2.3 DESCRIPCION DEL PROGRAMA SIMULADOR DE SISMOS
2.3.1 Simulador de sismos – Cargando…
Figura 28. Cargando
Fuente: Construyo Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing. Néstor González. Abril 2004.Esta Form es la que se presenta cuando se inicia la aplicación y ésta se encuentra cargando.En esta Form cuenta de dos Timer los cuales se usan para llenar la barra de progreso y para cerrar la Form después de la carga de la aplicación.Figura 29. Barra de progreso
Fuente: Construyo Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing. Néstor González Abril 2004.Se Tiene un componente Gauge que es una barra de progreso con porcentaje, la cual se va llenando mientras carga la aplicación.Figura 30. Pantalla principal del software.
Fuente: Construyo Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing. Néstor González Abril 2004.Es la pantalla principal de la aplicación y la que presenta todas las opciones necesarias para el manejo del programa.Se puede utilizar el menú, la barra de herramientas o los botones de función correspondientes.Figura 31. Icono database
Fuente: Borland Delphi 6
El componente Database es el que permite conectar con la base de datos por medio del ODBC que se creo anteriormente para este fin.Figura 32. Panel de selección principal.
Fuente: Construyo Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing. Néstor González. Abril 2004.En este panel se puede seleccionar la opción que se desea, después de haber cargado los datos del sismo a graficar y simular.Figura 33. Opción salir.
Fuente: Borland Delphi 6
El botón Salir permite abandonar la aplicación.
Figura 34. Cargar datos
Fuente: Construyo Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing. Néstor González. Abril 2004.En esta Form es en donde podemos seleccionar y cargar los datos del sismo que queremos graficar y simular.Para el desarrollo del software, se fundo en la figura legal del software de desarrollo libre, la cual puede ser consultada por el interesado en la legalidad de la utilización de la plataforma de programación, en este caso Borland Delphi versión 6.0Figura 35. Panel de selección de sismo.
Fuente: Construyo Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing. Néstor González. Abril 2004.
Figura 36. Combobox selección sismo.
Fuente: Construyo Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing. Néstor González. Abril 2004.
Figura 37. Icono de cargar datos.
Fuente: Borland Delphi 6
El sismo se selecciona de un listado que se muestra en un ComboBox y los datos se cargan presionando el botón Cargar Datos para su graficación y/o simulación.Figura 38. Opción retroceder
Fuente: Borland Delphi 6
El botón Atrás permite regresar a la pantalla principal de la aplicación.2.5 GRAFICACIÓN DE DATOS NORTE – SURFigura 39. Graficar Norte Sur.
Fuente: Construyo Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing. Néstor González. Abril 2004.Esta es la Form correspondiente a la graficación de los datos de la componente Norte – Sur.En esta Form se encuentra:Figura 40. Componente Query.
Fuente: Borland Delphi 6El componente Query sirve para cargar los datos correspondientes, únicamente a la componente Norte – Sur, mediante una sentencia SQL para su posterior graficación.
Figura 41. Componente DataSource.
Fuente: Borland Delphi 6
El componente DataSource permite llenar la DBGrid con los datos que el Query sustrae de la base de datos para presentárselos al usuario de una forma organizada.Figura 42. DBGrid
Fuente: Construyo Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing. Néstor González. Abril 2004.El componente DBGrid presenta al usuario los datos del sismo seleccionado.Figura 43. Opción Timer.
Fuente: Borland Delphi 6
Un Timer que se utilizo para graficar los datos del sismo seleccionado.Figura 44. Componente T chart
Fuente: Borland Delphi 6
El componente Chart que es en cual se presenta la gráfica de los datos del sismo seleccionado con sus respectivas escalas de desplazamiento en centímetros y tiempo en segundos.Figura 45. Panel datos graficados.
Fuente: Construyo Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing. Néstor González. Abril 2004.En este panel se observa los datos de tiempo y desplazamiento que se están graficando en un determinado momento.Figura 46. Controles de graficación.
Fuente: Construyo Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing. Néstor González. Abril 2004.En este panel se tienen los Controles de la gráfica los cuales se explican en la siguiente tabla.
Tabla 2. Descripción de los botones para el control de gráfica.
Función | Botón. |
El botón Graficar sirve para iniciar una graficación o reanudar una que haya sido detenida en algún momento. |
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Este botón permite hacer una pausa o detener en cualquier momento una graficación que se este llevando a cabo. |
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Con el botón Reiniciar se borra la gráfica que se haya realizado o que se esté realizando en el momento para iniciar nuevamente la graficación si se desea. |
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El botón Zoom Out el cual permite disminuir el tamaño de la gráfica. |
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Este botón permite rotar la gráfica hacia arriba. |
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El botón Zoom In permite aumentar el tamaño de la gráfica. |
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Este botón permite rotar la gráfica hacia la izquierda. |
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Este botón permite restaurar la gráfica a su estado original |
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Este botón permite rotar la gráfica hacia la derecha. |
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Este botón presenta los valores de los datos en la gráfica. |
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Este botón permite rotar la gráfica hacia abajo. |
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Para terminar los controles de la gráfica se encuentra este botón, el cual oculta los valores de los datos en la gráfica. |
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Fuente: Iconos tomados de Delphi Aplicación Diseñada Por Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing. Néstor González. Abril 2004.
Todos estos elementos son comunes para todas las Forms de graficación de datos, presentan las mismas características y las mismas funciones.
2.6 GRAFICACIÓN DE DATOS ESTE – OESTE
Figura 47. Graficar Este Oeste
Fuente: Construyo Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing. Néstor González. Mayo 2004
Es igual a la Form anterior, con la diferencia que los datos que carga el Query son los correspondientes a la componente Este – Oeste.
2.7 GRAFICACIÓN DE DATOS NADIR – CENIT
Figura 48. Graficar Nadir Cenit
Fuente: Construyo Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing. Néstor González. Mayo 2004
Es igual a Form anterior, con la diferencia que los datos que carga el Query son los correspondientes a la componente Nadir – Cenit.
2.8 GRAFICACIÓN DE LAS TRES COMPONENTES
Figura 49. Graficar las componentes
Fuente: Construyo Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing. Néstor González. Mayo 2004
Esta Form es igual a las anteriores pero presenta unas características especiales.
Como se grafican los datos de las tres componentes se tienen tres Timer, tres Query y tres DataSource, cada uno corresponde a la componente respectiva.
En cuanto a los demás datos es igual, los controles son los mismos y afectan a las tres gráficas al tiempo.
2.9 SIMULACIÓN DE DATOS NORTE – SUR
Figura 50. Simulación Norte Sur
Fuente: Construyo Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing. Néstor González. Mayo 2004
Esta es la Form correspondiente a la simulación de los datos de la componente Norte – Sur.
En esta Form esta compuesta por:
Figura 51. Componente Query
Fuente: Borland Delphi 6
El componente Query sirve para cargar los datos correspondientes, únicamente a la componente Norte – Sur, mediante una sentencia SQL para su posterior simulación.
Figura 52. Componente Timer
Fuente: Borland Delphi 6
Un Timer que se utilizó para enviar los datos del sismo seleccionado a través del puerto paralelo para su simulación.
Figura 53. Lista de datos Norte Sur
Fuente: Construyo Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing. Néstor González. Mayo 2004
Los datos que se envían a través del puerto paralelo son dados que se encuentran al usuario por medio de un ListBox, que aparecen en la pantalla a medida que son enviados.
En la siguiente tabla se encuentra la descripción de los botones de simulación.
Tabla3. Descripción de los botones de simulación.
Función. | Botón. |
El botón Simular sirve para iniciar una simulación o reanudar una que haya sido detenida en algún momento. |
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Este botón permite hacer una pausa o detener en cualquier momento una simulación que se este llevando a cabo. |
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Con el botón Reiniciar se borra la lista de datos que se hayan mostrado o que se estén mostrando en el momento para iniciar nuevamente la simulación si se desea. |
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El cual permite regresar a la pantalla principal de nuestra aplicación. |
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Fuente: Iconos tomados de Delphi Aplicación Diseñada Por Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing. Néstor González. Junio 2004.
Todos estos elementos son comunes para todas las Forms de simulación de datos, presentan las mismas características y las mismas funciones.
2.10 SIMULACIÓN DE DATOS ESTE – OESTE
Figura 54. Simulación Este Oeste.
Fuente: Iconos tomados de Delphi Aplicación Diseñada Por Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing. Néstor González. Junio 2004
Es igual a la Form anterior, con la diferencia que los datos que carga el Query son los correspondientes a la componente Este – Oeste.
2.11 SIMULACIÓN DE DATOS NADIR – CENIT
Figura 55. Simulación Nadir Cenit
Fuente: Iconos tomados de Delphi Aplicación Diseñada Por Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing. Néstor González. Junio 2004.
Es igual a la Form anterior, con la única diferencia que los datos que carga el Query son los correspondientes a la componente Nadir – Cenit.
2.12 SIMULACIÓN DE LAS TRES COMPONENTES
Figura 56. Simulación componentes.
Fuente: Iconos tomados de Delphi Aplicación Diseñada Por Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing. Néstor González. Junio 2004.
Esta Form es igual a las anteriores pero presenta unas características especiales.
Como se simulan los datos de las tres componentes se tienen tres Timer, tres Query y tres ListBox, cada uno corresponde a la componente respectiva.
En cuanto a las otras funciones la aplicación es igual, los controles son los mismos y afectan a las tres listas al tiempo.
3. MONTAJE ELECTRÓNICO DE REGULACIÓN.
Para que el simulador de sismos a escala funcione, se necesita un puente entre el software, descrito en el capitulo anterior y los actuadores que generen el desplazamiento, compuesto por las bobinas, núcleo y resorte.
La metodología de trabajo que se utilizó para el desarrollo electrónico consiste básicamente en definir los circuitos que componen el montaje electrónico de regulación. Luego se define un circuito previo con elementos teóricos, labor asesorada por el Ing. Fabián Jiménez.
Así mismo, en las páginas de electrónica, en Internet se encontraron aplicaciones parecidas a las que requirió la investigación, con las cuales se hizo los montajes respectivos sobre un software. Posteriormente, se simularon los circuitos. Teniendo este diseño previo se procedió a comprar los materiales y realizar el montaje, por último se monto el circuito, hasta que cumplió con las funciones para la cual fue construido con alto grado de precisión.
Este capitulo, describe cómo funciona el circuito electrónico de regulación, que finalmente se adoptó, ya que para llegar a este se hicieron muchos montajes hasta llegar al ideal.
Los puertos de comunicación de la PC son de particular interés para el estudioso de la electrónica, ya que le permiten utilizar una computadora personal para controlar todo tipo circuitos electrónicos utilizados, principalmente, en actividades de automatización de procesos, adquisición de datos, tareas repetitivas y otras actividades que demandan precisión.
Existen dos métodos básicos para transmisión de datos en las computadoras modernas. En un esquema de transmisión de datos en serie un dispositivo envía datos a otro a razón de un bit a la vez, a través de un cable. Por otro lado, en un esquema de transmisión de datos en paralelo un dispositivo envía datos a otro a una tasa de n número de bits a través de n número de cables a un tiempo.
Sería fácil pensar que un sistema en paralelo es n veces más rápido que un sistema en serie, sin embargo esto no se cumple, básicamente el impedimento principal es el tipo de cable que se utiliza para interconectar los equipos.
Si bien un sistema de comunicación en paralelo puede utilizar cualquier número de cables para transmitir datos, la mayoría de los sistemas paralelos utilizan ocho líneas de datos para transmitir un byte a la vez, como en todo, existen excepciones, por ejemplo el estándar "SCSI (Small Computer System Interfase) interfaz de sistema para pequeños ordenadores o computadoras" .Permite transferencia de datos en esquemas que van desde los ocho bits y hasta los treinta y dos bits en paralelo. En éste caso la aplicación del puerto paralelo es de 8 bits de transferencia del computador y dos bits mas para direccional los datos anteriores. Un típico sistema de comunicación en paralelo puede ser de una dirección (unidireccional) o de dos direcciones (by direccional). El más simple mecanismo utilizado en un puerto paralelo de una PC es de tipo unidireccional y es el que SE utilizo en el simulador.
Figura 57. Distribución de señales en los pines del conector de salida del PC (hembra)
FUENTE: http://www.doc.ic.ac.uk/~ih/doc/par/
En la grafica anterior esta la disposición de los pines del puerto paralelo los pines utilizados son del pin2 al pin 9 en donde envió datos D0-D7 al enviar datos por estos pines debo tener en cuenta que la dirección es $378 utilizando esta dirección en el protocolo de programación en este caso Delphi puedo enviar datos desde 0 hasta 255 en decimal o desde 00000000-11111111 en sistema binario. Este puerto hace parte de la cualquier computadora comercial.
Figura 58. Diagrama de conexión interna optocoplador 4N25
Fuente. http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5989-0292EN.pdf
En el diagrama los números corresponden a:
1. Ánodo
2. Cátodo
3. NC.
4. Emisor
5. Colector
6. Base
Figura 59. Diagrama de conexión Optocoplador.
Fuente. http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5989-0292EN.pdf
El optocoplador sirve en este caso como sistema de protección del puerto paralelo de esta manera si existe alguna sobrecarga eléctrica en los circuitos posteriores esta sobrecarga no afectara al computador.
La configuración de salida del puerto paralelo queda representada de la siguiente manera definida en el diagrama esquemático.
El optocoplador anteriormente descrito en este caso el 4N25 es comprado en el mercado y utilizado para la aplicación que en este caso tiene como función un aislamiento óptico.
Figura 60. Diagrama esquemático protección puerto paralelo 378
Fuente: Dibujo Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing. Fabián Jiménez. Enero 2004.
Fotografía 10. Conexión protoboard puerto paralelo 378
Fuente: Construyo Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing. Fabián Jiménez. Enero 2004.
En la aplicación que se hace, una simulación de desplazamientos en tiempo real en los 3 ejes x, y, z, se necesita direccionar datos, puesto que la función del puerto paralelo es sacar datos de 0-255 con su respectiva dirección. Si es Norte –Sur, Nadir-Cenit, Este-Oeste, para este fin utilizan los pines uno y catorce, la cual tiene una dirección $37ª, en el protocolo de programación.
Por los pines uno y catorce puede sacar datos de 0-3 reales puesto que se escribe un dato mayor a 3 la serie se repite. Estos datos permiten direccional los datos del puerto paralelo de D0-D8.
La figura numero 5 muestra la configuración de protección del direcciónador $37A cuya función es direccionar datos.
Figura 61. Diagrama dirección 37A
Fuente: Dibujo Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing. Fabián Jiménez. Febrero 2004.
Fotografía 11. Conexión puerto paralelo Protoboard 37 A.
Fuente: Fotografía tomada al montaje realizado por Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing. Fabián Jiménez. Marzo 2004.
Luego de recibir los datos de entrada existe la necesidad de multiplexar la señal, es decir convertir los 8 datos de la dirección $378 en tres, para que cada una de ellas pueda manejar una componente Norte Sur, Este Oeste, Nadir Cenit. Los multiplexores se podrían definir como interruptores múltiples, los cuales dan la orden de dejar pasar la señal o no, dependiendo de la activación o desactivación de los mismos.
Figura 62. Conexión multiplexores
Fuente: Dibujo Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing. Fabián Jiménez. Marzo Enero 2004.
Figura 63. Diagrama esquemático de configuración interna 74ls373
http://www.giobe2000.it/HW/DataSheet/Pag/74LS373_1.asp
Del diagrama esquemático, mostrado en la figura anterior se puede decir que el pin de activación o desactivación es el pin numero 11. Este pin va a activar el circuito dejando pasar la señal o desactivar, no dejando pasar la señal. De esta manera va a definir la ruta de los datos para su posterior simulación. Este elemento es comprado en el mercado local.
Figura 64 Diagrama esquemático direccionamiento multiplexores
Fuente: Dibujo Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing. Fabián Jiménez. Abril 2004.
El diagrama anterior esta compuesto por compuertas de tipo negadora, en este caso la SN 7404, adquirida en el mercado. Esta tiene como función negar el dato de entrada, es decir si viene un dato 5 saca un dato 0 y si viene un 0 va a sacar un 5. Estas compuertas son las que están ubicadas en la parte derecha e izquierda de la figura anterior.
Las compuertas que están en el centro son de tipo Xnor que son la negación de una OR. Esta compuerta tiene dos pines de entrada y se explica mediante la siguiente tabla
Tabla 4. Operación de una compuerta OR
Entrada 1 | Entrada 2 | Operación | salida |
1 | 1 | OR (intersección) | 1 |
0 | 0 | OR (intersección) | 0 |
1 | 0 | OR (intersección) | 1 |
0 | 1 | OR (intersección) | 1 |
Fuente: Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing. Fabián Jiménez. Abril 2004.
Como la compuerta utilizada es de tipo xnor, que significa una negación de una OR, todos los datos de OR se invierten como se muestra en la siguiente tabla.
Tabla 5. Operación de una xnor
Entrada 1 | Entrada 2 | Operación | salida |
1 | 1 | Xnor (niega intersección) | 0 |
0 | 0 | Xnor (niega intersección) | 1 |
1 | 0 | Xnor (niega intersección) | 0 |
0 | 1 | Xnor (niega intersección) | 0 |
Fuente: Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing. Fabián Jiménez. Abril 2004.
Como la posición normal del multiplexor es enabled (Habilitado), se necesita que entre un dato en o para deshabilitar el multiplexor.
3.4 CONVERSIÓN DIGITAL ANALOGA.
La conversión digital análoga, consiste en tomar el tren de datos que vienen del puerto paralelo y convertirlos en una señal de corriente directa, que varié. Para este caso entre cero y 5 voltios. La configuración electrónica para realizar esta labor es a través del diagrama esquemático mostrado a continuación, el cual esta compuesto por un DAC 0808 dispositivo electrónico, adquirido en el mercado, este es un conversor digital análogo, este dispositivo electrónico tiene como función, tomar el tren de datos que vienen del multiplexor y realizar una conversión de tren de bits a corriente.
A continuación de este será necesario convertirlo, en una variación de voltaje mediante la utilización de un amplificador operacional, el cual entrega una señal de voltaje entre 0 y 10 voltios.
Figura 65.Diagrama esquemático conversor digital análogo.
Fuente: Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing. Fabián Jiménez. Mayo 2004.
3.5 DESCRIPCION DE FUNCIONAMIENTO DE RAMPA.
El funcionamiento general del circuito es regular el ángulo de disparo de un Triac. Este debe regular tanto en el semiciclo positivo como en el semiciclo negativo.
El circuito en general va a tomar una señal que proviene de un transformador, el cual toma un voltaje de la red de 113 voltios, aproximadamente y lo convierte para este caso en 6 voltios a 60 Hz de frecuencia. La señal en la siguiente fotografía, se observa la onda de corriente alterna a 6v con una frecuencia de 60 Hz.
Fotografía 12. Señal de corriente alterna.
Fuente: Fotografía tomada por Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing. Fabián Jiménez. Junio 2004.
Esta es la señal que se observa en la salida del transformador. En la grafica se puede ver tanto el semiciclo positivo, como el semiciclo negativo.
Luego de tener la señal de alterna continúa una etapa de rectificación, la cual consiste en un puente rectificador de onda completa, la cual convierte la señal de alterna en una señal con semiciclos positivos únicamente como se puede observar en la siguiente fotografía.
Fotografía 13. Señal rectificada.
Fuente: Fotografía tomada por Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing. Fabián Jiménez. Junio 2004.
Para rectificarla señal se utilizó el sistema de puente rectificador a 5 amperios RS 205 D.C. dispositivo electrónico adquirido en el mercado. La pantalla que se muestra en la anterior fotografía es de un osciloscopio del laboratorio de electrónica 202B.
Fotografía 14. Conexiones puente rectificador.
Fuente: Fotografía tomada por Juan Carlos Castro Medina, revisó Javier Hernández Farfán, revisó Ing. Fabián Jiménez. Julio 2004.
La fotografía anterior muestra el puente rectificador DC Rs205 el cual convierte la señal de alterna en señal de corriente continua.
Luego de tener la señal rectificada de 0 a 6, voltios se pasa al siguiente dispositivo, que es una serie de amplificadores operacionales Lf 353 adquiridos en el mercado. Como su nombre lo indica, son aparatos que sirven para hacer operaciones dependiendo de su configuración.
Fotografía 15. Sistema de amplificadores operacionales.
Fuente: Fotografía tomada por Juan Carlos Castro Medina, revisó Javier Hernández Farfán, revisó Ing. Fabián Jiménez. Julio 2004.
El primer amplificador operacional tiene como función hacer la detección de cruce por cero. Este la realiza de la siguiente manera: se le introduce al amplificador una señal rectificada y se compara con un voltaje, el cual se gradúa con una resistencia variable o potenciómetro lineal de diez mil ohmios, dispositivo electrónico, comprado en el mercado. Para poder obtener una mayor precisión se coloca una referencia en cada valle de la onda rectificada, es decir cuando la onda sinusoidal corta con el eje x y la señal de salida es la siguiente.
Fotografía 16.Onda de detección de cruce por cero.
Fuente: Fotografía tomada por Juan Carlos Castro Medina, revisó Javier Hernández Farfán, revisó Ing. Fabián Jiménez. Julio 2004.
En la siguiente fotografía se observa el montaje de los circuitos que hacen posible generar la señal mostrada en la anterior. En esta gráfica la barra azul hace referencia a la resistencia variable de 10K y el aparato de color negro con 8 pines es el amplificador operacional Lf353, el cual trabaja con una polarización de doce voltios positivos y negativos.
Fotografía 17. Montaje circuito de detección de cruce por cero
Fuente: Fotografía tomada por Juan Carlos Castro Medina, revisó Javier Hernández Farfán, revisó Ing. Fabián Jiménez. Julio 2004.
Los siguientes amplificadores operacionales lo que hacen es acondicionar la señal del detector de cruce por cero, para luego entregársela a dos transistores que van a hacer la función de generar la rampa, para cada uno de los semiciclos y poder así compararla con un voltaje y hacer la regulación sobre el Triac. En la siguiente fotografía se observa el montaje del circuito de acondicionamiento de detección de cruce por cero y generador de rampa.
Fotografía 18.Montaje amplificadores de acondicionamiento
Fuente: Fotografía tomada por Juan Carlos Castro Medina, revisó Javier Hernández Farfán, revisó Ing. Fabián Jiménez. Julio 2004.
Después de las dos etapas se hace que se active un transistor y descargue un condensador y mientras el estado lógico es bajo, este hace que el condensador, cuando está en cero, el se esta cargando y cuando esta el pulso alto, lo que hace el condensador es descargarse generando la rampa, la cual consiste en que por cada semiciclo de la onda corriente alterna (AC) le genera una variación lineal de 0 a 6 voltios.
En este caso el objetivo de la rampa es compararse con un voltaje de referencia modulando el ancho de pulso.
En la siguiente fotografía se observa la señal de rampa.
Fotografía 19. Señal de rampa.
Fuente: Fotografía tomada por Juan Carlos Castro Medina, revisó Javier Hernández Farfán, revisó Ing. Fabián Jiménez. Julio 2004.
Una de las características importantes que debe tener la señal diente de sierra, es que debe estar en fase con la señal rectificada. De otra forma si la señal de rampa está en desfase la rampa no sirve para regular el ancho de pulso. En la siguiente fotografía se observa que la señal está en fase.
Fotografía 20. Comparación señal rampa con alterna.
Fuente: Fotografía tomada por Juan Carlos Castro Medina, revisó Javier Hernández Farfán, revisó Ing. Fabián Jiménez. Julio 2004.
Al tener la señal de rampa en fase, lo que se hace es añadir un voltaje de referencia que es el que viene del circuito de conversión digital análoga, que hace según los datos de impresión definidos por puerto paralelo previamente por el software. Esta señal varia entre cero y 6 voltios, de tal manera que al comparar la señal que viene de los conversores digitales análogos con la rampa se genera un ancho de modulación de pulso, el cual va a disparar el Triac. En la siguiente secuencia grafica se observa el ancho de modulación de pulso, a mayor pulso mayor voltaje a menor pulso menor voltaje.
Fotografía 21. Secuencia modulación ancho de pulso.
Fuente: Fotografía tomada por Juan Carlos Castro Medina, revisó Javier Hernández Farfán, revisó Ing. Fabián Jiménez. Julio 2004.
El ancho de pulso esta variando según el voltaje de referencia, puesto que al circuito comparador entran 2 señales, en una esta la señal de rampa y en la otra la variación de
Voltaje, para este caso 0v a 10v, que viene de los conversores. Al comparar la señal de salida, es una modulación de pulso que varia directamente dependiendo de los datos impresos por puerto paralelo del computador.
En la primera señal se observa 0, luego existen una serie de disparos, posteriormente esos pulsos de disparo se van volviendo cada vez mas grandes, hasta llegar al máximo que es la gráfica mostrada en ultima secuencia.
4. DESCRIPCION DE LA OPERACIÓN DEL PROTOTIPO
El simulador de sismo tiene las siguientes características técnicas:
4.1.1 Desplazamiento Norte Sur: 5 cm.
4.1.2 Desplazamiento Nadir Cenit: 2.5 cm.
4.1.3 Desplazamiento Oriente Occidente: 6 cm.
4.1.5 Dimensiones Plataforma: 27cm x 32.5 cm.
4.1.6 Resolución: desde 1s 1ms
4.1.7 Tiempo máximo trabajo: 3 minutos (continuos)
4.1.8 Capacidad Base de datos: 3 sismos 32000 registros
4.1.9 Alimentación: 120V Corriente Alterna (red monofasica)
4.1.10 Dimensiones de la mesa: 90cm x 50cm x 70cm
El simulador se opera de la siguiente manera. En primer lugar se instala el programa.
Para instalar el programa se copia la carpeta en el disco duro c: luego se configura la base de datos. Esta operación se describe en el capitulo 2.
Para la operación del simulador de sismos, simplemente se abre la aplicación del simulador, la cual tiene como dirección C:SismosAplicaciónsimulador.exe,Tiene cómo icono la siguiente figura.
Figura 66. Icono Acceso directo al simulador.
Fuente: Dibujo Juan carlos castro Medina Rev. Ing. Néstor González. Julio 2004
Cuando esto no es posible se puede crear un acceso directo, para la ejecución del programa.
El software de simulación tiene por defecto tres sismos los cuales pueden eliminarse y cargarse con otros valores. Para realizar esta operación debe llevarse acabo de la siguiente manera: Se abre la base de datos, que tiene la siguiente dirección C:SismosAplicaciónsismos.mdb. Enseguida selecciona toda la base de datos, luego se teclea suprimir. Al hacer esto, la base de datos esta vacía y lista para llenarse con nuevos datos.
Para llenar la base de datos se tiene en cuanta que los datos deben estar preferiblemente en Excel ordenados de la siguiente forma: primera columna (IdNS), identificador del sismo. Este define qué sismo es; como el software de simulación tiene tres sismos, se debe escribir en estricto orden sismo 0, 1, y 2, la columna 2 (TNS) es el tiempo en dirección Norte Sur, una serie de tiempos cada 500 ms o cada medio segundo partiendo de 0 y como máximo valor de tiempo 3 minutos. En la tercera columna (NS) se debe escribir el valor del desplazamiento en cm., correspondiente al valor del tiempo.
Si el valor de desplazamiento es superior a la capacidad del sismo este automáticamente simula el máximo valor posible.
Las columnas 4 (IdEO) y 7(IdNC) se deben cargar igual a la 1, las columnas 5(TEO) y 8(TNC) se deben llenar igual que la columna dos. Los valores de tiempo máximo pueden variar pero el intervalo debe mantenerse. En la columna numero 6 (EO) debe cargarse con los valores de desplazamiento correspondientes a la dirección Este Oeste en cm. , y por ultimo los valores de la columna 9 (NC) se carga con los valores de desplazamiento correspondientes en la dirección Nadir Cenit en cm.
Figura 67. Base de datos 
Fuente: Recopilación de datos de INGEOMINAS, sismo de jurado 1997, respuesta del suelo en Bogota. Codificados por Juan Carlos Castro. Julio 2004.
Los valores con los cuales se carguen los datos deben construirse o conseguirse por la persona que vaya a utilizar el simulador. Se recomienda la consulta a un ingeniero sísmico o a un técnico de INGEOMINAS. El trabajo de investigación aquí descrito tiene como objetivo el diseño y construcción del simulador de sismos a escala. Para la operación del software de simulación es necesario revisar el capitulo dos, el cual describe los botones y acción que realiza cada uno de ellos dentro del programa. Para la graficación de datos no se debe tener necesariamente conectado el equipo al simulador de sismos, pero si se desea simular los datos se debe realizar de la siguiente manera. Se abre cualquier forma de simulación, ya sea Este-Oeste, Norte-Sur, Nadir-Cenit o componentes. Posteriormente, dar la opción detener, luego reiniciar, enseguida se conecta el simulador en la red eléctrica y la salida del puerto paralelo de su PC. Conecte la interfaz. El simulador debe ser conectado después de realizar los pasos en el software, de lo contrario no funcionara. Se debe tener cuidado en apagar el simulador, luego de salir de la aplicación o de lo contrario el simulador quedara encendido y las bobinas se fundirán.
Fotografía 22. Prototipo simulador de sismos a escala.
Fuente: Fotografía tomada por Juan Carlos Castro Medina revisó Javier Hernández Farfán, reviso Ing. Fabián Jiménez, Ing. Carlos Arias. Julio 2004.
5. CONCLUSIONES 1. Se realizó el estudio, diseño y construcción del prototipo, como simulador de sismos, propuestos en los objetivos del proyecto. 2. Con los alcances definidos inicialmente, se trabajó con datos de sismos ocurridos en Colombia solamente. 3. La investigación se desarrolló utilizando conocimientos y competencias de ingeniería electrónica, de sistemas y civil. Solo la universidad del valle, que se conozca tiene un prototipo con fuerza uníaxial, sin que utilice los campos electromagnéticos. Estas referencias se conocieron en la etapa final del trabajo ejecutado, sin que tuviera mutua relación. 4. Se desarrollaron cuatro etapas, bien definidas que se describen: Electromecánica, programación, electrónica y construcción final del prototipo 5. El software construido dibuja las trazas de desplacigramas en tiempo real en la simulación grafica en direcciones Este Oeste, Norte Sur, Nadir Cenit y las tres simultáneamente. 6. El software construido imprime por puerto paralelo, las trazas de los desplazamientos en las direcciones Este Oeste, Norte Sur, Nadir Cenit y las tres simultáneamente. 7. El circuito de control diseñado y construido codifica la señal de computador y aplica una variación de voltaje, sobre los actuadores de 0 a 113 voltios. 8. El sistema electromecánico funciona correctamente, en solitario y simultáneamente en función de los datos impresos por puerto paralelo. 9. El prototipo construido, en todas sus etapas, trabaja en conjunto con una excelente sincronía. 10. La utilización de circuitos definidos por otros autores especialmente si son del primer mundo, no son aplicables en Colombia, por las condiciones tecnológicas y por la calidad de los materiales. Los elementos electrónicos comprados en Colombia no ofrecen características técnicas ideales. 11. La operación del conversor DAC 0808 es de conversor digital análogo de corriente y trabaja con lógica inversa. 12. Para la realización del detector de cruce por cero y la rampa, se realizó en el laboratorio de electrónica y la aplicación de conceptos de forma empírica, hasta obtener una onda óptima. 13. La corriente que sale del conversor digital análogo se convirtió en voltaje mediante la utilización de un amplificador operacional. 14. La construcción del prototipo del simulador de sismos requirió un trabajo conjunto y continuo de gran dedicación. El tiempo máximo de trabajo del simulador es de 3 minutos. 15. Los Timers del software de simulación no dan valores reales, se requiere una calibración especial para cada computador que vaya a utilizarse 16. El circuito de potencia de las bobinas Nadir Cenit se le colocó un condensador con el fin de cortar los picos y evitar que se quemaran los Triacs. 17. El circuito de disparo de las bobinas se trabajó por retroalimentación. 18. La opción de graficación tipo Tchart en Delphi es una excelente herramienta de graficación, utilizada óptimamente en la investigación. 19. El simulador de sismos debe optimizarse en el sentido de comprobación y verificación de datos de simulación. Los datos de ejecución deben tener el mínimo de error permitido. 20. El desarrollo del simulador de sismos se debió al apoyo que dio la Universidad Santo Tomas Tunja y al empeño que tuvo el investigador principal y la colaboración de los asesores.
6. RECOMENDACIONES. 1. A partir de esta investigación se puede iniciar nuevos proyectos, que permitan disminuir la vulnerabilidad sísmica de las estructuras, ante la acción de los movimientos telúricos. 2. Diseñar y construir nuevos prototipos, que trabajen con cargas y desplazamiento a una escala superior, para hacer más efectivo el proceso de mitigación. 3. El circuito del simulador de sismos se debe optimizar y pasar a una baquelita, para que sea mucho más robusto. 4. Se debe mejorar la presentación del prototipo si se desea buscar comercialización. 5. Se plantea que el investigador principal continua con el proceso de mejoramiento y calibración del simulador, el cual beneficia de forma directa igualmente a la universidad Santo Tomas Tunja. 6. Se debe buscar un mecanismo de calibración mediante la utilización de un sismógrafo digital. 7. El prototipo construido esta listo para utilizarse como punto de referencia para la estabilización del sistema electromagnético de estabilización.
BIBLIOGRAFIA BOTON W. Electrónica Mediciones Madrid 1996. BRIONES, Guillermo. Formación de docentes en investigación educativa. Curso de educación a distancia. Modulo 2 La investigación en el aula y la escuela Convenio Andrés Bello, Santa fe de Bogota, 1990. CHI Tsong Chen. Sistemas de control digital Modelos Matemáticos. Philadelphia 1993 COHEN, Louis- MANION Lawrence. Métodos de investigación Educativa. Colección Aula Abierta. Editorial La muralla, Madrid 1990. FEYMAN, Richard P. Física México 1998 FISHBANE, Paúl M Física Matemática México 1994 GARCIA LOPEZ W. Amplificadores Madrid séptima edición 1991 HOLLIDAY, David Física tercera edición México 2001 INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TECNICAS. Normas colombianas para la presentación de trabajos de investigación. Segunda actualización. Santa Fe de Bogota D.C.: ICONTEC, 1996. 126p. NTC 1307. JUNG, Walter G. Amplificadores Madrid 1990. KLEIN. Paúl E. Electrónica Mediciones 1996 México. LÓPEZ FERNÁNDEZ, Javier. Autocad 2000 avanzado. Madrid: Mc Graw Hill, 1999. 619 p. MANDADO PEREZ, Enrique sistemas de control por retroalimentación México 1999. RUT KOWEKI, George B. Amplificadores Madrid 1994 RALPH. Hemphil. Inducción Electromagnética Hemphill Schools. Los Ángeles California, 1980. 22p. SERWAY, Raymond cuarta edición México 1997 SINGER, Ferdinand L. Resistencia de materiales. Madrid: Oxford, 1994. 548p. WARNES, Lionel. Analogue and Digital electronics London 1998 © 1993-2003 Microsoft Corporation. Reservados todos los derechos.
http://www.giobe2000.it/HW/DataSheet/Pag/74LS373_1.asp
http://www.ingeominas.gov.co/web/mapas/index.html
http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5989-0292EN.pdf
http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5989-0295EN.pdf
http://webdiee.cem.itesm.mx/web/servicios/archivo/tutoriales/protoboard/sld003.htm
http://www.romalo.250x.com/especiales/especial1.htm
http://g.unsa.edu.ar/hoyosd/curso_p/curso_p_convad.html
http://www.simplentrol.com/Esp/NuevosBloques.htm#Bloque_Generador_de_Rampa_Controlada
AGRADECIMIENTOS Agradezco a Dios en primer lugar por haberme concedido medios, espacios y capacidades para desarrollar este trabajo. A la universidad y profesores quienes me dieron el apoyo y asesoria oportuna y permanente. A mis padres quienes con enorme sacrificio me proporcionaron los medios para estudiar en esta universidad
JUAN CARLOS CASTRO MEDINA
Trabajo de grado UNIVERSIDAD SANTO TOMAS FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL TUNJA 2004
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