Modelamiento y caracterización de estructuras de concreto para la mitigación de problemas de interferencia electromagnética

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Resumen

The purpose of the degree work is to show the effectiveness of electromagnetic shielding provided by concrete structures (walls), with and without reinforcement with steel meshes, in a defined frequency range. Screening analysis will be carried out through simulations carried out in COMSOL Multiphisics1. The concrete mix, thickness and longitudinal and transverse distances between bar and steel bar (reinforcement) were varied in the walls. In the first instance, the electrical properties of the concrete structures were characterized by the mathematical models of Debye and Jonscher, given the need to evaluate the complex electrical properties (obtained in experimental form through a bibliographical research) in a certain frequency range . The characterization was performed by means of an own application implemented in Matlab, whose main function is to apply certain mathematical models to dielectric means. Then, the electric properties already characterized are implemented in the virtual walls. Secondly, it was assessed whether concrete structures offered electromagnetic shielding appropriate to medical equipment for medical use, according to the limits of electromagnetic immunity proposed in the IEC 60601 1-2 standard. The shielding was obtained in the presence of selected electromagnetic environments according to studies carried out on electromagnetic compatibility of electronic equipment in hospital premises, the environments are normalized from the established by the standard IEC 61000 2-5. Finally, an evaluation of the components (mixture) and shape (morphology) of concrete structures with and without reinforcement (steel meshes) was carried out, which offer better electromagnetic shielding. The obtained results are compared with those obtained in scientific articles present in the bibliography.

Descripción

El trabajo de grado tiene como alcance evidenciar la efectividad de apantallamiento electromagnético otorgada por estructuras (muros) de concreto, con y sin reforzamiento con mallas de acero, en un rango de frecuencias definido. El análisis de apantallamiento se llevará a cabo a través de simulaciones realizadas en COMSOL Multiphisics1. En los muros se varió la mezcla de concreto, grosor y distancias longitudinales y transversales entre barra y barra de acero (refuerzo). En primera instancia se caracterizaron las propiedades eléctricas de las estructuras de concreto por medio de los modelos matemáticos de Debye y Jonscher, dada la necesidad de evaluar las propiedades eléctricas complejas (obtenidas en forma experimental a través de una investigación bibliográfica) en determinado rango de frecuencias. La caracterización se realizó por medio de una aplicación propia implementada en Matlab, la cual tiene como función principal aplicar determinados modelos matemáticos a medios dieléctricos. Luego, las propiedades eléctricas ya caracterizadas son implementadas en los muros virtuales. En segundo lugar se evaluó si las estructuras de concreto ofrecían un blindaje electromagnético apropiado a equipos electrónicos de uso médico, según los límites de inmunidad electromagnética propuestos en el estándar IEC 60601 1-2. El apantallamiento se obtuvo en presencia de ciertos entornos electromagnéticos elegidos según estudios realizados sobre compatibilidad electromagnética de equipos electrónicos en recintos hospitalarios, los entornos están normalizados a partir de lo establecido por el estándar IEC 61000 2-5. Finalmente se realizó una evaluación de los componentes (mezcla) y forma (morfología) de las estructuras de concreto con y sin reforzamiento (mallas de acero), que ofrecen un mejor blindaje electromagnético. Los resultados logrados son comparados con los obtenidos en artículos científicos presentes en la bibliografía.

Palabras clave

Modelamiento, Caracterización, Estructuras de concreto, Interferencia electromagnética

Materias

Ingeniería eléctrica - Tesis y disertaciones académicas , Apantallado (Electricidad) , Hormigón - Pruebas , Modelos matemáticos

Citación