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Electrónica y Telecomunicaciones
CONTINUIDAD Y AISLAMIENTO.
Una operación que debe realizar el técnico eléctrico muy a menudo es la
comprobación de la bondad de la conexión entre uno y otro extremo de los cables. La
situación es:
-
“No se detecta que”.
Ese “que” puede se por ejemplo la señal procedente de un detector de
proximidad para el automatismo. Suponiendo que nos encontramos a cierta distancia
del punto en donde se genera ésta, muy probablemente ante el bornero de entradas
del armario eléctrico, la primera pregunta que nos hacemos es:
-
“¿Llega hasta aquí la notificación?”.
Dado que entre el punto de donde parte la información y el que lo recibe hay
tendido al menos un hilo conductor, lo primero que debemos hacer es comprobar si la
avería reside en éste, circunstancia que se da muy a menudo. Para ello, lo primero
que haremos será localizar los dos extremos del cable en cuestión y desconectarlos
para que éste quede eléctricamente “flotante” (con la práctica se aprende a decidir si
la desconexión es imprescindible, pero ante la duda es mejor hacerlo).
Comprobación indirecta.
Merece la pena empezar con una comprobación indirecta porque es la más
cómoda de llevar a cabo. Consiste en conectar un extremo del cable con un punto que
tenga potencial común, normalmente Tierra o Masa; normalmente la Tierra del taller
suele ser buena y fácil de
localizar. El otro extremo lo
conectamos a un punto del
V
mismo potencial, intercalando
un Óhmetro: Si el cable está
bien debemos leer una resistencia de valor muy próximo a cero:
a).- Si la resistencia leída es de apenas alguna décima de Öhmio es casi seguro
que se trate tan solo de un remanente del ajuste del polímetro y podemos considerar
que el cable está bien.
b).- Si la resistencia es baja pero de un valor apreciable, del orden de un par de
Óhmios pero no más allá de cien, es también muy probable que el cable esté bien y
que la culpa de esa resistencia resida en que la conexión a tierra que estamos
empleando es deficiente. De todas formas en este caso es necesario asegurarse
realizando una comprobación directa.
c) Si la resistencia es infinita o de valor muy elevado, pongamos unos miles de
Óhmios, es seguro que el cable esté interrumpido por un corte.
Cuando manejamos cables de tierra debemos mirarlos con reservas porque a
veces ésta se hace de mala manera o no se cuida y en ese caso la tierra se convierte
en una conexión a medias con la red que produce sustos en forma de calambrazos y
averías por sobretensión en los circuitos electrónicos. No quiero decir con esto que la
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tierra de los talleres sea sistemáticamente mala, sino que a veces las circunstancias
condicionan a algunas personas a dejar los remates “para luego” y las tomas de tierra,
al no intervenir directamente en la producción pueden recibir en cierto modo un trato
de Cenicientas.
-
Encontramos los cables de la conexión RS-232 chamuscados como si
algún gracioso se hubiera entretenido con el mechero. Se habían visto
afectados, creo recordar que tres ordenadores y el de la oficina. La
máquina era de corte por oxidación (el principio del soplete) y en el taller
los amperios se medían por kilos. El “técnico” del lugar pretendió
comprobar la continuidad de una de las líneas de la red empleando una
tierra en mitad de la producción y sin tomar ningún tipo de medida.
Sistema directo.
Consiste en sustituir la tierra que se utiliza en la comprobación indirecta por un
cable que se tiende ex profeso. Como el conductor empleado ahora, es de fiar, el
resultado de la prueba es fiable al cien por cien, aunque a veces pasan cosas que
sorprenden.
-
Se trataba de una instalación nueva con una cámara de vídeo que, de
repente, fallba. Como los cables iban por lugares a los que es difícil acceder
sin parar las máquinas, se echa un cable de prueba por otro camino, y la
comprobación por el método directo indica que los conductores están
perfectamente. La cámara sigue sin funcionar, pero se comprueba que hay
tensión entre los puntos de alimentación (bus USB). Como empezamos a
ver “fantasmas”, intercambiamos el par de alimentación por el de señal y
viceversa, y ¡La cámara funciona!. Lo extraño es que si estaba interrumpido
alguno de los cables del par de señal, ahora que se emplea para
alimentación debería haberse interrumpido ésta, pero ¡No!. Como la
máquina debe producir nos contentamos con dejarla en marcha, pero los
pensamientos siguen fluyendo. Como era de esperar, la avería se
reproduce, esta vez de forma intermitente. Con harto dolor de nuestro
corazón y de la economía del taller, se paran las máquinas para echar un
nuevo cable. El resultado es negativo: Ahora no funciona de todas todas.
Alguien comenta que la distancia máxima de conexión de un USB está
limitada. Miramos en Internet: ¡5 metros!. Se me antoja que la del que
tenemos entre manos, siete metros y medio recién medidos, no es tan
superior como para pagarlo tan caro, pero hacemos la prueba recortando
de donde se puede: Suavizando curvas y evitando prolongaciones al
máximo. La cámara vuelve a funcionar perfectamente y la lección queda
aprendida.
AISLAMIENTO.
La pérdida de señal puede ser también debida a una derivación, lo más común
a masa o a tierra. En este caso la comprobación de interrupción no tiene significado.
El síntoma que diferencia el corte de la derivación es que cuando se produce ésta la
señal desaparece en ambos puntos: Destino y Origen; es como si el componente
generador de la señal hubiera dejado de funcionar y de hecho ante los primeros
síntomas hay que pensar que puede estar pasando cualquiera de las dos cosas. Lo
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primero que haremos es desconectar los cables al componente y medir con el
Óhmetro ajustado en una escala muy sensible (MΩ):
a).- Si la resistencia leída es
del orden del Öhmio es seguro de
que hay un cortocircuito entre los
dos hilos. Las causas pueden ser
muchas, a menudo haberlos
machacado al pisarlos
reiteradamente por estar mal
protegidos.
b) Si la resistencia es infinita o de valor muy elevado, pongamos unos MΩ es
seguro que no hay derivación entre ellos.
Sin embargo aún dándose el caso b) podría haber un cruce con otro conductor,
así que si la cosa se complica, para salir de toda duda cambiaremos la pareja de
conductores por otra, al menos provisional.
Si hubiera habido cortocircuito hay que contar con que puede haber dejado
huella porque habrá provocado corriente elevada en puntos donde no se preveía y si
sistema carece de medios de protección (a veces no es posible integrarlos) se puede
haber deteriorado algún componente. Por esta razón, después de solucionar una
avería de cortocircuito hay que verificar el estado en el que han quedado los
"supervivientes".
EL MEGGER.
Cuando se habla de aislamiento no hay que olvidar el Megger. Se trata de un
instrumento parecido a un Óhmetro en el sentido de de que proporciona una lectura
relacionada con la resistencia entre sus puntas de test, pero que, además genera
tensiones de prueba todo lo elevadas que sea necesario para reproducir las
condiciones de trabajo del circuito objeto de la comprobación. La imagen de sus
versiones
antiguas
era
muy
elocuente porque ofrecía la manivela
de una “magneto” con la que, al
girar, se proporcionaba una elevada
tensión (aparato de la izquierda). Los
modelos actuales tienen un aspecto
más parecido a un polímetro
convencional (derecha). Hay que
tener cuidado cuando lo usemos
porque no se puede conectar
alegremente
a
los
circuitos
electrónicos, pues las elevadas tensiones destruirían sus componentes. Está
resultando un verdadero dolor de cabeza el accidente del electricista que, al medir el
aislamiento de un motor, por no desconectarlo de la toma de su regulador de
velocidad, “fríe” los transistores de salida.
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COMPROBACIÓN DE RESISTENCIAS.
Los componentes que más abundan en los circuitos electrónicos son las
resistencias. También han sido, junto con los fusibles, la familia más proclive a la
avería, tanto, que nuestros padres y abuelos ante un aparato que dejaba de funcionar
respondían a la pregunta ¿Qué ha pasado? con: ¡Se habrá quemado una resistencia!.
Los síntomas de una resistencia deteriorada son bastante visibles: Color oscuro que
hace suponer que esté chamuscada, olor a quemado, humo, calor excesivo al
tocarla... No son precisamente señales "científicas", pero sí relevantes desde el punto
de vista práctico. Sea cual sea lo que nos ha llamado la atención de la resistencia
abordaremos su comprobación para, o cambiarla o dejarla en paz.
COMPROBACIÓN BAJO TENSIÓN.
Mejor es empezar por aquí, pues como no hay que desconectar nada, la
comprobación es rápida. Como el circuito está conectado a la alimentación debemos
ser cuidadosos en su manipulación para
Sal
Ent
R
no provocar más averías, y no recibir
2
1
calambrazos desagradables. Debemos
tener el esquema delante, o al menos
conocer la parte del circuito que vamos a
comprobar. Fijaremos la atención en los
dos extremos del componente mirándolo
como un puente que “recibe” tensión en su “Entrada”, y “permite” que una fracción
alcance su “Salida”. Esta no es una manera de mirar muy “científica”, pero es efectiva
al cien por cien. La resistencia absorbe la
M edir
diferencia de tensión que encontremos
tensión en
la Entrada
entre ambos puntos.
Existe
No
Si
La interrupción
está antes de aquí
M edir
tensión en
la Salida
Baja
N ula
R esultado
R esistencia
C ortada
N orm al
R esitencia
correcta
R esistencia
aum entada
A continuación realizamos las
comprobaciones como se indica en el
diagrama de flujo. De todas las
conclusiones que se pueden derivar, la
de resistencia aumentada es la más
incierta. En efecto, antes de decidir si
realmente la causante es la resistencia
hay que medir ésta en vacío, porque es
muy probable que la causa de la
excesiva caída de tensión sea un
consumo elevado del circuito situado
detrás.
-
Domingo por la tarde. La máquina tenía que funcionar como fuera. Se trataba de un
pequeño taller que procesaba piezas de esponja, y su dueño tenía que cumplir un
compromiso en el que le iba mucho. La máquina de soldadura por alta frecuencia, cuya
etapa de potencia estaba construida con válvulas de vacío se negó a trabajar, y me
pidieron que, por amistad les echara una mano. Me encontré sospechando de unas
resistencias de alto valor, unos 10 MΩ, pero no tenía forma de hacer una medida fiable
con mi polímetro. Además, para conseguir una sola resistencia de aquellas características
tenía que fabricármela asociando varias, muchas, porque el valor era muy elevado, y la
potencia a disipar, creo que cuatro o cinco Watios, era demasiada para lo que había en mi
caja de herramientas. Por último, la tensión alrededor de la zona de trabajo no invitaba a
moverse con los paneles desmontados y alegremente. Me fabriqué una resistencia de
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prueba de la siguiente forma: ¿Qué característica tenía mi polímetro?: 20.000 Ω por Voltio,
así que en el alcance de 500 V ya tenía entre las bananas 10 MΩ. Acto seguido fui
poniendo las puntas en los extremos de las resistencias sospechosas, haciendo
exactamente igual que si estuviera midiéndolas, y ¡Voilá!, en la segunda o tercera la
máquina silbó con toda alegría. Procedí a realizar el apaño, aquella noche el taller pudo
finalizar la tarea y se cumplió con el pedido el lunes a primera hora. ¿Chapuzas? ¡Cuántos
quisieran!.
COMPROBACIÓN EN VACÍO.
El resultado que ofrece más fiabilidad se obtiene de una medición con el
Óhmetro. Para llevarla a cabo es imprescindible, por razones obvias, desconectar el
circuito de la alimentación. No olvidar que las pinzas han de conectarse a los puntos
de medida de manera que el contacto sea franco. Para conseguirlo, procurar acceder
desde las soldaduras, y clavar, así, literalmente, clavar las puntas de las bananas en
el estaño. Si no procedemos así, con
el Óhmetro la medida está condenada
Conectar el
al fracaso. Además debemos poner
Óhmetro
especial cuidado en no tocar los dos
terminales del Óhmetro con los dedos,
No
<=
porque sobretodo cuando medimos
valores altos, la resistencia de nuestro
cuerpo quedaría en paralelo con la
Si
Resistencia
que estamos comprobando, y la
Intercambiar
Cortada
bananas
medida sería errónea.
o aumentada
Hay que comprobar la conducción en
ambos sentidos. Esto se debe a que la
<=
resistencia no se ha desconectado y
No
por tanto puede haber caminos a
través de otros componentes y puede
Si
tratarse de semiconductores y estos
Probabilidad
conducen en un sentido diferente que
muy alta
en el otro. Con esta prueba se verifica
de estar bien
si la resistencia está aumentada o
cortada, pero su bondad tan solo es
Las preguntas que encierran los rombos son:
sugerida. Si necesitamos asegurarnos que
¿valor medido menor o igual que el de la
en verdad está bien, podemos repetirla
resistencia?.
pero con al menos uno de sus extremos
desconectado del circuito.
DESCONEXIÓN DE UN EXTREMO.
Primero desconectamos uno de sus extremos y a continuación aplicamos el Óhmetro
entre los extremos de la resistencia. Esta medida casi no ofrece dudas (enseguida diré
porqué "casi"). Para la desconexión solo es imprescindible que uno de sus extremos se
halle interrumpido. Para ello, a menudo se hace un corte como el que vemos en la
figura, con la intención de restituir la conexión después de la comprobación. Esta
operación solo se debe llevar a cabo cuando uno casi está seguro de que en verdad
esa resistencia está cortada y habrá que sustituirla por otra. Es evidente que la
práctica sistemática de esta chapuza dejaría una huella de nuestro paso por ese sitio
que diría pocas cosas buenas de nosotros.
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Y por último, un comentario
al "casi" de antes: A veces ocurre
que en presencia de la corriente
que hace fluir el Óhmetro, que por
razones obvias es muy pequeña, la
resistencia se comporta bien, pero
falla cuando se ve atravesada por
la corriente de trabajo. Es evidente
que estamos ante un problema
que solo dejará de ser peliagudo
cuando cambiemos la resistencia
por otra nueva. Si alguien tiene la
tentación de exclamar: ¿Tanta
tabarra para eso!? que piense que,
más a menudo de lo que parece, lo
que cuesta no es la resistencia que
cambiamos sino cambiar la
resistencia, que no es lo mismo.
CONDENSADORES.
Un condensador está compuesto de dos Armaduras que podemos imaginar
como dos planchas de chapa de gran superficie, enfrentadas entre sí, pero sin llegar a
tocarse porque entre ellas existe una lámina de material aislante que se llama
Dieléctrico. Puestos en este punto
merece la pena recordar que el gran
efecto capacitivo se consigue porque la
proximidad entre las armaduras
produce la neutralización mutua del
efecto de las cargas que acuden a
ellas, tanto más acusado cuanto más
proximidad. Cuando se carga un
condensador, la carga aparente que ha
accedido a él es mucho menos que la
real. Evidentemente, además de
cuanto mayor superficie tengan las armaduras, cuanto más cerca estén entre sí mayor
será la capacidad del condensador. Como el hecho de acercar mucho las armaduras
para hacer que el condensador sea lo más pequeño posible tiene el peligro de que
salte el arco entre ellas en la fabricación de condensadores existe un serio
compromiso entre el valor de su capacidad y la máxima tensión que puede aplicársele
sin que el dieléctrico se deteriore. Las averías en los condensadores pueden ser:
-
1.- Condensador perforado. Sencillamente, el dieléctrico ha fallado en algún
sitio, y se ha vuelto conductor. Este fallo hace que en lugar de un
condensador tengamos un cortocircuito.
-
2.- Condensador con fugas. Es muy frecuente que en alguna zona el
aislante pierda su rigidez dieléctrica, lo que conlleva a una pérdida
significativa de capacidad y sobretodo supone la presencia de una
resistencia en paralelo con el condensador que normalmente arruina el
rendimiento del circuito donde se encuentra.
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3.- Condensador abierto. Es algo muy poco frecuente. Ocurre cuando alguna
de las conexiones con la armadura se ha interrumpido. El efecto es el
mismo que si hubiéramos quitado el condensador.
4.Condensador
Seco.
Los
condensadores
electrolíticos se construyen en un bote de aluminio con un
fluido conductor que hace las veces de armadura. La otra
armadura en una cinta metálica recubierta de óxido que hace
de Dieléctrico. Como el líquido moja la superficie de la cinta
metálica pero no puede hacer contacto con ella porque está el
óxido por medio, el efecto de condensador es muy acusado.
Sin embargo el sistema envejece porque con el tiempo el
fluido pierde facultades y se evapora (parece mentira pero así
es) lo que da lugar a una considerable pérdida de su
capacidad. Un condensador seco ofrece una capacidad
sensiblemente menor que la nominal, y llega un momento en
que hay que reemplazarlo.
Existen comprobadores que miden la capacidad de los condensadores que
cada vez son más baratos. Un servidor ha “crecido” en la época en la que un puente
de estas prestaciones, salvo que estuviera en una actividad exclusiva, era un lujo que
no se podía permitir, por eso para sopesar la capacidad de un condensador tiendo a
utilizar métodos ingeniosos, pero rudimentarios. Los tiempos cambian, y no sería
prudente si despreciara el uso de este instrumental. De todas las maneras, como las
circunstancias en las que se puede encontrar el técnico pueden llegar a ser muy
precarias, merece la pena exponer algunas cosas que podemos hacer armados tan
solo con el polímetro.
COMPROBACIÓN DE AISLAMIENTO.
La sospecha más frecuente sobre un condensador es que se haya
cortocircuitado o que presente fugas. Aplicamos en sus terminales el Óhmetro en el
alcance más alto. Tener en cuenta que en estas condiciones se detecta la más
mínima corriente, por tanto hay que cortar el camino de todas excepto de la que
pueda fluir a través del condensador:
-
1.- Desconectaremos el condensador del circuito. Como acabamos de decir,
cualquier resistencia o semiconductor que se encuentre en paralelo con él,
dejará que circule algo de corriente y el Óhmetro lo indicará como si
existiera una resistencia, seguro que de elevado valor, pero no infinita. Yo
siempre por si acaso, antes de soltar nada mido por si el test sale bueno y
puedo evitarme la desconexión, pero casi siempre compruebo que no me
vale, así que desconecto uno de los extremos.
-
2.- Nos abstendremos de tocar simultáneamente ambas puntas del
polímetro. Es normal tender a apretar con los dedos las conexiones entre
banana y extremo del condensador, pero al menos con una de ellas no
podemos hacerlo porque estaríamos poniéndole en paralelo la resistencia
de nuestro cuerpo, que roda el MΩ.
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Ante la más mínima muestra de conducción debemos sospechar que el
condensador está deteriorado. No debemos confundir esto con lo que se observa en
la comprobación de la constante de tiempo, y que se explica a continuación.
VISUALIZACIÓN DE LA CONSTANTE DE TIEMPO CON EL ÓHMETRO.
Como siempre, la mejor manera de comprobar el estado de un componente es
haciéndole trabajar para que nos demuestre que se comporta como es él. Y en este
caso, un condensador es capaz de cargarse y descargarse a través de una resistencia,
empleando para ello un tiempo que se calcula según una función exponencial [e-(t/τ) ].
Al aplicar el Ómetro, el circuito con
el condensador queda como vemos
en la figura.
La constante de tiempo
depende de la capacidad y del valor
de la resistencia interna del
polímetro, tanto mayor cuanto
mayor sea el alcance seleccionado
(no olvidemos que el polímetro
“cree” que está comprobando
resistencia). En resumidas cuentas,
nos encontramos ante un circuito
donde se carga el condensador, y mientras la función de almacenamiento se
mantenga “viva”, observaremos en la pantalla del polímetro números in crescendo
que pretenden representar el valor de la resistencia por la que circula esa corriente.
Cuando el condensador se haya terminado de cargar la corriente cesará, y el polímetro
indicará resistencia infinita. Es evidente que este comportamiento, variable en el
tiempo, nos permite contarlo y llegar a una conclusión, en principio cualitativa, sobre
la capacidad del componente puesto a prueba:
-
1.- Si nada más conectar, la pantalla muestra una resistencia muy pequeña,
pero poco a poco va haciéndose mayor, y termina por ser infinita, el
condensador es de capacidad elevada, y tiene una pinta muy buena.
Inmediatamente después de una carga conviene invertir las bananas, lo
que hará que se repita el proceso, esta vez en toda su plenitud porque el
condensador deberá desalojar la carga que había tomado en la medida
anterior, y a continuación cargarse con la nueva polaridad. Es una forma de
reiterar la bondad del componente.
-
2.- Es posible que el proceso del punto anterior se desarrolle a gran
velocidad, pero que se observe que en realidad ocurre. Para seguirlo con
más detalle, si es posible elegimos un alcance mayor, o, porqué no,
intercalamos una resistencia en serie para aumentar la constante de
tiempo. De cualquier forma el resultado de la prueba implica que el
condensador es bueno, y que su capacidad es baja (menos de 1 uF).
-
3.- Si nada de lo dicho en los puntos anteriores ocurre, pero el Óhmetro
indica resistencia infinita es muy probable que el condensador sea de muy
baja capacidad, menos de 1nF. Cuando me encuentro en estas
circunstancias (ya sé que el condensador es de muy poca capacidad por su
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forma, el esquema o el rótulo) llego a la conclusión de que el condensador
estará bien. No es definitiva, pero no recuerdo que esta determinación haya
fallado nunca.
Cuando el polímetro es de uno y lo cuida, lo llega a conocer de tal manera que
puede determinar con precisión aceptable el valor de las capacidades que tiene entre
manos.
A PROPÓSITO DE LOS ELECTROLÍTICOS.
Los condensadores electrolíticos son un poco especiales. No olvidemos que el
dieléctrico se construye por deposición de una capa finísima en el electrodo positivo, y
que si se invirtiera la polaridad la capa aislante se destruiría, fluiría corriente entre las
armaduras, y el calor haría que la que es líquida desprendiera gases que terminarían
produciendo presión suficiente para explotar. Es un accidente típico, y aunque la
mayoría de las veces termina en risas puede llegar a ser peligroso.
Cuando sometemos un condensador electrolítico al polímetro, la inversión de la
polaridad no es grave si no dura mucho tiempo, pues por un lado el valor de la tensión
a la que se le somete es muy bajo, y además la corriente que va a fluir, y que es en
definitiva la que ejerce el trabajo destructor del dieléctrico está muy limitada. Aún y
todo, si es de gran capacidad y realizamos la prueba de la constante de tiempo, en la
posición inversa podríamos encontrar que es más dificultoso alcanzar la resistencia
infinita. Si cuando se vuelve a la polarización correcta la prueba finaliza perfectamente
podemos aceptarlo como bueno.
Como he dicho al comienzo, los condensadores de bote van perdiendo con el
tiempo capacidad. Parece increíble, pero el aluminio con el que se construyen éstos
es, desde el punto de vista molecular, muy poroso, y el electrolito termina
evaporándose (SIC Dº José Yoldi, Director Técnico de Bianchi).
Otra curiosidad es que, también con el tiempo, se produce una reacción de
descomposición del dieléctrico que, al tener carácter inverso restituye la tensión
eléctrica que se aplicó entre las armaduras cuando éste se depositó, creándose una
verdadera pila. El resultado es que nos podemos encontrar con que al coger del
almacén un condensador éste se encuentre cargado. Un servidor tuvo hace muchos
años una experiencia con uno que compró en Electrosón y como entonces no conocía
el detalle apuntado no dudó, cuando volvió al establecimiento, en contar en voz alta
delante de la clientela la gamberrada que le habían jugado. Este fenómeno puede
llegar hasta el extremo de que el condensador pierda su dieléctrico, y si así fuera, al
conectarlo de sopetón a la tensión de trabajo no dará tiempo a formarse ni dieléctrico
ni pamplinas porque el calor generado por la gran corriente de fuga provocará una
explosión, o en el mejor de los casos un chorro de fluidos que llaman verdaderamente
la atención. Me ocurrió con una radio antigua que me consiguieron y que conectamos
para ver si se escuchaba algo, y ¡Vaya si se escuchó!... Un zambombazo que nos dejó
temblando. Como alguien decía en aquel momento “¡...eso es de antes de la
guerra...!”, cuando recobré el aliento no pude reprimirme: “¡De la guerra misma tío!”.
Por último, comentar que los condensadores electrolíticos de Tántalo mueren
en cortocircuito. Es una cuestión muy importante porque, así como el condensador de
bote seco no tiene más efecto que el de su paulatina “ausencia”, una evolución hacia
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el cortocircuito significa un consumo de corriente cada vez mayor. Si hay baterías por
medio, la duración de éstas se hace cada vez menor, y si el corto llega a ser franco es
evidente que el efecto puede acabar en avería. Los fabricantes añaden protecciones
para que esta tara no derive en inconvenientes graves, y nosotros debemos estar
atentos a ella allí donde encontremos Tantalio por si la avería tuviera algo que ver con
ello.
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