceso industrial. Los autómatas por precio, versatilidad y facilidad de programación se han convertido en los sustitutos de las maniobras en los entornos industriales, y debido a las crecientes necesidades de los procesos industriales modernos, cada vez hay que controlar más variables que afectan a estos procesos, por lo que los sensores han entrado de lleno en estas maniobras. Hoy por hoy, sería difícil encontrar procesos automáticos que no estén gobernados por elementos de gobierno, sensores y autómatas. Procesos como contadores, detectores de presencia, detectores de objetos, control de niveles, medidas de seguridad, chequeo de contenidos, inspecciones de calidad automáticos, posicionamiento y verificación y un largo etcétera serian impensables sin esta combinación de elementos.

II.

QUÉ ES UN SENSOR: Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas. Las variables de instrumentación pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, pH, etc. Una magnitud eléctrica puede ser una resistencia eléctrica (como en una RTD), una capacidad eléctrica (como en un sensor de humedad), una Tensión eléctrica (como en un termopar), una corriente eléctrica (como en un fototransistor), etc. Un sensor se diferencia de un transductor en que el sensor está siempre en contacto con la variable de instrumentación con lo que Puede decirse

también que es un dispositivo que aprovecha una de sus propiedades con el fin de adaptar la señal que mide para que la pueda interpretar otro dispositivo. Como por ejemplo el termómetro de mercurio que aprovecha la propiedad que posee el mercurio de dilatarse o contraerse por la acción de la temperatura. Un sensor también puede decirse que es un dispositivo que convierte una forma de energía en otra. Áreas de aplicación de los sensores: Industria automotriz, Industria aeroespacial, Medicina, Industria de manufactura, Robótica, etc. Los sensores pueden estar conectados a un computador para obtener ventajas como son el acceso a una base de datos, la toma de valores desde el sensor, etc.

III.

CARACTERÍSTICAS DE UN SENSOR. Entre las características técnicas de un sensor destacan las siguientes:  Rango de medida: dominio en la magnitud medida en el que

puede aplicarse el sensor.  Precisión: es el error de medida máximo esperado.  Offset o desviación de cero: valor de la variable de salida cuando la variable de entrada es nula. Si el rango de medida no llega a valores nulos de la variable de entrada, habitualmente se establece otro punto de referencia para definir el offset.  Linealidad o correlación lineal.  Sensibilidad de un sensor: relación entre la variación de la magnitud de salida y la variación de la magnitud de entrada.

 Resolución: mínima variación de la magnitud de entrada que puede apreciarse a la salida.  Rapidez de respuesta: puede ser un tiempo fijo o depender de cuánto varíe la magnitud a medir. Depende de la capacidad del sistema para seguir las variaciones de la magnitud de entrada.  Derivas: son otras magnitudes, aparte de la medida como magnitud de entrada, que influyen en la variable de salida. Por ejemplo, pueden ser condiciones ambientales, como la humedad, la temperatura u otras como el envejecimiento (oxidación, desgaste, etc.) del sensor.  Repetitividad: error esperado al repetir varias veces la misma medida. Un sensor es un tipo de transductor que transforma la magnitud que se quiere medir o controlar, en otra, que facilita su medida. Pueden ser de indicación directa (e.g. un termómetro de mercurio) o pueden estar conectados a un indicador (posiblemente a través de un convertidor analógico a digital, un computador y un display) de modo que los valores detectados puedan ser leídos por un humano. Por lo general, la señal de salida de estos sensores no es apta para su lectura directa y a veces tampoco para su procesado, por lo que se usa un circuito de acondicionamiento, como por ejemplo un puente de Wheatstone, amplificadores y filtros electrónicos que adaptan la señal a los niveles apropiados para el resto de la circuitería. IV.

USOS DEL SENSOR.

Valores de salida de los sensores: Los sensores ayudan a trasladar los atributos del mundo físico en valores que la Controladora de un robot puede usar. En general, la mayoría de los sensores pueden ser divididos en dos grandes grupos: 1. Sensores analógicos 2. Sensores Digitales 1. Sensores analógicos Un sensor analógico es aquel que puede entregar una salida variable dentro de un determinado rango (ver figura de la derecha). Un Sensor analógico, como por ejemplo una Fotorresistencia (estos componentes

miden intensidad de luz), puede ser cableado en un circuito que pueda interpretar sus variaciones y entregar una salida variable con valores entre 0 y 5 volts.

2. Sensores Digitales. Un sensor digital es aquel que entrega una salida del tipo discreta (ver figura de la izquierda). Es decir, que el sensor posee una salida que varía dentro de un determinado rango de valores, pero a diferencia de los sensores analógicos, esta señal varía de a pequeños pasos preestablecidos. Por ejemplo consideremos un botón pulsador, el cual es uno de los sensores más básicos. Posee una salida discreta de tan solo dos valores, estos pueden ser abiertos o cerrado. Otros sensores discretos pueden entregar una salida del tipo binario, como es el caso de un conversor Analógico/Digital, el cual entrega una salida de 8 bits capaz de Subdividir las variaciones de la entrada en hasta 256 escalones. Conversión Analógica/Digital: Los micros controladores generalmente operan con valores discretos. Los controladores como el Motorola 68HC11, el PIC 16F84, etc., trabajan con valores binarios de 8 bits. Una parte importante a la hora de trabajar con señales analógica es la posibilidad de transformar las mismas en señales digitales mediante el uso de un conversor A/D (analógico/digital) y entregar su salida sobre un bus de 8 bits (1 Byte). Esto permitirá al micro controlador poder tomar decisiones en base a la lectura obtenida. Cabe destacar que en la actualidad existen micro controladores que ya poseen este conversor

integrado en si mismos, lo que permite ahorrar espacio y simplificar el diseño. En la siguiente figura se puede ver un ejemplo de cómo se comportaría un conversor A/D (analógico/digital):

Podemos ver como para distintos rangos de valores de valores de entrada, se obtiene un valor de salida binario. Si nuestro rango de entrada está entre 0 y 5 volts, un conversor A/D de 8 bits podrá dividir la tensión de entrada en 256 valores binarios. Esto resulta en un escalón de 0.0195 volts. Esto se puede ver claramente en la tabla anterior, si bien solo están representados los primeros cinco niveles.

V.

ESTRUCTURA Y PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO. Todos los sensores utilizan uno o más principios físicos o químicos para convertir una variable de entrada al tipo de variable de salida más adecuado para el control o monitoreo de cada proceso particular. Estos

principios o fenómenos se manifiestan en forma útil en ciertos materiales o medios y pueden estar relacionados con las propiedades del material en sí o su disposición geométrica. La función del transductor primario es convertir la magnitud física a medir en otra más fácil de manipular. Esta última no tiene que ser necesariamente de naturaleza eléctrica. Por ejemplo, un bimetal, que es un dispositivo formado por dos metales de distintos coeficientes de dilatación, es un tipo de transductor primario porque convierte tina va ración de temperatura en un desplazamiento físico equivalente. Este último puede ser Utilizado para mover una aguja o accionar un interruptor. Otros ejemplos son los tubos de Bordón (presión), los tubos de Pitos (velocidad de flujo), los rotos metros (caudal), los flotadores (nivel), las termocuplas (temperatura), etc. El transductor o transductores secundarios, cuando son requeridos, actúan sobre la salida del transductor primario para producir una señal eléctrica equivalente. Una vez obtén ida, esta última es sometida a un proceso de acondicionamiento y amplificación para ajustarla a las necesidades de la carga exterior o de la circuitería de control. Comp. Ejemplo, considérese el sensor electrónico de presión. En este caso, la presión asociada con el fluido se traduce inicialmente en un desplazamiento o deyección proporcional utilizando Como transductor primario un diafragma u otro elemento elástico especialmente diseñado para esta función. A continuación, esta de-flexión es convertida en una señal eléctrica equivalente utilizando como transductor secundario una galga extensiométrico semiconductora u otro tipo de elemento especialmente diseñado para convertir movimiento en electricidad. Por último, la señal eléctrica producida se acondiciona, modifica o procesa mediante circuitos electrónicos adecuados con el fin de obtener la respuesta y las características finales deseadas Estructura de un sensor.

VI.

TIPOS DE SENSORES Como hemos dejado en claro en nuestro sitio, son muchos los tipos de sensores que existen en la actualidad, ya que podemos conseguirlos tanto para los sistemas de seguridad, como para nuestra vivienda o bien incluso en fábricas, industrias y comercios suelen utilizar diferentes tipos de sensores para cada caso. Ahora bien un detalle que resulta importante de destacar es que muchas personas suelen confundir lo que son los detectores con los sensores, pero lo cierto es que ambas cosas representan diferentes elementos. En primer lugar es cierto que existen diferentes detectores de la misma manera que existen en el mercado diferentes tipos de sensores, no obstante debemos decir que la razón principal por la cual las personas los confunden es porque los detectores funcionan con sensores en su sistema. Para que podamos entender de una manera mucho más clara podemos decir que por ejemplo, si tenemos un detector de metales, el cual nos ayuda a encontrar todo tipo de material metálico, debemos decir que le mismo puede hacer este trabajo gracias a que posee sensores metálicos que le avisan al sistema del detector en qué lugar se encuentra el metal para que éste lo detecte específicamente en el lugar. Es por eso que vemos como a medida que un detector de metales se acerca al elemento en cuestión, una alarma comienza a sonar cada vez más fuertes; esa es la alarma del sensor.

En la siguiente tabla se indican algunos tipos y ejemplos de electrónicos.

sensores

Los tipos de sensores más utilizados. Es evidente que un detector nunca funcionaria sin un sensor que le informe el lugar en donde buscar el elemento en cuestión, no obstante debemos decir que esta ley no funciona de esta manera para los sensores

ya

que

todos

los

tipos

de

sensores

funcionan

independientemente de un sistema, y por eso es que no dependen de otro aparato para que los mismos funcionen. Esta es la razón por la cual podemos ver como los diferentes tipos de sensores se encuentran directamente relacionados con todo tipo de sistemas tanto de seguridad como de detección, por eso es importante que entendamos que los sensores son el corazón de cada sistema de seguridad que tengamos instalado en nuestra casa o incluso en nuestro vehículo. Otros tipos de sensores que nada tienen que ver con sistemas de alarmas, seguridad y detección suelen ser utilizados en diferentes áreas; de esta manera podemos decir que el mercado nos ofrece sensores de temperatura, los cuales resultan ser muy útiles para lograr una buena ambientación de nuestra casa, o incluso hasta de una pecera de nuestras mascotas; sensores de humo, los cuales han salvado más de una vida gracias a su eficiencia; sensores de movimiento y

desplazamiento, los cuales son ideales para lograr encontrar vehículos robados. También podemos encontrarnos con sensores de peso y de nivelación que se usan principalmente en las fabricas e industrias de envasado; Sensores de contacto y perimetrales los cuales resultan ser ideales para los sistemas de alarmas. Como podemos ver todos los tipos de sensores que nos ofrece el mercado, más allá de la utilidad que les demos, resultan ser sistemas muy convenientes que nos ayudan a mejorar y facilitar algunos aspectos de nuestra vida cotidiana, por esta razón principal es importante que tengamos en cuenta la importancia del mantenimiento que los mismos requieren ya que al tratarse de un sistema con mucha sensibilidad, los sensores pueden dañarse sin que nosotros lo notemos. Por eso para evitar este tipo de inconvenientes y teniendo en cuenta que la falla de un solos censor puede perjudicar todo el desempeño de un sistema entero, es importante que periódicamente hagamos que los mismos se sometan a un mantenimiento de rutina para poder gozar de ellos en un perfecto estado y así no tener inconvenientes con los sistemas a los cuales pertenecen; recordemos que las mismas empresas que se encargan de la instalación, también deben hacerse cargo del mantenimiento de los mismos. A. Detectores de ultrasonidos. Los detectores de ultrasonidos resuelven los problemas de detección de objetos de prácticamente cualquier material. Trabajan en ambientes secos y polvorientos. Normalmente se usan para control de presencia/ausencia, distancia o rastreo.

B. Interruptores básicos Se consiguen interruptores de tamaño estándar, miniatura, subministra, herméticamente sellados y de alta temperatura. Los mecanismos de precisión se ofrecen con una amplia variedad de actuadores y características operativas. Estos interruptores son idóneos para aplicaciones que requieran tamaño reducido, poco peso, repetitividad y larga vida. C. Interruptores final de carrera Descripción: El microswitch es un conmutador de 2 posiciones con retorno a la posición de reposo y viene con un botón o con una palanca de accionamiento, la cual también puede traer una ruedita. Funcionamiento: En estado de reposo la patita común (COM) y la de contacto normal cerrado (NC), están en contacto permanente hasta que la presión aplicada a la palanca del microswitch hace saltar la pequeña platina acerada interior y entonces el contacto pasa de la posición de normal cerrado a la de normal abierto (NO), se puede escuchar cuando el microswitch cambia de estado, porque se oye un pequeño clic, esto sucede casi al final del recorrido de la palanca. D. Interruptores manuales Estos son los sensores más básicos, incluye pulsadores, llaves, selectores rotativos y conmutadores de enclavamiento. Estos productos ayudan al técnico e ingeniero con ilimitadas opciones en técnicas de actuación y disposición de componentes. E. Productos encapsulados Diseños robustos, de altas prestaciones y resistentes al entorno o herméticamente sellados. Esta selección incluye finales de carrera miniatura, interruptores básicos estándar y miniatura, interruptores de palanca y pulsadores luminosos.

F. Productos para fibra óptica El grupo de fibra óptica está especializado en el diseño, desarrollo y fabricación de componentes optoelectrónicas activos y sub montajes para el mercado de la fibra óptica. Los productos para fibra óptica son compatibles con la mayoría de los conectores y cables de fibra óptica multimodo estándar disponibles actualmente en la industria. G. Sensor infrarrojo La optoelectrónica es la integración de los principios ópticos y la electrónica de semiconductores. Los componentes optoelectrónicas son sensores fiables y económicos. Se incluyen diodos emisores de infrarrojos (IREDs), sensores y montajes.

H. Sensores para automoción. Se incluyen sensores de efecto Hall, de presión y de caudal de aire. Estos sensores son de alta tecnología y constituyen soluciones flexibles a un bajo costo. Su flexibilidad y durabilidad hace que sean idóneos para una amplia gama de aplicaciones de automoción. I. Sensores de caudal de aire. Los sensores de caudal de aire contienen una estructura de película fina aislada térmicamente, que contiene elementos sensibles de temperatura y calor. La estructura de puente suministra una respuesta rápida al caudal de aire u otro gas que pase sobre el chip.

J. Sensores de corriente. Los sensores de corriente monitorizan corriente continua o alterna. Se incluyen sensores de corriente lineales ajustables, de balance nulo, digitales y lineales. Los sensores de corriente digitales pueden hacer sonar una alarma, arrancar un motor, abrir una válvula o desconectar una bomba. La señal lineal duplica la forma de la onda de la corriente captada, y puede ser utilizada como un elemento de respuesta para controlar un motor o regular la cantidad de trabajo que realiza una máquina. K. Sensores de efecto Hall Son semiconductores y por su costo no están muy difundidos pero en codificadores ("encoders") de servomecanismos se emplean mucho.

L. Sensores de humedad Los sensores de humedad relativa/temperatura y humedad relativa están configurados con circuitos integrados que proporcionan una señal acondicionada. Estos sensores contienen un elemento sensible capacitivo en base de polímeros que interacciona con electrodos de platino. Están calibrados por láser y tienen una intercambiabilidad de +5% HR, con un rendimiento estable y baja desviación.

M. Sensores de posición de estado sólido Los sensores de posición de estado sólido, detectores de proximidad de metales y de corriente, se consiguen disponibles en varios tamaños y terminaciones.

Estos

sensores

combinan

fiabilidad,

velocidad,

durabilidad y compatibilidad con diversos circuitos electrónicos para aportar soluciones a las necesidades de aplicación. N. Sensores de presión y fuerza Los sensores de presión son pequeños, fiables y de bajo costo. Ofrecen una excelente repetitividad y una alta precisión y fiabilidad bajo condiciones

ambientales

variables.

Además,

presentan

unas

características operativas constantes en todas las unidades y una intercambiabilidad sin re calibración. O. Sensores de temperatura Los sensores de temperatura se catalogan en dos series diferentes: TD y HEL/HRTS. Estos sensores consisten en una fina película de resistencia variable con la temperatura (RTD) y están calibrados por láser para una mayor precisión e intercambiabilidad. Las salidas lineales son estables y rápidas. P. Sensores de turbidez Los sensores de turbidez aportan una información rápida y práctica de la cantidad relativa de sólidos suspendidos en el agua u otros líquidos. La medición de la conductividad da una medición relativa de la concentración iónica de un líquido dado. Q. Sensores magnéticos Los sensores magnéticos se basan en la tecnología magnetoresisitiva SSEC. Ofrecen una alta sensibilidad. Entre las aplicaciones se incluyen brújulas, control remoto de vehículos, detección de vehículos, realidad virtual, sensores de posición, sistemas de seguridad e instrumentación médica.

R. Sensores de presión Los sensores de presión están basados en tecnología piezoresistiva, combinada con micro controladores que proporcionan una alta precisión, independiente de la temperatura, y capacidad de comunicación digital directa con PC. Las aplicaciones afines a estos productos incluyen instrumentos para aviación, laboratorios, controles de quemadores y calderas, comprobación de motores, tratamiento de aguas residuales y sistemas de frenado. S. Sensores de Movimientos: Este tipo de sensores es uno de los más importantes en robótica, ya que nos da información sobre las evoluciones de las distintas partes que forman el robot, y de esta manera podemos controlar con un grado de precisión elevada la evolución del robot en su entorno de trabajo Sensores de deslizamiento: Este tipo de sensores se utiliza para indicar al robot con que fuerza ha de coger un objeto para que este no se rompa al aplicarle una fuerza excesiva, o por el contrario que no se caiga de las pinzas del robot por no sujetarlo debidamente. Su funcionamiento general es simple, ya que este tipo de sensores se encuentran instalados en el órgano aprehensor (pinzas), cuando el robot decide coger el objeto, las pinzas lo agarran con una determinada fuerza y lo intentan levantar, si se produce un pequeño deslizamiento del objeto entre las pinzas, inmediatamente es incrementada la presión le las pinzas sobre el objeto, y esta operación se repite hasta que el deslizamiento del objeto se ha eliminado gracias a aplicar la fuerza de agarre suficiente.

T. Sensores de Velocidad: Estos sensores pueden detectar la velocidad de un objeto tanto sea lineal como angular, pero la aplicación más conocida de este tipo de sensores es la medición de la velocidad angular de los motores que

mueven las distintas partes del robot. La forma más popular de conocer la velocidad del giro de un motor, es utilizar para ello una dinamo tacométrica acoplada al eje del que queremos saber su velocidad angular, ya que este dispositivo nos genera un nivel determinado de tensión continua en función de la velocidad de giro de su eje, pues si conocemos a que valor de tensión corresponde una determinada velocidad, podremos averiguar de forma muy fiable a qué velocidad gira un motor. De todas maneras, este tipo de sensores al ser mecánicos se deterioran, y pueden generar errores en las medidas. Existen también otros tipos de sensores para controlar la velocidad, basados en el corte de un haz luminoso a través de un disco perforado sujetado al eje del motor, dependiendo de la frecuencia con la que el disco corte el haz luminoso indicará la velocidad del motor. U. Sensores de Aceleración: Este tipo de sensores es muy importante, ya que la información de la aceleración sufrida por un objeto o parte de un robot es de vital importancia, ya que si se produce una aceleración en un objeto, este experimenta una fuerza que tiende ha hacer poner el objeto en movimiento. Supongamos el caso en que un brazo robot industrial sujeta con una determinada presión un objeto en su órgano terminal, si al producirse un giro del mismo sobre su base a una determinada velocidad, se provoca una aceleración en todo el brazo, y en especial sobre su órgano terminal, si esta aceleración provoca una fuerza en determinado sentido sobre el objeto que sujeta el robot y esta fuerza no se ve contrarrestada por otra, se corre el riesgo de que el objeto salga despedido del órgano aprehensor con una trayectoria determinada, por lo que el control en cada momento de las aceleraciones a que se encuentran sometidas determinadas partes del robot son muy importantes. Sensores y dispositivos de medición. La circuitería anterior constituye el bloque de tratamiento de señal. Adicionalmente, muchos sensores incluyen tina etapa de salida.

Conformada por relés, amplificadores de potencia, conversares de código, transmisores, y otros tipos de dispositivos y circuitos, cuya función

es

adaptar

la

señal

entregada

por

el

bloque

de

acondicionamiento o tratamiento a las necesidades específicas de la carga. Generalmente, tanto la etapa de salida como la de tratamiento de señal, incluyen también circuitos de protección contra sobre voltajes, interferencia electromagnética (EM 1), interferencia de radiofrecuencia (RFI), y otros fenómenos que son comunes en los ambientes eléctricos industriales. VII.

RESOLUCIÓN Y PRECISIÓN La resolución de un sensor es el menor cambio en la magnitud de entrada que se aprecia en la magnitud de salida. Sin embargo, la precisión es el máximo error esperado en la medida. La resolución puede ser de menor valor que la precisión. Por ejemplo, si al medir una distancia la resolución es de 0,01 mm, pero la precisión es de 1 mm, entonces pueden apreciarse variaciones en la distancia medida de 0,01 mm, pero no puede asegurarse que haya un error de medición menor a 1 mm. En la mayoría de los casos este exceso de resolución conlleva a un exceso innecesario en el coste del sistema. No obstante, en estos sistemas, si el error en la medida sigue una distribución normal o similar, lo cual es frecuente en errores accidentales, es decir, no sistemáticos, la repetitividad podría ser de un valor inferior a la precisión. Sin embargo, la precisión no puede ser de un valor inferior a la resolución, pues no puede asegurarse que el error en la medida sea menor a la mínima variación en la magnitud de entrada que puede observarse en la magnitud de salida.

VIII.

CONCLUSIONES. Estos son solo algunos de los sensores más comúnmente usados en robótica debido a su practicidad y bajo costo.

Existen muchos otros un poco más sofisticados, como ser los transmisores y receptores ultrasónicos, con los cuales se pueden construir sistemas de sonar muy útiles a la hora de detectar objetos a distancia y así poder esquivarlos sin necesidad de tomar contacto con ellos. IX.

BIBLIOGRAFIA.  G:\FISIACA EXPERIMENTAL\Física experimental - Wiki pedía, la enciclopedia libre.mht.  G:\TEORIA DE ERRORES\Teoría de errores MM.mht.  G:\SENSORES\Sensor de imagen - Wiki pedía, la enciclopedia libre.mht.  G:\SENSORES\Haciendo sensores.mht.

LA CONTAMINACIO N ELECTROMAGNE TICA

LA CONTAMINACION ELECTROMAGNETICA EN LAS CONSTRUCCIONES EL PROBLEMA Los campos electromagnéticos son rara vez tenidos en cuenta como factores de contaminación en el área de la construcción, pese a las evidencias de sus efectos sobre la vida y, en especial, sobre la salud humana. Toda corriente eléctrica produce campos magnéticos y todo campo magnético variable induce campos eléctricos. Sin embargo, un campo magnético estático puede producir una corriente eléctrica en un cuerpo si éste se mueve a través del campo. De esa forma los campos magnéticos artificiales, mucho más intensos que los naturales, pueden alterar los procesos biológicos. La abundancia de artefactos eléctricos y aparatos electrónicos, así como los medios de transmisión de electricidad y radiofrecuencias, han hecho de nuestra civilización tecnológica un pandemónium de campos electromagnéticos de todo tipo. Los continuos avances tecnológicos hacen que la incidencia de este tipo de contaminación vaya en aumento. La tecnología genera campos electromagnéticos en todas las frecuencias e intensidades. Después de largas polémicas, investigaciones realizadas en todo el mundo han demostrado que las alteraciones biológicas debidas a la acción de campos electromagnéticos artificiales intensos, tanto de alta frecuencia (antenas de radio, TV, microondas, radar, etc.) como de baja frecuencia (líneas de alta tensión, pantallas de televisores y computadoras, transformadores, etc.) pueden producir cambios en la temperatura corporal, desequilibrio en los electrolitos de la sangre, dolor muscular en las articulaciones, dificultad en la percepción de los colores, fatiga, inapetencia, disfunciones en el sistema nervioso central, estrés, disminución de la cantidad de plaquetas en la sangre, etc.. Los campos electromagnéticos débiles como los generados por una instalación eléctrica de 220 V y 50 Hz, pueden provocar tensión nerviosa y alterar el equilibrio de grasas y colesterol en la sangre, aumentar la producción de cortisona y subir la presión sanguínea, lo que puede desembocar en trastornos cardiacos, renales, gastrointestinales, nerviosos y otros. Las radiaciones electromagnéticas de baja intensidad que emiten los aparatos eléctricos, así como los provenientes de una mala instalación eléctrica en viviendas o lugares de trabajo, pueden tener una incidencia desfavorable en el desarrollo de cáncer, afectar las funciones reproductoras, provocar alergias y depresiones. LAS PRUEBAS Diversas investigaciones indican un aumento de las tasas de mortalidad por leucemia en profesionales relacionados con el trabajo en campos electromagnéticos y en niños que habitan casas cercanas a tendidos de alta tensión.

El gobierno de Suecia, basándose en las investigaciones de Lenmart Tomenius, ha reconocido en su legislación la incidencia de los campos electromagnéticos generados por las líneas de alta tensión en la estadística de los casos de leucemia infantil. En 1974, a raíz de las investigaciones de V. P. Korobkova, la Unión Soviética dicta una ley según la cual las líneas de alta tensión que generen campos de m s de 25 Kv/m deben situarse a una distancia mínima de 110 metros de cada edificación. En Alemania, el ingeniero Egon Eckert probó que la mayoría de los casos de muerte súbita de lactantes se produce en la cercanía de vías electrificadas, emisoras de radio, radar o líneas de alta tensión. En 1979 la epidemióloga estadounidense Nancy Whertheimer provocó un escándalo al evidenciar estadísticamente que la mayoría de los hogares de Denver donde residían niños afectados de cáncer estaban expuestos a fuertes campos electromagnéticos provenientes de los transformadores y líneas primarias del tendido eléctrico callejero. También se ha detectado una mayor incidencia de nacimientos de niños con malformaciones en hijos de trabajadores en unidades de conmutación eléctrica, así como abortos y alteraciones de la gestación ligados al uso de mantas eléctricas y computadoras. La Universidad de Heidelberg, Alemania, ha demostrado que los cables eléctricos de 220 voltios y 50 Hz instalados en viviendas generan campos que elevan la presión parcial de oxígeno en la sangre, así como los valores del hematocrito. Teniendo en cuenta que la actividad eléctrica cerebral del ser humano manifiesta una periodicidad que va de 14 a 50 Hz en el estado de conciencia de vigilia y entre 8 y 14 si se está relajado, se deduce que un campo externo de 50 Hz como el de la red eléctrica común puede inducir estados de nerviosidad o como se le ha dado en llamar “electroestrés”. En Argentina, un trabajo de investigación exhaustivo en este campo ha sido llevado a cabo por el CONICET. En un informe publicado por el Centro de Divulgación Científica de la Facultad de Farmacia y Bioquímica, el Prof. Adolfo Portela (autor de un manual del Ministerio de Salud y Acción Social sobre las normas vigentes en cuanto a exposición a radiofrecuencias) declara que la zona de mayor riesgo en el rango de radiofrecuencias est entre los 30 y los 300 megahertz, la m s utilizada en enlaces de telecomunicación de corta distancia, las emisoras de TV y FM y la telefonía celular. La exposición severa a estas radiaciones afecta principalmente la vista, el sistema nervioso central, el hígado y las glándulas de secreción interna. Actualmente se pretende bajar la potencia de estas emisiones aumentando la sensibilidad de las antenas. CAUSAS Y SOLUCIONES Las líneas de alta y media tensión La peligrosidad de las líneas de la red eléctrica depende de la tensión, de la intensidad y de la sobrecarga a que est‚n sometidas. Es fundamental la calidad, el estado y la limpieza de los aisladores, así como la verificación y el

mantenimiento de la conexión a tierra de las torres. En Alemania se recomienda una distancia de seguridad de 1 metro por cada kilovoltio de tensión de la línea. Si el tendido es subterráneo los cables deben contar con una buena aislación y ser coaxiales para no generar campos externos. Si los cables de las tres fases est n debidamente trenzados el campo electromagnético es inferior al de una línea a‚rea equivalente. De todos modos este tipo de líneas suele pasar demasiado cerca de las viviendas. Los transformadores de red Las centrales de distribución eléctrica que encontramos “disimuladas” entre las construcciones urbanas son reconocibles por su continuo zumbido. Los transformadores de red, que vemos en algunas esquinas, ya sea en cámaras subterráneas o a‚reas, convierten la media tensión de distribución en tensión apta para uso industrial y doméstico, de 380 y 220 voltios. Si la toma de tierra de estas instalaciones es defectuosa, se pueden tener graves alteraciones del potencial eléctrico en el terreno. Es común ver explotar y fundirse los fusibles de estos transformadores en presencia de una sobrecarga. Como distancia de seguridad se aconseja que las viviendas se encuentren como mínimo a 15 metros de estos transformadores. Nuevos materiales de aislamiento de los campos electromagnéticos como el numetal pueden solucionar el problema de los transformadores en los núcleos urbanos. Líneas de baja tensión Si bien son las responsables de la contaminación eléctrica más común en las casas, la sobrecarga y el desequilibrio entre las tres fases son las causas fundamentales de las alteraciones detectadas. Se recomiendan cables con revestimiento aislante de bajo nivel de pérdida y con trenzado de las tres fases, así como una correcta conexión a tierra de las instalaciones domiciliarias. La instalación eléctrica de la vivienda. Se puede comprobar que muchas de las viviendas y edificios de nuestro país carecen aún en sus instalaciones de protectores eléctricos y una correcta conexión a tierra. La mejor red eléctrica en las ciudades es la subterránea. En las viviendas, las cajas de conexión, los contadores y los disyuntores deberían ubicarse en un lugar apartado de la presencia humana, en lo posible, dentro de un armario metálico, que a modo de “jaula de Faraday” evite la irradiación del campo electromagnético. Toda casa debe contar con un disyuntor diferencial automático u otro tipo de interruptores protectores. Es necesario que la instalación cuente con una buena conexión a tierra y conviene que est‚ separada en sectores o funciones. La mejor protección contra la contaminación eléctrica doméstica es la desconexión oportuna de aquella parte de la instalación que no necesitemos, en especial durante la noche. Para este fin, en los países desarrollados existe un interruptor de tensión en ausencia de consumo (tipo “bioswitch”). Este

aparato desconecta la alimentación de 220 v. de aquellos sectores de la instalación que no tengan consumo (por ejemplo, en los dormitorios durante la noche) manteniendo una corriente continua de apenas 6 voltios (que no genera campos electromagnéticos) como piloto para detectar cualquier requerimiento de consumo, que activar el flujo normal de corriente. Televisores y monitores de computadoras. Todas las pantallas basadas en el tubo de rayos catódicos emiten radiaciones ionizantes que pueden afectar a la salud, especialmente la de quienes pasan horas delante de computadoras y televisores. La exposición depende de la distancia entre el sujeto y la pantalla. En el caso de las computadoras, las pantallas monocromáticas emiten mucha menos radiación que la de colores. Pero además de la temida radiación X, hay que tener en cuenta el fuerte campo electromagnético generado por los transformadores de alta tensión y las bobinas de deflexión de los tubos de rayos catódicos.Estos campos electromagnéticos se reparten globalmente alrededor de los aparatos. Recordemos que una pared común no es obstáculo para la radiación electromagnética. Por eso hay que considerar el lugar en que se instalan este tipo de aparatos, tanto en viviendas como en oficinas, cuidando que el campo irradiado por la parte posterior del televisor o computadora no afecte la calidad ambiental de la habitación contigua, en especial si sus ocupantes son bebés o niños. La electricidad estática de las pantallas puede descargarse con filtros de conexión a tierra. Los filtros ópticos protegen sólo la vista, evitando los reflejos de la luz ambiente sobre la pantalla. Se pueden instalar alfombrillas conductoras con descarga a tierra para quienes trabajan largas horas frente a las pantallas de las computadoras no se vean sometidos a grandes potenciales electrostáticos. La Organización Mundial de la Salud recomienda que los operadores de computadoras descansen unos minutos cada hora, yendo a descargar la est tica acumulada en sus cuerpos sumergiendo ambos brazos bajo el agua que corre. En 1988 la Dra. Marilyn Goldhaber terminó un estudio sobre 1.583 mujeres a lo largo de tres años. Las que habían estado sometidas a la radiación de las pantallas de computadoras durante períodos superiores a las 20 hs. semanales indicaban una tasa estadística superior al doble de abortos y malformaciones de los fetos. Pese a las objeciones de las partes interesadas en la fabricación de estos implementos electrónicos, son innegables los efectos que manifiestan muchos operadores de computadoras: migrañas, fatiga ocular, insomnio, alergias cutáneas, cansancio crónico, calambres, etc. Las pantallas de cristal líquido (LCD), como las de las Laptop, son quizás la solución ideal, pues utilizan tensiones bajas y no generan campos electrostáticos ni electromagnéticos fuertes. Interacción de los campos electromagnéticos Los campos electromagnéticos contienen energía y ésta puede ser transmitida a otros elementos que encuentren. La radiación electromagnética corresponde solamente al transporte de energía lumínica en forma de paquetes de fotones.

La energía electromagnética se transmite a baja frecuencia en forma de incremento de la energía cinética media de las partículas con las que interacciona, es decir, simplemente genera calor. A partir de cierta barrera (que no es progresiva y empieza en la banda del ultravioleta medio) se genera de forma indirecta radiación ionizante, ya que la energía individual de los fotones pueden hacer a los electrones romper su barrera de potencial que los mantiene unidos al átomo.

Los electrodomésticos Distintos aparatos, tanto en el hogar como en la oficina pueden estar afectando la salud de quienes cotidianamente resultan expuestos a sus radiaciones electromagnéticas. Esto se ve agravado por la mala calidad de sus transformadores internos. El radio-despertador es uno de ellos, en especial por la larga exposición (8 horas) y la cercanía a nuestras cabezas, produciendo insomnios, dolores de cabeza, pesadillas, fatiga matinal. La distancia de seguridad aconsejada es de por lo menos 1 m, aunque lo mejor sería prescindir de ellos o cambiarlos por similares a pilas. Los hornos de microondas son objeto de fuertes controversias. El generador de microondas crea un fuerte campo electromagnético que puede perjudicar la salud de quien trabaja continuamente en las cercanías de estos aparatos en funcionamiento, en lugares tales como bares, restaurantes, pizzerías y supermercados. Pero el mayor peligro radica en la posible fuga de emisiones de microondas, lo que exige el control periódico del cierre del horno. Un horno cuyo sistema de desconexión automático falle en el momento de ser abierto por un niño, si se encuentra a la altura de sus ojos, puede provocarle la ceguera inmediata. Artefactos de iluminación Pese a las ventajas energéticas de los tubos fluorescentes, la habitual mala calidad en las reactancias permite la formación de campos electromagnéticos importantes. Por ello, para grandes instalaciones se aconseja centralizar las reactancias en un gabinete metálico común y alejado de las personas. Por otro lado, por ser este tipo de luz pulsante, aunque no nos demos cuenta, se desaconseja su uso en lugares que requieren de atención visual, como tableros de dibujo o talleres. La vibración de la luz puede compensarse montando tres tubos juntos conectados a fases distintas. El campo electrostático que emiten los tubos fluorescentes puede corregirse apantallando los tubos con una rejilla metálica y conectándola a tierra. En general se aconseja que la distancia entre un tubo fluorescente y las personas sea de 1,5 m. Las lámparas incandescentes, de menor rendimiento que las fluorescentes, carecen en cambio de efectos electromagnéticos perniciosos, aunque su instalación defectuosa puede producir campos eléctricos bastante fuertes. Para evitarlo hay que verificar que el interruptor al apagarse interrumpa la fase y no solamente el neutro. Los transformadores asociados a lámparas halógenas o dicroicas son también una importante fuente de campos electromagnéticos, por lo que se aconseja

alejar estos transformadores de las personas que trabajan bajo este tipo de iluminación o centralizar la instalación. Los transformadores En general todo transformador irradia un campo electromagnético que puede resultar nocivo para las personas que se hallen en sus cercanías en tiempos prolongados. Lo ideal es utilizar transformadores toroidales, que tienen mayor rendimiento, menor consumo y mínima contaminación electromagnética. Fuentes de origen externo a la construcción Muchas veces los campos electromagnéticos que podrían estar afectando la salud de una vivienda pueden provenir de los aparatos o las instalaciones de los vecinos a través de las paredes medianeras. Un televisor o un monitor de computadora cuya parte posterior se apoya contra una pared, emite campos electromagnéticos que la atraviesan. Especialmente peligrosos son los consultorios médicos u odontológicos equipados con equipos de rayos X y otros de alta potencia. Lo mismo sucede con pequeñas industrias y talleres ubicados en zonas urbanas. Antenas emisoras de radio y televisión En las cercanías de estas antenas se captan fuertes campos eléctricos y electromagnéticos, especialmente en las emisoras de AM. Se han detectado casos de grave contaminación electromagnética en las viviendas aledañas a antenas de radioaficionados y de emisoras ilegales de exagerada potencia. Estos casos se agravan cuando la antena no sobrepasa los edificios circundantes y los departamentos en altura quedan alineados con la torre. Lo mismo sucede con las antenas de enlace por microondas cuyo cono de dispersión barre con reas habitadas. Lilia Garcén, Arquitecta. Claudio Ardohain, Geobiólogo. Pruebas y cambios en la legislación Con el auge de la telefonía celular, las preocupaciones comenzaron a surgir, no sólo debido a los efectos que podrían tener en el cerebro de los usuarios, sino también que a medida que su uso se expande, se necesita una mayor cantidad de antenas transmisoras en todo el mundo, lo que lleva a la preocupación sobre la amplitud de los campos electromagnéticos próximos a los transmisores. En Alemania, el Wissenschafts Zentrum Umwelt ha desarrollado un sistema de medición de EMVU, lo que permite que la intensidad de estos campos sea medida con profesionalidad. Se trata de un sistema diseñado para un registro a largo plazo de campos electromagnéticos de alta frecuencia para observar las variaciones de este tipo de emisiones de los transmisores de radio y la distribución proporcional de las emisiones desde diferentes servicios de transmisión. La preocupación y la alarma social trajo consigo cambios en la legislación de varios países: en 1974 la Unión Soviética fue la primera al aprobar una ley que establece que las líneas de tensión que generen campos superiores

a los 25 kV/m deben estar ubicados a no menos de 110 metros de la edificación más cercana. En Estados Unidos, no existe una legislación federal de salud para el caso de los CEM de 60Hz. Sólo seis estados han establecido estándares en los campos eléctricos de las líneas de transmisión: Florida, Montana, Nueva Jersey, Nueva York y Oregón. Mientras que sólo dos de ellos, Nueva York y Florida, establecieron niveles máximos permitidos para los campos magnéticos en las líneas, bajo condiciones de carga máxima, lo que les permite que las líneas de energía futuras no superen esos niveles. De acuerdo a un trabajo realizado en 1990 por la International Radiation Protection Association (IRPA) y la International Comission of Non-Ionizing Radiation Protection (INIRC), en los campos eléctricos de 10 a 30 kV/m, la intensidad del campo (kV/m) x hora, no debería exceder los 80 por jornada laboral completa. El cuerpo expuesto a campos magnéticos por hasta 2 horas por día no tendría que exceder los 50 Gauss. Las directrices establecidas por estos dos organismos están fundamentadas bajo el "principio de precaución" y no siempre se refieren a campos de naturaleza electromagnética.

Posibles efectos dañinos en la salud

BIBLIOGRAFIA Vivir en casa sana, Mariano Bueno, Ed. Martínez Roca. El gran libro de la casa sana, Mariano Bueno, Ed. Martínez Roca. Edificación Solar Biológica, Pierre Robert Sabady, Ed. CEAC. The Nontoxic Home & Office, Debra Lynn Dadd, Tarcher Inc. Efectos biológicos de los campos electromagnéticos de frecuencia baja, artículo de la Revista de la Asociación Española de Medicina del Trabajo.