Simulación multifísica de radomos
Un radomo bien diseñado es transparente a las ondas electromagnéticas en la banda de frecuencias de operación de la antena, a la par que satisface los requisitos estructurales y aerodinámicos impuestos.
Leer más01-12-2022 | Publicado por Joaquín Martí
Este post resume otro recientemente publicado por Dassault Systèmes.
Sólo tenemos que quedarnos sin WiFi para percibir cuánto dependemos de nuestras conexiones. Eso hace necesario proteger los edificios que proporcionan estas conexiones y almacenan nuestros datos frente a pulsos electromagnéticos (PEM), sean intencionados o fortuitos.
Relámpagos
Los relámpagos pueden ser vistosos, pero también tienen contrapartidas. Los rayos se originan al acumularse carga eléctrica en las moléculas de agua o hielo en una nube y hacerse suficientemente alto el campo eléctrico como para ionizar el aire. La zona de aire ionizado desarrolla caminos escalonados que van ramificándose hacia abajo. Cuando uno de ellos se acerca al terreno, otro de carga opuesta se eleva para encontrarlo y establecer un canal conductor entre la nube y el suelo. La nube se descarga en un pulso de corriente, que vemos como un relámpago; puede llegar a decenas o centenas de miles de amperios y genera elevadas temperaturas (hasta 30.000 ºC), lo que provoca una expansión súbita del aire circundante y ondas de choque que oímos como truenos.
Un edificio metálico alto puede constituir un buen camino para el rayo. El edificio se hace parte del canal de transmisión del rayo y se ve sometido a una corriente intensa, con suficiente energía para provocar calentamientos significativos y daños estructurales. Los campos magnéticos asociados a la corriente pueden inducir voltajes y corrientes en el cableado y en los sistemas eléctricos y electrónicos, así como inhabilitar componentes sensibles.
Pulso electromagnético
Un PEM puede ocurrir de forma natural o como consecuencia de actividades humanas. El primero puede causarlo el sol con una eyección de plasma, con su campo magnético embebido, de la corona solar. El segundo se origina en una explosión nuclear por la interacción de partículas con la atmósfera y el campo magnético de la Tierra.
Un PEM produce ondas EM de elevada intensidad, con picos del campo eléctrico de decenas de kilovoltios por metro. Estas ondas pueden penetrar en los edificios por ventanas, ranuras alrededor de puertas, conductos de ventilación, tuberías y cableado. En el interior, los campos generados por el PEM se acoplan a los sistemas electrónicos y pueden dañar dispositivos y destruir datos almacenados.
Protección de la infraestructura digital
Una forma de proteger contra los rayos consiste en desviar la corriente lejos de los sistemas sensibles; por ejemplo, un pararrayos puede recoger el rayo en una ubicación controlada y conducirlo al suelo de manera segura.
El blindaje se utiliza para evitar que los campos magnéticos de baja frecuencia se difundan a través de los materiales y puede aplicarse también al cableado. La protección frente al PEM generalmente conlleva asegurarse de que las aperturas son inferiores a las longitudes de onda del PEM, así como crear zonas protegidas usando blindajes. Se instalan juntas conductoras en ranuras para suprimir aperturas y también pueden aplicarse revestimientos conductores en ventanas para atenuar la transmisión del campo a través del vidrio.
Es posible emplear filtros y protecciones contra transitorios para atenuar o limitar las intensidades y voltajes en interfaces de conexión. Una malla metálica en tuberías de servicios puede filtrar las ondas EM y evitar que penetren en el edificio.
La simulación hace posible evaluar las vulnerabilidades frente a rayos y PEM antes de construir o reacondicionar un edificio. Permite analizar los distintos esquemas de protección considerando su eficacia, estudiar ventajas y desventajas, y reducir costes.
Con una estrategia multidisciplinar se establece que la protección EM no interfiere con la robustez estructural o las prestaciones del sistema de aire acondicionado, ni viceversa. Por ejemplo, las tuberías metálicas del aire acondicionado podrían actuar como canalización de campos EM y corrientes, e incluso amplificarlos por efectos de resonancia EM, agravando sus efectos.
Las técnicas modernas de simulación basadas en el Gemelo Virtual abren nuevos horizontes a los ingenieros al proporcionar una comprensión integral del sistema completo. La simulación con la tecnología de CST Studio Suite permite visualizar los campos y las vías de acoplamiento, y observar el comportamiento del edificio, lo que lleva a optimizar el diseño y la protección. Y si se accede a la simulación EM de SIMULIA a través de la plataforma 3DEXPERIENCE, todos los participantes contarán con datos actualizados, manteniendo la continuidad entre diseño, simulación y construcción.