Algunas Notas sobre:APLICACIONES DE LAS RADIACIONES

NO-IONIZANTES Clases CEM, curso 07/08, marzo

Eduardo Moreno Piquero

El calentamiento por Microondas ofrece numerosas ventajas en los procesos industriales frente a los métodos convencionales tales como aire caliente, vapor, etc.La resonancia magnética es un procedimiento no invasivo en el que se utilizan radiaciones no-ionizantes frente al TAC en el que se usan ionizantes…

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A modo de PRÓLOGO

Kraus afirma en uno de sus libros:” La Civilización evolucionó por el electromagnetismo. De hecho, estamos en una sociedad electromagnética”. Es evidente que los avances tecnológicos de la sociedad del bienestar no pueden entenderse sin la participación de la investigación humana sobre el electromagnetismo. Los motores y generadores eléctricos, el alumbrado y la calefacción eléctrica, los teléfonos, la radio, la televisión, el manejo de datos, la electrónica médica, el radar, sensores remotos, cientos de satélites estacionarios de comunicación cubren la Tierra… todas estas aplicaciones cambiaron nuestra forma de vida sobre el planeta. Y aún ahora, las sondas exploran el sistema solar y más allá…Pero se haría mal en pensar que ya se conoce todo…

H.G. Wells escribió en cierta ocasión: “El pasado no es sino el comienzo del comienzo y todo lo que es y ha sido no es sino el crepúsculo de la aurora “

Espero y deseo que mis alumnos de Fundamentos de Compatibilidad Electromagnética del curso 07/08 de la Facultad de Física, después de oírme y leer estos notas, puedan aclarar sus dudas sobre algunos aspectos aplicados de las radiaciones no-ionizantes, y al mismo tiempo pierdan ese cierto recelo que bien por desconocimiento, o bien por tener una información sesgada, suelen tener sobre determinados aspectos relacionados con las radiaciones electromagnéticas.

Eduardo Moreno PiqueroSantiago, marzo 2008

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Estas notas se han dividido en dos apartados básicos:a) Aplicaciones Tecnológicas, Industriales y Doméstica, pp.3-24.b) Aplicaciones Médicas, pp. 25-39.

I.- Aplicaciones Tecnológicas, Industriales y Domésticas de la Radiación no Ionizante

1. –Introducción, pp. 5-7

1.1. –Radiación ionizante y no ionizante.1.2. –Espectro electromagnético.

2. –Las radiaciones ópticas: Aplicaciones, pp.7-12.

2.1. –El láser.•Industria.•Investigación científica. Medicina•Comunicaciones.•Tecnología militar.•Arte.

2.2.–El Infrarrojo.•Investigación.•Aplicaciones industriales y doméstica.•Aplicaciones militares.

3. –Microondas. Aplicaciones, pp. 12-23.

3.1. –Aplicaciones sin modulación de la señal.

3.1.1. –Secado.•Papel e imprenta.•Industria textil y del cuero.•Construcción.•Fundiciones.•Gomas y Plásticos.•Industria farmacéutica.•Industria Tabacalera.

3.1.2. –Aplicaciones relacionadas con la alimentación.3.1.3. –Aplicaciones varias.

•Polimerizaciones.•Triturado.• Otros.

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3.2. –Aplicaciones con modulación de la señal.

3.2.1. –Sistemas de comunicación.•Telefonía móvil terrestre.•Telefonía móvil satélite.•Redes móviles privadas.•Radiomensajeria.•Radiolocalización GPS.•Comunicaciones inalámbricas.•Internet móvil.

3.2.2. –Aplicaciones del RADAR.•En aeronáutica.•En navegación.•En meteorología.•En astronomía.•Otros.

3.3.- Aceleradores de partículas

4.– Radiofrecuencia : Aplicaciones, pp.23.•Radio.•Otras aplicaciones.

BIBLIOGRAFIA, p. 24.

Figura 1.- Espectro Electromagnético

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1. –Introducción.

1.1. –Radiación ionizante y no ionizante.

Es bien sabido que hay fuentes, tanto naturales como artificiales, que generan energía en forma de ondas electromagnéticas. Estas ondas consisten en campos eléctricos y magnéticos oscilantes que pueden interaccionar con los sistemas biológicos y en concreto con los seres humanos. Atendiendo a la energía que transportan y en función de los efectos biológicos que producen, se clasifican en dos grandes grupos:

Radiaciones Ionizantes: que son las ondas electromagnéticas de frecuencia muy alta (mayor que 1015 Hz) que tienen la suficiente energía para producir ionización, rompiendo los enlaces atómicos que mantienen unidas las células. Estas radiaciones al interaccionar con la materia producen ionización dando lugar a la aparición de uno o varios electrones y a un ion positivo, químicamente activos, por lo que pueden provocar reacciones y cambios químicos en el material con el que interaccionan. Una de las reacciones más importantes es la radiolisis o rotura de los enlaces químicos de las moléculas. Cuando las moléculas afectadas forman parte del material genético de las células, pueden alterarlo. Estos efectos biológicos pueden afectar al propio individuo (efectos somáticos) o a sus descendientes (efectos genéticos). Debemos mencionar que los efectos de estas radiaciones no siempre son nocivos para la salud pues se utilizan también como tratamiento terapéutico de eficacia probada. Las radiaciones ionizantes pueden ser corpusculares (partículas subatómicas) o electromagnéticas (rayos X y rayos g). Los rayos X son radiaciones electromagnéticas cuyos fotones tienen energías comprendidas entre 10 eV y unos miles de electrón-voltio (recordemos que la energía necesaria para ionizar un átomo de hidrógeno es de 13,6 eV). Los rayos γ tienen energías superiores a los rayos X aunque no existe una frontera neta entre ambos tipos de radiación, están solapados en el espectro electromagnético; la diferencia entre ambas estriba en su naturaleza, mientras los rayos X tienen su origen en la corteza de los átomos, los rayos γ se originan en los núcleos de átomos inestables o radiactivos.

Radiaciones No Ionizantes: son ondas electromagnéticas de frecuencia menor y cuya energía no es suficiente para producir rotura de enlaces atómicos; no obstante, pueden producir otros efectos biológicos. A continuación se describen las tres grandes regiones del espectro en la que se dividen estas radiaciones, comenzando por las más energéticas:

a) Radiaciones ópticas: que tienen longitudes de onda comprendidas entre 10 nm y 1 mm y que están formadas por radiación ultravioleta ( 400 nm < l< 100 nm), luz visible ( 760 nm < l< 400 nm) y rayos infrarrojos (1 mm < l< 760 nm). Estas radiaciones producen sobre el cuerpo humano calor y efectos fotoquímicos, es decir pueden iniciar ciertas reacciones químicas conducentes a la aparición de fotofobias, eritemas, exfoliación de tejidos superficiales, etc. La parte más energética de la radiación ultravioleta tiene ya una cierta capacidad ionizadora.

b) Microondas: cuyas frecuencias están comprendidas entre 300 MHz y 300 GHz. Por su gran importancia social hoy en día, merece destacarse la telefonía móvil cuyos rangos de frecuencia dependen del sistema empleado: los analógicos o de 1ª generación se conectan con las estaciones base en la banda de 900 MHz y los celulares digitales de 2ª generación GSM (Global System for Mobile Communications) y DCS (European Digital Cellular System) que funcionan en la banda de 900 y 1800 MHz, respectivamente. En esta zona del espectro, los principales efectos son los debidos a la capacidad de inducir corrientes eléctricas en los tejidos expuestos a ellas, lo que

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conduce a una elevación de la temperatura interna. Son los denominados efectos térmicos. Si el aumento de temperatura debido a la radiación no es severo (menor de 1ºC) la sangre que circula por el tejido es capaz de disipar el moderado exceso de calor. Sin embargo, si el incremento de la temperatura es elevado, producido, claro está, por una exposición muy intensa y el tejido está poco vascularizado, puede dar lugar a daños irreversibles.

c) Radiofrecuencia y campos casi-estáticos: La radiofrecuencia comprende las radiaciones cuya frecuencia está comprendida entre 3 kHz y 300 KHz y cuyos efectos se deben fundamentalmente a tres factores: resonancia, calentamiento y quemaduras o descargas eléctricas. Los campos casi-estáticos son los correspondientes a frecuencias muy bajas, inferiores a 3 kHz . En este caso, los efectos pueden estudiarse separando el campo eléctrico del magnético.

El siguiente dibujo resume de forma gráfica los intervalos de frecuencias que ocupan las radiaciones ionizante y no ionizante y sus principales características biológicas:

Figura 1.- Espectro Electromagnético

1.2. –Espectro electromagnético.

El gráfico de la figura 1 representa el espectro electromagnético dividido en función de los efectos biológicos, aunque esencialmente no hay diferentes tipos de radiación y la división en bandas reside en factores históricos, fisiológicos, modos de producción y/o propiedades específicas de la radiación. En estos apuntes se presentan distintas aplicaciones de la radiación no ionizante dependiendo del rango de frecuencias que utilicen; así pues distinguiremos esencialmente tres zonas de especial interés por sus aplicaciones tecnológicas: (1) Radiofrecuencia de 3 a 300 kHz; (2) Microondas; (3) Radiaciones ópticas.

El rango del espectro electromagnético ocupado por las radiocomunicaciones es dividido en bandas de frecuencia tal y como se muestra en la Tabla 1. Las bandas 9, 10 y 11 comprendidas entre los 300 MHz y los 300 GHz corresponden al dominio de las microondas u ondas centrimétricas, que a su vez tradicionalmente es dividido en bandas designadas por las letras L, S, C, X, K, U, V, W, etc. (Tabla 2). Finalmente, en la Tabla 3, se pueden apreciar las frecuencias y las longitudes de ondas de los distintos tipos de radiación no ionizante objeto de estudio.

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Tabla 1

Banda Designación Límites en frecuencia4 VLF Very Low Frecuency 3 kHz - 30 kHz5 LF Low Frecuency 30 kHz - 300 kHz6 MF Medium Frecuency 300 kHz - 3 MHz 7 HF High Frecuency 3 MHz - 30 MHz8 VHF Very High Frecuency 30 MHz - 300 MHz9 UHF Ultra High Frecuency 300 MHz - 3 GHz

10 SHF Super High Frecuency 3 GHz - 30 GHz11 EHF Extremely High Frecuency 30 GHz - 300 GHz

Tabla 2 (Bandas más comunes)

BANDA Rango de Frecuencias en GHz Longitud de onda correspondienteL 1 2 30 15 cm.S 2 4 15 7.5 cm.C 4 8 7.5 3.75 cm.X 8 12 3.75 2.5 cm.K 12 40 2.5 0.75 cm.U 40 60 7.7 5 mm.V 60 80 5 3.75 mm.

W 80 100 3.75 3 mm,

Tabla 3

Región Limites en frecuencia Longitud de onda Audiofrecuencia

30 - 30x103 Hz 10 Mm - 10 km

Radiofrecuencia 30x103 - 3x1011 Hz 10 km - 1 mmInfrarrojo 3x1011 - 4.1x1014 Hz 1 mm - 730 nmVisible 4.1x1014 - 7.5x1014 Hz 730 nm - 400 nmUltravioleta 7.5x1014 - 1018 Hz 400 nm - 0.3 nm

2. –Las radiaciones ópticas: Aplicaciones.

En este apartado vamos a centrarnos en el láser y en la radiación infrarroja ya que ocupan un lugar de gran importancia por sus aportaciones a la tecnología. Con todo, no podemos olvidar que en el rango visible existen otras aplicaciones, tales como el uso de fibras ópticas o, simplemente, la iluminación, que tienen una utilidad muy extendida.

2.1. –El láser.

Los posibles usos del láser son casi ilimitados y en los últimos años se ha convertido en una herramienta muy valiosa y poderosa en la industria, la investigación científica, la tecnología militar y el arte. Aquí nos vamos a centrar solamente en tres tipos de láser que trabajan en el rango de las radiaciones ópticas por ser los más utilizados industrialmente y porque a partir de ellos se construyeron una gran variedad de láseres. Esto láseres son: (1) el láser de CO2, que si ninguna duda es el láser más utilizado en procesos industriales, así como en comunicaciones (enlaces entre satélites), detección remota, cirugía, etc. La longitud de ondas de emisión característica varía entre 9.4 y 10.6 μm, es decir, en el infrarrojo medio donde gran cantidad de materiales absorben fuertemente la radiación. (2) el láser de Nd+, muy utilizado de

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forma industrial dentro del grupo de láseres de estado sólido. La longitud de onda en que emite este láser es generalmente de 1.06 μm y se encuentra en el infrarrojo cercano. Por último tenemos el laser Cr3+ (3), comúnmente conocido como láser de rubí, que fue el primer láser construido por el hombre. El láser de rubí emite en una longitud de ondas de 694 nm, es decir, en la zona visible del espectro correspondiente al rojo.

- Industria.El tratamiento de materiales ha sido una de las primeras aplicaciones de los

láseres en el ámbito industrial. Es posible enfocar sobre un punto pequeño un haz de láser potente, con lo que se logra una enorme densidad de energía. Los haces enfocados pueden calentar, fundir o vaporizar materiales de forma precisa. Por ejemplo, los láseres se usan para taladrar diamantes, modelar máquinas y herramientas, recortar componentes microelectrónicos, metal, plásticos y madera (Imagen 1), en microsoldadura, soldadura de metales y no metales, marcaje por láser, endurecimiento térmico, calentar chips semiconductores, cortar patrones de moda, sintetizar nuevos materiales o intentar inducir la fusión nuclear controlada. El potente y breve pulso producido por un láser también hace posible fotografías de alta velocidad con un tiempo de exposición de algunas billonésimas de segundo. En la construcción de carreteras y edificios se utiliza el láser para alinear las estructuras.

En Galicia tiene gran importancia, tanto en la industria como en la investigación científica aplicada a la industrial, el tratamiento de pizarra mediante láser, la fabricación de productos cerámicos de alta calidad y procesamiento de granito (extracción y manufacturación) mediante láser, ya que proporciona una serie de ventajas frente a los métodos tradicionales tales como:

-Reducción del ruido y de las vibraciones.-Incremento de la productividad.-Reducción del polvo desprendido al ambiente.-Reducción de los líquidos refrigerantes y del desgaste de las herramientas.-Automatización del proceso de mecanizado.-Posibilidad de realización de diferentes tareas (corte, perforado y rectificado) en la misma estación de trabajo sin necesidad de cambio de herramienta.-Mejora del acabado y de la calidad del mecanizado de las piezas.

Imagen 1: Cabezal de láser en mesa cortadora de 2 ejes.

- Investigación científica.Los láseres se emplean para detectar los movimientos de la corteza terrestre y

para efectuar medidas geodésicas. También son los detectores más eficaces de ciertos tipos de contaminación atmosférica. Los láseres se han empleado igualmente para determinar con precisión la distancia entre la Tierra y la Luna y en experimentos de relatividad. Actualmente se desarrollan conmutadores muy rápidos activados por láser para su uso en aceleradores de partículas, y se han diseñado técnicas que emplean haces de láser para atrapar un número reducido de átomos en un vacío con el fin de estudiar

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sus espectros con una precisión muy elevada. Como la luz del láser es muy direccional y monocromática, resulta fácil detectar cantidades muy pequeñas de luz dispersa o modificaciones en la frecuencia provocadas por materia. Midiendo estos cambios, los científicos han conseguido estudiar las estructuras moleculares. Los láseres han hecho que se pueda determinar la velocidad de la luz con una precisión sin precedentes; también permiten inducir reacciones químicas de forma selectiva y detectar la existencia de trazas de sustancias en una muestra.

- MedicinaUna de las aplicaciones obvias de los láseres es en ciertos tipos de cirugías,

donde el haz luminoso del láser puede llegar a reemplazar con grandes ventajas al bisturí. La principal ventaja es que al mismo tiempo que corta va cauterizando los pequeños vasos sanguíneos evitando prácticamente toda hemorragia. La intensidad y la velocidad del punto luminoso se regulan a fin de controlar la penetración del corte. El elevado precio del láser y sus accesorios hace que la cirugía con láser se efectúe solamente cuando es absolutamente necesario, aunque su uso aumenta constantemente. Las aplicaciones son múltiples y se emplean diferentes tipos de laseres, cada uno apropiado a las diferentes aplicaciones:

En cirugía general (cortar hemorragis, cortes limpios, etc. Laser de CO2 )También se aplican en otras muchas ramas de la medicina como: odontología,

dermatología, tratamiento y cirugía ocular, Diagnóstico de células cancerosas utilizando fluorescencia, y Terapia Fotodinámica (PDT), cirugía de tumores cancerosos, destrucción de úlceras hemorrágicas, cirugía ginecológica, etc.

Las principales ventajas de la cirugía láser son:-Secado en cirugía, debido a que la energía del láser cierra los pequeños vasos sanguíneos. -Menor dolor postoperatorio. -Esterilización incorporada.-Campo de visión despejado.-Posibilidad de reacción a una longitud de onda específica.-Realización de microcirugía-Realización de procedimientos quirúrgicos dentro del cuerpo sin necesidad de abrirlo -Es una herramienta de precisión de corte.-Puede ser controlado mediante un computador, y opera en una pequeña área.

También se usan láseres de baja potencia para tratar problemas como: curación de heridas, retraso de la destrucción de células nerviosas dañadas, reconexión de vasos sanguíneos, alivio de dolor, aplicaciones cosméticas, eliminación de vello, transplante de cabello, etc. Los efectos de estos láseres de baja potencia no son siempre térmicos sino que el mecanismo de interacción todavía no está claro, explicándose en muchos casos como una bioestimulación.

- Comunicaciones.La luz de un láser puede viajar largas distancias por el espacio exterior con una

pequeña reducción de la intensidad de la señal. Debido a su alta frecuencia, la luz láser puede transportar, por ejemplo, 1.000 veces más canales de televisión de lo que transportan las microondas. Por ello, los láseres resultan ideales para las comunicaciones espaciales. Se han desarrollado fibras ópticas de baja pérdida que transmiten luz láser para la comunicación terrestre, en sistemas telefónicos y redes de computadoras. También se han empleado técnicas láser para registrar información con una densidad muy alta. Por ejemplo, la luz láser simplifica el registro de un holograma, a partir del cual puede reconstruirse una imagen tridimensional mediante un rayo láser.

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- Tecnología militar.

Desde la invención del láser se ha explotado mucho su uso militar incluso muchas veces en proyectos en laboratorios secretos. Algunas de las aplicaciones más simples y conocidas son:

-Posicionador de blanco por láser:

Ya que la velocidad del haz del láser es la velocidad de la luz una de las aplicaciones militares más inmediatas fue la medición de distancias con alta precisión y velocidad, la medida de distancias con gran precisión es importante en aspectos como la medición de la distancia a un blanco de disparo para artillería y misiles o la navegación.

Normalmente se clasifican los localizadores de blanco por láser según el tipo de láser utilizado:

-Localizador de blanco por láser de Rubí que fue instalado en tanques mejorando así la precisión de sus disparos.

-Localizador de blanco de láser de Diodo que debido a las múltiples ventajas de este tipo de láser está reemplazando gradualmente a los otros láseres siendo ya el más utilizado en los nuevos localizadores.

-Elección de blanco por láser:

El láser es utilizado también para marcar los objetivos de ataque por artillería y misiles guiados.

-Es posible modular el haz láser para incluir información para la identificación.

-Armas láser:

La idea de esta iniciativa era construir dispositivos de alta potencia que pudieran enviar haces a grandes distancias con una alta precisión y velocidad y sobre esto existe mucha información en la Iniciativa por la Defensa Estratégica del Gobierno de los Estados Unidos. El problema que surgía era que estas tecnologías avanzadas requerían una gran cantidad de dinero durante un largo periodo de tiempo por lo tanto están muy lejos de ser una realidad. Además, otro de los problemas que surgen es que la protección contra estas armas láser es relativamente simple. Aunque el proyecto fue cancelado

existe un proyecto llamado Láser Aereotransportado para destruir misiles enemigos desde un láser en un avión. Ya que el haz láser es un haz de luz y viaja a la velocidad de la luz puede usarse para derribar misiles enemigos  mientras están todavía en fase de ascenso. Es suficiente con dañar la carcasa del misil en la fase de ascenso, para causar su destrucción en territorio enemigo.

-Ceguera de personas y de equipamiento sensible:

Un proyecto que ha sido desarrollado en muchos países es un sistema láser para dejar ciegos a soldados enemigos y a su equipamiento óptico. La potencia requerida no es especialmente alta, debido a la elevada sensibilidad de nuestro sistema visual, y la de los sistemas ópticos de detección utilizados en el campo de batalla. La operación de un sistema láser para cegar, es simple: El haz láser se utiliza para barrer el espacio frente a las tropas militares, cegando a los soldados enemigos y a su equipamiento.

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En general, los sistemas de guiado por láser para misiles, aviones y satélites son muy comunes. La capacidad de los láseres de colorante sintonizables para excitar de forma selectiva un átomo o molécula puede llevar a métodos más eficientes para la separación de isótopos en la fabricación de armas nucleares.

- Arte.La limpieza de piedra con sistemas láser es una prometedora técnica de

conservación de estatuas, elementos arquitectónicos y decoraciones de fachadas.

2.2. –El infrarrojo.

La radiación infrarroja es la radiación electromagnética cuya longitud de onda está comprendida entre 0.8 μ (10-6 m) y 1000 μ (1 nm). El valor 0.8 μ corresponde a la longitud de onda de la luz roja a la que el ojo humano es sensible, y el valor de 1000 μ corresponde a la longitud de onda más corta que puede ser generada y medida mediante dispositivos electrónicos de microondas. Todos los cuerpos sólidos, cuya temperatura es superior al cero absoluto (00K), emiten una cierta cantidad de energía infrarroja, y si su temperatura es de 3500K, la radiación emitida es casi en su totalidad infrarroja. El ojo humano solamente tiene una respuesta visual a aquellas frecuencias que no son menores que el rojo ni mayores que el violeta. De las radiaciones que emite el Sol y que llegan a la Tierra, las que no están comprendidas entre esas frecuencias son absorbidas por la atmósfera terrestre. Ahora, si la atmósfera absorbiese, por ejemplo, la banda visible y fuese transparente a la banda infrarroja, entonces se requeriría que los ojos humanos hubiesen evolucionado a tener una visión sensible a la radiación infrarroja.

Las radiaciones infrarrojas abarcan un espectro muy amplio y lleno de posibilidades. Su estudio se hace difícil para longitudes de onda mayores de 10 o 50 micrones, a causa de la debilidad de las fuentes, pero el infrarrojo cercano y medio es muy utilizado en la actualidad:

- Investigación.El análisis espectral infrarrojo proporciona información sobre la estructura de

las moléculas (ordenación de los átomos, distancias interatómicas, etc.), y es por eso que su utilización en el campo de la química y la bioquímica es tan importante. Dentro de este mismo campo, el infrarrojo también es utilizado a la hora de secar productos químicos. También se utilizan los detectores de infrarrojos para establecer la imagen cartográfica de las temperaturas de un cuerpo, conocido como termografía (registro gráfico del calor emitido por la superficie de un cuerpo en forma de radiaciones infrarrojas que tiene aplicaciones médicas, astronomía, técnicas, etc.).

-Aplicaciones industriales y domésticas. El infrarrojo se utiliza para la calefacción industrial y doméstica y el secado de

barnices y pinturas, cueros, papeles y películas fotográficas, pastas alimenticias, deshidratación de frutas, verduras, etc. También se utiliza en alarmas y en sistemas de control a distancia por infrarrojos. Aunque su principal aplicación en este campo es el análisis (vigilancia) y mantenimiento de sistemas electro-mecánicos (inspecciones de hornos, automóviles…frenos, fisuras, escapes de gases, oleoductos,…peritajes en accidentes, crímenes…edificios e infraestructuras…humedades, aislamiento…síndrome de la “casa enferma”…nivelaciones…lucha contra incendios…cámara térmicas para seguridad y vigilancia…etc. “Es difícil encontrar algún producto o proceso industrial en el cual la detección de temperatura y/o imágenes por infrarrojo no tenga aplicación”

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-Aplicaciones militares.Sin duda las aplicaciones estrella de los infrarrojos son las relacionadas con el

campo militar. Existen equipos de detección de flujo térmico, visores telescópicos, cabezas de misiles buscadoras de proximidad por infrarrojos empleadas conjuntamente con un iluminador láser que apunta el objetivo desde un avión, infrarrojos para detectar señales térmicas de muy baja amplitud procedentes de motores, personas… Una de las aplicaciones militares más importantes concierne al autoguiado por infrarrojos de los misiles, en particular aire-aire y tierra-aire.

3. –Microondas: Aplicaciones.

Las microondas ocupan el espacio del espectro electromagnético que va desde las radio ondas VHF hasta el infrarrojo, es decir, de 300 MHz hasta 300GHz. Sus aplicaciones se pueden clasificar en dos categorías dependiendo del modo en el que es utilizada las ondas para transportar información:

La primera categoría incluye sistemas de comunicación terrestre y satélite, radar, radioastronomía, termografía por microondas, medida de permitividad de los materiales. En todos los casos citados, el sistema de transmisión incorpora un receptor cuya función es extraer la información que de alguna forma modula la señal de microondas.

En la segunda categoría no hay modulación de la señal y la onda electromagnética interacciona directamente con ciertos líquidos o sólidos conocidos como lossy dielectrics de entre los cuales el agua tiene un interés especial. En esta categoría las microondas son utilizadas actualmente para secado, cocinar, hornear y cocer, para pasteurizar, esterilizar, fundir, polimerizar, vulcanizar y otros procesos menos importantes.

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Imagen 2.- Magnetrón

3.1. –Aplicaciones de las microondas sin modulación de la señal.

3.1.1 –Secado.

Muchos procesos industriales involucran uno o más procesos de secado de productos, lo cual en la mayoría de los casos resulta muy costoso. Las microondas se presentan algunas veces como la alternativa más viable en términos de eficiencia de energía.

-Papel e imprentas.El secado en un proceso muy importante en la manufacturación de papel y

cartón. En promedio se deben evaporar 1.5 litros de agua por kilogramo para obtener un producto seco. Este proceso consume una gran cantidad de energía que significa un 10% del coste de producción. Pruebas efectuadas desde 1967 utilizando un generador de 100 kW operando a 2.45 GHz han demostrado una ventaja significativa en comparación con los métodos tradicionales de secado.

Una publicación especial del Coventry Standard de abril de 1967 fue probablemente el primer artículo que explicaba los beneficios del secado por microondas aplicado a la tinta para imprimir. La secadora fue construida por Eden, Fisher y Hirst y fue instalada en la imprenta Halley-Aller. Suministraba unos 25kW a 2.45 GHz y sus ventajas frente a los métodos tradicionales fueron muy importantes. La superficie del papel no se sobrecalentaba por lo que no había riesgo de que se oscureciese o se cuartease. No se necesitaban extractores de vapor y humo, los riesgos de incendio fueron reducidos y, además, disminuyeron los costes.

-Industrias textiles y del cuero.El tratamiento de las pieles incluye dos procesos de secado, uno después del

curtido y otro después del tinte. La compañía británica Gomshall Tanners empezó a utilizar en 1976 tres unidades de secado por microondas, 25-Kw operando a 896 MHz, para secar el cuero después del tinte.

En el proceso de manufacturación de hilos y cuerdas el sistema convencional de secado por aire caliente debe efectuarse con mucho cuidado para evitar la deterioración del material. Esto implica un tiempo de secado muy grande y unos costes adicionales a la empresa. El secado por infrarrojos es muy irregular y causa la rotura de las cuerdas durantes el bobinado. Por otro lado, en 1977 la compañía IMI-SA Company introdujo el secado por microondas de forma satisfactoria obteniendo un 37% más de producción por día debido a la rapidez y la calidad de secado por microondas.

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Los tratamientos térmicos posteriores al secado y acabado se suelen realizar en ovillos y bobinas produciendo en muchas ocasiones pérdida de color y defectos de uniformidad en los tejidos. Las microondas pueden proporcionar una solución a estos problemas si se utiliza una cavidad resonante. Estudios del Institut Textile de France y la universiad Claud Bernuond en Lyon encontraron resultados satisfactorios utilizando una cavidad rectangular.

Otra posible aplicación es la fijación de colores por microondas en algodón como sustituto del vapor ya que la evaporación resultante sin desplazamiento del líquido evita problemas asociados con la migración de color.

-Construcción: Maderas, contrachapados, yeso, hormigón y cerámica.Decareau ha descrito el uso en Finlandia de un sistema de microondas de 25

kW desarrollado por Magnetronic para el secado de planchas de abedul. Boise Cascade Plywood Mill Company de Yakima (Washinton) obtuvo resultados excelentes combinando métodos tradicionales y secado por microondas (50 kW a 950 Mhz) en planchas de contrachapado. Así a todo, estos experimentos con contrachapado no fueron explotados a escala industrial.

El método tradicional de secado en la industria de la teja resulta lento; usualmente se tarda 36 horas para secar 500 tejas. Cober Electronics de Stanfor (Connecticut), ha desarrollado un túnel de microondas a 24 Kw a 46 GHz para el secado de yeso y cerámica provisto de una excelente capacidad de penetración y calentamiento uniforme (Imagen 2).

Imagen 3. Secador de cerámica por microondas. Cober Electronics, Inc

Esta misma empresa desarrolla una amplia gama de productos de calentamiento por microondas relacionados con la cerámica, fundición y vulcanización.

La compañía polaca Digicom produce un aplacador de microondas consistente e una cavidad electromagnética de 900 cm2 a 2.46 GHz, un magnetron de 750 W con una antena cilíndrica extendida a lo largo de la cavidad. Este aplicador llamado Emibean fue especialmente diseñado para secar planchadas y además tiene un efecto fungicida.

-Fundiciones.El secado de moldes en fundiciones requiere una considerable cantidad de

energía debido a las pobres propiedades de transferencia de calor de los materiales a secar. Esta es una situación clásica en la que le uso de microondas es más ventajoso que el de gases secadores. Entre las ventajas incluye la facilidad de uso, limpieza, ausencia de humo y pérdidas de calor así como un ahorro considerable de energía y costes.

-Gomas y plásticos.Las microondas tienen una aplicación importante en el secado de polímeros.

Los polímeros son, la mayoría de ellos, materiales no polares, por lo que el secado por microondas es especialmente recomendado debido a que las técnicas tradicionales de secado tienden a dañar los productos y producir cambios en la estructura molecular.

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Además, algunos materiales como las gomas halógenas se descomponen bajo la influencia del calor dando como resultado gases corrosivos.

Las microondas ocupan un lugar muy importante en el campo cinematográfico y de la fotografía. Las películas fotográficas están hechas de poliéster y acetatos que tienen pérdidas dieléctricas muy bajas. Esta es una situación clásica en la cual el uso de microondas puede ser utilizado para un calentamiento selectivo. El secado por microondas ofrece reducción de espacio ya que la maquinaria es más pequeña, secado uniforme, ausencia de quemaduras y ahorro energético.

-Industria farmacéutica.En la manufacturación de mezclas farmacéuticas granulares se distinguen cuatro

etapas: (1) mezcla de la materia prima y trituración hasta obtener un polvo homogéneo; (2) el producto seco es humedecido con disolventes acuosos y otros de naturaleza alcohólica hasta producir una pasta blanca utilizada para hacer los gránulos; (3) los gránulos humedecidos son extendidos sobre bandejas; (4) los gránulos son secados en un horno de aire caliente. El proceso entre etapas no es continuo la cual produce un alto coste en términos de mano de obra. El secado, en particular, presenta una seria interrupción en la cadena de producción y las secadoras continuas convencionales requieren de una infraestructura pesada debido a su tamaño. Se utilizaron microondas de 1.5 kW a 2.45 GHz para el secado de productos farmacéuticos. Seis meses después la calidad de los productos secados con microondas no difería a la de los secados con sistemas convencionales. Un gran número de pruebas realizadas por IMI-SA Company utilizando un horno-túnel Gigatron han confirmado la calidad superior del secado por microondas en este tipo de productos.

-Industria tabacalera.El uso de microondas para el secado de cigarros fue objeto de estudio a finales

de los sesenta. El propósito del tratamiento era incrementar el volumen de tabaco o, concretamente, el relleno del cigarrillo, sin incrementar la cantidad de tabaco usado. Los primeros experimentos con un generador de 4 kW producían una temperatura de 60 ºC en el interior de los cigarrillos. Este tratamiento estaba acompañado por una perdida de agua significativa y una reducción del factor de relleno junto con una degradación de la calidad y del aroma. Posteriormente se descubrió que le perdida de humedad no debía exceder de un 1.5%.

Una vez introducidas cintas transportadoras en la cadena de producción se hizo posible construir una cavidad de microondas alrededor de ella, formando un túnel de 450x550x400 mm3 deliberando 4.5 kW a 2.45 GHz. La velocidad máxima de la cinta transportadora oscilaba entre 03. y 3 m/min a un máximo de 3.000 cigarros por minuto. Con este tiempo, los resultados bastante más aceptables: la pérdida de agua por humedad era menor del 1.5% y el proceso aumentaba considerablemente el factor de relleno de los cigarrillos y además tenía un efecto insecticida.

3.1.2. –Aplicaciones relacionadas con la alimentación.

Históricamente fue en el campo de la alimentación, concretamente en el de la cocina, en donde las aplicaciones térmicas de las microondas iniciaron su vertiginoso ascenso. Actualmente aplicaciones de las microondas se aprovechan tanto en el ámbito doméstico, sobre todo con los hornos microondas, como a escala industrial, y últimamente tienen una gran importancia en el catering, en donde los menús son preparados o semipreparados en una cocina central y refrigerados en porciones para ser recalentados por microondas en los puntos de consumición. A modo de anécdota señalar que la primera instalación industrial de cocinado por microondas fue instalada en Arkansas por Ocomo Foods of Berryville para cocinar pollo. Desde entonces las

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aplicaciones de las microondas para cocina a escala industrial varían desde el precocinado de bacon hasta el de pescado, pasando por verduras, tubérculos y cereales.

A nivel domestico el microondas se presenta como una de las grandes invenciones del siglo 20 y el creciente uso de los microondas se debe en parte a rapidez con la que este aparato puede calentar en conjunción con la falta de tiempo disponible

para cocinar y el aumento de la comida precocinada. Para calentar la comida e horno utiliza microondas con frecuencias de aproximadamente 2.45 GHz. En ese rango de frecuencia las ondas electromagnéticas tienen una interesante propiedad: son absorbidas por agua, grasas y azúcares. Cuando son absorbidas se convierten directamente en movimiento atómico (calor). Las microondas en este rango de frecuencia tienen otra interesante propiedad: no son absorbidas por la mayoría de los plásticos, vidrios o cerámicas. El metal refleja a las

microondas, por esto las cacerolas de metal no funcionan bien en un horno microondas. También se pueden encuadrar en este apartado las aplicaciones de las ondas

microondas en el campo de la producción de alimenticia. Así pues cabe señalar el uso de las microondas para destrucción de semillas y plantas parásitas y, a su vez también, y paradójicamente, su aplicación para acelerar el proceso de germinación de ciertas semillas: una exposición de microondas de 2.45 GHz y 650 W durante 30 segundos es suficiente para asegura un alto índice de germinación por algún tipo de mecanismo que todavía no se entiende del todo. Las microondas parecen actuar sobre la strophiola, una parte sensitiva localizada en el centro de la semilla. El efecto de radiación depende de la especie; el trébol, el guisante, las judías y las espinacas responden favorablemente, mientras que el maíz, el trigo y el algodón son menos sensitivas.

Dentro de este mismo campo las microondas también son utilizadas para la protección de cultivos, la creación de vino por fermentación carbónica y la apertura de ostras.

3.1.3. –Aplicaciones varias.

-Polimeración.Los materiales plásticos se dividen en dos familias: polímetros termoset y

termoplásticos. Los primeros se obtienen por reacciones de policondensación y se mantienen invariantes bajo efectos de calor. Los segundos se obtienen por simple polimerización. Las resinas como poliéster, poliuretano, resinas epoxi, peroxi y amino y muchas mas son clasificados como materiales termoset. Los termoplásticos incluyen el vinilo, policarbonatos, poliolefinas y poliamidas.

Las microondas se utilizan en la reticulación de resinas termoset y tiene gran aplicación en la industria aeronáutica. También son de gran utilidad en la copolimeración , especialmente en la mezcal por condensación a 200 ºC de poliácidos con polialcoholes utilizadas para producir materiales de mejores propiedades, y en la creación de poliuretanos formados por la reacción de polialcoholes y poliisocianatos. Es de gran utilidad hoy en día la reticulación por microondas de poliuretano que tiene aplicación en el revestimiento de botellas de vidrio y cables de fibra óptica para las telecomunicaciones.

La compañía GC Europe ideó una resina acrílica, GC ACRON MC, para base de dentadura desarrollada especialmente para la polimerización en un horno de microondas doméstico. Esta técnica consigue trabajos de laboratorio de alta calidad y le permite al protésico realizar la polimeración en su laboratorio y en menos de 3 minutos.

Imagen 4.- Microondas doméstico

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-Triturado.El uso de microondas para romper rocas es una vieja aplicación que parece no

tener avances recientes. Tanto bloques de hormigón como rocas naturales contienen agua y en adición con sus propiedades intrínsecas de perdida dieléctrica hacen posible el uso de radiación por microondas para producir un rápido calentamiento que provoca vibraciones intensas que llevan a la ruptura del material. Estos “martillos” de microondas pueden romper 1m3 de cemento armado en cinco minutos.

-Otras aplicaciones.Se aprovechan las propiedades térmicas que generan las microondas para fines

tan dispares como la fusión de materiales, la consolidación o la emulsificación.

3.2. –Microondas con modulación de la señal: aplicaciones

3.2.1 –Sistemas de comunicación.

Sin duda, se puede decir que el campo más valioso de aplicación de las microondas es el de las comunicaciones, desde las privadas, pasando por las continentales e intercontinentales, hasta llegar a las comunicaciones extraterrestres. Los sistemas de microondas son usados en enlaces de televisión, en multienlaces telefónicos y en general en redes con alta capacidad de canales de información; son usadas también en comunicaciones por satélites gracias a que las microondas atraviesan fácilmente la ionosfera; y como las longitudes de onda correspondientes son pequeñas permiten antenas de alta ganancias. En el terreno de las comunicaciones las microondas actúan generalmente como portadoras de información, mediante una modulación o codificación apropiada. Veamos algunas aplicaciones concretas:

-Servicios de comunicaciones móviles. Los más extendidos son la telefonía móvil terrestre, la comunicación móvil por satélite, las redes móviles privadas, la radiomensajería, la radiolocalización GPS, las comunicaciones inalámbricas y el acceso a Internet móvil. De todos ellos hablaremos a continuación, con más o menos profundidad.

-Telefonía móvil terrestre. La telefonía móvil terrestre utiliza estaciones terrestres. Éstas se encargan de

monitorizar la posición de cada terminal encendido, pasar el control de una llamada en curso a otra estación, enviar una llamada a un terminal suyo,... Los primeros sistemas de telefonía móvil terrestre, TACS, AMPS, NMT, TMA, NAMT,... o de primera generación, eran analógicos. Los terminales eran bastante voluminosos, la cobertura se limitaba a grandes ciudades y carreteras principales, y sólo transmitían voz. La compatibilidad entre terminales y redes de diferentes países no estaba muy extendida. NMT se utiliza en los países nórdicos, AMPS y TACS en EEUU, y NAMT en Japón. Cada estación trabaja con un rango de frecuencias, que delimita el número máximo de llamadas simultáneas que puede soportar, puesto que a cada llamada se le asigna un par de frecuencias diferente: una para cada sentido de la comunicación. Esto se denomina FDM, o multiplexación por división en la frecuencia.

Después aparecen los sistemas de segunda generación, GSM, CDMA, TDMA, NADC, PDC,... que son digitales. El tamaño de los terminales se hace cada vez más pequeño, las coberturas se extienden, y se empiezan a transmitir datos, aunque a velocidades muy pequeñas. Introduce el envío de mensajes SMS, hoy tan de moda. La

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compatibilidad entre las distintas redes nacionales empieza a mejorar. GSM se implanta en Europa y en otros países del resto del mundo. TDMA y CDMA en EEUU, mientras que PDC en Japón.

En GSM, cada frecuencia puede transmitir varias conversaciones. Esto se consigue mediante la TDM, o multiplexación por división en el tiempo. El tiempo de transmisión se divide en pequeños intervalos de tiempo. Cada intervalo puede ser utilizado por una conversación distinta.

En los sistemas CDMA, acceso con multiplexación por división de código, lo que se hace es que cada llamada utiliza un código que le diferencia de las demás. Esto permite aumentar el número de llamadas simultáneas o la velocidad de transmisión, lo que se hace necesario ante los crecientes requerimientos de la telefonía móvil. En la actualidad, se están empezando a desplegar sistemas de lo que se ha denominado generación 2,5 (HSCSD, GPRS, EDGE) que harán de puente entre los de segunda generación y la telefonía móvil de tercera generación (la UMTS). Esta última responde a un intento de estandarizar las comunicaciones móviles a escala mundial, aunque ya están empezando a surgir pequeñas diferencias entre EEUU y el resto. Ofrecerá grandes velocidades de conexión, por lo que se espera que se convierta en la forma más habitual de acceso a Internet. Permitirá la transmisión de todo tipo de comunicaciones: voz, datos, imágenes, vídeo, radio, etc.

-Telefonía móvil vía satélite. En este caso las estaciones están en los satélites. Estos suelen ser de órbita baja.

Su cobertura prácticamente cubre todo el planeta. Esta es la principal ventaja que presentan frente a la telefonía móvil terrestre. Las desventajas son de mucho peso: mayor volumen del terminal a utilizar y precio de las llamadas y terminales. Dos son los operadores que ofrecen este servicio en el ámbito mundial: Iridium y GlobalStar. El primero está a punto de comenzar el derribo de sus satélites, debido a las astronómicas deudas que ha contraído.

Otros sistemas que están a punto de empezar a operar, o que anuncian sus servicios para los próximos años son ICO, Skybridge y Teledesic, que prestarán otros servicios aparte del de telefonía, como acceso a Internet a alta velocidad, radiobúsqueda, etc.

-Redes móviles privadas.También conocido como radiocomunicaciones en grupo cerrado de usuarios, es

un servicio de telefonía móvil que sólo se presta a un colectivo de personas, en una determinada zona geográfica (una ciudad, una comarca,...). El funcionamiento es prácticamente idéntico al de las redes públicas, con pequeños matices. Hay dos modalidades del servicio. En la primera cada grupo de usuarios, y sólo ellos, utiliza una determinada frecuencia. En la segunda el sistema se encarga de asignar las frecuencias

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libres entre los diferentes grupos, por lo que no hay una correspondencia grupo-frecuencia. Ofrecen otras posibilidades, aparte de la comunicación vocal, como envío de mensajes cortos, transmisión de datos y conexión a redes telefónicas públicas.

-Radiomensajería. Este servicio, también denominado radiobúsqueda, buscapersonas o paging,

permite la localización y el envío de mensajes a un determinado usuario que disponga del terminal adecuado, conocido popularmente como "busca" o "beeper". Se trata de una comunicación unidireccional, desde el que quiere localizar al que ha de ser localizado. Al igual que en la telefonía móvil, cada zona está cubierta por una estación terrestre, que da servicio a los usuarios ubicados dentro de su zona de cobertura. Los primeros sistemas tan sólo emitían un sonido o pitido, que indicaba que alguien estaba intentando decirnos algo. Luego, si así lo decidía el portador del busca, establecía una comunicación telefónica. Es muy útil para profesionales, que han de desplazarse y no siempre están localizables, por ejemplo, médicos, técnicos de mantenimiento,.... En una segunda fase, aparecieron sistemas más perfeccionados, con envío de mensajes, aplicación de códigos para mantener seguridad y llamadas a grupos.

-Radiolocalización GPS.La radiolocalización sirve para conocer la posición de un receptor móvil. El

sistema más conocido es el GPS (Sistema de Posicionamiento Global). Se trata de una constelación de 24 satélites, divididos en seis planos orbitales de cuatro satélites cada uno. Cada satélite emite una señal con su posición y su hora, codificada con su propio código, lo que permite saber de qué satélite es cada transmisión que recibimos. Su velocidad es de dos vueltas a la Tierra en un día, es decir, pasan por un punto determinado dos veces al día. Su distribución asegura que en cualquier parte de la Tierra, a cualquier hora del día, se tiene visión directa de al menos cuatro satélites, lo que permite averiguar latitud, longitud y altura, y tener una referencia de tiempo. El receptor encargado de recoger las señales de los satélites y procesarlas, es algo mayor que un móvil.

El sistema pertenece al Departamento de Defensa estadounidense, y puede funcionar en dos modalidades: SPS y PPS. El primero es de peor calidad (tiene un error de unos 100 metros), y lo puede utilizar cualquiera. El segundo por el contrario requiere de una autorización del Departamento de Defensa para utilizarlo. Su error es de unos pocos metros. De todas formas, hay receptores que trabajan conjuntamente con un receptor de referencia y que disminuyen estos errores a metros o centímetros, según las circunstancias. En este caso, hay un receptor situado en un punto del que conocemos su posición exacta. Cuando nuestro receptor recibe los datos de los satélites, hace los cálculos pertinentes y obtiene una posición. Al mismo tiempo, el receptor de referencia hace lo mismo y obtiene su posición. Puesto que este último sabe siempre cuál es su posición, también sabe el error que se está produciendo al utilizar el sistema GPS en ese momento. El receptor de referencia transmite este error, que el nuestro capta, y de este modo corrige la primera posición. No se obtiene un resultado exacto, pero si mejor que el original.

Las aplicaciones más habituales para el GPS son el control de flotas de camiones, taxis, autobuses, la navegación marítima y la aérea. Como curiosidad, para quienes siguen las grandes vueltas ciclistas (Giro, Tour, La Vuelta, u otras,...), últimamente utilizan el GPS para dar las referencias de los ciclistas, sobre todo en las contrarrelojes. Ponen un receptor GPS en las motos que acompañarán a los ciclistas, y al conocer posición y tiempo, pueden averiguar cuantos minutos y segundos de ventaja tiene una escapada, o que corredor ha efectuado el mejor tiempo en diversos puntos del recorrido de una crono individual.

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- Comunicaciones inalámbricas.Estos sistemas se encargan de comunicaciones de corta distancia, algunos

cientos de metros a lo sumo. En principio dos serían las aplicaciones básicas: ofrecer movilidad a los usuarios de la telefonía fija, para que puedan desplazarse por su casa o lugar de trabajo, y poder efectuar llamadas; y conectar dispositivos entre sí. Para los primeros, en Europa surgió el estándar DECT, mientras que para los segundos parece que Bluetooth va a conseguir poner de acuerdo a todo el mundo.

En Europa, se está trabajando en terminales duales DECT-GSM, que permitan utilizar las redes de telefonía fija en el caso de que estemos cerca de la base que controla la parte DECT, y las redes de telefonía móvil GSM en el resto de circunstancias. Esto evitaría tener que llevar dos aparatos, y abarataría la cuenta telefónica.

En cuanto a Bluetooth, se trata de una iniciativa completamente privada, en la que están involucradas empresas como Ericsson, Toshiba, IBM, Motorola, Qualcomm, 3Com, Lucent, Compaq,... Utilizando la banda de los 2,4 Ghz permite enlazar dispositivos vía radio situados a distancias de entre 10 centímetros y 10 metros, aunque se pueden alcanzar los 100 metros con antenas especiales. Ordenadores, laptops, televisores, cadenas de música, y otros dispositivos podrían conectarse entre sí a través de terminales Bluetooth.

-Internet móvil. El servicio que une la telefonía móvil con el acceso a Internet, será el que haga crecer ambos mercados de manera muy importante en los próximos años. La baja capacidad de transmisión de datos de los sistemas de segunda generación de telefonía móvil, y las reducidas dimensiones de las pantallas de los móviles no permitían una unión lo suficientemente atractiva, pero sí funcional. Bien es verdad que la aparición de WAP permitió acceder a diversos contenidos de Internet desde el móvil, pero la nueva generación de telefonía móvil mejorará la velocidad de conexión, y sus terminales estarán más orientados a comunicaciones de diversas características (voz, datos, imágenes,...) Esto convertirá a los móviles, agendas personales, laptops, y demás dispositivos de mano, en los verdaderos dominadores del acceso a Internet, relegando al ordenador a un papel secundario.

La tecnología WAP surge ante la necesidad de acceder a Internet desde un móvil. Este conjunto de protocolos permite establecer una conexión con Internet, e intercambiar información con ésta. No está directamente vinculada con GSM, u otra tecnología similar. Puede funcionar sobre tecnologías móviles de segunda o tercera generación (GSM, D-AMPS, CDMA, UMTS...) Los teléfonos WAP cuentan con un navegador especial, que interpreta páginas escritas en una versión reducida del HTML, denominada WML. Existe también una versión reducida del JavaScript para navegadores WAP, conocida como WMLScript.

Las aplicaciones más extendidas de los teléfonos WAP serán el acceso a noticias, pago de compras, recepción de avisos,... Debido a la restricción que imponen los terminales, los gráficos se reducen al mínimo, a pesar de que la publicidad apuesta por este medio.

GPRS, EDGE y por supuesto UMTS, permitirán transmitir páginas mucho más sofisticadas a los móviles, por lo que se espera que los terminales futuros sean en su mayoría ocupados por pantallas, que permitan visualizar estas páginas.

3.2.2. –Radar

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El Radar (Radio Detection And Ranging) es básicamente un sistema que emite ondas electromagnéticas de ultra alta frecuencia (UHF) y detecta después los posibles ecos de dichas ondas. Dado que la radiación electromagnética se mueve a la velocidad de la luz, los tiempos implicados son muy breves; del orden de millonésimas de

segundo. El radar de frecuencia modulada (FM) emite una señal continua cuya frecuencia va cambiando de manera uniforme. La diferencia entre las frecuencias del eco y la del transmisor en el momento de la recepción de aquél permite calcular la distancia existente entre transmisor y objetivo. La recepción es llevada a cabo por una antena giratoria, donde son procesadas para aparecer en forma de impulsos luminosos en la pantalla señalando la posición del sólido, por medio de etiquetas y tiras electrónicas en una pantalla. Hasta los comienzos

de la electrónica no fue posible la construcción de radares que comenzaron a operar en 1937 y que han ido progresando incesantemente.

El radar presenta infinidad de aplicaciones, entre las que destacan:

-En aeronáutica.Facilita el control de tráfico aéreo indicándole al controlador las posiciones de

altitud, rumbo, dirección y velocidad a la que están volando los aviones en el espacio aéreo controlad; avisa al piloto sobre posibles peligros y señala rutas.

-En navegación.Se emplea para prevenir riesgos y ayudar a aproximarse los barcos a puerto en

condiciones meteorológicas adversas.-En meteorología.Aunque al principio se pensaba que las ondas de radar eran capaces de atravesar

libremente la atmósfera, muy pronto se descubrió que las tormentas, huracanes y otros fenómenos nubosos reflejaban las emisiones de radar, por lo que hoy en día son utilizados también en meteorología. Por el mismo motivo, el radar no puede ser usado bajo el agua, donde se usa sistema equivalente llamado sonar, basado en sonido.

-En astronomía.Los sistemas de radar pueden ser utilizados también para medir distancias:

según el tiempo que tarda en recibirse el eco de la señal emitida, el radar es capaz de medir la distancia al objeto que refleja la señal. En 1964 este sistema fue utilizado para medir con precisión la distancia Tierra-Luna, y es uno de los primeros hitos en la historia de la radioastronomía.

-Otras aplicaciones.El desarrollo de radares de microondas (inicialmente el radar utilizaba

frecuencias en el rango de las ondas de radio) ha permitido utilizar este sistema para cartografía. Así, la superficie de Venus ha sido cartografiada exhaustivamente utilizando el radar, ya que su atmósfera es completamente opaca a otras frecuencias. También se ha empleado el radar para la navegación oceánica, la detección de características geológicas e incluso el cálculo del contenido de humedad del suelo.

La evolución de los radares gracias a la electrónica los ha convertido hoy en día en sistemas capaces de medir también la velocidad del objeto detectado. Este sistema es utilizado rutinariamente por la policía en las carreteras para comprobar infracciones en los límites de velocidad. En las últimas décadas las aplicaciones militares de los radares se han incrementado enormemente. El problema de detección más allá del horizonte, causado por la curvatura de la Tierra, se ha mejorado con enormes radares

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aerotransportados, que actúan también como puestos de mando volantes (conocidos en inglés como AWACS). Existen nuevos sistemas de radar capaces de generar imágenes sintéticas de un objeto a partir de los ecos recibidos ( por ejemplo, Proyecto subvencionado 2004-05 de nuestro grupo de investigación “ Técnicas de Teledetección Inteligente de Vertidos de Hidrocarburos en Medio Marino “ ).

Por último, se han desarrollado técnicas y sistemas que permiten a los aviones eludir la detección del radar gracias a diseños aerodinámicos más suaves, que disminuyen el eco de radar, y recubrimientos especiales que absorben parte de la radiación electromagnética, lo que ha llevado a la fabricación de los llamados aviones invisibles, aunque esta tecnología presenta todavía grandes problemas.

3.3.- Aceleradores de partículas.

Un acelerador de partículas es un instrumento en el cual electrones o bien protones son acelerados por campos electromagnéticos. Los métodos y las estructuras utilizadas son similares a los utilizados en los generadores de microondas y amplificadores. En ambas situaciones, la transferencia de energía tiene lugar entre partículas cargadas y una señal electromagnética. En un tubo de amplificación, la señal de microondas es amplificada y los electrones se desaceleran. En un acelerador, al contrario, la energía de las microondas acelera las partículas. Las velocidades que se alcanzan en estos aceleradores son muy importantes, ya que se alcanzan velocidades para estas partículas próximas a las de la luz.

-Aceleradores lineales:

La estructura de un acelerador lineal es básicamente la misma que la que se utiliza en los tubos para amplificar señales de microondas. Las partículas circulan a lo largo de una estructura junto con una onda, generalmente en una línea de transmisión de forma periódica formada por una sucesión de cavidades resonantes. La máxima energía se alcanza cuando la velocidad de la partícula y la de la onda se vuelven idénticas, esto es lo que se llama sincronismo. La velocidad de la partícula variará alo largo de la estructura, por lo que las dimensiones deben ser previamente diseñadas.

-Aceleradores circulares: Ciclotrón, Sincrotrón.

En un ciclotrón, la señal de microondas, a la frecuencia del ciclotrón, acelera las partículas, las cuales siguen trayectorias con forma de espiral cuando se cumplen ciertas condiciones de fase. Cuando la velocidad de las partículas es cercana a la de la luz las masas de las partículas se ven afectadas por los efectos relativistas , es en ese momento cuando la frecuencia del ciclotrón decrece. Esta propiedad se tiene en cuenta en el sincro-ciclotrón, el cual opera con pulsos de partículas a frecuencias variables. En el sincrotrón, las partículas siguen una trayectoria con forma de anillo, y el campo magnético varía con el tiempo para mantener así la estabilidad.

Los usos mas conocidos de los aceleradores son los que se refieren a la investigación en física. Las grandes energías alcanzadas han permitido grandes avances en la investigación en física de partículas. Sin embargo estas altas energías pueden ser de utilidad a muchos otros sectores como el de la medicina o la química.

Las altas energías de los rayos X, producidos por la desaceleración d electrones previamente acelerados en gran medida por aceleradores de electrones tienen utilidad en distintos campos como pueden ser la esterilización de productor en la industria farmacéutica o alimenticia, la polimerización de plásticos o la inspección de ciertas estructuras como pueden ser las de los reactores en una planta nuclear.

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4. –Radiofrecuencia: Aplicaciones.En este apartado nos centraremos en las aplicaciones del rango de

radiofrecuencias cuyas frecuencias varían más o menos entre 300 kHz y 300 MHz. Sin duda la aplicación estrella en el rango de radiofrecuencias LF es la radio, ya que sus aplicaciones se extienden a campos muy distintos.

Radio.-Uno de sus primeros usos fue en el ámbito naval, para el envío de mensajes en código morse entre los buques y tierra o entre buques. Actualmente, la radio toma muchas otras formas, incluyendo redes inalámbricas, comunicaciones móviles de todo tipo, así como la radiodifusión.

Antes de la llegada de la televisión la radiodifusión comercial incluía no solo noticias y música, sino dramas, comedias, shows de variedades, concursos y muchas otras formas de entretenimiento, siendo la radio el único medio de representación dramática que solamente utilizaba el sonido.

Aplicaciones:

- La forma más antigua de radiodifusión de audio fue la radiotelegrafía marina, ya no utilizada. Una onda continúa (CW), era conmutada on-off por un manipulador para crear código morse que se oía en el receptor como un tono intermitente.

- Música y voz mediante radio en modulación de amplitud (AM). La región denominada AM comprende el intervalo de 530 kHz a 1600 kHz, y la región denominada FM de 88 MHz a 108 MHz.

-Transmisiones de voz para marina y aviación utilizando amplitud de modulación

en la banda de VHF. - Servicios de voz utilizando FM de banda estrecha en frecuencias especiales

para policía, bomberos y otros organismos estatales. - Servicios civiles y militares en alta frecuencia (HF) en la banda de onda corta,

para comunicación con barcos en alta mar y con poblaciones ó instalaciones aisladas. - Sistemas telefónicos celulares digitales para uso cerrado (policía, defensa,

ambulancias, etc). Distinto de los servicios públicos de telefonía móvil.

-Otras aplicaciones. Otras aplicaciones de las bajas frecuencias son: televisión doméstica, regulación de tráfico aéreo con radio balizas, radiotelegrafía (1.605-1.625 kHz), comunicaciones entre barcos y estaciones costeras, mensajes de socorro marítimo ( banda de frecuencia única 2.173,5-2.190,5 kHZ) , tecnología de identificación por radio frecuencia (RF/ID) que permite identificar por radio frecuencia el código de un producto. El funcionamiento de los dispositivos de RF/ID se realiza a frecuencias a baja potencia, entre los 50 KHz y 2.5 GHz. Las unidades que funcionan a bajas frecuencias (50 KHz-14 MHz).

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Bibliografía y direcciones web.

1.- Jaques Thuéry. Microwaves: Industrial, Scientific, and Medical Applications. ARTECH HOUSE, INC.

2.- CNS (Consejo de Seguridad Nacional). Radiaciones ionizantes y no ionizantes. CNS Barcelona.

3.- Bach L, Cuesta J, Carles N. Aplicaciones industriales del láser. Boixareu Editores.

4.- IEEE Transactions Microwave Theory and Techniques 50TH Anniversary Issue. Vol.50, number 3, march 2002.

5.- Diversos artículos de IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, Antennas and Wireless Propagation, and Microwave, 2001-02-03-04-05

6.- “ Técnicas de Teledetección Inteligente de Vertidos de Hidrocarburos en Medio Marino “, proyecto elaborado por la Universidad de Santiago de Compostela, Universidad de la Coruña, Universidad Federico II ( Nápoles, Italia ), Consejo Superior Investigaciones Científicas y Universidad Politécnica de Madridi, subvencionado por la Fundación Arao, 2004-05

• Direcciones Web

http://www.cober.com/

http ://www.gceurope.com/

http://www.industrialmicrowave.com/

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II.- APLICACIONES DE RF/MICROONDAS EN MEDICINA

En este apartado se describen algunas de las clásicas y nuevas aplicaciones en medicina tanto de las ondas de radiofrecuencia (RF) como de las microondas.

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Durante mucho tiempo, la hipertermia (PE) y la radiometría reclamaron la mayor atención en lo que se refiere a la investigación de efectos biológicos y aplicaciones con microondas. Posteriormente otros temas de investigación fueron apareciendo como la potencia absorbida en humanos y la interacción con el sistema nervioso,... entre otras.

1. Efectos biológicos, pp. 26-27 .

A) Absorción en el cuerpo humano .

El efecto que un campo electromagnético tiene sobre un tejido (piel, músculo, nervio...) viene medido por una magnitud llamada SAR, o tasa de absorción específica. Se define como la potencia que es absorbida sobre una unidad de masa de tejido.

Los tejidos humanos, al igual que en los animales, difieren en su permitividad y además es fuertemente dependiente de la frecuencia. Por otro lado, uno de los constituyentes básicos de los tejidos no deja de ser el agua que puede contribuir con el 40 al 80% del volumen total.

Los tejidos cancerosos, excepto en su estado necrótico, experimentan un mayor contenido en agua, lo que da lugar a un incremento en la permitividad de los tumores si se compara con el valor en un tejido sano. Así en los tejidos con cáncer de pecho, la constante dieléctrica y el factor de pérdidas tiene un valor de entre 4 y 10 veces mayor que si el tejido estuviese sano.

Dependiendo de la tasa de absorción se pueden observar uno u otros efectos:Si el valor de SAR es de un watio (w) por cada kilogramo(kg), esto puede dar lugar

a un incremento en la temperatura del cuerpo humano de 1ºC. En cambio, si dicho valor se incrementa hasta alcanzar los 15 w/kg, pueden llegar a aparecer malformaciones asociadas con incrementos de temperatura mayores que 5 ºC. Un ejemplo podría ser la aparición de problemas oculares como las cataratas.

La hipertermia, que ya ha sido mencionada, es una técnica usada en los tratamientos médicos contra el cáncer y otras terapias médicas. Consiste en aplicar energía calorífica a los tumores consiguiendo unas temperaturas terapéuticas, del orden de 43 a 45 ºC, pero sin sobrecalentar los alrededores del tejido normal, que interesa no dañar. La clave de este proceso está en calentar, medir la temperatura y controlar el sistema. Esta metodología ha llevado al desarrollo de exposiciones recomendadas ó estándar.

Aunque la tasa de absorción específica, SAR, no se puede medir en el interior del cuerpo humano, sí hay una necesidad de una evaluación fiable de riesgos a los que está expuesto el tejido. Además la investigación de las exposiciones es difícil, entre otras razones debido a la geometría compleja y a la heterogeneidad de los tejidos.

En lo que se refiere a las comunicaciones móviles, decir que aunque los efectos biológicos están bien documentados con datos experimentales, la falta de datos científicos fiables en otros efectos ha impedido su inclusión como estándar. No ocurre lo mismo con las radiofrecuencias y las microondas que gozan de estándares seguros desde hace bastante tiempo, debido a los trabajos realizados por O.P. Gandhi entre 1975 y 1982. Por último decir que en este rango de frecuencias no sólo se han realizado aplicaciones médicas de terapia, sino también de diagnóstico ( por ejemplo, en la oseo-integración de los implantes ).

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B) Interacción con el sistema nervioso.

El efecto de las microondas sobre el sistema nervioso ha sido un tema de controversia, motivado por la falta de una unificada y fiable metodología en las investigaciones. En 1996 un interesante trabajo ponía de manifiesto la existencia de una variedad de esquemas de exposición, así se pueden nombrar algunos tipos de las ondas a utilizar. Se tiene así la CW (onda continua), AM (amplitud modulada), PW (onda pulsada) y el PMW (onda modulada pulsada).

Si estas ondas son lo suficientemente intensas pueden alterar la actividad y función del sistema nervioso central. Esta influencia produce concentración de neurotransmisores en varias regiones del cerebro. Un trabajo realizado por J. Teng y colaboradores, pone de manifiesto este hecho, al comprobar que excitando los puntos de acupuntura con frecuencias localizadas entre los 0.2-3 GHz se pueden producir efectos analgésicos.

Muchas de las preguntas que pueden ser formuladas aquí, en lo que respecta a la influencia de las microondas sobre el sistema nervioso, aún no se pueden contestar ya que hay una falta de resultados cuantitativos.

C) Exposiciones de bajo nivel.

Estudios llevados a cabo con ratas ponen de manifiesto que cuando éstas son expuestas a ondas pulsadas, PW, las microondas se comportan como un estresor. Pero ¿Qué pasaría si el animal en cuestión estuviera bajo los efectos de una droga mientras se le aplican microondas? Este estudio fue llevado a cabo por unos investigadores. Y encontraron que cada región del cerebro responde de distinta forma a dicha exposición dependiendo de los parámetros electromagnéticos de la misma. Así diferentes regiones del cerebro tienen diferentes sensibilidades ( por ejemplo,Effects of 900 MHZ…).

Como última conclusión se puede decir que las consecuencias biológicas de repetidas exposiciones dependen de cómo y en donde se realicen dichas exposiciones.

D) Estudios epidemiológicos.

No hay estudios donde claramente se indique la aparición de cáncer debido a la exposición a RF/Microondas. La dosimetría es tediosa y las preguntas que alguien se puede formular no son en absoluto fáciles de responder. Una de ellas podría ser cómo se podría realizar la medida de la exposición en un humano y ¿cómo tener en cuenta las exposiciones a las que estuvo expuesto en el pasado? Aunque la mayoría de los estudios no han demostrado la genotoxicidad de la exposición a RF/Microondas, sí hay algunos trabajos donde se indica un aumento en la alteración del ADN en el cerebro de ratas y ratones.

E) Peligros.Las corrientes estándar se basan sólo en argumentos térmicos, que proporcionan

protección contra efectos de salud adversos conocidos.Se debe prestar mayor atención a la cuestión de si la protección es efectiva.

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2. Aplicaciones de diagnóstico, pp. 28-29.

A) Motivación, objetivos y limitaciones.Durante mucho tiempo la detección de un tejido canceroso a través de una imagen

de microondas ha sido de gran interés para la comunidad científica. Lo malo es que aun no han sido satisfechos los cambios planteados por la anatomía humana y la física de las interacciones electromagnéticas. Pero con la mejora en la potencia de los ordenadores y de los métodos numéricos se ha conseguido que alguna aplicación parezca factible.

Como ya se ha comentado anteriormente, las microondas pueden ser muy útiles en el diagnóstico de tumores, y su naturaleza inocua cuando los niveles de energía son bajos aún las hace más atractivas. Se habla de bajos niveles de energía si comparamos su valor con el necesario para utilizar otras técnicas de diagnóstico: TAC (tomografía asistida por ordenador) y MRI (imagen por resonancia magnética).

Poder distinguir entre un tejido sano y uno enfermo o canceroso mediante la diferencia en sus permitividades , y además su localización es uno de los objetivos de las aplicaciones de diagnóstico por microondas. Esta técnica de diagnóstico ha sido desarrollada y es competitiva con otras ya citadas como el TAC, MRI o la mamografía.

En la obtención de las imágenes por microondas clásicas aparece el fenómeno de la dispersión inversa y ocurre cuando los objetos iluminados por varios transmisores dispersan los campos, que deben ser medidos, en numerosas direcciones. El propio objeto puede tener una forma no muy regular y unos perfiles o dimensiones comparadas con la longitud de onda de las microondas a utilizar, esto da lugar a la aparición de múltiples dispersiones. Aquí se observa la conexión de no linealidad existente entre los campos dispersados y la función objetivo, esto es la imagen del cuerpo de interés. La elevada resolución necesaria para la detección de tumores se ve perjudicada porque es necesario utilizar frecuencias más altas que podían ser atenuadas en los propios tejidos.

Inicialmente las imágenes eran obtenidas con un algoritmo que suponía una idea un tanto errónea, esto es, realizaba los cálculos de forma que consideraba la propagación de las ondas de una forma rectilínea en vez de considerar su naturaleza difractiva y la múltiple dispersión. Como consecuencia los resultados no eran muy satisfactorios.

Respecto a los sistemas activos de microondas para la detección de tumores de pecho, la radiometría por microondas ha sido utilizada ( mejor, ensayada…). El ensayo se basa en la medida del incremento de temperatura que sufren los tejidos enfermos si la comparamos con los sanos. Aunque esta técnica permite llevar a la superficie una intensidad más elevada desde regiones más profundas si la comparamos con el efecto de utilizar luz infrarroja, su éxito, por el momento, es limitado ( se necesitan, quizás, nuevas técnicas…).

B) Tomografía de microondas.

El objeto a ser estudiado está introducido en agua o una solución salina débil, posteriormente una serie de elementos radiantes localizados en una superficie plana o cilíndrica lo iluminan. Las ondas que logran atravesar dicho cuerpo son captadas por otros elementos radiantes que permiten finalmente la reconstrucción de la función

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objetivo, que en este caso bien podría ser la distribución de la constante dieléctrica y/o la conductividad.

En lo que se refiere a métodos numéricos, un grupo francés en colaboración con uno español ( J.M. Rius, J.C. Bolomey, et alt. ) los aplicó para resolver el problema directo. También usaron optimización no lineal para resolver el problema inverso. Los algoritmos investigados son: SDT (Tomografía de difracción espectral) y NT (Técnica de Newton-Kantorovich).

El primero de ellos proporciona información cualitativa sobre la función objeto, mientras que el NT ofrece mucha más información para la reconstrucción de dicha función. La permitividad se obtiene de la diferencia entre los campos dispersados medidos y los computados.

C) Detección de tumor de pecho.

Imágenes bidimensionales se obtienen por un solo conjunto de elementos radiantes que tienen funciones de emisores y de receptores, mostrando diferencias espaciales en la constante dieléctrica y en la conductividad.

En 1998, Hagness y colaboradores fueron los pioneros en utilizar un sistema con-focal de microondas pulsado para la detección de tumores de pecho. Como curiosidad decir que esta fue la primera aplicación médica que se hizo de este sistema ya que anteriormente era usado en aplicaciones militares de radar. Este método no proporciona perfiles de permitividad pero sí identifica regiones en donde la dispersión se ve incrementada debido a la pequeña región de diferente permitividad. El pecho es iluminado con un pulso de banda ultra ancha, y la misma antena recoge las ondas dispersadas. Este proceso se repite para múltiples posiciones de la antena en cada una de las cuales el tiempo de retraso se computa.

3. RF/Microondas en medicina terapéutica, pp.29-30.

El uso de RF (~100 KHz - ~ varios MHz) y microondas (~cientos de MHz – 10 GHz) en medicina terapéutica se ha incrementado drásticamente en los últimos años. Son varias las aplicaciones localizadas en esta región de la banda espectral, así se pueden nombrar algunas de ellas:

- Tratamientos de RF para “supra-ventricular arrhythmia”La aparición de las arritmias radica en el anormal comportamiento de la

actividad eléctrica en el corazón. Una vez que la fuente del problema ha sido identificada, la cura se logra con la destrucción del tejido anormal. Esta ablación convierte al tejido enfermo en inactivo y se puede conseguir con corriente continua, RF o microondas.

- Tratamientos de RF/microondas para la hiperplastia de próstata benigna (BPH)

El BPH consiste en el incremento de la longitud de la próstata que lleva a la compresión de la uretra causando una obstrucción urinaria. La forma que hay de resolver este problema con microondas consiste en el empleo de catéter con forma de globo “balloon catheters”. Las microondas viajan a través de la próstata para alcanzar la superficie externa de ella extendiéndose radialmente. Con estos instrumentos se consiguen elevadas temperaturas terapéuticas por todas las partes de la glándula, próstata, sin causar quemaduras en los tejidos.

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- RF en el tratamiendo de “Obstructive sleep apnea” (OSA)

La OSA es un desorden que hay en las vías respiratorias y que llegan a ser intermitentemente bloqueadas durante el sueño, interrumpiendo la respiración normal. Se ha desarrollado un sistema de RF que usa electrodos de aguja para crear regiones donde el volumen del tejido y la obstrucción de las vías respiratorias se reducen.

Pasaremos a continuación a describir algunas aplicaciones más concretas, en base a lo comentado anteriormente.

La aplicación de calor es un procedimiento terapéutico utilizado usualmente en medicina. Un aumento local de la temperatura de un tejido produce una dilatación de los vasos sanguíneos alrededor del tejido y un aumento del riego sanguíneo, con lo cual el tejido recibe más nutrientes y anticuerpos, el proceso de curación se acelera, y además, el dolor se reduce. Mientras que los métodos clásicos de aplicación de calor en medicina (baños calientes, baños de parafina e infrarrojo) sólo actúan en superficie, para tratamientos térmicos en profundidad se aplican microondas a frecuencias de 2.45 GHz (hipertermia). Los aplicadores (antenas) se colocan a varios centímetros de la superficie corporal durante un tiempo entre 15 y 30 minutos, y se manejan niveles de radiación entre 100 mW /cm2 y varios W /cm2. La aplicación de microondas se utiliza en el tratamiento de enfermedades relacionadas con problemas de las articulaciones (artrosis, artritis, reuma), en medicina interna (bronquitis, asma, infartos), en dermatología, en otorrinolaringología, en oftalmología y mas recientemente, en tratamientos para tratar tumores cancerígenos.

Diatermia

Se conoce por diatermia al método fisioterapéutico de producción de calor en los tejidos por la resistencia que éstos ofrecen al paso de una corriente eléctrica de alta frecuencia. La diatermia, aplicada mediante cualquiera de las técnicas existentes, permite inducir calor a los tejidos biológicos mediante la penetración de diversas formas de energía, entre las cuales podemos citar la energía aportada por ondas electromagnéticas. Con la diatermia, y en concreto con la diatermia electromagnética, se consigue un calentamiento en profundidad mediante oscilaciones de alta frecuencia que, en la zona de aplicación, se transforman en energía calorífica sin provocar estímulos eléctricos en los nervios o en los músculos.

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Con un tratamiento diatérmico no es necesario poner al paciente en contacto con los electrodos de un dispositivo, sino tan sólo colocarlo de forma que sobre él incidan las ondas emitidas por los electrodos y que se originan por el mismo. De esta manera, las ondas electromagnéticas penetran en el cuerpo del paciente generando calor. Determinando de forma precisa la frecuencia de trabajo se puede llegar a modelar la profundidad de penetración de la radiación electromagnética y actuar sobre diferentes elementos constitutivos de los tejidos biológicos humanos. En cualquier caso, se trata de radiaciones no ionizantes que no producen cambios en la estructura molecular de las sustancias, siendo su contenido en agua el responsable de la transformación en calor de la energía de alta frecuencia aplicada.

TRATAMENTOS QUE SUELEN REALIZARSE CON DIATERMIA

Acné Rosácea, Dermatosis por efectos mecánicos e térmicos, Superficies Cruentas,

Neurología Postherpética , Eccemas, Dermatitis escamosa, Piodermitis, acné

conglobata, Psoriasis, Prurito, Ulcera, Cicatrices e Queloides, Trastornos

Queratinización, Drenaje Safenas (Tratamiento celulitis ), Rinoplastias, Estrías,

Celulite, Cefaleas, Neuralgia,  Ciática, Neuralgia Intercostal, Neuralgia Cervico

Braquial, Sinusite, Neuralgia del Trigénimo, Rinite, Pólipos, Varices, Hemorroides,

Prostatitis crónica, Tendinitis Supraespinosa do ombro, Linfedema Bronquial, Calambre

de Pantorrillas, Isquemia espasmódica ( enfermedad Raynaud), Articulación

Sacroiliaca,  Artrite, Artrosis Temporomandibular, Fibromatosis , Aquileitis, Fascia

Plantar, Bursitis Aquilea, Seno do Tarso, Canal do Tarso e Tendosinovitis, Bursitis do

cóbado, Artritis do cóbado, Artrosis do cóbado, Artritis da man, Artrosis da man,

Bursitis da man, Fibrositis, Inflamación non infecciosa lumbo-sacra, Congelado,

Neuralgia Intercostal, Inflamación cervical non infecciosa, Fibrositis, Artrosis de

nocello aguda, Tendinitis e Esguinces, Artrosis de rodilla crónica, Condromalacia

rotuliana, Artritis non infecciosas, Trocantérea, Periatritis de cadeira, Coxartritis,

Coxitis Reumáticas, Artrosis de cadeira, Tendinitis de cadeira, Fibrosis Cervical,

Fibrosis Dorsal , Proces. infradorsales no infecciosos, Lumbalgias Traumáticas,

Lesiones de ligamentos de nocello, Lesións de menisco, Luxacións de rodilla, esiones

ligamentosas de nocello e pé, Esguince de tobillo, Luxación de codo, Lesiones

tendinosas de cóbado, Luxaciones de mano, Parálisis Facial.

Como se ve no se usa para enfermedades propiamente dichas, sino más bien para

lesiones de los ligamentos. Por eso su uso está muy extendido en el mundo del deporte,

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sobretodo para reducir en lo posible el tiempo de recuperación de los deportistas. Es

preferible su uso frente a las infiltraciones ya que la Diatermia es un método no invasino

( incruento) y sin efectos secundarios.

Hipertermia Electromagnética

Los tejidos cancerosos, excepto en su estado necrótico, tienen un alto contenido de agua. Lo que da lugar a un incremento de la permitividad de los tumores.Elevación de Temperatura : Disminuir el volumen tumoral y reducir la dosis de narcóticos utilizados en la fase paliativa del cáncer. (Temperaturas del orden de 43 a 45º)Se utiliza como un agente sensibilizador de las radiaciones ionizantes o quimioterapia.La clave de este proceso está en calentar, medir la temperatura y controlar el sistema…El tiempo de calentamiento debe ser entre 15 y 30 minutos. Esto ha conducido a establecer exposiciones recomendadas o estándar.SAR ( TAE ) : Potencia que es absorbida sobre una unidad de masa de tejido…No se puede medir en el interior…necesidad de evaluar los riesgos a los que está expuesto el tejido.

SAR = σ │E │2 / ρ ( W/Kg ) (ρ la densidad másica del tejido, σ conductividad y E el campo eléctrico en el interior… control interno de los campos ?) → Experimentación (Fantomas, animales : ratas, conejos, etc…riesgos extrapolación…) y simulación numérica…

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Aplicadores :

1. Aperturas radiantes …guias de ondas abiertas → alta permitividad, circula el aire y enfria la piel.

2. Controladores de fase por ordenador →proporcionan gran calor en puntos precisos y profundos…

Dipolos y ranuras → tratamiento “in situ”. Puede estar implantado para sesiones periódicas…

Inconvenientes de los aplicadores con sensores de temperatura metálicos, termistores, termopares, y otros sensores convencionales :

Calentamiento del sensor por corrientes inducidasPerturbación del campo electromagnéticoInterferencia electromagnéticaHoy día se están investigando sensores de temperatura basados en fibra óptica que se recubre de un material (aceites ..? ) cuyo índice de refracción varíe con la temperatura. Las pruebas se están realizando en sustitutos de tejidos (fantomas…).

Resonancia Magnética

Es una técnica espectroscópica que proporciona información estructural y estereoquímica en un tiempo reducido. No es una técnica destructiva y encuentra

aplicaciones en casi todas las áreas de la química y en algunas de la biología.

MRI ( imagen por resonancia magnética ) : Exploración radiológica que nace a principios de los 80 que permite obtener imágenes del organismo de forma incruenta ( no invasiva) sin emitir radiación ionizante y en cualquier plano del espacio ( el estadounidense Lauterbur y el británico Mansfield, premio nobel de medicina 2003, introdujeron innovaciones al descubrimiento de Bloch y Mills Purcell, premio nobel de física 1952…).

Combinación de la informática y el tratamiento avanzado de imágenes en medicina.Anualmente se realizan más de 60 millones de diagnósticos y hay más de 30.000 cámaras de MRI.

Un campo magnético de 1.5 Tesla alinea los átomos de hidrógeno de los tejidos corporales…cuando se interrumpe el pulso magnético vuelven a su posición inicial de relajación emitiendo señales de radio captadas por receptores (antenas) y analizadas por un ordenador ( procesado digital de la información )…obteniendo, en poco tiempo, una imagen tridimensional (“rebanadas” en tres planos – axial,coronal y sagital – sin que el paciente cambie de posición…).

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Cada tejido produce una señal diferente. (la exploración dura 20 – 45 minutos y el paciente debe estar completamente quieto…).

Es muy segura ( radiación no ionizante ), sin embargo, puede producir claustrofobia ( tubo cerrado…ruido de los pulsos magnéticos..) y es relativamente cara respecto a otras técnicas de radiodiagnóstico.Investigación en técnicas de reconstrucción con menos datos→menos tiempo de los pacientes…

Consideraciones Generales

Como consecuencia de la absorción de energía se produce una atenuación de la onda a medida que avanza por el medio material.Se denomina profundidad de penetración ( δ ) a la distancia en que las amplitudes de los campos se reducen un 36 % ( la densidad de potencia un 13,5% ) respecto a los valores superficiales.La absorción de la energía electromagnética por los tejidos produce un incremento de temperatura.El hombre y los animales son sensibles a los efectos térmicos ( los ojos → bajo riego sanguíneo → inhibición de mitosis y diferenciación celular → cataratas; daño en las células germinales → testículos que están a 4º por debajo de la temperatura corporal; quemaduras internas → necrosis; hipertermia maligna, etc. ).Son necesarios límites de exposición… (ver tablas ).

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*NTP 234: Redactor Josep Mestre Rovira (Centro Nacional de Condiciones de Trabajo)

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Espectro Electromagnético y Aplicaciones:

Anexo : Algunos novedosos dispositivos (proyectos…):

Osstell mentor :

Sistema portátil para medir la estabilidad de los implantes (coeficiente de estabilidad, ISQ→oseointegración-diagnóstico).Técnica no invasiva. Se activa mediante un pulso magnético generado por la sonda de medición.

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Sistema resonante: Varilla magnética ( Smartpeg ) colocada en el implante…en diversas sesiones (entre dos y tres meses), memorizando los datos, se observan las variaciones del ISQ…

Microondas para las caries:

La aplicación de microondas en los dientes para evitar las caries es una de las novedades científicas que se presentó en la VII Conferencia Internacional de Calentamiento por Microondas y Alta Frecuencia celebrada en Valencia 2004.

El catedrático de la Universidad japonesa de Kokushikan Yoshio Nijawa ha presentado en la reunión, que por primera vez se celebró en España, una ponencia acerca de la aplicación de microondas para la esterilización de caries dentales.

Según Nikawa, cuyo grupo de investigación, integrado también por odontólogos de la Universidad de Osaka, se trata de aplicar microondas en el diente afectado para elevar la temperatura en las caries que de esta forma, los microorganismos y bacterias que la provocan, sensibles a la variación de temperatura, mueran, sin que se tenga que extirpar el diente.

Este método, que en Japón se aplica de forma experimental en pacientes voluntarios, tiene numerosas ventajas. No sólo no hay que eliminar o dañar el diente afectado como el caso del tratamiento convencional, sino que el diente se autoregenera tras un tratamiento de tan sólo cinco minutos.

Agricultura al calor de las microondas

El Grupo de Calentamiento de Microondas de la Universidad Politécnica de Valencia (UPV) investiga un método para esterilizar suelos

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agrícolas. Una utilidad que, previsiblemente, permitirá eliminar malas hierbas, semillas enterradas y organismos indeseables provocadores de plagas sin tener que emplear el bromuro de metilo, peligroso producto químico que quedará erradicado a nivel mundial en el 2005 por resultar destructor de la capa de ozono ( está por ver si se hace caso a la recomendación…).

En colaboración con ingenieros agrícolas, los expertos aplican estas ondas letales para plantas, nematodos y semillas de varias especies en el suelo mediante nuevos prototipos (que en forma de grandes aspiradores serán transportados por tractores agrícolas). Para su uso, es necesario que el suelo esté lo más seco posible. Sin embargo, los expertos creen que el tratamiento, al contrario que el venenoso bromuro de metilo, será más eficaz, uniforme, inocuo y respetuoso con el medio ambiente.

Para aquellos a los que les suene a ciencia ficción, Elías de los Reyes, catedrático y director de la Escuela de Ingenieros de Telecomunicación de la UPV, recalca que el único efecto de tan enigmáticas ondas es el calor, y por lo tanto son útiles para desinfectar multitud de cosas. "Las microondas no hacen otra cosa", insiste; "transmiten calor". Y con gran eficacia.

Detección de Tumores

Detección mediante microondas de objetos y defectos ocultos (Grupo de Nápoles) y tumores de mama (Grupo de Granada)…reprodución celular (crecimiento de tejidos…no implantes de piel de un sitio a otro…).

Diseño de “antenas inteligentes” para detectar tumores más pequeños de los que actualmente se detectan mediante rayos X, y de forma menos perjudicial para la salud (G. Granada).

Técnicas de teledetección inteligente de vertidos de hidrocarburos en medio marino ( USC, U C, U FEDERICO II, CSIC, UPM ).

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Bibliografía:

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6. Jacques thuery, Microwaves: industrial, scientific and medical.1992 Artech house

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10. Frank s. Barnes and Ben Greenebaum, Handbook Biological Effects of Electromagnetic Fields, CRC Press, 2007

Santiago de Compostela, marzo 2008

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