La "tierra" es sagrada en el ámbito del audio.Hoy en día la tecnología ofrece una calidad y fidelidad extraordinarias en los aparatos que conforman nuestros sistemas de audio debido a los elevados niveles de relación señal-ruido conseguidos.
Sin embargo el ruido eléctrico de los sistemas de toma de tierra suele estar presente (de manera audible o inaudible), desconcertando a los aficionados y también a los expertos.
El ruido eléctrico es de los problemas más frecuentes y peor entendidos en instalaciones de audio y vídeo y tiene mucho que ver con la toma de tierra (y masas) de nuestros sistemas.
La distribución eléctrica en la mayoría de los países se basa en el sistema de tres conductores: fase (vivo), neutro y tierra.
Los tres cables que van a los enchufes de tu casa son: la fase, el neutro y la toma de tierra (verde -amarillo), que no lleva corriente y sólo es un elemento de protección por si se deriva corriente de un aparato a su carcasa (por un mal contacto). El neutro y la tierra se supone que están en el potencial de tierra.
La diferencia de potencial entre fase y neutro es de aproximadamente 230 V. Podemos localizar la fase fácilmente aplicando las puntas del buscapolos a los agujeros del enchufe. Es un diodo que se ilumina al circular corriente por nuestros dedos y a través de él. Entre los dos ofrecemos una grandísima resistencia y por lo tanto pasa una intensidad muy baja, tan baja que ni se nota.
El buscapolos se encenderá en el orificio de fase, el que nos puede matar de un "corrientazo" por contacto.
El otro orificio del schuko correspondería al neutro. Y las dos patillas transversales a ambos lados de los agujeros están conectadas al conductor de tierra.
Generalmente existe cierta confusión entre los términos
masa y
tierra que, con frecuencia, son utilizados como sinónimos. Trataremos de aclarar estos conceptos, que resultan además fundamentales en el estudio de las interferencias electromagnéticas (EMI).
El concepto de "tierra" puede resultar confuso al poder referirse a tres situaciones diferentes: tierra (masa) del chasis, tierra (masa) de la señal y tierra propiamente dicha.
Los tres indican la conexión a un punto equipotencial, de (teóricamente) voltaje 0, pero dentro de un contexto diferente: tierra (masa) del chasis para un dispositivo, tierra (masa) de señal para señales de muy baja tensión dentro del dispositivo y tierra de la red o suministro de energía eléctrica.
Así, el diseñador del circuito podría verlo como la referencia de tensión del circuito o camino de retorno de las corrientes. Para el diseñador del sistema podría ser el chasis o rack y para el electricista es la conexión de masa de seguridad o la conexión a tierra.
Hay que puntualizar que la tierra como voltaje cero es un ideal teórico, por muy bien implementada que esté. Sólo un conductor con impedancia cero tendría un voltaje 0. En realidad un plano de tierra o conducto generalmente tendrá voltajes variables a niveles insignificantes, aunque algunas veces no tanto como sería deseable.
TIERRASe refiere al potencial de la tierra física que influye en los edificios, líneas, instalaciones eléctricas, etc.
Una instalación de puesta a tierra se compone esencialmente de unos electrodos (picas, placas o conductores que se hallan en íntimo contacto con el terreno) y de una red de conductores que los conectan a las partes de la instalación que deben ser puestas a tierra.
La función de la puesta a tierra de una instalación eléctrica es la de forzar la derivación al terreno de las intensidades de corriente de cualquier naturaleza que se puedan originar.
En la reglamentación
REBT-GUÍA-BT-18 (INSTALACIONES DE PUESTA A TIERRA) encontramos la definición de puesta a tierra:
la denominación de “puesta a tierra“ comprende toda la ligazón metálica directa sin fusible ni protección alguna, de sección suficiente, entre determinados elementos o partes de una instalación y un electrodo, o grupo de electrodos, enterrados en el suelo, con el objeto de conseguir que en el conjunto de instalaciones, edificios y superficie próxima del terreno no existan diferencias de potencial peligrosas y que, al mismo tiempo, permita el paso a tierra de las corrientes de falta o la de descarga de origen atmosférico.
La puesta a tierra de los circuitos de potencia se realiza fundamentalmente por razones de seguridad.
En los circuitos de señal es importante para la operación de los sistemas sin perturbaciones (ya que evitará la influencia de objetos próximos que en general tienen un potencial referido a tierra).
La norma de seguridad prevalece sobre la de buen funcionamiento y, por lo tanto, siempre deberíamos respetarla.
La principal función del sistema de electrodos de toma de tierra es proveer un camino de baja impedancia para los rayos y otros transitorios de voltaje que pueda haber en la línea eléctrica. Los rayos tienen un gran ancho de banda con un pico de 1 MHz. A esa frecuencia la característica dominante del conductor de tierra es su inductancia, que viene determinada por la longitud del cable. Además, se reduce también proporcionando muchos caminos en paralelo (malla o enrollado).
En principio, se podría dejar un sistema eléctrico aislado en sí mismo, flotante con respecto a tierra, sin que en teoría existiese ninguna causa de mal funcionamiento.
Sin embargo, un contacto accidental de algún conductor ajeno al sistema, una resistencia de fugas en algún componente teóricamente aislado o, incluso una descarga electrostática, podrían poner a todo el sistema a un potencial desconocido, que podría ser elevado y, por lo tanto, peligroso para la seguridad humana si llegase a producirse un contacto persona-sistema.
Es por esto que las reglamentaciones eléctricas imponen la norma de unir las carcasas metálicas de los circuitos con tierra.
La Guía Técnica de Aplicación
GUIA-BT-Anexo 4 “Instalaciones interiores en viviendas. Prescripciones generales de instalación” recomienda una resistencia de la toma de tierra inferior a 15 ohmios en edificios con pararrayos, e inferior a 37 ohmios en edificios sin pararrayos. Por otra parte, la normativa que aplica a las Infraestructuras Técnicas de comunicaciones obliga a que el valor de la toma de tierra en estas instalaciones sea inferior a 10 ohmios.
REBT: El electrodo se dimensionará de forma que su resistencia de tierra, en cualquier circunstancia previsible, no sea superior al valor especificado para ella, en cada caso.
Este valor de resistencia de tierra será tal que cualquier masa no pueda dar lugar a tensiones de contacto superiores a:
24 V en local o emplazamiento conductor
50 V en los demás casos.
MASA Es el conductor de referencia de potencial cero (teórico) con respecto al cual se miden el resto de potenciales del circuito, y que coincide con el cero de la alimentación.
La masa de señal se define normalmente como un punto o
plano equipotencial que sirve como referencia para un circuito o sistema. Físicamente es el conductor por donde se suelen realizar los retornos de las señales activas del circuito.
De manera genérica podríamos considerarla simplemente una vía de retorno hacia la fuente eléctrica ya que la corriente en un circuito siempre tiene que volver de alguna manera u otra hacia la fuente.
Por tanto el propósito de un cable o pista de masa en un circuito es el de proveer un camino de baja impedancia de retorno hacia la fuente.
Recordemos también que los potenciales de los conductores son en realidad diferencias de potencial con respecto a algún punto de referencia, que es la masa del circuito.
Naturalmente, dentro de un mismo sistema pueden existir varios circuitos completos aislados galvánicamente entre sí y, por lo tanto, con varias fuentes de alimentación independientes y varios sistemas de masa.
Es decir, no existe una masa única, sino que cada circuito posee su propia masa o punto de referencia equipotencial.
Un sistema completo de conexiones a masa puede estar flotante con respecto a la tierra y ser totalmente independiente de ella (es el caso de los aviones).
Es en los conductores de masa donde se ponen en relación todos los diferentes subsistemas de un equipo, facilitando así la existencia de una vía para el intercambio energético entre ellos. Diversos fenómenos producidos en estos circuitos de masa son, en gran cantidad de casos, el origen de un mal funcionamiento y perturbaciones en la señal de los equipos electrónicos por causa de las interferencias electromagnéticas (EMI).
Para mejorar la compatibilidad electromagnética de los productos se colocan barreras y caminos de corriente de manera que las interferencias sean desviadas o absorbidas antes de que entren en el circuito.
La mayoría de los circuitos electrónicos utilizan un máximo de tres retornos de masa: masa de los circuitos digitales, masa de los circuitos analógicos y masa de los elementos de potencia.
Además se ha de considerar el sistema de conexiones de tierra de los chasis.
Estos cuatro sistemas se unirán después entre sí en un solo punto equipotencial, en la toma de tierra de entrada a la vivienda .
En otros casos se puede utilizar el concepto de masa separadas, reuniendo por una parte las masas de los circuitos y por otra, las tomas de tierra de los chasis. Se unirán después en una conexión lo más corta y robusta posible.
Es difícil diferenciar ambas masas dado que en general se encuentran unidas.
Hay dos razones para conectar las masas de señal y del chasis juntas.
- Una es para minimizar los efectos del acoplamiento electrostático entre el chasis y la circuitería interna.
- La otra es la necesidad de mantener la masa de la señal de dos componentes interconectados a casi el mismo potencial (plano equipotencial).
Esto ayuda a reducir el ruido por acoplamiento parásito, y a mantener la referencia de varios equipos prácticamente en el mismo potencial, previniendo así la pérdida de rango dinámico en la cadena de audio.
Para la unión de la masa del chasis con la masa de la señal, una de las ideas más aceptadas es hacer una conexión del tipo estrella para evitar que circule corriente por donde no debe (por ejemplo el circuito electrónico).
Podemos encontrar aparatos con doble aislamiento eléctrico (dispositivos de clase II) que han sido diseñados de tal forma que no requieren una toma a tierra de seguridad eléctrica.
En general, la conexión de toma de tierra de seguridad no es necesaria para la finalidad de la compatibilidad electromagnética (CEM). Después de todo los aparatos con funcionamiento a pilas pueden funcionar muy bien sin ella.
Sin embargo los beneficios de su utilización en nuestros sistemas de audio quedan patentes al escuchar la mejoras en las prestaciones cuando se implementa de manera adecuada.
Se puede tener una red equipotencial en la que todos los elementos conductores se encuentran cargados con un mismo potencial, sin necesidad de estar conectados a una toma de tierra. Estableciendo un símil hidráulico, tendríamos una red de vasos comunicantes con un nivel común de carga de todos los elementos conductores susceptibles de transferir una tensión. En la figura podemos ver dos planos equipotenciales locales diferentes que, en el caso de interconectalos tenderían a equilibrarse
La función de la toma de tierra sería llevar esa carga común de cada uno de los planos equipotenciales al cero teórico en el caso de tener una toma de tierra de calidad, que cumpla con la condición de tener una impedancia lo más baja posible.
Siguiendo con el símil hidráulico, equivaldría a vaciar la red de conductos.
La Norma Técnica de Medición en Bioconstrucción SBM 2015, que describe las influencias ambientales interiores biológicamente críticas, recomienda una resistencia máxima de 6 Ω (Ohmios), y si es posible inferior a 2 Ω (Ohmios).
En definitiva, nos interesa mantener la equipotencialidad en todo el edificio, lo cual consiste en equilibrar las cargas de los materiales conductores existentes en el mismo. Este equilibrio se consigue a través de una red de elementos conductores que logran un nivel común de carga (plano equipotencial). Por ello se conectan los aparatos (también elementos metálicos) a un punto común (tierra) mediante el cable verde/amarillo.
Podríamos distinguir varios planos equipotenciales en el ámbito que nos interesa. El del sistema de audio, el de la vivienda (la regleta de tierra equipotencial del cuadro eléctrico) y el del edificio (la toma de tierra de la edificación). En condiciones idóneas todos ellos deberían equilibrarse con la toma de tierra de la edificación.
Si bien puede ser preferible el no disponer de toma de tierra que tener una "mala tierra" para el desempeño de nuestro sistema de audio, no cabe duda de que la distribución eléctrica de calidad no consiste solamente en proveer energía para los componentes del mismo, sino en conseguir que los aparatos estén unidos por un único sistema cohesivo.
Nos referimos a un punto de referencia de tierra estable entre los distintos componentes que prevenga la formación de voltajes extraviados y ruido circulando entre las diferentes partes del sistema.
Los audiófilos deberíamos de ver la cuestión de una manera diferente a como lo haría el instalador eléctrico, tomando en consideración no solamente el plano de tierra sino también el/los planos de masa, enfocándolo como un drenaje para todo tipo de corrientes reactivas que aparecen en el sistema de tierra/masa, tanto las procedentes de la red eléctrica como las creadas por los propios componentes del sistema de audio.
De modo que no solo nos interesa el disponer de toma de tierra por cuestiones de seguridad, sino que además deberíamos tener una red equipotencial, además de en el edificio que vivimos, en nuestro sistema de audio con la menor carga posible (que provea a los circuitos de un punto de referencia o común).
Eso requiere una toma de tierra de baja impedancia, fundamental para sacar a relucir la dinámica y resolución de nuestros equipos.
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