desarrollo y aplicación de un prototipo con diseño

DEDICATORIAS

…A Dios por permitirme concluir con un ciclo más en mi vida y darme a los dos mejores ángeles y amigos,

mis padres.

…De manera muy especial: a Mis Padres por todo el apoyo que hasta ahora he recibido

incondicionalmente; por tus cansancios y desvelos papá y tus palabras y oraciones mamá, por los enormes

sacrificios de ambos a pesar de las circunstancias. Les prometo que me esforzaré para recompensarles si

quiera una parte de todo lo que me han dado.

…A mis hermanos por quererme tanto, tolerarme y apoyarme.

...A mi compañero, amigo y colega de este y muchos otros proyectos.

BELÉN NATALY GARCÍA DELGADO.

…A todas las personas que me apoyaron durante la carrera en especial a mis padres y al Ing. Roberto

Ramírez.

EMMANUEL RAMÍREZ ÁLVAREZ.

AGRADECIMIENTOS

Al Ing. Roberto Ramírez por todo el apoyo brindado para la realización de este trabajo.

Al Ing. Luis Marcel por creer en el proyecto.

Y a todas las personas que de manera directa e indirecta colaboraron y apoyaron para que se llevara a

cabo este proyecto.

ÍNDICE

OBJETIVOS

RESUMEN

ABSTRACT

INTRODUCCIÓN

CAPÍTULO 1. CONCEPTOS GEOFÍSICOS…………………………………………………….…………………………….….....1

1.1. Generalidades………………………….……………………………………………………….………………………………...….1

1.2. Teoría de la Prospección Geoeléctrica………………………………….………………..…………………….…………2

1.3. Teoría de Dispositivos Electródicos………………………………………………………………..………...….……….19

1.3.1. Tipos de Prospecciones Geoeléctricas…………………………………………………………………………….….25

CAPÍTULO 2. PARTES DEL PROTOTITPO.…………………………………………………...…………………………………36

2.1. Fuentes Eléctricas………………………………………………………………………………………..………………………..36

2.2. Fuente de poder………………..……………………………………………………………………..…………………………..45

2.2.1. Diseño de fuente…………………………………………………………………………………………………………………48

2.3. Características del Microcontrolador……………………………………….…………………………………………...63

CAPÍTULO 3. PROGRAMACIÓN DEL PROTOTIPO……………......….…………………………………………....……69

3.1. Programación del Microcontrolador PIC18F4550……………..……………………………………………………69

3.2. Interfaz usuario maquina ……………………………………………………………….……………………………….…….93

CAPÍTULO 4. APLICACIÓN DEL DISPOSITIVO……………………………………….……………..……….…………….104

4.1. Localización………….……………….………………………………………………………………………………………….…104

4.2. Geología………………………………………………………………………………………………………………………………105

4.3. Metodología…………………………………………………………………………………………………………………..……107

4.4. Observaciones…………………………………………………………………………………………….……………………….112

CONCLUSIONES………………………………………………………………………………………………………………………….113

ANEXO A…...………………………………………………………………………………………………………………………………115

GLOSARIO………………………..………………………………………………………………………………………………………..119

BIBLIOGRAFÍA.................................................................................................................................122

OBJETIVOS

Aplicación de nuestros conocimientos en Geofísica para el desarrollo del prototipo de un

equipo para realizar Prospección Geoeléctrica.

Validar el equipo con un levantamiento de Prospección Geoeléctrica en campo.

Realizar la interpretación de los datos obtenidos con el equipo para demostrar su

funcionalidad.

RESUMEN

Se presenta el prototipo de un equipo para Prospección Geoeléctrica llamado ERS-01 (Exploración

Resistiva del Subsuelo). Se sabe que en la industria de la Geofísica los costos de los equipos son

altos y de procedencia extranjera. Por lo cual este proyecto tuvo como objetivo desarrollar un

diseño nacional a bajo costo.

Este diseño fue el resultado del trabajo de un equipo integral que diseñó la electrónica necesaria

para la generación y adquisición de señales eléctricas. Se parte de una fuente controlada de

Corriente Directa (VCD) esta inyecta una señal de Corriente Variable y a un solo Voltaje, en la

industria eléctrica este tipo de fuentes es conocida como “fuente de corriente”. La cual sirvió para

obtener un valor resistivo del subsuelo en base a la teoría de la Prospección Geoeléctrica y los

diferentes tipos de arreglos para la adquisición de datos.

En el caso de la adquisición de datos se utilizo el Microcontrolador PIC 18F4550 de MICROCHIP

programado en PROTON IDE y usando Visual Basic para la interfaz máquina-usuario. El software

puede utilizarse para la actualización de equipos antiguos o que no cuenten con tecnología digital.

Se presentan los resultados obtenidos por nuestro prototipo y se realiza un estudio de Exploración

Geoeléctrica en un terreno ubicado en el Municipio de Teoloyucan, Estado de México, se realizó

la adquisición de datos directa en campo, así como el procesado de los mismos y la interpretación

correspondiente con el fin de comprobar la efectividad del prototipo.

ABSTRACT

We present the prototype of Geoelectric Prospecting equipment called ERS-01 (Resistive

Subsurface Exploration). It is known that in the geophysics industry costs are high and equipment

from abroad. Therefore, this project was to develop a national design at low cost.

This design was the result of an integrated team that designed the electronics necessary for the

generation and acquisition of electrical signals. It is part of a controlled source of direct current

(VDC) is injected current signal and a single voltage variable in the electrical industry such sources

is known as “power source”. This served to obtain a subsurface resistive value based on the theory

of Geoelectric Prospecting and different types of arrangements for data acquisition.

For data acquisition we used the MICROCHIP 18F4550 PIC Microcontroller programmed in

PROTON IDE and using Visual Basic for machine-user interface. The software can be used to

update old equipment or do not have digital technology.

We present the results obtained by our prototype and a study of Geoelectric Exploration in an

area located in the Municipality of Teoloyucan, Mexico there was direct data acquisition in field

and processing the data and the interpretation corresponding to test the effectiveness of the

prototype.

INTRODUCCIÓN

Actualmente, en la industria de Prospección Geofísica de Métodos Eléctricos Superficiales, se

trabaja con modelos de instrumentos de antaño, en cuanto a sus principios básicos, en el presente

trabajo se mostraran las importantes mejoras que se le han introducido a estos instrumentos a

medida que la técnica electrónica ha avanzado.

Los alumnos de la carrera de Ingeniería Geofísica, del Instituto Politécnico Nacional, realizan el

prototipo de un equipo llamado ERS-01 (Exploración Resistiva del Subsuelo) para Prospección

Geoeléctrica, con aplicación directa en campo.

Como parte del proyecto terminal se diseña la electrónica necesaria para la generación y

adquisición de señales eléctricas con el fin de obtener variables geofísicas para obtener un modelo

geológico aproximado del subsuelo.

Desde el punto de vista técnico se parte de una fuente controlada de corriente para inyectar un

valor constante de esta señal para obtener un valor resistivo del subsuelo en base a la Ley de Ohm

y los diferentes tipos de arreglos necesarios para la Prospección Geoeléctrica.

En el caso de la adquisición de datos se utiliza el Microcontrolador PIC 18F4550 de MICROCHIP

programado en PROTON DEVELOPMENT SUITE y usando Visual Basic para la interfaz máquina-

usuario con conexión USB.

En el capítulo 1 se analizó la teoría de la Prospección Geoeléctrica para tomarla como base para

nuestro diseño así como los diferentes arreglos de trabajo utilizados para estos métodos.

Posteriormente en el capítulo 2 se integró con la teoría eléctrica para el diseño de la fuente y los

diferentes dispositivos utilizados para el ensamblado del prototipo.

Los dispositivos electrónicos de control pueden ser programados por lo que en el capítulo 3 se

realiza la programación para el control de la fuente de corriente utilizada para el prototipo.

En el capítulo 4 se realiza con el prototipo ERS-01 un estudio de Exploración Geoeléctrica, en un

terreno ubicado en el Municipio de Teoloyucan, Estado de México.

Finalmente se procedió a la adquisición de datos directa en campo, así como el procesado de los

mismos y la interpretación correspondiente con el fin de comprobar la efectividad del prototipo.

Desarrollo y Aplicación de un prototipo con diseño nacional para la realización de Prospección Geoeléctrica del Subsuelo IPN ESIA TICOMAN

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CAPÍTULO 1.

CONCEPTOS GEOFÍSICOS

1.1 Generalidades

La Geofísica es una ciencia natural que utiliza los postulados fundamentales de la Física para

investigar el comportamiento de algunos componentes de nuestro planeta como el campo

magnético, la densidad de las rocas, su capacidad para conducir la corriente eléctrica y las ondas

sísmicas, el movimiento de los continentes y los fondos marinos, etc. Diferentes técnicas

geofísicas permiten optimizar procesos de exploración de algunos minerales, del agua, de energía

y la ubicación adecuada de obras civiles y prevención de desastres naturales.

En el caso específico de la prospección sólo pueden lograrse buenos resultados cuando existen

contrastes espaciales o temporales marcados de la propiedad investigada. También resulta

importante señalar que cualquiera que sea el método geofísico empleado, su éxito está

directamente relacionado al conocimiento, aunque sea general, de las características y el

comportamiento geológico del subsuelo.

La Prospección Geofísica es un conjunto de técnicas físicas, matemáticas y eléctricas aplicadas a la

exploración del subsuelo para la búsqueda y estudio de yacimientos de sustancias útiles

(petróleo, aguas subterráneas, minerales, carbón, etc.).

Por medio de observaciones efectuadas en la superficie de la tierra se ocupa del estudio de las

estructuras ocultas del interior de la tierra y de la localización en este de cuerpos delimitados por

el contraste de alguna de sus propiedades físicas con las del medio circundante, por medio de las

observaciones realizadas en la superficie de la Tierra. Se ha de hacer notar, no obstante, que una

rama lateral de la Prospección Geofísica se ocupa de efectuar mediciones por medio de sondeos

eléctricos. (ORELLANA, Ernesto. 1980)

El método eléctrico de prospección se basa en el estudio de campos de potencial eléctrico, tanto

en lo referente a los naturalmente existentes en la corteza terrestre, como a los artificialmente

Desarrollo y Aplicación de un prototipo con diseño nacional para la realización de Prospección Geoeléctrica del Subsuelo

IPN ESIA TICOMAN

~ 2 ~

provocados en la misma. Mediante estas mediciones se puede determinar la situación en el

subsuelo de criaderos minerales o reconocer estructuras o accidentes geológicos.

En lo que se refiere al método eléctrico de resistividades su aplicación más útil estriba en la

investigación de aguas subterráneas. Es en realidad el método más adecuado para este tipo de

investigación, ya que el único parámetro físico que permite diferenciar claramente una roca seca

de una roca impregnada de agua es su conductividad eléctrica.

La Geoeléctrica es la rama de la Geofísica que trata sobre el comportamiento de rocas y

sedimentos en relación a la corriente eléctrica. Los métodos geoeléctricos más empleados en

Hidrogeología se basan en la inyección artificial de una corriente eléctrica (sondeos eléctricos

verticales (SEV) y calicatas eléctricas (CE); de menor utilidad son la polarización inducida (PI) y el

potencial espontáneo (PE), este último basado en la medición de campos eléctricos naturales.

1.2 Teoría de la Prospección Geoeléctrica

La exploración o prospección son términos similares que significan búsqueda y en relación a la

Hidrogeología, se refieren a la ubicación de reservorios de agua subterránea con características

que a priori resulten apropiadas para una posterior explotación o aprovechamiento del recurso.

Los métodos de exploración hidrogeológica se pueden clasificar en forma general, como aquellos

que emplean técnicas de aplicación directa o indirecta. (AUGE, Miguel. 2008)

En el caso específico de la prospección sólo pueden lograrse buenos resultados cuando existen

contrastes espaciales o temporales marcados de la propiedad investigada; por ejemplo en la

conductividad eléctrica, en la densidad de las rocas, en la velocidad con que se propagan las ondas

sísmicas, en distorsiones del campo magnético, etc.

También resulta importante señalar que cualquiera sea el método geofísico empleado, su éxito

está directamente relacionado al conocimiento, aunque sea general, de las características y el

comportamiento geológico del subsuelo.

En el capítulo 1 se hará referencia a los levantamientos geofísicos y dentro de estos a los que se

basan en la aplicación de métodos eléctricos.


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Tabla No. 1 Clasificación de los Métodos de Exploración. (AUGE, Miguel. 2008)

Fundamentos de la Prospección Geoeléctrica

a) Carga eléctrica

Una carga eléctrica ya sea positiva (+) ó negativa (-) genera a su alrededor un campo eléctrico que

atrae a otras cargas de signo contrario y repele a las cargas de su mismo signo, como se puede

apreciar en la Figura 1. La fuerza con que el campo repele o atrae una carga unitaria se denomina

Intensidad de campo.

Si existen varias cargas eléctricas, la fuerza con que una carga q es atraída o repelida se obtendrá

sumando los vectores debidos a cada uno de los campos existentes.

La unidad de carga eléctrica es el culombio.

MÉTODOS DE EXPLORACIÓN

Directos

Levantamiento geológico

Levantamiento hidrogeológico

Indirectos

Imágenes y fotografías

aéreas

Levantamientos geofísicos

Perforaciones


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Figura 1.1.- Carga eléctrica y Campo eléctrico.

b) Potencial eléctrico

Potencial de un campo eléctrico en un punto es el trabajo que realiza el campo para repeler una

carga de 1 culombio hasta el infinito (ó el que tendríamos que realizar para llevarla desde el

infinito hasta ese punto contra las fuerzas del campo).

Diferencia de potencial entre dos puntos de un campo eléctrico es el trabajo que hay que realizar

para mover una carga de 1 culombio de un punto a otro contra las fuerzas del campo (o el trabajo

que hace el campo para mover una carga de un punto a otro).

Entre dos puntos de un campo eléctrico hay una diferencia de potencial de 1 voltio cuando hay

que efectuar un trabajo de 1 julio para mover 1 culombio de un punto a otro.

c) Conducción electrónica

La conducción electrónica es un fenómeno exclusivo de los minerales metálicos y los metales

propiamente dichos; es la forma de conducción de corriente eléctrica mas usualmente utilizada

por el ser humano pero la más infrecuente en la naturaleza, pues los minerales con tal capacidad

son relativamente escasos y difíciles de hallar.

d) Conducción electrolítica

Durante la formación de las moléculas, muchas quedan con una carga eléctrica, positiva ó negativa

y reciben el nombre de iones; cuando el material en el que se encuentran dichas moléculas lo

permite, estas se moverán debido a una diferencia de potencial, de acuerdo con una ley

ampliamente conocida: “partículas con signo igual se repelen y con signo contrario se atraen”.


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Este movimiento de iones constituye una corriente eléctrica de iguales propiedades que la

corriente electrónica, y cumple con las mismas leyes físicas.

La mayoría de las rocas no contienen materiales de tipo metálico, por lo que su conductividad

eléctrica se debe a los iones y a su movilidad; la presencia de iones está estrechamente

relacionada con el contenido de agua en la roca y las sales que contenga en disolución.

e) Superficies equipotenciales

Son el lugar geométrico de los puntos que tienen el mismo potencial. Aunque se trata superficies

tridimensionales, cuando hacemos una representación en un papel (simplificamos la realidad

tridimensional a las dos dimensiones del dibujo), la traza de la superficie equipotencial sobre el

papel es lo que llamamos línea equipotencial.

En la Figura 1.2, se puede apreciar que las líneas de fuerza (intensidad del campo) y las líneas

equipotenciales son perpendiculares, como en cualquier red de flujo.

Figura 1.2.- Campo eléctrico tridimensional creado por dos cargas iguales y de signo contrario.

f) Flujo eléctrico: Intensidad

Si existen cargas eléctricas libres en un campo eléctrico, se moverán empujadas por las fuerzas del

campo. La medida de este flujo de cargas eléctricas es la intensidad. La unidad es el amperio y se

dice que por una sección está circulando una intensidad de un amperio cuando está pasando un


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~ 6 ~

culombio por segundo. Las propiedades que interesan al prospector son las de las rocas y

minerales reales, tal como se encuentran en la naturaleza, con sus impurezas, fisuras, diaclasas,

humedad, etc.

El flujo de una corriente eléctrica a través de las rocas o los sedimentos, puede explicarse

mediante la Ley de Ohm que establece que la caída de potencial ΔV entre 2 puntos por los que

circula una corriente eléctrica de intensidad I, es proporcional a ésta y a la resistencia R que ofrece

el medio al pasaje de la corriente. Como se muestra en la Figura 1.3.

Figura 1.3.- Representación gráfica de la Ley de Ohm.

ΔV = I · R (1)

La resistencia es función de la naturaleza y la geometría del conductor y si esta puede asimilarse a

una cilindro de longitud L y sección S:

R = 𝝆·𝑳

𝑺 (2)

Ecuación en la que ρ representa la naturaleza del conductor y se denomina resistividad. En el caso

de la Prospección Geoeléctrica, es la resistividad de las rocas o sedimentos. Remplazando R de la

ecuación (1) por su equivalente de la ecuación (2) si tiene que:


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ΔV = I · 𝝆∙𝑳

𝑺 (3)

La resistividad es una propiedad inversa a la conductividad eléctrica y generalmente se expresa en

ohm por metro (Ω·m). La resistividad de la mayoría de las rocas y sedimentos secos es elevada, por

lo que actúan como semiconductores, o conductores de baja capacidad.

Este comportamiento cambia significativamente cuando las fisuras o los poros están ocupados por

agua, lo que genera una disminución de la resistividad, o lo que es lo mismo en aumento en la

capacidad de conducción de la corriente eléctrica. Además del grado de saturación también incide

en la resistividad del medio, el contenido salino del agua; a mayor salinidad, menor resistividad y

viceversa. Los contrastes en las resistividades son los que permiten aplicar exitosamente los

métodos de Prospección Geoeléctrica mediante la inyección de corrientes continuas.

A continuación veremos algunos casos donde se aplica la resistividad:

1) Resistividad de las rocas

La aplicación de los métodos geoeléctricos exige el conocimiento de las propiedades

electromagnéticas de las rocas y de los minerales que las constituyen. Estas propiedades se

expresan fundamentalmente por medio de tres magnitudes físicas, que son la resistividad eléctrica

ρ (ó su inversa la conductividad ς), la constante dieléctrica ε y la permeabilidad magnética µ. La

resistividad, es la propiedad que se mide en los métodos eléctricos de exploración.

El comportamiento físico de las rocas depende de las propiedades y modo de agregación de sus

minerales y de la forma, volumen y relleno (generalmente agua o aire) de los poros. Además de

estas relaciones conviene estudiar el efecto que sobre dichas propiedades ejercen la presión y la

temperatura, efecto que puede ser muy importante a grandes profundidades.

La mayoría de las rocas no son buenas conductoras de la corriente eléctrica: son prácticamente

aislantes debido a que también lo son los minerales que se encuentran en mayor proporción en

ellas (cuarzo, feldespatos, calcita, etc.).

El fenómeno de conducción eléctrica se presenta por dos razones principales: la primera, es la

presencia de minerales del tipo metálico, como la pirita, la magnetita, la pirrotita, etc., que hacen

que la roca se comporte como un conductor, cuya conductividad aumentara al incrementarse el


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contenido de estos minerales y su interconexión. La segunda causa, es la presencia de fluídos en

los poros de las rocas, de los cuales el más común es el agua, pudiendo ser también hidrocarburos

o gases.

La resistividad de las rocas depende de demasiados factores para que pueda atribuirse a un solo

valor, ni siquiera un margen moderadamente estrecho de variabilidad, a la de cada tipo de roca.

Los márgenes de variación más usuales para la resistividad de las rocas más importantes se

expresan en la Tabla No. 2.

Debe entenderse que, en ciertos casos, la resistividad de algunas rocas puede exceder, por arriba

o por abajo, los límites indicados.

2) Resistividad de las rocas más frecuentes

Puede decirse que los factores que determinan la resistividad promedio de las rocas se conservan

a menudo en toda una unidad de roca, y debido a esto, puede diferenciarse una formación de otra

tomando como base las mediciones de la resistividad.

Si la resistividad de las rocas dependiese únicamente de los minerales constituyentes, habrían de

considerarse como aislantes en la inmensa mayoría de los casos, puesto que el cuarzo, los

silicatos, la calcita, las sales, etc., lo son prácticamente.

Afortunadamente, todas las rocas tienen poros en proporción mayor o menor, los cuales suelen

estar ocupados total o parcialmente por electrolitos, de lo que resulta que, en conjunto, las rocas

se comportan como conductores iónicos, de resistividad muy variable según los casos.

La resistividad de las rocas puede variar en un margen muy amplio en función del contenido en

agua, de la salinidad de ésta y del modo de distribución de los poros por lo que es casi imposible

asignar valores específicos a los diversos tipos de roca, no obstante, se pueden estimar criterios

observando tablas publicadas en libros y manuales de constantes físicas, como en la que se

muestra en la Tabla No. 2

La resistividad en los materiales naturales varía desde 10−8 en los metales nativos hasta 1015 en

micas. Los valores de la resistividad en una roca están determinados más que por su composición

mineralógica, por el agua que contienen, fundamentalmente por la porosidad y por la salinidad del

agua ya que más salinidad implica mayor conductividad.


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Resistividad de algunas rocas y minerales:

Tabla No.2 Variación de la resistividad en diferentes tipos de rocas y minerales. (LOKE, M.H.

2004)

Todo esto hace que la resistividad de cada tipo de roca presente una gran variabilidad. En general,

en el campo encontraremos valores de este orden:

Rocas ígneas y metamórficas inalteradas: > 1000 Ω·m

Rocas ígneas y metamórficas alteradas o fuertemente diaclasadas: 100 a 1000 Ω·m


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Calizas y areniscas: 100 a más de 1000 Ω·m

Arcillas: 1 a 10 Ω·m

Limos: 10 a 100 Ω·m

Arenas: 100 a 1000 Ω·m

Gravas: 200 a más de 1000 Ω·m

3) Medición de la resistividad de las rocas

El suelo es una mezcla de rocas, gases, agua y otros materiales orgánicos e inorgánicos. Esta

mezcla hace que la resistividad del suelo aparte de depender de su composición intrínseca,

dependa de otros factores externos como la temperatura, la humedad, presión, etc. que pueden

provocar que un mismo suelo presente resistividades diferentes con el tiempo.

De entre todos los factores, la humedad es el más importante; además, es el que se puede alterar

más fácilmente mediante la lluvia o el riego del suelo.

Diferentes grados de humedad para un mismo terreno darían lugar a resistividades diferentes que

podrían llevarnos a interpretaciones erróneas de los materiales constituyentes del suelo.

La resistividad de una porción determinada de roca puede medirse directamente por diversos

métodos, los cuales pueden emplearse también para evaluar el grado de exactitud de las fórmulas

teóricas.

Tales determinaciones experimentales pueden efectuarse de tres modos diferentes.

1.-Por medio de mediciones geoeléctricas realizadas en la superficie del terreno, tales como

sondeos eléctricos verticales (SEV´s), sondeos magnetotelúricos, entre otros. Estos sistemas de

medición presentan la ventaja de que la roca se estudia en su estado natural y que la medición

afecta a un volumen grande de roca, por lo que los resultados no se ven interferidos por

circunstancias locales, pero tienen en su contra las confusiones de la interpretación.

2.- Por mediciones efectuadas en el interior de sondeos mecánicos, testificación eléctrica.

3.- Por medio de determinaciones de laboratorio, sobre muestras de roca, o bien sobre testigos de

sondeo. Estas mediciones tienen el inconveniente del pequeño tamaño del trozo de roca que se


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utiliza, el cual no puede ser representativo y el más importante aún de que el grado de humedad

que la roca poseía “in situ” se altera en las operaciones de corte y transporte al laboratorio.

No obstante, este sistema de medición proporciona resultados interesantes y es insustituible para

el estudio de los factores que pueden influir en la resistividad de las rocas tales como grado de

humedad, presión, temperatura, etc.

Figura 1.4.- Medición de la resistividad en laboratorio. (AUGE, Miguel. 2008)

4) Medición de la resistividad del terreno

La resistividad del terreno es de importancia decisiva y la única forma de conocerla con exactitud

es mediante medidas directas de campo. En líneas generales, la medida se efectúa según una

cierta disposición de electrodos de corriente y de potencial.

Teniendo presente el modelo de terreno estratificado, el objetivo de las mediciones es conocer la

resistividad y espesor de cada una de las capas constituyentes, hasta una profundidad que

depende de la zona de influencia del arreglo de los electrodos; esta zona puede definirse como

aquella limitada por la profundidad a la cual el potencial tiene un valor igual al 5% del potencial de

la puesta a tierra. Sin embargo, las diversas configuraciones básicas de electrodos posibles

suponen para cada medida la existencia de un medio homogéneo, lo cual conduce a la


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determinación de una "resistividad aparente" ρa, que depende de las distancias particulares a las

que se ubican los electrodos.

Figura 1.5.- Representación estratigráfica del suelo. (DHARMAWIDJAJA, JORGE. 2008)

La resistividad aparente (ρa) puede definirse como aquélla correspondiente a un terreno

homogéneo en el cual, para la disposición dada de electrodos e igual magnitud de corriente

inyectada al medio, se produce una misma elevación de potencial medida en el terreno no

homogéneo.

La resistividad aparente (ρa) o resistividad del terreno homogéneo equivalente, no corresponde

necesariamente a ninguno de los valores de resistividad presentes en el terreno no homogéneo,

pero sí depende de las características de éste. El comportamiento de ρa con la separación de los

electrodos proporcionará una guía para la determinación de las características de resistividad del

terreno.

Las configuraciones básicas de electrodos usualmente empleadas pueden clasificarse en

configuraciones de tres y cuatro electrodos.

En la Figura 1.6 se esquematiza el flujo eléctrico de una corriente continua, a través de un medio

isótropo y homogéneo de resistividad ρ, que se inyecta en el terreno por A, con una intensidad IA

y sale del mismo por B (IB). En condiciones de régimen estacionario (sin pérdidas ni ganancias

entre A y B), resulta que:


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IA = IB (4)

Figura 1.6.- Esquematización del flujo eléctrico de una corriente continua, a través de un medio

isótropo y homogéneo.

Si los electrodos A y B están separados por una distancia considerable y el subsuelo es homogéneo

e isótropo, las líneas de corriente son radiales y divergentes y las superficies equipotenciales

semiesféricas (Figura 1.6). En este caso la resistividad del subsuelo será:

ρ = 2 𝛑 [𝒓𝟐 − 𝒓𝟏]

𝒓𝟏 ∙ 𝒓𝟐

∆𝐕

𝐈 = K

𝚫𝐕

𝐈 (5)

Supongamos que introducimos una corriente de intensidad I en el suelo en un punto A, y

mediante la Ley de Ohm calculamos la resistencia R, que opone al paso de esa corriente un

casquete (semiesférico) de radio r y espesor dr.

Figura 1.7.- Casquete semiesférico de radio r espesor dr.


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Aplicando:

R = ρ 𝒍𝒐𝒏𝒈𝒊𝒕𝒖𝒅

𝒔𝒆𝒄𝒄𝒊ó𝒏 = ρ

𝒅𝒓

𝟐𝝅𝒓² (6)

Aplicando la expresión de intensidad = ∆𝑽

𝑹

- dV = R · I (7)

Y sustituyendo en (7) el valor de R por el obtenido en (6):

- dV = ρ 𝒅𝒓

𝟐𝝅𝒓² · I (8)

Integrando, resulta:

V = ρ 𝑰

𝟐𝝅𝒓 (9)

Para introducir esa corriente, debe existir otro electrodo B, por lo cual el potencial generado en el

punto M será igual al producido por A menos el producido por B. Aplicando dos veces la expresión

(8) y restando, obtenemos el potencial en el punto M:

Figura 1.8.- Diferencia de potencial generado del punto A al punto M.


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𝑽𝑴 = 𝝆 𝑰

𝟐𝝅 𝑨𝑴 −

𝝆 𝑰

𝟐𝝅 𝑩𝑴 (10)

Pero en la práctica no medimos el potencial en un punto (para eso habría que situar uno de los

polos del voltímetro en el infinito) sino que medimos la diferencia de potencial entre dos puntos

M y N. Como se muestra a continuación en la Figura 1.9.

Figura 1.9.- Diferencia de potencial entre dos puntos M y N.

Aplicando la expresión (9) al punto N resulta:

𝑽𝑵 = 𝝆 𝑰

𝟐𝝅 𝑨𝑵 −

𝝆 𝑰

𝟐𝝅 𝑩𝑵 (11)

Por tanto, la diferencia de potencial entre los puntos M y N será:

𝑽𝑴 − 𝑽𝑵 = 𝝆 𝑰

𝟐𝝅

𝟏

𝑨𝑴 −

𝟏

𝑩𝑴 −

𝟏

𝑨𝑵 +

𝟏

𝑩𝑵 (12)

Despejando la resistividad ρ:

ρ = ∆𝑽

𝑰

𝟐𝝅

𝟏

𝑨𝑴 −

𝟏

𝑩𝑴 − 𝟏

𝑨𝑵 +

𝟏

𝑩𝑵 (13)

Simplificando, y llamando K a la segunda fracción, resulta la fórmula que se utiliza en el campo en

cada medida:

ρ = ∆𝑽

𝑰 K (14)


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La constante K se denomina constante geométrica del dispositivo, porque depende solamente de

las distancias entre los cuatro electrodos. Si se trabaja con distancias predeterminadas, los valores

de K ya se llevan calculados.

Dicha constante es de importancia, ya que durante el trabajo de campo en los sondeos se le

emplea independientemente del modelo que se esté aplicando; por ello se presentaran más

adelante las fórmulas de su cálculo para los diferentes arreglos electródicos.

Para deducir la fórmula (13) no hemos necesitado suponer que los electrodos A, B, M y N estén en

una disposición especial, de modo que colocándolos en cualquier posición para obtener la

resistividad del subsuelo, simplemente hay que dividir la lectura del voltímetro por la lectura del

amperímetro y multiplicar por K. (SANCHEZ, Javier. 2008)

Figura 1.10.- Medida de la resistividad aparente. Los cuatro electrodos aparecen dispuestos de

modo aleatorio. (SANCHEZ, Javier. 2008)

El valor de ρ obtenido seria la resistividad real del terreno si este fuera homogéneo, pero es

habitual que la ρ obtenida sea una mezcla de las resistividades de diversos materiales. Por tanto la

denominamos resistividad aparente (𝝆𝒂).


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Figura 1.11.- Esquematización de las líneas de corriente y superficies equipotenciales cercanas a

un electrodo denominado A.

5) Medida de la resistividad eléctrica

La Figura 1.12 muestra el principio de medida de la resistividad del suelo: se inyecta una corriente

I entre el par de electrodos AB y se mide la tensión ΔV entre el par de electrodos MN. Si el medio

es homogéneo de resistividad ρ, la diferencia de tensión es (ORELLANA, Ernesto. 1980)

ΔV = 𝑰𝝆

𝟐𝝅

𝟏

𝑨𝑴−

𝟏

𝑨𝑵−

𝟏

𝑩𝑴+

𝟏

𝑩𝑵 (15)

Figura 1.12.- Dispositivo tetraelectródico para la medida de la resistividad del suelo.


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~ 18 ~

Donde AM, AN, BM, BN son las distancias entre electrodos. La resistividad viene dada por la

expresión:

ρ = k 𝜟𝑽

𝑰 (16)

Donde

k = 2π 𝟏

𝑨𝑴−

𝟏

𝑨𝑵−

𝟏

𝑩𝑴+

𝟏

𝑩𝑵 ¯¹ (17)

Es un factor geométrico que depende exclusivamente de la disposición de los electrodos.

Dos dispositivos tetraelectródicos lineales (los cuatro electrodos están en línea) en los que

intercambiamos los electrodos de inyección y detección presentan unos coeficientes de

dispositivo

𝒌𝟏 = 2π 𝟏

𝑨𝑴−

𝟏

𝑨𝑵−

𝟏

𝑩𝑴+

𝟏

𝑩𝑵 ¯¹ (18)

𝒌𝟐 = 2π 𝟏

𝑴𝑨−

𝟏

𝑴𝑩−

𝟏

𝑵𝑨+

𝟏

𝑵𝑩 ¯¹ (19)

Dado que las distancias cumplen AM=MA, AN=NA, etc., se obtiene que 𝑘1 = 𝑘2. Luego si el medio

es homogéneo, para una misma corriente de inyección las diferencias de potencial leídas Δ𝑉1 y

Δ𝑉2 serán iguales. Por tanto la resistividad medida ρ será independiente de la posición de los

electrodos de inyección y detección cuando estos se intercambian.

Esta propiedad se conoce con el nombre de Principio de reciprocidad, que se cumple también para

medios heterogéneos (ORELLANA, Ernesto. 1980).

No obstante, en la práctica no es conveniente colocar los electrodos M y N tan separados como

suelen estar los A y B, pues al ser grande la distancia entre los primeros, la medida se vería

afectada por las corrientes telúricas, parásitos industriales, etc., cuyo efecto aumenta

proporcionalmente con la distancia entre M y N.


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~ 19 ~

Los cálculos anteriores se basan en la consideración de que el suelo es homogéneo e isótropo.

Cuando el medio no es homogéneo, (16) da la resistividad aparente, ρa, y su valor depende,

además del factor geométrico k, de las resistividades de los diferentes materiales. A partir de la

interpretación de las resistividades aparentes medidas en un terreno se podrán extraer

conclusiones sobre la composición estructural del subsuelo.

1.3 Teoría de Dispositivos Electródicos

Se denomina dispositivo electródico a los cuatro electrodos que se colocan con una estructura

determinada.

Los más utilizados disponen los cuatro electrodos alineados y simétricos respecto del centro,

aunque hay otros dispositivos en que no están alineados.

Dispositivos tetraelectródicos lineales básicos

En cualquier dispositivo electródico, si conocemos el factor geométrico g, la corriente eléctrica I

inyectada por los electrodos A y B, y la diferencia de potencial entre los electrodos M y N,

podemos calcular la resistividad aparente mediante (16). Los dispositivos tetraelectródicos lineales

más utilizados son los siguientes:

a) Dispositivo Wenner

Los electrodos se disponen equidistantes sobre una línea en el orden AMNB (Figura 1.13).

Figura 1.13.- Dispositivo Wenner.


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~ 20 ~

El factor geométrico del dispositivo se deduce de

k = 2π 𝟏

𝑨𝑴−

𝟏

𝑨𝑵−

𝟏

𝑩𝑴+

𝟏

𝑩𝑵 ¯¹ (17)

k = 2ρa (20)

Se tiene que:

K = 2πa (21)

Donde:

a = AM = MN = NB (22)

En los arreglos dipolares esta constante toma varias formas, dependiendo de la disposición

geométrica de los dipolos y la distancia entre ellos; el más común es el dispositivo lineal que se

conoce como “dispositivo axil”, en el que los cuatro electrodos están sobre la misma recta.

En este arreglo la constante K está dada por:

K = 𝝅 𝑹³

𝑨𝑩 𝒙 𝑴𝑵 (23)

Si

𝑨𝑩 = 𝑴𝑵 = a (24)

Se tiene entonces:


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~ 21 ~

K = 2π 𝑹³

𝒂² (25)

Donde, R = distancia entre centros de dipolos.

Para conocer detalladamente cómo se obtiene la solución analítica del potencial se recomienda

consultar los libros de Koefoed (1979), y Orellana.

b) Dispositivo Schlumberger

Se trata de una composición simétrica de los electrodos AMNB dispuestos en línea, donde la

distancia de los electrodos detectores MN es mucho menor que la de los inyectores AB (Figura

1.14). En la práctica, AB > 5MN.

Figura 1.14.- Dispositivo Schlumberger.

El coeficiente del dispositivo en este caso es

k = π 𝒃(𝒃+𝒂)

𝒂 (26)

Si definimos L = b + a/2, el factor geométrico se puede expresar como

k = π 𝑳²

𝒂−

𝒂

𝟒 (27)


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~ 22 ~

Si la distancia a que separa los electrodos M y N tiende a cero el factor geométrico queda

k = π 𝑳²

𝒂 (28)

que tiende a infinito. Sin embargo la resistividad aparente es finita ya que ΔV en (16) decrece al

mismo tiempo que a. Tendremos, pues:

𝝆𝒂 = 𝐥𝐢𝐦𝒂→𝟎𝝅 𝑳²

𝒂

∆𝑽

𝑰= 𝝅

𝑳²

𝑰 𝐥𝐢𝐦𝒂→𝟎

∆𝑽

𝒂= 𝝅

𝑳²

𝑰 𝑬 (29)

Donde E es el campo eléctrico.

Y se tiene:

K = π 𝑳²

𝒂−

𝒂

𝟒 (30)

Donde:

L = AB/2

a = MN

En la práctica generalmente se emplea el factor geométrico mostrado en la siguiente ecuación:

K = π 𝑳²

𝒂 (30a)

La idea del dispositivo Schlumberger consiste, en utilizar una distancia MN = a muy corta, de tal

modo que pueda tomarse como válida la ecuación anterior. Los desarrollos teóricos se establecen

suponiendo que lo que medimos realmente es el campo E, el cual en la práctica se toma igual a

ΔV/a. Trabajar con el campo eléctrico comporta ventajas teóricas a la hora de trabajar con

expresiones analíticas. El inconveniente es que la tensión diferencial medida disminuye

linealmente con la separación a y es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia L.

Además, la precisión de las mediciones geoeléctricas de campo está muy limitada por

heterogeneidades irrelevantes del terreno.


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~ 23 ~

En ciertos casos, el electrodo B se lleva a gran distancia de los demás de modo que no influya

sobre el valor de ΔV observado. Se tiene entonces el dispositivo denominado Schlumberger

asimétrico, o semi-Schlumberger.

c) Dispositivo polo-dipolo

En este dispositivo el electrodo B se lleva a una gran distancia (teóricamente en el infinito) de los

otros tres (Figura 1.15).

Figura 1.15.- Dispositivo polo-dipolo.

El factor geométrico del dispositivo en este caso es

k = 2π 𝒃(𝒃+𝒂)

𝒂 (31)

Cuando a << b este dispositivo es equivalente al semi-Schlumberger. Una variación del dispositivo

polo-dipolo se obtiene moviendo uno de los electrodos de potencial, por ejemplo N, a un punto

distante (teóricamente al infinito). En este caso el factor geométrico es

K = 2πb (32)


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~ 24 ~

Que coincide con la expresión del dispositivo Wenner, por lo que también recibe el nombre de

dispositivo half-Wenner (TELFORD, GELDART y SHERIFF, 1990).

d) Dispositivo doble dipolo (axil)

En este dispositivo los electrodos se disponen sobre una línea en el orden ABMN formando así un

doble dipolo (Figura 1.16). En América del Norte este dispositivo se denomina a veces dispositivo

dipolo-dipolo. Realmente el dispositivo doble dipolo tiene diversas variantes (ORELLANA, Ernesto.

1980), pero en este trabajo solo se utilizará la que se ha descrito.

Figura 1.16.- Dispositivo doble dipolo (dipolo-dipolo).

El factor geométrico del dispositivo es en este caso

k = -πn(n +1)(n + 2)a (33)

Este dispositivo se implementa normalmente con n >> 1 (entonces AB y MN se comportan como

un dipolo de corriente y de tensión respectivamente), aunque muchos autores utilizan este

dispositivo incluso con n = 1. El factor geométrico cuando n >> 1 se puede expresar como

k = -πn³a (34)


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~ 25 ~

El inconveniente es que el campo dipolar decrece con el cubo de la distancia entre los dipolos de

corriente y tensión, por lo que necesita detectores más sensibles que los otros dispositivos.

Dispositivos Wenner 𝛼, 𝛽

La Figura 1.17 muestra la disposición de electrodos en los dispositivos Wenner 𝛼 y 𝛽, donde m es

un número real positivo. Un caso particular del dispositivo 𝛼 - Wenner son los dispositivos Wenner

(m = 1) y Schlumberger (m << 1). El dispositivo doble dipolo es un caso particular del 𝛽 -Wenner

cuando m >> 1.

Figura 1.17.- Dispositivos 𝜶 - Wenner (izquierda) y 𝜷 - Wenner (derecha).

1.3.1 Tipos de Prospecciones Geoeléctricas

La finalidad de una Prospección Geoeléctrica es conocer la forma, composición y dimensiones de

estructuras o cuerpos inmersos en el subsuelo a partir de medidas en la superficie. Mediante la

Prospección Geoeléctrica conseguimos trazar una cartografía de resistividades aparentes del

subsuelo que nos darán información sobre las estructuras que subyacen en él. Las prospecciones

geoeléctricas que se realizan se dividen generalmente en dos tipos:

a) Sondeo eléctrico vertical (SEV).

b) Calicatas eléctricas (CE).


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~ 26 ~

a) Sondeo eléctrico vertical (SEV)

La finalidad del sondeo eléctrico vertical (SEV) es averiguar la distribución vertical en profundidad

de las resistividades aparentes bajo el punto sondeado a partir de medidas de la diferencia de

potencial en la superficie. Se utiliza sobre todo para detectar y establecer los límites de capas

horizontales de suelo estratificado (Figura 1.18).

Figura 1.18.- Principio del SEV. A medida que A y B se separan, la corriente va penetrando en las

capas más profundas.

La profundidad de penetración de la corriente eléctrica depende de la separación de los

electrodos inyectores AB. Si la distancia entre los electrodos AB aumenta, la corriente circula a

mayor profundidad pero su densidad disminuye. Para un medio isótropo y homogéneo, el 50% de

la corriente circula por encima de la profundidad AB/2 y el 70.6% por encima de una profundidad

AB (ORELLANA, Ernesto. 1980).

Sin embargo, no es posible fijar una profundidad límite por debajo de la cual el subsuelo no influye

en el SEV, ya que la densidad de corriente disminuye de modo suave y gradual, sin anularse nunca.

Podría pensarse que la penetración es proporcional a AB. Sin embargo esto no es cierto en general

puesto que lo dicho sólo es válido para un subsuelo homogéneo.

Durante mucho tiempo, en prospección geoeléctrica en corriente continua, la profundidad de

investigación ha sido considerada sinónimo de la profundidad de penetración de la corriente. Sin

embargo, el efecto de una capa en los potenciales o campos observados en superficie no depende

únicamente de la densidad de corriente que la atraviesa.


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~ 27 ~

Roy y Apparao (1971) definen la profundidad de investigación característica como la profundidad a

la que una capa delgada de terreno (paralela a la superficie) contribuye con participación máxima

a la señal total medida en la superficie del terreno. Los autores indican que la profundidad de

investigación viene determinada por la posición de los electrodos inyectores y detectores, y no

sólo por la penetración o distribución de la corriente.

Experimentalmente, a partir de los dispositivos vistos en el apartado anterior, el SEV consiste en

aumentar progresivamente la distancia entre los electrodos manteniendo un punto central fijo

(punto de sondeo P). Ahora veremos cómo se aplica a los diferentes dispositivos.

Sondeo Wenner

Dado el dispositivo Wenner AMNB con separación interelectródica 𝑎, el sondeo consiste en el

aumento progresivo del valor de 𝑎 manteniendo un punto central fijo P (Figura 1.19). Para la

representación de los datos se muestra en ordenadas el valor de la resistividad aparente medida,

𝜌𝑎 , en ohms·m, y en abscisas el valor de 𝑎 en metros para cada paso.

Figura 1.19.- Sondeo Wenner. La distancia interelectródica pasa de a (AMNB) a na (A’M’N’B’).

Sondeo Schlumberger

Dado el dispositivo Schlumberger AMNB con AB>>MN, el sondeo consiste en separar

progresivamente los electrodos inyectores A y B dejando los electrodos detectores M y N fijos en

torno a un punto central fijo P. (Figura 1.20). La representación de este sondeo muestra en

ordenadas 𝜌𝑎 (Ω·m) y en abscisas la distancia AB/2 (m).


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~ 28 ~

En este sondeo el efecto de las heterogeneidades irrelevantes es menor pues sólo se mueven el

par de electrodos inyectores A y B.

Figura 1.20.- Sondeo Schlumberger. Los electrodos A y B se abren progresivamente mientras M y

N están fijos.

Sondeo dipolar

Dado el dispositivo doble dipolo ABMN, el sondeo consiste en la separación creciente de los

centros de los dipolos respecto a un punto fijo origen P (Figura 1.21). La representación de este

sondeo muestra en ordenadas 𝜌𝑎 (Ω·m) y en abscisas la separación de los centros de los dipolos

en metros.

Figura 1.21.- Sondeo dipolar. Los dipolos se mantienen, aumentando la separación entre ellos.


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~ 29 ~

Efectos laterales en el SEV y confusiones en su interpretación

Si el dispositivo electródico está próximo a un contacto vertical, las líneas de corriente serán

distorsionadas por lo que ∆𝑉𝑀𝑁 se verá afectado por el otro medio, tanto más cuanto mayor sea

la separación de los electrodos AB. Por lo tanto, la medida de la resistividad aparente en un SEV

está influida por la distribución de resistividades en un cierto volumen de terreno.

Esto implica que para distancias AB grandes no se sabrá si la resistividad aparente es debida a

cambios de estructuras en la profundidad o a las heterogeneidades laterales por contraste de

resistividades (ORELLANA, Ernesto. 1980)

Puede ocurrir que las curvas de resistividad aparente para dos casos diferentes de SEV sean

idénticas si la relación entre profundidad a la que se encuentra un estrato y su resistividad

permanece constante, lo que provoca una ambigüedad en la deducción del grosor de la capa y su

resistividad.

Aplicaciones

El SEV es aplicable cuando el objetivo tiene una posición horizontal y una extensión mayor que su

profundidad. Tal es el caso del estudio de capas tectónicas, hidrológicas, etc.

También es adecuado para trabajar a poca profundidad sobre topografías suaves como

complemento de las calicatas eléctricas, con el objetivo de decidir la profundidad a la cual realizar

el perfil de resistividades. El SEV no es adecuado para contactos verticales, fallas, diques, etc.

b) Calicatas eléctricas

La finalidad de las calicatas eléctricas (CE) es obtener un perfil de las variaciones laterales de

resistividad del subsuelo fijada una profundidad de investigación.

Esto lo hace adecuado para la detección de contactos verticales, cuerpos y estructuras que se

presentan como heterogeneidades laterales de resistividad.

(ORELLANA, Ernesto. 1980) Resalta que la zona explorada en el calicateo eléctrico se extiende

desde la superficie hasta una profundidad más o menos constante, que es función tanto de la

separación entre electrodos como de la distribución de resistividades bajo ellos.


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~ 30 ~

Experimentalmente, la CE consiste en trasladar los cuatro electrodos del dispositivo a lo largo de

un recorrido, manteniendo su separación, obteniéndose un perfil de resistividades aparentes a lo

largo de aquél.

Calicata Wenner

Partiendo de sus respectivos dispositivos base, esta calicata consiste en desplazar los cuatro

electrodos AMNB a la vez manteniendo sus separaciones interelectródicas a lo largo de un

recorrido (Figura 1.22).

Se representa la distancia del origen, O, al centro de los electrodos MN en abscisas y en ordenadas

el valor de 𝜌𝑎 (Ω·m) para cada distancia x.

Figura 1.22.- Calicata Wenner. Los cuatro electrodos se desplazan a la vez manteniendo sus

separaciones.

Calicata Schlumberger

En este tipo de calicata podemos citar dos variantes. La primera sería similar a la calicata Wenner,

desplazando lateralmente los cuatros electrodos del dispositivo Schlumberger a la vez.

La segunda consiste en desplazar los electrodos detectores M y N entre A y B, los cuales están fijos

y a una gran distancia de los electrodos detectores (Figura 1.23).

La profundidad de penetración de la medida no es constante puesto que no es una verdadera

calicata, siendo máxima cuando los electrodos MN se hallan en el centro del segmento AB.


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~ 31 ~

La Figura 1.24 muestra las distancias entre electrodos, donde se escoge el origen en el punto

medio entre los electrodos inyectores.

Figura 1.23.- Calicata Schlumberger (segunda variante). Los electrodos M y N se mueven de A

hasta B manteniendo su separación.

Figura 1.24. Dispositivo de cuatro electrodos. La corriente se inyecta por los electrodos externos

y la diferencia de potencial se mide entre los electrodos M y N.

El factor geométrico es en este caso

g (x) = 2π 𝟏

𝑳+(𝒙− 𝒅/𝟐)−

𝟏

𝑳−(𝒙− 𝒅/𝟐)−

𝟏

𝑳+(𝒙+𝒅/𝟐)+

𝟏

𝑳−(𝒙+𝒅/𝟐) (35)


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~ 32 ~

Si la medida es de campo eléctrico, es decir si d tiende a cero, la resistividad aparente es

𝝆𝒂(x) = 𝝅

𝑰

(𝑳𝟐− 𝒙²)²

𝑳²+𝒙² 𝑬𝒙 (36)

Si la distancia entre los electrodos inyectores es muy grande respecto a las otras distancias, es

decir, si L >> x, d, la resistividad aparente es

𝝆𝒂(x) ≅ 𝝅𝑳²

𝑰

∆𝑽(𝒙)

𝒅 (37)

Si en este último caso la distancia d tiende a cero (medida del campo eléctrico) tenemos que

𝝆𝒂(x) ≅ 𝝅𝑳²

𝑰 𝑬𝒙 (38)

Calicata polo-dipolo

La calicata polo-dipolo consiste en desplazar los tres electrodos AMN a la vez, manteniendo sus

separaciones interelectródicas, a lo largo de un recorrido.

Se representa la distancia de un origen escogido al centro de los electrodos MN en abscisas y el

valor de la resistividad aparente medida (Ω·m) para cada distancia x en ordenadas.

En la calicata polo-polo se desplazan los electrodos AM y la resistividad aparente se representa

respecto al punto medio entre A y M.

Calicata dipolar

Esta calicata basada en el dispositivo dipolar consiste en desplazar los cuatro electrodos ABMN a la

vez, manteniendo sus separaciones interelectródicas, a lo largo de un recorrido (Figura 1.25).


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~ 33 ~

Se representa la distancia del origen, O, al punto medio entre los dos dipolos en abscisas y en

ordenadas el valor de la resistividad aparente medida (Ω·m) para cada distancia x (m).

Cada tipo de calicata responde a las heterogeneidades laterales con diferente resolución e

intensidad de cambio, por lo que a la hora de interpretar las curvas de resistividad aparente hay

que tener en cuenta el dispositivo electródico utilizado.

Figura 1.25.- Calicata dipolar. Se desplaza el dispositivo dipolar manteniendo las separaciones.

Elección del tipo de calicata más adecuado

En general no puede afirmarse que tal o cual tipo de calicata eléctrica sea superior a los demás.

Para cada problema concreto, cada uno de estos tipos presenta ventajas e inconvenientes.

La elección debe tener en cuenta muchos factores, tales como el corte geoeléctrico esperado, las

características de la zona de trabajo, la clase de prospección, así como factores económicos.

En una curva de resistividad aparente se produce una discontinuidad cada vez que un electrodo

pasa sobre un cambio lateral de resistividad, por lo que resulta que cuanto mayor sea el número

de electrodos movidos más ancha y complicada se hace la anomalía en la curva de resistividad

aparente, lo cual hace más difícil la interpretación.

Por esta razón se recomienda la calicata Schlumberger con los electrodos A y B fijos o la dipolar

con los dipolos bien separados (equivalente a mover solo dos electrodos).

La diferencia de potencial 𝑉𝑀𝑁 representa la integral del gradiente de potencial entre los

electrodos M y N.


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~ 34 ~

Por tanto, cuanto más separados estén los electrodos M y N tanto más suavizada será la curva de

la resistividad aparente, lo que provocará que objetos pequeños y cercanos se confundan en uno

solo.

Cuanta más pequeña sea la distancia MN se tiene mayor resolución y amplitud de cambio de

resistividad aparente debido a un objeto (Figura 1.26), por lo que la calicata Schlumberger tiene

mayor resolución que la Wenner.

Figura 1.26.- Efecto del aumento de la distancia MN en la resistividad anómala de dos cuerpos

pequeños 𝒔𝟏 y 𝒔𝟐, a) MN pequeña (línea continua), b) MN grande (línea a trazos).

El paso por el que se avanzará en la trayectoria depende del tamaño del objeto buscado. Este

debe ser en principio menor que las dimensiones del objeto buscado para tener mayor resolución,

aunque también se verá afectado por mayor ruido geológico.

En el caso de cuerpos de extensión limitada es necesario que el perfil pase sobre él, puesto que la

amplitud de la anomalía varía poco si el perfil en vez de pasar por su centro pasa por su borde y es

casi inapreciable a distancias del borde superiores a la longitud del dispositivo. (ORELLANA,

Ernesto. 1980)

Aplicaciones

Las aplicaciones de la calicata eléctrica están en la detección de fisuras, fallas, contactos verticales

en general y objetos o estructuras enterradas. La realización de calicatas en trayectorias paralelas


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~ 35 ~

permite trazar la cartografía de resistividades aparentes de un terreno a profundidad constante

representada por curvas de isoresistividad.

Estos mapas de resistividad se aplican en arqueología para decidir sobre la estrategia a seguir en

las excavaciones.


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~ 36 ~

CAPÍTULO 2.

PARTES DEL PROTOTITPO

El siguiente trabajo está enfocado al área de la Geofísica por lo tanto, no es un compendio de

electrónica o electricidad simplemente se describirán los dispositivos de manera general para

saber los pasos del desarrollo de este prototipo y como funciona cada elemento del mismo.

2.1. Tipos de fuentes eléctricas

En este capítulo daremos una breve explicación de la electricidad y sus implicaciones desde el

punto de vista de los ingenieros eléctricos. Esto nos ayudará a entender más el diseño del

prototipo.

En electricidad se entiende por fuente al elemento activo que es capaz de generar una diferencia

de potencial entre sus bornes o proporcionar una corriente eléctrica. A continuación se indica una

posible clasificación de las fuentes eléctricas.

Todos utilizamos alguna vez una fuente de tensión y lo hicimos conscientes de ello. El uso de pilas,

baterías y fuentes reguladas, forma una parte importante de nuestra actividad diaria. Muy

probablemente hayamos utilizado también las fuentes de corriente, pero seguramente lo hicimos

sin tener en cuenta ni su propio nombre; las usamos sin ser conscientes de ello.

Antes de hablar de las fuentes eléctricas daremos una breve explicación de la electricidad y sus

implicaciones desde el punto de vista de los ingenieros eléctricos.

La electricidad (del griego elektron, cuyo significado es ámbar) es un fenómeno físico cuyo origen

son las cargas eléctricas y cuya energía se manifiesta en fenómenos mecánicos, térmicos,

luminosos y químicos, entre otros, en otras palabras es el flujo de electrones. Se puede observar

de forma natural en fenómenos atmosféricos, por ejemplo los rayos, que son descargas eléctricas

http://es.wikipedia.org/wiki/Electricidad

http://es.wikipedia.org/wiki/Componente_electr%C3%B3nico#Componentes_activos

http://es.wikipedia.org/wiki/Diferencia_de_potencial



http://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_el%C3%A9ctrica

http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81mbar

http://es.wikipedia.org/wiki/Fen%C3%B3meno

http://es.wikipedia.org/wiki/Carga_el%C3%A9ctrica

http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa

http://es.wikipedia.org/wiki/Electron

http://es.wikipedia.org/wiki/Rayo


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~ 37 ~

producidas por la transferencia de energía entre la ionosfera y la superficie terrestre (proceso

complejo del que los rayos solo forman una parte).

Otros mecanismos eléctricos naturales los podemos encontrar en procesos biológicos, como el

funcionamiento del sistema nervioso. Es la base del funcionamiento de muchas máquinas, desde

pequeños electrodomésticos hasta sistemas de gran potencia como los trenes de alta velocidad, y

así mismo de todos los dispositivos electrónicos. En nuestro caso para la exploración del subsuelo

sin la necesidad de una excavación.

La corriente o intensidad eléctrica es el flujo de carga eléctrica por unidad de tiempo que recorre

un material. Se debe a un movimiento de los electrones en el interior del material. En el Sistema

Internacional de Unidades se expresa en C·s-1 (culombios sobre segundo), unidad que se denomina

amperio. Una corriente eléctrica, puesto que se trata de un movimiento de cargas, produce un

campo magnético, lo que se aprovecha en el electroimán. (COLEGIO NACIONAL DE EDUCACIÓN

PÚBLICA, 1995)

a) Corriente continúa

Rectificador de corriente alterna en continua, con puente de Gratz. Se emplea cuando la tensión

de salida tiene un valor distinto de la tensión de entrada.

Se denomina corriente continua (CC en español, en inglés DC, de DirectCurrent) al flujo de cargas

eléctricas que no cambia de sentido con el tiempo. La corriente eléctrica a través de un material se

establece entre dos puntos de distinto potencial. Cuando hay corriente continua, los terminales de

mayor y menor potencial no se intercambian entre sí. Es errónea la identificación de la corriente

continua con la corriente constante (ninguna lo es, ni siquiera la suministrada por una batería). Es

continua toda corriente cuyo sentido de circulación es siempre el mismo.

Su descubrimiento se remonta a la invención de la primera pila voltaica por parte del Conde y

científico italiano Alessandro Volta.

Cuando es necesario disponer de corriente continua para el funcionamiento de aparatos

electrónicos, se puede transformar la corriente alterna de la red de suministro eléctrico mediante

un proceso, denominado rectificación, que se realiza con unos dispositivos llamados

http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_Internacional_de_Unidades



http://es.wikipedia.org/wiki/Culombio

http://es.wikipedia.org/wiki/Segundo

http://es.wikipedia.org/wiki/Amperio

http://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9tico

http://es.wikipedia.org/wiki/Electroim%C3%A1n

http://es.wikipedia.org/wiki/Pila_voltaica

http://es.wikipedia.org/wiki/Alessandro_Volta


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~ 38 ~

rectificadores, basados en el empleo de diodos semiconductores o tiristores. (MALVINO, Albert.

2000)

b) Corriente alterna

Se denomina corriente alterna (simbolizada CA en español y AC en inglés, de Alternating Current) a

la corriente eléctrica en la que la magnitud y dirección varían cíclicamente. La forma de onda de la

corriente alterna más comúnmente utilizada es la de una onda sinoidal. En el uso coloquial,

“corriente alterna” se refiere a la forma en la cual la electricidad llega a los hogares y a las

empresas.

El sistema usado hoy en día fue ideado fundamentalmente por Nikola Tesla, y la distribución de la

corriente alterna fue comercializada por George Westinghouse. (COLEGIO NACIONAL DE

EDUCACIÓN PÚBLICA, 1995)

La razón del amplio uso de la corriente alterna, que minimiza los problemas de transmisión de

potencia, viene determinada por su facilidad de transformación, cualidad de la que carece la

corriente continua. La energía eléctrica transmitida viene dada por el producto de la tensión, la

intensidad y el tiempo.

Una vez aclarado lo anterior podemos hablar de los tipos de fuentes de corriente eléctrica, en CD

para nuestro caso y la aplicación en la rama de la geofísica para la exploración mediante el uso de

métodos resistivos.

Para que las cargas estén en movimiento, en los circuitos eléctricos debe haber al menos una

fuente de alimentación que establezca diferencias de potencial. Existen dos tipos de fuentes, las

de tensión y las de corriente. El instrumento usado para medir la intensidad de la corriente

eléctrica es el galvanómetro que, calibrado en amperios, se llama amperímetro, colocado en serie

con el conductor cuya intensidad se desea medir. (MALVINO, Albert. 2000)

c) Conducción eléctrica

Un material conductor posee gran cantidad de electrones libres, por lo que es posible el paso de la

electricidad a través del mismo. Los electrones libres, aunque existen en el material, no se puede

decir que pertenezcan a algún átomo determinado.

http://es.wikipedia.org/wiki/Rectificador

http://es.wikipedia.org/wiki/Diodo

http://es.wikipedia.org/wiki/Tiristor

http://es.wikipedia.org/wiki/Sinusoide

http://es.wikipedia.org/wiki/Uso_coloquial

http://es.wikipedia.org/wiki/Nikola_Tesla

http://es.wikipedia.org/wiki/George_Westinghouse

http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_el%C3%A9ctrica


http://es.wikipedia.org/wiki/Intensidad_de_corriente_el%C3%A9ctrica

http://www.fisicapractica.com/potencial.php

http://es.wikipedia.org/wiki/Galvan%C3%B3metro

http://es.wikipedia.org/wiki/Amper%C3%ADmetro

http://es.wikipedia.org/wiki/Conductor_el%C3%A9ctrico


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~ 39 ~

Una corriente de electricidad existe en un lugar cuando una carga neta se transporta desde ese

lugar a otro en dicha región. Supongamos que la carga se mueve a través de un alambre. Si la

carga (q) se transporta a través de una sección transversal dada del alambre en un tiempo (t),

entonces la corriente (I) a través del alambre es I = q/t. Aquí q está en Coulombs, t en segundos, e

I en amperios (1A = 1C/s). (SADIKU, Alexander. 2002)

Cuando se aplica una fuente de tensión externa (como, por ejemplo, una batería) a los extremos

de un material conductor, se está aplicando un campo eléctrico sobre los electrones libres. Es

decir, los electrones libres son los portadores de la corriente eléctrica en los materiales

conductores, o en este caso en Geofísica, en el subsuelo para nosotros.

La conductividad eléctrica es la propiedad de los materiales que cuantifica la facilidad con que las

cargas pueden moverse cuando un material es sometido a un campo eléctrico. La resistividad es

una magnitud inversa a la conductividad, aludiendo al grado de dificultad que encuentran los

electrones en sus desplazamientos, dando una idea de lo buen o mal conductor que es.

Un valor alto de resistividad indica que el material es mal conductor mientras que uno bajo

indicará que es un buen conductor. Generalmente la resistividad de los metales aumenta con la

temperatura, mientras que la de los semiconductores disminuye ante el aumento de la

temperatura.

La conductividad se designa por la letra griega sigma minúscula (ς) y se mide en siemens por

metro, mientras que la resistividad se designa por la letra griega rho minúscula (ρ) y se mide en

ohms por metro (Ω·m).

La ley de Ohm describe la relación existente entre la intensidad de corriente que circula por un

circuito, la tensión de esa corriente eléctrica y la resistencia que ofrece el circuito al paso de dicha

corriente: la diferencia de potencial (V) es directamente proporcional a la intensidad de corriente

(I) y a la resistencia (R). Se describe mediante la fórmula:

𝑽 = 𝑰 · 𝑹 (39)

http://es.wikipedia.org/wiki/Bater%C3%ADa_el%C3%A9ctrica

http://es.wikipedia.org/wiki/Siemens_(unidad)

http://es.wikipedia.org/wiki/Metro

http://es.wikipedia.org/wiki/Ohm


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~ 40 ~

Para nuestro caso utlizamos la resitividad aparente como se observa en la siguiente formula:

𝝆𝒂 =𝑽

𝑰𝒌 (40)

Donde k es la separación de los electrodos.

Esta definición es válida para la corriente continua.

d) Fuentes de tensión

Son los tipos más comunes de fuentes de alimentación que encontramos en prácticamente

cualquier circuito. Entre sus bornes proveen una diferencia de potencial (o tensión) constante, por

ese motivo la corriente que entregan depende del valor de la resistencia del circuito o de la

resistencia de carga que conectemos.

Por ejemplo si tenemos una fuente de tensión de 12 Volt y le conectamos una resistencia de 2

Ohm, circularán 6 Amper. Si en cambio conectamos una resistencia de 6 Ohm, circularán 2 Amper.

(Ver ley de Ohm capítulo 1, pág. 7). Pero siempre la tensión entre los bornes de la fuente es

constante. En los circuitos una fuente de tensión se simboliza con dos líneas de distinto tamaño,

correspondiendo la más grande al polo positivo.

La analogía que se puede dar para este tipo de fuentes con objetos conocidos es la siguiente; para

la fuente de tensión sería el caso de la silla eléctrica ya que la corriente que se consume depende

directamente de la resistencia del cuerpo humano, la cual es pequeña alrededor de unos 300 Ω·m

por lo que la corriente que demandara será alta, al grado de causar la muerte por electrocución,

por quemaduras de los diferentes órganos del cuerpo.

Figura 2.1.- Símbolo de la fuente de tensión o de voltaje.

http://www.fisicapractica.com/potencial.php

http://www.fisicapractica.com/resistencia.php

http://www.fisicapractica.com/ley-ohm.php


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~ 41 ~

e) Fuentes de corriente

Las fuentes de corriente son aquellas que proveen una corriente constante al circuito o resistencia

que se les conecta. Por lo tanto si cambia el valor de la resistencia de carga, la fuente aumenta o

disminuye el potencial entre sus bornes, de tal forma de mantener constante la corriente por esa

resistencia.

Mientras que una fuente de tensión tiene una resistencia muy pequeña, en tanto que una fuente

de corriente tiene una resistencia interna muy grande. Es por eso que una fuente de corriente

tiene una corriente de salida que no depende del valor de la resistencia de la carga.

Figura 2.2.- Símbolo de la fuente de corriente.

Seguramente que un ejemplo nos permitirá entender más profundamente la diferencia entre una

fuente de tensión y una fuente de corriente.

La fuente de corriente más sencilla es la combinación de una batería y una resistencia Rs muy

elevada. Ver la figura 2.3.

La analogía que se puede dar para este tipo de fuentes con objetos conocidos es la siguiente; para

la fuente de corriente sería el caso de las pistolas eléctricas para defensa personal estas son de

alto voltaje entre 1000V y 2000V y de corriente controlada, la cual es muy pequeña, 1mA

aproximadamente, por lo que solo sirve para inmovilizar.

http://www.fisicapractica.com/corriente-electrica.php


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~ 42 ~

Figura 2.3.- Representación de una fuente de corriente.

En este circuito, la corriente por la carga se puede calcular como:

𝑰𝑻 =𝑽𝒔

𝑹𝒔+𝑹𝑳 (41)

Como Rs tiene un valor de 100M ohm las resistencias de carga pequeñas tienen tan solo un

pequeño efecto sobre la corriente circulante. Por ejemplo cuando RL = 10 kohm y sustituyendo

para (41), la corriente por la carga es:

𝑰𝑻 =𝟏𝟐𝟎𝑽

𝟏𝟎𝟎𝑴𝒐𝒉𝒎 + 𝟏𝟎𝒌𝒐𝒉𝒎= 𝟏. 𝟐𝝁𝐀

En la Figura 2.4, se puede observar una gráfica de la corriente por la carga, en función de la

resistencia de carga. Observe que la corriente por la carga es prácticamente constante si tomamos

un rango de variación de la carga no mayor a 10 kohm.


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~ 43 ~

Figura 2.4.- Gráfica de la corriente contra resistencia.

En ese caso límite, la corriente por la carga es el 99 % del valor ideal. En general se puede

considerar que una fuente de corriente constante es aquella fuente cuya resistencia interna es,

por lo menos, 100 veces mayor que la resistencia de la carga. Entonces:

𝑹𝒔 > 100𝑹𝑳 (42)

Esta condición es exactamente la opuesta a la considerada para una fuente de tensión constante.

Según ella, una fuente de corriente tiene mejor regulación cuando su resistencia interna es muy

alta, mientras que una fuente de tensión funciona mejor cuando su resistencia interna es muy

baja. (MALVINO, Albert. 2000)

Las fuentes de tensión son de uso muy común, las pilas, las baterías, las fuentes a transformador y

rectificador, las fuentes electrónicas reguladas, todas son fuentes de tensión. Entonces, ¿donde se

usan las fuentes de corriente? El uso está limitado a partes internas de los circuitos.

En la Figura 2.5 se puede observar el circuito más sencillo en donde se utiliza una fuente de

corriente. Como vemos, la fuente de corriente está conectada a un simple resistor Rs. Cuando la

corriente Is circula por el resistor, genera una tensión dada por la ley de Ohm.


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~ 44 ~

Figura 2.5.- Circuito con fuente de corriente.

𝑽𝒔 = 𝑰𝒔 · 𝑹𝒔 (43)

En este punto suele preguntarse qué componente se suele representar con una fuente de

corriente. El componente típicamente representado como una fuente de corriente es el transistor

bipolar, en donde su corriente es beta veces la corriente de base que se aplica al transistor, Figura

2.6.

Figura 2.6.- Esquema de un Transistor bipolar.

Más adelante se dan a conocer los pasos del cálculo de este tipo de fuentes con lo que quedará

claro su aplicación en este prototipo. Pero primero se explicara por qué la elección de este tipo de

fuentes de corriente.


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~ 45 ~

2.2. Fuente de poder

Para elegir un tipo de fuente para nuestro prototipo nos basamos en diferentes argumentos como

son: el peso, la potencia, el tamaño, materiales electrónicos y el voltaje de trabajo del prototipo.

A continuación se da una explicación del porque estas características afectaron nuestra decisión.

a) El peso

Una característica que debe cumplir debe ser el peso, ya que su uso es directamente en campo y

un equipo robusto y por ende pesado es poco funcional para tal labor, pero, ¿qué es lo que hace

pesado o ligero a un equipo de Prospección Geoeléctrica? Es la potencia del equipo, dependiendo

la potencia será el tamaño del transformador en nuestro caso, o en el tamaño de la pila en los

equipos de baterías.

b) La potencia

Para comprender este concepto explicaremos primero lo que es potencia eléctrica, nos referimos

a este concepto como la potencia eléctrica que es la relación de transferencia de energía por

unidad de tiempo; es decir, la cantidad de energía entregada o absorbida por un elemento en un

tiempo determinado

𝑷 =𝒅𝑾

𝒅𝒕 (44)

Donde W son Watts, y t el tiempo.

La unidad en el Sistema Internacional de Unidades es el Vatio. Cuando una corriente eléctrica fluye

en un circuito, puede transferir energía al hacer un trabajo mecánico o termodinámico.

En nuestro caso la potencia genera una diferencia de potencial en el subsuelo, el cual nos sirve

para realizar un modelo aproximado del mismo.

Cuando se trata de corriente continua (CD) la potencia eléctrica desarrollada en un cierto instante

por un dispositivo de dos terminales, es el producto de la diferencia de potencial entre dichos

terminales y la intensidad de corriente que pasa a través del dispositivo.



http://es.wikipedia.org/wiki/Vatio

http://es.wikipedia.org/wiki/Trabajo_(f%C3%ADsica)

http://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_continua

http://es.wikipedia.org/wiki/Voltaje



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~ 46 ~

Por esta razón la potencia es proporcional a la corriente y a la tensión. Esto es:

𝑷 = 𝑽 · 𝑰 (45)

Donde V es el voltaje de inyección de intensidad de corriente, I es la intensidad de corriente

medida en amperes. En fuentes de poder la potencia se lee en VA (Volts-Amperes). Con este

concepto de potencia se puede decir que, a mayor potencia mayor peso dando como resultado

mayor profundidad de investigación, y viceversa a menor potencia, menor peso dando como

resultado menos profundidad de investigación.

¿Cómo afecta esto en el peso? Pues bien, en un equipo de baterías, por ejemplo el TERRAMETER

SAS 4000 SISTEMA Combinado IP y Resistividad del año 1999, Figura 2.7.

Figura 2.7.- SAS 4000 SISTEMA Combinado IP y Resistividad de la compañía ABEM.

Tiene las siguientes características de potencia:

Transmisor:

Corriente salida........................ 1 - 1000 mA

Voltaje Máximo de salida.......... 400 V

Potencia Máxima de salida........ 100 W

General:

Computador............................ PC/XT compatible, 9.8 MHz


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~ 47 ~

Disco Duro............................... 2 MB

Pantalla................................... LCD 200x64 pixels

Interface Serial........................ RS 232

Interface Paralela.................... Centronics

Alimentación........................... 12 V interno o externo a través de SAS-EBA

Peso........................................ 6.5 kg

Donde los 6.5 Kg el 90% del peso, es el peso de la batería para alcanzar dicha potencia de este

equipo ya que se necesita una batería de 12V 17Ah (20hr) la cual tiene un peso aproximado de 5.7

Kg.

Los equipos con alimentación externa, necesitan un transformador o autotransformador. Los

cuales son construidos en base a un núcleo metálico y devanados de alambre de cobre los cuales

al aumentar la potencia y el voltaje aumentan de peso. Para un transformador de 120 a 500V y

600VA el peso es de 5 Kg. Por esta razón algunos equipos llegan a pesar más de 10Kg. En

consecuencia la potencia del equipo afectará directamente al peso del mismo.

c) Materiales electrónicos y el voltaje de trabajo del prototipo

¿Por qué los equipos con fuente de corriente tienen un voltaje de salida de 400V?, si regresamos

al concepto de fuente de corriente podemos deducir que un voltaje alto constante con corriente

controlada y podemos hacer sondeos cortos como por ejemplo un dipolo-dipolo con separación

de 1m o menos, hasta SEV’s con aperturas muy grandes.

Pero en las fuentes de corriente existe una limitación, esta es el control de la corriente debido a

que los sondeos se hacen inyectando una corriente al subsuelo a un determinado voltaje, por lo

que a mayor voltaje mayor peso.

Por lo tanto se tiene que trabajar con transistores tipo N para controlar la corriente. Justificado

nuestro diseño se hace la elección de la fuente de corriente ya que es la que a nuestro punto de

vista nos ayudara a tener una potencia aceptable para la exploración resistiva.

Ayudará a tener un peso aceptable para su transporte. Al ser una fuente de alimentación externa

nos evitaremos los volúmenes de las baterías, y nos arrojara un voltaje más estable.


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~ 48 ~

No obstante el prototipo está diseñado para adaptarse a cualquiera de los dos casos ya sea para

fuentes de corriente o voltaje. Además también se le puede adaptar una alimentación de baterías,

aunque en este trabajo no se hace referencia a esta adaptación.

Los materiales para el diseño de esta fuente los podemos conseguir en México. Por lo que trabajar

con un voltaje de 500V en fuentes de corriente pero son suficientes para nuestros trabajos de

exploración resistiva, si tienen la suficiente carga eléctrica, en nuestro caso hasta 1.2 A.

2.2.1. Diseño de fuente

A partir de aquí, se deja de lado los temas relacionados a la Geofísica y los retomaremos en el

capítulo 4 por ahora nos enfocaremos en cuestiones técnicas de diseño.

Para el diseño utilizaremos el software de diseño y simulación electrónica, Livewire- Profesional

Edition 2004. Compatible con WIN 97, 2000, NT, XP Y VISTA. Figura 2.8. La operación de este

software es muy sencilla y de fácil comprensión, por lo que no existe mucha información. Este

software es a través de interacción gráfica, solo se necesita tener conocimientos de computación y

electrónica básica.

Figura 2.8.- Software Livewire-Profesional Edition 2004.


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~ 49 ~

La conexión entre dispositivos es arrastrando el mouse entre terminales de los componentes. Los

dispositivos se seleccionan de una sub-ventana que se despliega al iniciar el programa.

Figura 2.9.- Sub-ventana del Software Livewire-Profesional Edition 2004.

Armado el circuito solo se tiene que presionar ► y comenzara la simulación, para pausar la

simulación ll, y para detenerla ■.

Si queremos leer los datos de los instrumentos de medición, estos se muestran a un costado del

mismo. Ahora veremos las partes físicas.

La alimentación del equipo será a 127 Vca 60Hz la cual será suministrada por un generador de

gasolina o la línea de corriente en los hogares de México, el cual se tiene que elevar a 350 Vca a

1.5A y se rectifica para que obtengamos los 500 Vcd a 1.2A.


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~ 50 ~

La potencia del equipo está directamente relacionada al autotransformador, como se ha

mencionado la potencia se puede medir por la formula:

𝑷 = 𝑽 · 𝑰 (46)

En un autotransformador la potencia se le conoce como Potencia nominal que se expresa de la

siguiente manera:

𝑷𝑵𝒐𝒎𝒊𝒏𝒂𝒍 = 𝑽𝟏 · 𝑰𝟏 = 𝑽𝟐 · 𝑰𝟐 (47)

Donde V1 es el voltaje de alimentación o primario, V2 es el voltaje de salida o secundario. I1 e I2

son las corrientes de primario y secundario respectivamente donde I2 es la corriente que

necesitamos para el trabajo. (COLEGIO NACIONAL DE EDUCACIÓN PÚBLICA, 1995)

Sustituyendo en (47):

𝑷𝑵𝒐𝒎𝒊𝒏𝒂𝒍 = 𝟑𝟓𝟎𝑽𝒂𝒄 · 𝟏.𝟓𝑨𝒎𝒑

𝑷𝑵𝒐𝒎𝒊𝒏𝒂𝒍 = 𝟓𝟐𝟓 𝑽𝑨

Por lo que se manda a construir un transformador con estas características. A continuación se

muestra su diagrama esquemático y al transformador.


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~ 51 ~

a) b)

Figura 2.10.- a) Símbolo esquemático del autotransformador. b) Fotografía del

autotransformador.

Al conectar la alimentación de 127 Vca nos da como resultado 350 Vca en una forma alterna

convertirlo a voltaje directo para la aplicación correspondiente. Se muestra a continuación la

simulación.

Figura 2.11.- Señal simulada de salida del autotransformador.

El siguiente paso es rectificar el voltaje alterno y estabilizarlo es decir quitar los rizos de la

alternancia, hasta dejarlo lo más linealmente posible.


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~ 52 ~

En electrónica, un rectificador es el elemento o circuito que permite convertir la corriente alterna

en corriente continua. Esto se realiza utilizando diodos rectificadores.

Un Rectificador de onda completa es un circuito empleado para convertir una señal de corriente

alterna de entrada (Vca) en corriente directa de salida (Vcd) pulsante.

A diferencia del rectificador de media onda, en este caso, la parte negativa de la señal se

convierte en positiva o bien la parte positiva de la señal se convertirá en negativa, según se

necesite una señal positiva o negativa de corriente continua.

Existen dos alternativas, empleando dos diodos o empleando cuatro (puente de Graetz). Para

aplicaciones de potencia se prefiere el puente Graetz o también conocido como puente de diodos.

Puente de Graetz o Puente de diodos

En este caso se emplean cuatro diodos con la disposición de la Figura 2.12. Sólo son posibles dos

estados de conducción, o bien los diodos 1 y 3 están en directa y conducen (tensión positiva) o por

el contrario son los diodos 2 y 4 los que se encuentran en directa y conducen (tensión negativa).

(COLEGIO NACIONAL DE EDUCACIÓN PÚBLICA, 1995)

a) b)

Figura 2.12.- a) Símbolo esquemático del Puente de Diodos. b) Fotografía del Puente de Diodos.

La tensión máxima de salida es la del secundario del transformador, la misma que han de soportar

los diodos en inversa, al igual que en el rectificador con dos diodos.

Esta es la configuración usualmente empleada para la obtención de onda continua. Como se

muestra en la Figura 2.13.

http://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_alterna






http://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_directa

http://es.wikipedia.org/wiki/Rectificador_de_media_onda



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~ 53 ~

Figura 2.13.- Señal generada por la rectificación a través del puente de diodos.

El siguiente paso es anular el efecto de rizo es decir eliminar las ondulaciones a través de un

capacitor electrolítico como se muestra en la Figura 2.14, y como su nombre dice, en su interior

tiene un líquido electrolítico que evita que se descargue de manera inmediata, lo que evita que la

señal generada por el puente de diodos decrezca cada que cambia de diodo.

a) b)

Figura 2.14.- a) Símbolo esquemático del capacitor electrolítico. b) Fotografía del capacitor

electrolítico.

La señal que se muestra en la Figura 2.15 es el resultado de pasar el voltaje rectificado a través de

un capacitor.

http://www.google.com.mx/imgres?imgurl=http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/31/Condensador_electrolitico_150_microF_400V.jpg&imgrefurl=http://www.taringa.net/posts/ebooks-tutoriales/2654918/como-crear-un-amplificador-de-10-watts-con-poco-dinero.html&usg=__vQozkHbN4A5dfHg8JwmHPYtbnwE=&h=1536&w=2048&sz=816&hl=es&start=1&um=1&itbs=1&tbnid=ye3J_Ze0It60eM:&tbnh=113&tbnw=150&prev=/images?q=capacitor+electrolitico+150+microF+400v&um=1&hl=es&sa=G&rlz=1R2SUNA_esMX327&tbs=isch:1


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~ 54 ~

Figura 2.15.- Muestra de la simulación del voltaje rectificado.

Para calcular la capacidad del "Capacitor de Filtro" en cualquier circuito rectificador de onda

completa de los planteados, se debe conocer la intensidad de corriente máxima que drenará la

carga para nosotros 1.5A el cuál es el voltaje de ripple o rizado que se quiere permitir en la

corriente continua rectificada. Cuando nos referimos al voltaje de ripple o de rizado nos estamos

refiriendo al voltaje pico de la misma.

𝑽𝒑 = 𝑽𝒓𝒎𝒔 · √𝟐 (48)

Donde Vrms es el voltaje de salida eficaz. Sustituyendo en (48):

𝑽𝒑 = 𝟑𝟓𝟑 · √𝟐

𝑽𝒑 = 𝟒𝟗𝟗.𝟓𝑽 ≈ 𝟓𝟎𝟎𝑽

Por otra parte existe una fórmula para calcular el Vp conociendo el valor de la frecuencia (f) en el

secundario, la cual es el doble que la de entrada, la corriente (I) que consumirá y el valor del

capacitor.


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~ 55 ~

𝑽𝒑 =𝑰

𝟐𝒇·𝑪 (49)

Pero nosotros buscamos el valor del capacitor y ya conocemos Vp por lo que se acomoda la

fórmula para conocer el valor de C.

𝑪 =𝑰

𝟐𝒇·𝑽𝒑 (50)

Sustituyendo en (50):

𝑪 =𝟏.𝟓𝑨

𝟐 · 𝟔𝟎𝑯𝒛 · 𝟒𝟗𝟗.𝟓𝑽

𝑪 = 𝟐𝟓𝝁𝑭

Pero como no es fácil encontrar capacitores para voltajes tan elevados se procede a poner dos

capacitores con valores más comerciales que son de 150 µF a 400V en serie como se muestra en la

Figura 2.14 lo que nos ayuda a soportar los 500V que necesitamos ya que los capacitores en serie

se suman su capacidad de voltaje, mientras que los valores en microfaradios se suman en paralelo

por lo que tenemos un capacitor de 75µF. (SADIKU, Alexander. 2002)

El siguiente paso es colocar su resistencia de descarga del capacitor, como se muestra en la Figura

2.16, la cual está definida por el tiempo en que se descargara el capacitor durante un tiempo (τ,

tiempo de descarga) por la fórmula:


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~ 56 ~

𝝉 = 𝑹𝑪 (51)

Por lo tanto a mayor tiempo de descarga menor consumo de potencia por lo tanto se evita el

calentamiento excesivo de la resistencia.

a) b)

Figura 2.16.- a) Símbolo esquemático de la resistencia. b) Fotografía de la resistencia.

Además esta resistencia todo el tiempo está conectada en paralelo al circuito y para evitar grandes

consumos de corriente debe ser alta la resistencia porque recordemos que en un circuito en

paralelo para resistencias en Vcd lo que se consume es la corriente mientras que el voltaje se

mantiene constante. Por lo que resulta:

𝑹 =𝝉

𝑪 (52)

Sustituyendo en (52) para una descarga (τ) de 7.5 segundos se tiene:

𝑹 =𝟕.𝟓𝒔𝒆𝒈

𝟕𝟓𝝁𝑭

𝑹 = 𝟏𝟎𝟎𝒌𝒐𝒉𝒎𝒔

http://www.google.com.mx/imgres?imgurl=http://www.kalipedia.com/kalipediamedia/cienciasnaturales/media/200709/24/fisicayquimica/20070924klpcnafyq_229.Ges.SCO.jpg&imgrefurl=http://www.kalipedia.com/tecnologia/tema/graficos-simbolos-resistencias.html?x1=20070924klpcnafyq_229.Ges&x=20070924klpcnafyq_317.Kes&usg=__3M9evvZ1ypknC5ye2cOHWGo2gro=&h=357&w=555&sz=12&hl=es&start=4&um=1&itbs=1&tbnid=Ne2QgqVY9ST0EM:&tbnh=86&tbnw=133&prev=/images?q=simbolo+de+resistencia&um=1&hl=es&rlz=1R2SUNA_esMX327&tbs=isch:1


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~ 57 ~

Recordemos que por las formulas (39) y (46) la corriente y potencia que consume la resistencia es:

Sustituyendo en (39) tenemos:

𝑰 =𝟓𝟎𝟎𝑽

𝟏𝟎𝟎𝒌𝒐𝒉𝒎𝒔

𝑰 = 𝟓𝒎𝑨

Entonces para la potencia se sustituye en (46) teniendo:

𝑷 = 𝟓𝟎𝟎𝑽 · 𝟓𝒎𝑨

𝑷 = 𝟐.𝟓𝑾𝒂𝒕𝒕𝒔

Para dispositivos como las resistencias, capacitores, etc. La potencia se mide en Watts. (SADIKU,

Alexander. 2002) Esta descarga de los capacitores es necesaria, ya que evitara accidentes por

descargas eléctricas a las personas que realicen el acomodo de electrodos en el subsuelo.

Figura 2.17.- Muestra la descarga del capacitor a través de la resistencia de 100kohms.


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~ 58 ~

Ahora diseñemos la fuente de corriente. Las fuentes de corriente son ampliamente utilizadas en

circuitos electrónicos integrados como elementos de polarización y como cargas activas en etapas

amplificadoras.

Estas fuentes en polarización resultan más insensibles a variaciones de las tensiones de

polarización y de la temperatura, y son más económicas que los elementos resistivos en términos

de área de ocupación, especialmente cuando las corrientes son bajas.

Las fuentes de corriente como cargas activas proporcionan resistencias incrementales de alto valor

resultando etapas amplificadoras con elevada ganancia operando incluso con bajos niveles de

tensiones de polarización. (CUBAS, Luis Felipe. 2008)

Una fuente de corriente ideal debe suministrar una corriente constante con independencia de la

tensión de salida. Sin embargo, en las fuentes de corriente reales su corriente de salida varía con la

tensión de salida. Esta dependencia está relacionada con la resistencia de salida del transistor.

Un Amplificador Operacional en combinación con un Mosfet de enriquecimiento canal N, como se

muestra en la Figura 2.18, hacen una muy confiable fuente de corriente con menos de 1% de

error.

a) b)

Figura 2.18.- Símbolo esquemático del Mosfet. b) Fotografía del Mosfet de enriquecimiento

canal N.

http://www.google.com.mx/imgres?imgurl=http://www.wholesaleec.com/upload/upimg944\MOSFET-17832.jpg&imgrefurl=http://www.wholesaleec.com/custom/MOSFETs/HEXFET-Power-MOSFETs-5046.htm&usg=__KXgSMsEWhMnSBVEzXJf0Bh2Dpxo=&h=2112&w=2816&sz=222&hl=es&start=28&um=1&itbs=1&tbnid=7ApUAP3IbMEoAM:&tbnh=113&tbnw=150&prev=/images?q=mosfet&start=20&um=1&hl=es&sa=N&rlz=1R2SUNA_esMX327&ndsp=20&tbs=isch:1


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~ 59 ~

El Mosfet pasa la corriente de carga, mientras que la entrada inversora del Amplificador

Operacional, muestrea la tensión en Rs y luego lo compara con el voltaje aplicado en la entrada

no inversora. (SCHERZ, Paul. 2000)

Si en el DRAIN la corriente intenta crecer o decrecer, el amplificador operacional responderá

decreciendo o incrementando la salida del amplificador operacional, por lo tanto alterara el

voltaje del GATE del Mosfet en el proceso, representado por Vin. Donde la corriente de carga está

dada por:

𝑰𝒍𝒐𝒂𝒅 =𝑽𝒊𝒏

𝑹𝒔 (53)

En la Figura 2.19 se muestra la forma de armar una fuente de corriente con estos dos elementos y

a través de la formula podemos calcular las corrientes de salida, es decir las corrientes para RL

donde RL será el medio conductor, en nuestro caso el subsuelo.

Figura 2.19.- Muestra de la forma básica de una fuente de corriente operada por un amplificador

operacional y un Mosfet P.


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~ 60 ~

Con la formula anterior podemos construir una fuente de corriente a los valores que nosotros

propongamos. Mientras que para el modo manual variaremos los valores de Rs para alcanzar los

valores de corriente para 1mA, 5mA, 10mA, 50mA, 100mA, 250mA, 500mA, 750mA, 1000mA y

1200mA. Con un voltaje constante de Vin a 5 Volts. Por lo tanto:

𝑹𝒔 =𝑽𝒊𝒏

𝑰𝒍𝒐𝒂𝒅 (54)

Entonces ya que conocemos los valores para la corriente que vamos a utilizar y si conocemos el

voltaje de entrada Vin.

Sustituyendo en (54) para 1mA:

𝑹𝒔 =𝟓𝑽

𝟏𝒎𝑨

𝑹𝒔 = 𝟓𝟎𝟎𝟎𝒐𝒉𝒎𝒔

Sustituyendo en (54) para 5mA:

𝑹𝒔 =𝟓𝑽

𝟓𝒎𝑨

𝑹𝒔 = 𝟏𝟎𝟎𝟎 𝒐𝒉𝒎𝒔

Y así sucesivamente hasta llegar a los valores deseados para las corrientes restantes. Los

siguientes valores de Rs para 10mA = 500ohms, 50mA= 100ohms, 100mA= 50ohms,

250mA=20ohms, 500mA=10ohms, 750mA=6.6ohms, 1000mA=5ohms y 1200mA=4.2ohms.

En el modo automático variaremos los valores de Vin a través del Microcontrolador PIC 18F4550

de MICROCHIP. Para seguir con el diseño hacemos referencia a las características del Amplificador

Operacional, que se muestra en la Figura 2.20.


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~ 61 ~

Básicamente el Amplificador Operacional es un dispositivo amplificador de la diferencia de sus

dos entradas, con una alta ganancia, una impedancia de entrada muy alta, (mayor a 1 Mega ohm)

y una baja impedancia de salida (de 8 a 20 ohmios).

a) b)

Figura 2.20.- a) Símbolo esquemático. b) Fotografía del Amplificador Operacional.

Con esta característica se deduce que las corrientes de entrada son prácticamente nulas y que

tiene la característica de poder entregar corriente relativamente alta. (SCHERZ, Paul. 2000)

Internamente el Amplificador Operacional contiene un gran número de transistores, resistores,

capacitores, etc.

El terminal + es el terminal no inversor.

El terminal - es el terminal inversor.

Para saber cuál es el pin 1, se ubica una muesca entre los pines 1 y 8, siendo el número 1 el pin

que está a la izquierda de la muesca cuando se pone el integrado como se muestra en la Figura

2.20 b).

La distribución de los terminales del Amplificador Operacional en el Circuito integrado DIP de 8

patillas es:

pin 2: entrada inversora ( - )

pin 3: entrada no inversora ( + )

pin 6: salida (out)

http://www.unicrom.com/Tut_amplificadores_.asp

http://www.unicrom.com/Tut_impedancia.asp

http://www.unicrom.com/Tut_transistor_bipolar.asp

http://www.unicrom.com/Tut_resistencia.asp

http://www.unicrom.com/Tut_condensador.asp

http://www.google.com.mx/imgres?imgurl=http://www.reuk.co.uk/shopImages/lm741.jpg&imgrefurl=http://www.reuk.co.uk/buy-LM741.htm&usg=__oSja_u4oazrxv2YOCwR2TxOfkZI=&h=189&w=193&sz=8&hl=es&start=76&um=1&itbs=1&tbnid=khR5t1LFByO_RM:&tbnh=101&tbnw=103&prev=/images?q=amp+op+741&start=60&um=1&hl=es&sa=N&rlz=1R2SUNA_esMX327&ndsp=20&tbs=isch:1


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~ 62 ~

Para alimentar un amplificador operacional se utilizan 2 fuentes de tensión:

Una positiva conectada al pin 7

Otra negativa conectada al pin 4

Por lo tanto para alimentar el Amplificador Operacional se necesita una fuente bipolar. Una fuente

bipolar entrega voltajes de salida negativos -Vss y positivos +Vss, el diseño de las fuentes

bipolares es muy conocido y existen los diagramas para realizarlas. Tomaremos el diagrama de

SCHERZ, Paul. 2000 (Pág. 288).

Esta es una fuente bipolar de +15Vcc, -15Vss, +12Vcc y +5Vcc donde los voltajes regulados son a

través de los reguladores de voltaje 7815, 7915, 7812 y 7805 a 2A respectivamente.

Además se integran las partes, la fuente de alto voltaje, el arreglo de control de la corriente y la

fuente bipolar que alimentara al amplificador operacional. En conjunto da como resultado la

fuente de corriente que necesitamos para el prototipo.

Diagrama 1.- Diagrama para el diseño de una fuente bipolar. Tomado de SCHERZ, Paul. 2000.

http://www.unicrom.com/Tut_fuentepoder.asp


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~ 63 ~

Diagrama 2. Diagrama eléctrico del prototipo.

2.3. Características del Microcontrolador

Para el control de la fuente de corriente utilizaremos el Microcontrolador PIC18F4550 de

MICROCHIP. El Microcontrolador se hace indispensable porque necesitamos ahorrar en espacio y

tener más funciones del equipo con menos dispositivos.

Las funciones que se controlaran son las de lectura de corriente y voltaje, tiempos de operación,

inversión de salidas de corrientes. Además de que nos da la posibilidad de realizar un equipo que

puede ser operado a través de una PC vía cable USB.

Los aspectos de programación se abordan posteriormente en el capítulo 3. Por el momento solo

daremos las características del Microcontrolador y la conexión final de los elementos.

Las ventajas de los Microcontroladores PIC de Microchip son su amplia gama: gran variedad de

familias que permiten adaptar el Microcontrolador PIC a necesidades de cada aplicación además

de contar con herramientas de desarrollo comunes.

Cuentan con gran variedad de unidades funcionales embebidas (temporizadores, USART, I2C, SPI,

unidades de comparación/captura/PWM, Convertidores A/D, USB, receptores/transmisores de

RF, Ethernet, etc.) y además de precios competitivos.


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~ 64 ~

Características fundamentales: Arquitectura RISC avanzada Harvard: 16 bits con 8 bit de datos, 77

instrucciones, 40 pines, hasta 64K bytes de programa (hasta 2 Mbytes en ROMless), Multiplicador

Hardware 8x8, 3968 bytes de RAM y 1KBytes de EEPROM, frecuencia máxima de reloj 40Mhz,

Hasta 10 MIPS, Pila de 32 niveles, Múltiples fuentes de interrupción y Periféricos de comunicación

avanzados (CAN y USB).

El PIC18F4550 dispone de las siguientes memorias. Memoria de programa: memoria flash interna

de 32.768 bytes, almacena instrucciones y constantes/datos, puede ser escrita/leída mediante un

programador externo o durante la ejecución del programa mediante unos punteros.

Memoria RAM de datos, memoria SRAM interna de 2048 bytes en la que están, incluidos los

registros de función especial, almacena datos de forma temporal durante la ejecución del

programa, puede ser escrita/leída en tiempo de ejecución mediante diversas instrucciones.

Memoria EEPROM de datos: memoria no volátil de 256 bytes, almacena datos que se deben

conservar aun en ausencia de tensión de alimentación, puede ser escrita/leída en tiempo de

ejecución a través de registros.

Pila, bloque de 31 palabras de 21 bits, almacena la dirección de la instrucción que debe ser

ejecutada después de una interrupción o subrutina.

Memoria de configuración, memoria en la que se incluyen los bits de configuración (12bytes de

memoria flash) y los registros de identificación.

El PIC18F4550 dispone de una serie de Unidades Funcionales que le permiten realizar tareas

específicas especializadas (conversión A/D, transmisión y recepción de datos, generación de

señales digitales con temporizaciones programables, etc.).

Optimizar el rendimiento del Microcontrolador, ya que estas unidades trabajan en paralelo a la

CPU permitiendo que ésta se centre en otras tareas como procesado de datos, cálculos,

movimiento de datos, etc.

Puertos de Entrada / Salida. El PIC18F4550 dispone 5 puertos de E/S que incluyen un total de 35

líneas digitales de E/S todas las líneas digitales de E/S disponen de al menos una función

alternativa asociada a alguna circuitería especifica del Microcontrolador. Cuando una línea trabaja

en el modo alternativo no puede ser utilizada como línea digital de E/S estándar.


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~ 65 ~

Convertidor Analógico / Digital tiene características fundamentales de 10 bits de resolución, 13

canales multiplexados, señal de reloj de conversión configurable, Tiempo de adquisición

programable (0 a 20 T) y la posibilidad de establecer el rango de tensiones de conversión mediante

tensiones de referencia externa. (Microchip 2009)

Figura 2.21.- Microcontrolador PIC 18F4550. (MICROCHIP, 2009)

Lo siguiente es armar el circuito con el Microcontrolador para controlar a la fuente de corriente.

También necesitamos los instrumentos de medición los cuales solo son entradas analógicas para

que el Microcontrolador convierta a señales digitales.

El instrumento de medición por excelencia es el voltímetro, ya que a partir de este se puede hacer

cualquier instrumento de medición.

A continuación se muestra la imagen que mejor representa lo que es un voltímetro, y como a

partir de este podemos realizar un amperímetro.


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~ 66 ~

Figura 2.22.- V1 el voltímetro, también sirve como amperímetro V2. (RASHID, Muhamed. 1993)

Aunque en la imagen de V1 está midiendo el voltaje de la batería este se utilizara para medir la

diferencia de potencial en el subsuelo es decir ΔV mientras que V2 nos ayudara a medir la

corriente de la fuente de corriente.

Cabe mencionar que Rshunt es una resistencia muy pequeña. Ambos son programados, por lo que

en diagrama solo se muestran las entradas respectivas al Microcontrolador.

Estos resultados en la forma manual se mostraran en Display de 16x2 dígitos es decir en 32 dígitos

divididos en dos líneas. El diagrama eléctrico final del prototipo se muestra en el Diagrama 3.

Con esto termina la parte eléctrica del prototipo, los pasos para el armado se mostraran en el

ANEXO A. Continuemos con la programación.


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~ 67 ~

Diagrama 3. Diagrama eléctrico de la fuente de corriente del prototipo.


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~ 68 ~

Diagrama 4. Diagrama eléctrico del prototipo donde se incluye aplicación de display y puerto

USB.


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~ 69 ~

CAPÍTULO 3.

PROGRAMACIÓN DEL PROTOTIPO

Este trabajo es una aplicación al área de la Geofísica por lo que no se hablara de forma detallada

como se lleva a cabo la programación, ya que no es el objetivo de este trabajo. Para mayor

información acerca de la programación, ver PIC BASIC Projects using PIC BASIC and PIC BASIC PRO,

del año 2006.

3.1 Programación del Microcontrolador PIC18F4550

Los Microcontroladores PIC de MICROCHIP son sin duda los Microcontroladores más usados

disponibles a la fecha, debido principalmente a su disponibilidad y precio. Otra característica es la

gran diversidad de Microcontroladores PIC, que van desde dispositivos pequeños (6-pin) hasta

grandes dispositivos (84-pin).

Cada tipo de Microcontrolador ofrece distintos niveles de funciones integradas. Los dispositivos

más pequeños ofrecen la posibilidad de añadir algún grado de automatización simple a un

proyecto, mientras que los dispositivos más grandes tienen la capacidad de un sistema con

microprocesador, que ofrece mucho más que simple control.

El Microcontrolador PIC18F4550, forma parte de los circuitos integrados de Microchip Technology

Inc. Presenta características muy versátiles que le permiten aplicaciones en un gran número de

variedades. Las características se han descrito en el capítulo 2, pero a continuación se enlistan las

principales.

a) Características Técnicas

Memoria Flash de 32 Kbytes.

Número de instrucciones: 16384.

RAM (incluida) de 1536 bytes.


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~ 70 ~

Datos EEPROM 256 bytes.

b) Características Periféricas

Posee 5 puertos I/O, de 8 bits, menos el puerto A que sólo tiene 7 bits.

Compatibilidad A/D de 10 bits.

Tiene un generador de oscilación que le brindan características de timer.

Existe una gran variedad de programadores para PIC’s de los más conocidos están MPLAB en este

programa se puede utilizar lenguaje ensamblador, CCS con lenguaje C, MICRO CODE y PROTON

DEVELOPMENT SUITE con lenguaje Basic, este ultimo el que se utilizara para programar.

Figura 3.1.- PIC 18F4550 con identificación de cada Pin.

Proton Development Suite es un ambiente de desarrollo para Microcontroladores PIC en lenguaje

Basic, ideal para aficionados y profesionales. También conocido como PROTON IDE.

El compilador PROTON IDE saca el máximo partido de cada tipo de PIC disponible, y ofrece un

lenguaje amigable e intuitivo, que permite operaciones muy complejas que deben llevarse a cabo

con un mínimo de instrucciones, y proporciona una flexibilidad y funcionalidad que no tiene

similitud en el mundo de la programación del PIC.

http://www.automatismos-mdq.com.ar/blog/goto/http:/www.picbasic.org

http://www.automatismos-mdq.com.ar/blog/2009/08/compilador-gratuito-proton-lite.html

http://www.automatismos-mdq.com.ar/blog/2009/08/compilador-gratuito-proton-lite.html


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~ 71 ~

Figura 3.2.- Acerca de PROTON IDE.

El compilador PROTON IDE es funcionalmente compatible con el lenguaje de los módulos BASIC

Stamp de Parallax y el compilador de PICBASIC Pro de los laboratorios de MicroEngineering. Esto

ofrece a los principiantes un ambiente cómodo y familiar para moverse suavemente en el mundo

de la programación de los PIC’s.

La salida del compilador es 100% compatible con Microchip MPASM y el archivo HEX, DQO, ERR y

archivos LST se puede utilizar con herramientas de programación de MICROCHIP compatibles y

programadores.

El compilador tiene comandos para acceder al bus I2C Philips, genéricos SPI, Dallas 1-Wire bus,

serial RS232/RS485, X10, Compact Flash Tarjetas de memoria y USB. También tiene toda una serie

de comandos que acceder a las funciones dentro del PIC como ADC, USART, PWM,

temporizadores, interrupciones, etc. Ya hemos visto las características del Microcontrolador PIC

18F4550 y las características del software de programación PROTON IDE. A continuación

comenzaremos con la programación del PIC.

Esta programación se realizo por secciones, es decir, se comenzó con la operación básica de

encender y apagar, hasta la conversión A/D para la lectura de los datos.

La señal para encender o apagar a la fuente de corriente a través del Amplificador Operacional,

saldrá del Microcontrolador PIC. Dos señales diferentes en una sola salida la primera para 2

segundos y la segunda para 4 segundos.


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~ 72 ~

Figura 3.3.- Diagrama del circuito que está a cargo del control de la fuente de corriente.

Como se puede ver en la Figura 3.3 el Microcontrolador PIC 18F4550 está integrado a un diagrama

eléctrico que es la parte de control, el Bit 1 del PORTC RC1, está conectado un opto acoplador el

cual enviara la señal de +5 V por 2 segundos o 4 respectivamente, que necesita en el Vin del

Amplificador Operacional usado para disparar el Mosfet que controla a la fuente de corriente.

Como se puede observar ya tiene integrado el arreglo para conectar vía USB, dado que el

programa trae integrado las instrucciones para realizar esta operación si uno lo desea. Para tener

un mejor concepto de lo que se desea programar es recomendable realizar un diagrama de flujo


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~ 73 ~

de las condiciones que programaran dentro del Microcontrolador. El programa consiste en

encender y apagar al opto acoplador en dos diferentes tiempos, para 2 y 4 segundos.

No

Si

Figura 3.4.- Diagrama de flujo para activar el opto acoplador.

Comienzo

Configurar conexiones del LCD

de 2x16 caracteres

Conectado a

la PC vía USB

Configurar conexiones del

conector USB

Configurar las direcciones de

los puertos

Mostrar en el LCD

“Conexión al bus

USB”

Activar opto acoplador

Activado por 2 o 4

segundos

Opto acoplador activado

por 2 o 4 segundos vía PC Mostrar estado en el LCD


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~ 74 ~

Al comienzo del programa se selecciona el PIC con el que se trabajara y se le da dirección a la

salida en este caso se le llamara LED y esta asignada la dirección PORTC.1. Además se anexa un bit

llamado B que es el encargado de llevar y traer la información a través del USB. Para encender y

apagar el LED se utilizan las instrucciones HIGH LED durante 2 o 4 segundos, y LOW LED para

apagar al mismo. El programa en PROTON IDE se muestra a continuación.

'****************************************************************

'* Name : DISPARO.BAS *

'* Author : RAMIREZ. E & GARCIA .B. *

'* Notice : Copyright (c) 2010 *

'* : All Rights Reserved *

'* Date : 15/07/2010 *

'* Version : 1.0 *

'* Notes : Disparo en equipo y vía PC por USB *

'* : *

'****************************************************************

'SELECCIONAMOS EL PIC Y LA FRECUENCIA DE TRABAJO (48Mhz PARA USB)

Device = 18F4550

Xtal = 48

'ESTA FILA LA GENERA EL MISMO "EASYHID USB WIZARD" Y LA COLOCA

'JUNTO A ESTE ARCHIVO .BAS DONDE TRABAJAREMOS LA APLICACIÓN

'(EN LA MISMA CARPETA)

USB_Descriptor = "Receptor2DESC.inc"

'SETEO EL LCD 16X2 PARA 4 CABLES

LCD_DTPin = PORTB.4

LCD_RSPin = PORTB.3

LCD_ENPin = PORTB.2

LCD_Interface = 4

LCD_Lines = 2

LCD_Type = 0

'LOS TAMAÑOS DEL BUFFER USB

Symbol USBBufferSizeMax = 8


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~ 75 ~

Symbol USBBufferSizeTX = 8

Symbol USBBufferSizeRX = 8

Dim USBBuffer[USBBufferSizeMax] As Byte

'VARIABLES PARA El DISPARO

Symbol LED = PORTC.1 'LED SE VÁ A LLAMAR LA SALIDA DE PORTC.1

Dim B As Bit 'VARIABLE BIESTADO EN LA QUE RECIBO EL BOTÓN

'PARA PRENDER Y APAGAR EL LED DESDE LA PC

'REGISTROS Y BANDERAS

Dim PP0 As Byte System 'REGISTRO DENTRO DEL PIC USBPOLL STATUS

Symbol CARRY_FLAG = STATUS.0 'EN ESTADO ALTO SI EL PIC NO TIENE

'EL CONTROL SOBRE EL BUFFER

Symbol ATTACHED_STATE = 6 'SI USB ESTÁ CONECTADO

Cls 'LIMPIO DISPLAY AL INICIAR

Clear 'LIMPIO LA RAM AL INICIAR

B = 0 'PONGO LAS VARIABLES A CERO

GoSub AttachToUSB 'ME VOY A VER SI ESTÀ CONECTADO

'AL INICIAR EL PROGRAMA

' *****************************************************************

' *****************************************************************

' * LAZO PRINCIPAL DEL PROGRAMA MIENTRAS SE ESTÁ CONECTADO A USB * *

' *****************************************************************

' *****************************************************************

ProgramLoop:

Print At 1,1," Conectado " 'ESCRIBO EN EL LCD QUE ENTRAMOS

Print At 2,1," al bus USB " `EN EL LAZO DE CONEXIÓN USB

USBBuffer[0] = 0 'EL PRIMER BYTE ES DE REPORTE DE CONEXIÓN

USBBuffer[1] = LED 'EL SEGUNDO BYTE SERÁ EL ESTADO DEL LED

'Y HARÁ CAMBIAR EN LA APLICACIÓN EN VB6

'EL COLOR DEL SHAPE DEL LED DE ROJO A VERDE

'EL DE CONEXIÓN, CAMBIA AL DETECTAR

'"PP0 = ATTACHED_STATE"

GoSub DoUSBOut 'TRANSMITO LO ALMACENADO EN EL BUFFER

DelayMS 1 'DOY UN TIEMPO DE DEMORA

GoSub DoUSBIn 'ME VOY A LEER EL BUFFER DE ENTRADA


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~ 76 ~

B = USBBuffer[2] 'UTILIZO OTRO REGISTRO DEL BUFFER

'(TENGO 8 POSIBLES) Y AL VALOR OBTENIDO LO

'CARGO EN LA VARIABLE "B"

If B = 0 Then 'SI NO HAY DATO INGRESADO

GoTo ProgramLoop 'CIERRO EL LAZO DE ESPERA

Else 'SI HAY DATO EN EL LUGAR CORRESPONDIENTE

Toggle LED 'ES PORQUE SE PULSÓ EL BOTÓN EN PANTALLA

End If 'ENTONCES CAMBIO EL ESTADO DEL LED

GoTo ProgramLoop 'CIERRO EL LAZO DESPUÉS DE TODO EL TRABAJO

' ************************************************************

' * RUTINA DE RECEPCIÓN DE DATOS *

' ************************************************************

DoUSBIn:

If PORTC.0 = 0 Then GoTo FUERA 'CONTROLO SI SE DESCONECTÓ DE USB

USBIn 1, USBBuffer, USBBufferSizeRX, DoUSBIn

Return

' ************************************************************

' * RUTINA DE TRANSMISIÓN DE DATOS *

' ************************************************************

DoUSBOut:


USBOut 1, USBBuffer, USBBufferSizeTX, DoUSBOut

Return

' ************************************************************

' * ESPERA HASTA QUE EL USB SE CONECTE *

' ************************************************************

AttachToUSB:


Repeat

USBPoll

Until PP0 = ATTACHED_STATE

Return

'******************************************************************************


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~ 77 ~

'******************************************************************************

'** PROGRAMA QUE SE DESARROLLA DE FORMA AUTÓNOMA **

'******************************************************************************

'******************************************************************************

FUERA: 'RUTINA FUERA DEL CONTACTO USB

Cls 'LIMPIO LA PANTALLA AL INICIAR

FUERA2:

Print At 1,14,"EQP"

'COMIENZO LAZO CERRADO HASTA

'VOLVER A CONECTAR A USB

If PORTC.0 = 1 Then GoTo ProgramLoop 'CONTROLO SI SE CONECTÓ A USB

If PORTC.2 = 0 Then 'SI SE PULSA EL BOTÓN

DelayMS 400 '(DOY UN TIEMPO PARA ELLO)

High LED

Print At 2,14,"ON "

DelayMS 4000

Low LED 'CAMBIO EL ESTADO DEL LED

Print At 2,14,"OFF"

EndIf 'FINALIZO LA RUTINA DE CONTROL

If PORTD.0 = 0 Then 'SI SE PULSA EL BOTÓN


High LED

Print At 2,14,"ON "

DelayMS 2000

Low LED

Print At 2,14,"OFF"



GoTo FUERA2 'CIERRO EL LAZO EJEMPLO DE ACTIVIDADES QUE

'PUEDE ESTENDERSE A LA CANTIDAD QUE NECESITEMOS

'DURANTE EL FUNCIONAMIENTO SIN CONEXIÓN USB


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~ 78 ~

En el programa anterior solo estamos encendiendo y apagando el dispositivo, mismo que nos

servirá para controlar a la fuente de corriente. En la pantalla del programa al igual que muchos

programas se tiene que compilar para ver si lo que se está escribiendo esta en lo correcto.

Figura 3.5.- Se muestra el programa PROTON IDE con las instrucciones para el disparo.

Al compilar lo escrito en el programa y como menciono este genera un archivo de extensión HEX el

cual se utiliza para ser cargado en el PIC. Pero antes se tiene que convertir en un código binario.

De la misma forma, existen programas para realizar esta conversión.

Uno de los más populares entre los programadores de PIC’s es el WINPIC 800. Este programa es

capaz de reconocer a los dispositivos si se encuentran conectados o desconectados, nosotros solo

tenemos que elegir el tipo de PIC.


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~ 79 ~

Además de este programa se necesita una tablilla de programación, que pueden ser por puerto

serial o USB el cual es independiente al USB por la que enviamos o recibimos datos. Con estos dos

elementos ya podemos descargar datos al PIC y empezar a trabajar.

Figura 3.6.- Programa de conversión de datos a código binario y descarga al PIC.

En la tablilla programadora es muy versátil ya que se puede conectar directamente al puerto USB

de cualquier computadora no requiere de alimentación externa, además de su diseño compacto

que lo hace muy manejable incluye una adaptador o base de cero esfuerzo ZIF para su mejor

operación.

Cuenta con una lista amplia de dispositivos para programar los Microcontroladores. Los chips de

40 Pines como el 18F4550. Esta tablilla es manufacturada y comercializada por System V.R.

Soluciones Reales. S.A de C.V.


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~ 80 ~

Figura 3.7.- Tablilla de programación USB System V.R.

Figura 3.8.- Reconocimiento del PIC en el programa WINPIC 800.


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~ 81 ~

Figura 3.9.- Programa en código binario listo para ser programado en el PIC.

Figura 3.10.- Descarga del programa en el PIC.


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~ 82 ~

a)

b)

Figura 3.11.- a) Equipo apagado, b) Equipo prendido.

Se puede observar cómo se realiza el cambio que se programo. En el programa la rutina marcada

es la que genera este cambio o el control para encender o apagar. La parte de control desde la PC

se verá en el siguiente tema. Ahora se realiza la adquisición de datos. Es decir se hizo un


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~ 83 ~

voltímetro LCD a través de la conversión A/D del PIC 18F4550. En la parte de adquisición de datos

cuando está conectado vía USB a la PC, se muestran en la pantalla los datos obtenidos de la

conversión A/D.

En esta parte del proyecto se le asignara el voltímetro y el amperímetro al LCD en la operación

manual y también los datos que envira al modo automático en la PC. Este multímetro medirá

voltajes de ± 5V y el resultado será expuesto en mili volts de la forma mV=nnnn, es decir en 4

cifras con una resolución de 10 bits.

Al diagrama de flujo le anexaremos la medida de voltaje y corriente el cual será aplicado a un

convertidor analógico digital (A/D) en el Microcontrolador PIC 18F4550. Para poder leerlo en el

LCD o en la pantalla de la PC. Para tener una idea de lo que se realiza es conveniente hacer un

diagrama de bloques.

Figura 3.12.- Diagrama de bloques que representa la adquisición de datos.

El diagrama del circuito es el mostrado en la Figura 3.11 donde el Microcontrolador PIC 18F4550

cuenta con 13 canales de conversión A/D con 10 bits de resolución. El Microcontrolador necesita

ser operado por un cristal de 20MHz, los canales que utilizamos son los AN0 y AN5, localizados en

el PORTA. El LCD está conectado en el PORTB. (Data Sheet PIC 18F4550, 2009)


IPN ESIA TICOMAN

~ 84 ~

El voltaje y amperaje análogo es muestreado cada 20 milisegundos y se realiza un promedio y es

convertido a datos en forma digital. El resultado de la conversión es mostrado en el LCD o en la PC

según sea el caso en las escalas ya mencionadas.

Para ayudarnos en la programación del voltímetro y el amperímetro, realizaremos un diagrama de

flujo.

Para realizar la conversión de los 5000 mV a digital dentro de los 10 bits necesitamos dividir entre

5000 mV/1024 = 4.88mV de resolución. Los pasos para la conversión A/D se muestran a

continuación.

Configuración del modulo A/D.

Configurara las entradas que serán la referencia de voltaje.

Seleccionar el reloj de la conversión A/D.

Encender el modulo A/D.

Seleccionar un canal A/D de entrada.

Iniciar la conversión A/D.

Esperar a que se realice la conversión A/D.

Leer el registro de resultados de la conversión A/D.

Para leer otros datos se reinician los pasos.

En el comando USB se le da el tamaño BUFFER 8, esto se refiere a la cantidad de datos que puede

tener almacenados para enviar o recibir a través de la conexión USB 2.0, es decir un espacio de

memoria temporal para datos en espera de ser procesados. (Data Sheet PIC 18F4550, 2009)

Una vez que tenemos el diagrama de flujo podemos comenzar a programar en PROTON IDE,

teniendo como base el programa anterior se le anexan los parámetros para que pueda leer la

señal analógica, convertir esta señal en digital a través del convertidor A/D y mostrar el resultado

ya sea en el LCD o en la PC.


IPN ESIA TICOMAN

~ 85 ~

No

Si

No

Si

No

Si

Figura 3.13.- Diagrama de flujo para convertidor A/D.

Comienzo

Configurar conexiones del LCD

de 2x16 caracteres

Conectado a

la PC vía USB

Configurar conexiones del

conector USB

Configurar las direcciones de

los puertos

Mostrar en el LCD

“Conexión al bus

USB”

Activar opto acoplador

Activado por 2 o 4

segundos Comenzar conversión A/D

Mostrar estado en el

LCD

Configurar el convertidor A/D

Convertir mV y mA. Enviar a

PC

Comenzar conversión

A/D

Mostrar resultado en

LCD

Convertir mV y mA.

Fin de la

conversión

Opto acoplador activado

por 2 o 4 segundos vía PC

Fin de la

conversión


IPN ESIA TICOMAN

~ 86 ~

Una vez que tenemos el diagrama de flujo podemos comenzar a programar en PROTON IDE,

teniendo como base el programa anterior se le anexan los parámetros para que pueda leer la

señal analógica, convertir esta señal en digital a través del convertidor A/D y mostrar el resultado

ya sea en el LCD o en la PC.

La resolución se mejora dependiendo la cantidad de voltaje que se mida. Recordemos en la

exploración Geoeléctrica por corriente directa el valor que alcanza la diferencia de potencial (V)

solo apenas de algunos cientos de miliVolts por lo tanto se puede alcanzar hasta 1mV de

resolución.

La estructura del programa se muestra a continuación. ADRESL. Word es la dirección donde se

alojan temporalmente los datos que se mostraran. TRISA.0 = 1 y TRISA.4 = 1 denotan los canales

que se utilizaron en este caso están identificados como AN0 Y AN4 respectivamente.

'****************************************************************

'* Name : DISPARO.BAS *

'* Author : RAMIREZ. E & GARCIA. B. *

'* Notice : Copyright (c) 2010 *

'* : All Rights Reserved *

'* Date : 15/07/2010 *

'* Version : 1.0 *

'* Notes : Adquisición de datos manual y vía PC por USB *

'* : *

'***************************************************************

'SELECCIONAMOS EL PIC Y LA FRECUENCIA DE TRABAJO (48Mhz PARA USB)

Device = 18F4550

Xtal = 48

Adin_Res 10 'RESOLOCIÓN DE 10 BITS (0-5V = 0 - 1023)

Adin_Tad FRC 'OSCILADOR RC INTERNO PARA LAS MUESTRAS DEL ADC

Adin_Stime 100 'PERMITIMOS UNA RECARGA DEL ADC CADA 100uS

'ESTA FILA LA GENERA EL MISMO "EASYHID USB WIZARD" Y LA COLOCA

'JUNTO A ESTE ARCHIVO .BAS DONDE TRABAJAREMOS LA APLICACIÓN

'(EN LA MISMA CARPETA)


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~ 87 ~

USB_Descriptor = "Receptor2DESC.inc"

'SETEO EL LCD 16X2 PARA 4 CABLES

LCD_DTPin = PORTB.4

LCD_RSPin = PORTB.3

LCD_ENPin = PORTB.2

LCD_Interface = 4

LCD_Lines = 2

LCD_Type = 0

'LOS TAMAÑOS DEL BUFFER USB





‘COMENZAMOS CON LA VARIABLES DE CONVERSION A/D

Dim TENSION As ADRESL.Word ' \

Dim VALOR As Word ' \

Dim CORRIENTE As ADRESL.Word ' / VARIABLES PARA EL CONVERSOR ADC

Dim DATO As Word ' /

Dim VOLT As Dword

Dim AMPE As Dword

Dim A As Byte 'VARIABLE PARA ACUMULAR MEDICIONES

Dim C As Byte 'VARIABLE PARA CONTAR ENVÍOS

'VARIABLES PARA El DISPARO

Symbol LED = PORTC.1 'LED SE VÁ A LLAMAR LA SALIDA DE PORTC.1

Dim LEDUSB As Bit 'ESTADO DEL LED (APAGADO O ENCENDIDO)

Dim B As Bit 'VARIABLE BIESTADO EN LA QUE RECIBO EL BOTÓN

'PARA PRENDER Y APAGAR EL LED DESDE LA PC

'REGISTROS Y BANDERAS

Dim PP0 As Byte System 'REGISTRO DENTRO DEL PIC USBPOLL STATUS

Symbol CARRY_FLAG = STATUS.0 'EN ESTADO ALTO SI EL PIC NO TIENE

'EL CONTROL SOBRE EL BUFFER

Symbol ATTACHED_STATE = 6 'SI USB ESTÁ CONECTADO


IPN ESIA TICOMAN

~ 88 ~

'SETEO DEL ADC Y EL PUERTO A (AN0 SOLAMENTE ES ANALÓGICA)

TRISA.0 = 1 'PORTA.0 ES UNA ENTRADA

ADCON1 = %10001110 'PORTA.0 ES ANALÓGICA

ADCON2 = %10000000 'EL RESULTADO DEL ADC JUSTIFICADO A LA DERECHA

TRISA.4 = 1 'PORTA.4 ES UNA ENTRADA

ADCON1 = %10001110 'PORTA.4 ES ANALÓGICA

ADCON2 = %10000000 'EL RESULTADO DEL ADC JUSTIFICADO A LA DERECHA

Cls 'LIMPIO DISPLAY AL INICIAR

Clear 'LIMPIO LA RAM AL INICIAR

A = 0: B = 0: C = 0 'PONGO LAS VARIABLES A CERO

GoSub AttachToUSB 'ME VOY A VER SI ESTÀ CONECTADO

'AL INICIAR EL PROGRAMA

' *****************************************************************

' *****************************************************************

' * LAZO PRINCIPAL DEL PROGRAMA MIENTRAS SE ESTÁ CONECTADO A USB *

' *****************************************************************

' *****************************************************************

ProgramLoop:

Print At 1,1," Conectado " 'ESCRIBO EN EL LCD QUE ENTRAMOS

Print At 2,1," al bus USB " 'EN EL LAZO DE CONEXIÓN USB

USBBuffer[0] = 0 'EL PRIMER BYTE ES DE REPORTE DE CONEXIÓN

USBBuffer[1] = LED 'EL BYTE SERÁ EL ESTADO DEL LED

'Y HARÁ CAMBIAR EN LA APLICACIÓN EN VB6

'EL COLOR DEL SHAPE DEL LED DE ROJO A VERDE

'EL DE CONEXIÓN, CAMBIA AL DETECTAR

'"PP0 = ATTACHED_STATE"



GoSub DoUSBIn 'ME VOY A LEER EL BUFFER DE ENTRADA

B = USBBuffer[2] 'UTILIZO OTRO REGISTRO DEL BUFFER

'(TENGO 8 POSIBLES) Y AL VALOR OBTENIDO LO

'CARGO EN LA VARIABLE "B"

If B = 0 Then 'SI NO HAY DATO INGRESADO


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~ 89 ~

GoTo ProgramLoop 'CIERRO EL LAZO DE ESPERA

Else 'SI HAY DATO EN EL LUGAR CORRESPONDIENTE

Toggle LED 'ES PORQUE SE PULSÓ EL BOTÓN EN PANTALLA

End If 'ENTONCES CAMBIO EL ESTADO DEL LED

For A = 1 To 20 'CONTADOR DE 20 EVENTOS PARA OBTENER

TENSION = ADIn 0 'MUCHAS MEDICIONES Y PROMEDIARLAS

VALOR = VALOR + TENSION 'PARA OBTENER UN VALOR MÁS ESTABLE

USBPoll 'SE COLOCA EN EL HARD UN CAPACITOR DE 10uF

Next 'EN LA ENTRADA AN0 (A ENE CERO)

VALOR = VALOR / 20

VALOR = 489 * (TENSION / 10) 'ARMO PARA QUE 1023 SEA = A 5VOLTS

VOLT = VALOR / 10 'VOLTS


CORRIENTE = ADIn 4 'MUCHAS MEDICIONES Y PROMEDIARLAS

DATO = DATO + CORRIENTE 'AMPERS

USBPoll 'SE COLOCA EN EL HARD UN CAPACITOR DE 10uF


DATO = DATO / 20

DATO = 489 * (CORRIENTE / 10) 'ARMO PARA QUE 1023 SEA = A 5VOLTS

AMPE = DATO / 10 'AMPER

USBBuffer[3] = VOLT 'COLOCO LOS VOLTIOS EN EL BUFFER

USBBuffer[4] = AMPE 'COLOCO LOS AMPERS EN EL BUFFER



GoTo ProgramLoop 'CIERRO EL LAZO DESPUÉS DE TODO EL TRABAJO

' ************************************************************

' * RUTINA DE RECEPCIÓN DE DATOS *

' ************************************************************

DoUSBIn:



Return


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~ 90 ~

' ************************************************************

' * RUTINA DE TRANSMISIÓN DE DATOS *

' ************************************************************

DoUSBOut:



Return

' ************************************************************

' * ESPERA HASTA QUE EL USB SE CONECTE *

' ************************************************************

AttachToUSB:


Repeat

USBPoll


Return

'************************************************************************

'************************************************************************

' PROGRAMA QUE SE DESARROLLA DE FORMA AUTÓNOMA **

'************************************************************************

'************************************************************************

FUERA: 'RUTINA FUERA DEL CONTACTO USB

Cls 'LIMPIO LA PANTALLA AL INICIAR

FUERA2:

Print At 1,14,"EQP" 'COMIENZO LAZO CERRADO HASTA

'VOLVER A CONECTAR A USB


If PORTC.2 = 0 Then 'SI SE PULSA EL BOTÓN


High LED

Print At 2,14,"ENC"

DelayMS 4000

Low LED 'CAMBIO EL ESTADO DEL LED

Print At 2,14,"APG"



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~ 91 ~

If PORTD.0 = 0 Then 'SI SE PULSA EL BOTÓN


High LED

Print At 2,14,"ENC"

DelayMS 2000

Low LED

Print At 2,14,"APG"

EndIf


TENSION = ADIn 0 'MUCHAS MEDICIONES Y PROMEDIARLAS

VALOR = VALOR + TENSION


VALOR = VALOR / 20

VALOR = 489 * (TENSION / 10) 'ARMO PARA QUE 1023 SEA = A 5VOLTS

VOLT = VALOR / 10 'VOLTS

Print At 1,1," mV= ",Dec4 VOLT 'PUEDO IMPRIMIR


CORRIENTE = ADIn 4 'MUCHAS MEDICIONES Y PROMEDIARLAS

DATO = DATO + CORRIENTE


DATO = DATO / 20

DATO = 489 * (CORRIENTE / 10) 'ARMO PARA QUE 1023 SEA = A 5VOLTS

AMPE = DATO / 10 'AMPERS

Print At 2,1," mA= ",Dec4 AMPE 'UN TEXTO EJEMPLO


GoTo FUERA2 'CIERRO EL LAZO EJEMPLO DE ACTIVIDADES QUE

'PUEDE ESTENDERSE A LA CANTIDAD QUE NECESITEMOS

'DURANTE EL FUNCIONAMIENTO SIN CONEXIÓN USB


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~ 92 ~

De la misma forma que la primera parte del programa es cargado en el PIC. Una de las ventajas de

la memoria FLASH del Microcontrolador, es que se puede borrar y programar cuantas veces sea

necesario.

a)

b)

Figura 3.14.- a) Equipo apagado, b) Equipo prendido. Lectura de miliVolts (mV) y miliAmpers

(mA).


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~ 93 ~

El programa es el control de la fuente de corriente, mas la adquisición de datos para la diferencia

de potencial (V) expresada en mV y la corriente (I) expresado en mA. El ensamblaje del prototipo

se muestra en el ANEXO A.

Listo el programa para la forma manual, necesitamos realizar la recepción y transmisión de datos

en la PC. Como ya se mencionó se tiene 8 BUFFERS para la transmisión y recepción. De los cuales

solo utilizamos 5. Los datos que están almacenados temporalmente en los BUFFERS son los que

utilizamos para realizar el modo grafico en la PC.

Del programa DISPARO.BAS podemos observa el tamaña de los BUFFERS.

Symbol USBBufferSizeMax= 8



3.2. Interfaz usuario maquina

PROTON IDE tiene pre cargado el archivo de comunicación para el USB y además de contar con la

aplicación de Visual Basic 6 que solo tenemos que anexar los que se deseen hacer. De esta manera

se hace más sencilla la transmisión y recepción de datos a través de la conexión USB y los Puertos

Rx y Tx del PIC 18F4550.

Visual Basic 6.0 tiene todos los elementos que caracterizan a los programas de Windows e incluso

alguno menos habitual. En cualquier caso, el entorno de Visual Basic 6.0 es muy lógico y natural, y

además se puede obtener una descripción de la mayoría de los elementos clickeando en ellos para

seleccionarlos y pulsando luego la tecla <F1>.

El programa pre cargado de PROTON IDE es una serie de instrucciones que nos permiten tener

acceso a la PC vía USB el cual hemos modificado para tener acceso y realizar las diferentes

operaciones programadas en los dos programas anteriores.

Además este programa nos da también la conexión a Visual Basic 6.0 a través de los BUFFERS de

salida del Microcontrolador. De la misma forma Visual Basic 6.0 manda las señales que genera por


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~ 94 ~

las diferentes funciones programadas para el control de la fuente de corriente, en el modo de

conexión USB a una PC.

Figura 3.15.- Acerca de Visual Basic 6.0.

El programa que tiene el PROTON IDE y la plataforma de diseño de Visual Basic 6.0 se muestran a

continuación ya que es el punto de partida para el diseño del control automático vía PC.

Device = 18F4550

Xtal = 48

USB_Descriptor = "USBProjectDESC.inc"





Dim PP0 As Byte System

Symbol CARRY_FLAG = STATUS.0

Symbol ATTACHED_STATE = 6

' ************************************************************


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~ 95 ~

' * main program loop - remember, you must keep the USB *

' * connection alive with a call to USBPoll, USBIn or USBOut *

' * every couple of milliseconds or so *

' ************************************************************

GoSub AttachToUSB

ProgramLoop:

GoSub DoUSBIn

GoSub DoUSBOut

GoTo ProgramLoop

' ************************************************************

' * receive data from the USB bus *

' ************************************************************

DoUSBIn:


Return

' ************************************************************

' * transmit data *

' ************************************************************

DoUSBOut:


Return

' ************************************************************

' * wait for USB interface to attach *

' ************************************************************

AttachToUSB:

Repeat

USBPoll


Return

Para Visual Basic tenemos el siguiente programa. Donde ' vendor and product IDs, son las

direcciones de los datos y el Microcontrolador. Private Const VendorID = 6017, es el

Microcontrolador y Private Const ProductID = 2000 son los datos.

' vendor and product IDs

Private Const VendorID = 6017


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~ 96 ~

Private Const ProductID = 2000

' read and write buffers

Private Const BufferInSize = 8

Private Const BufferOutSize = 8

Dim BufferIn(0 To BufferInSize) As Byte

Dim BufferOut(0 To BufferOutSize) As Byte

' ****************************************************************

' when the form loads, connect to the HID controller - pass

' the form window handle so that you can receive notification

' events...

'*****************************************************************

Private Sub Form_Load()

' do not remove!

ConnectToHID (Me.hWnd)

End Sub

'*****************************************************************

' disconnect from the HID controller...

'*****************************************************************

Private Sub Form_Unload(Cancel As Integer)

DisconnectFromHID

End Sub

'*****************************************************************

' a HID device has been plugged in... **

'***************************************************************

Public Sub OnPlugged(ByVal pHandle As Long)

If hidGetVendorID(pHandle) = VendorID And hidGetProductID(pHandle) = ProductID Then

' ** YOUR CODE HERE **

End If

End Sub

'*****************************************************************

' a HID device has been unplugged...

'*****************************************************************

Public Sub OnUnplugged(ByVal pHandle As Long)

If hidGetVendorID(pHandle) = VendorID And hidGetProductID(pHandle) = ProductID Then


IPN ESIA TICOMAN

~ 97 ~


End If

End Sub

'*****************************************************************

' controller changed notification - called

' after ALL HID devices are plugged or unplugged

'*****************************************************************

Public Sub OnChanged()

Dim DeviceHandle As Long

' get the handle of the device we are interested in, then set

' its read notify flag to true - this ensures you get a read

' notification message when there is some data to read...

DeviceHandle = hidGetHandle(VendorID, ProductID)

hidSetReadNotify DeviceHandle, True

End Sub

'*****************************************************************

' on read event...

'*****************************************************************

Public Sub OnRead(ByVal pHandle As Long)

' read the data (don't forget, pass the whole array)...

If hidRead(pHandle, BufferIn(0)) Then


' first byte is the report ID, e.g. BufferIn(0)

' the other bytes are the data from the microcontrolller...

End If

End Sub

'*****************************************************************

' this is how you write some data...

'*****************************************************************

Public Sub WriteSomeData()

BufferOut(0) = 0 ' first by is always the report ID

BufferOut(1) = 10 ' first data item, etc etc

' write the data (don't forget, pass the whole array)...

hidWriteEx VendorID, ProductID, BufferOut(0)

End Sub


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~ 98 ~

La ventana que genera este programa se modifica. Esto se puede hacer de dos formas una de

manera interactiva al arrastrar los elementos que se desee utilizar del cuadro de herramientas, la

otra forma es a través de la programación en el Core Editor o editor de programas. Para nosotros

fue mejor utilizar la primera opción.

Figura 3.16.- Ventana de Visual Basic que sirve de plataforma para el control de la fuente de

corriente.

La ventana en color café Figura 3.16, es la que se modifica de acuerdo a lo que necesitamos el

primer paso será el control de encendido y apagado en un 2 y 4 segundos respectivamente.

Primero se tienen que asignar los botones.


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~ 99 ~

Colocamos un área de trabajo dentro de la ventana y se le da el título, se colocan los dos botones

que sirven para el control de tiempo. Además se colocan las leyendas que llevara la ventana que

nos indicaran que operación se está realizando. La hora de operación se realizara con un control

de tiempo que también se está anexando.

Figura 3.17.- Botones de tiempo de control y leyendas.

A esta ventana solo queda diseñarla a nuestro gusto además de anexarle las funciones que

nosotros creamos convenientes para la operación de encender y apagar, agregamos un indicador

que cambia de color cuando está conectado al puerto USB verde para conectado y rojo para

desconectado.

La función de encender o apagar también tiene su indicador además de cambiar la leyenda

dependiendo la función que esté realizando.


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~ 100 ~

Esto solo pasa si está conectado al puerto USB de otra manera no cambia, esto es una forma de

seguridad de que la operación se está realizando. También para mayor apreciación de la operación

se le cambia el color de la pantalla.

Figura 3.18.- Mejora de visualización y forma ejecutable del programa en Visual Basic 6.0 sin el

equipo conectado.

Figura 3.19.- USB conectado a PC y en operación, en modo apagado para la inyección de

corriente denotado por el círculo rojo.


IPN ESIA TICOMAN

~ 101 ~

Figura 3.20.- LCD muestra la conexión a PC vía USB en modo apagado para la inyección de

corriente.

Figura 3.21.- USB conectado a PC y en operación, en modo encendido para la inyección de

corriente denotado por el círculo verde.


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~ 102 ~

Figura 3.22.- LCD muestra la conexión a PC vía USB en modo encendido para la inyección de

corriente.

El botón apagar se usa para salir del ejecutable de operación. Ya se tiene el control del encendido

o apagado para la fuente de corriente, ahora incorporaremos el voltímetro y amperímetro al

programa en Visual Basic 6.0. Ya hemos utilizado tres BUFFERS uno de entrada, otro de salida y el

que nos indica el estado de la conexión. En este proceso necesitaremos otros dos. Por lo que para

futuras aplicaciones nos quedan tres los cuales son suficientes para mejorar la funcionalidad del

equipo.

Figura 3.23.- Control de prototipo desde PC vía USB. Transmisión y recepción de datos.


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~ 103 ~

Este es un trabajo en desarrollo, que al momento de escribirlo tiene las funciones que se muestran

en la Figura 3.23, pero en este momento que usted está leyendo esta información, el prototipo

debe tener más funciones para el control.

En el capítulo 4 veremos una pequeña aplicación en Exploración Geofísica para demostrar que lo

hasta aquí planteado es funcional.


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~ 104 ~

CAPÍTULO 4.

APLICACIÓN DEL DISPOSITIVO

El presente capítulo se ha desarrollado con el objetivo de conocer y comprobar la eficiencia del

equipo llamado ERS – 01, realizando un levantamiento geofísico en el Municipio de Teoloyucan,

Estado de México.

El método geofísico empleado es la Prospección Geoeléctrica mediante 2 perfiles con la modalidad

de Sondeo Eléctrico Vertical.

Estos perfiles de SEV han permitido conocer la geología del terreno y la disposición a una

profundidad aproximada de 4 metros de acuerdo a las curvas del Software RES1D.

Se decidió utilizar este tipo de Prospección Geoeléctrica debido a que una de sus finalidades es

averiguar la distribución vertical en profundidad de las resistividades aparentes bajo el punto

sondeado a partir de medidas de la diferencia de potencial en la superficie, además para detectar

y establecer los límites de capas del subsuelo.

4.1 Localización

El Municipio de Teoloyucan se localiza al norte del Distrito Federal, al noreste del Estado de

México, en las coordenadas 19 grados 45 minutos y 11 segundos latitud norte; 99 grados 11

minutos y 15 segundos de longitud oeste, a una altura de 2280 metros sobre el nivel del mar.

Limita al norte con los municipios de Coyotepec y Zumpango; al sur con Tepotzotlán, Cuautitlán

Izcalli, Cuautitlán y Melchor Ocampo; al oriente con los municipios de Jaltenco, Nextlalpan y

Melchor Ocampo y al poniente con los municipios de Coyotepec y Tepotzotlán. Su distancia

aproximada a la capital del estado es de 45 kilómetros.


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~ 105 ~

La extensión territorial del municipio es 31.52 kilómetros cuadrados (Gobierno del Estado de

México - Dirección General de Planeación, 1996). En la obra Geografía y Estadística de la República

señala que el Municipio de Teoloyucan tiene una extensión de 48 kilómetros cuadrados.

Figura 4.1.- Plano de localización del Municipio de Teoloyucan Edo. de Méx. (Instituto Nacional

de Estadística Geografía e Informática (INEGI); Conjunto de Datos Vectoriales Geológicos del

Estado de México)

En cuanto a la orografía Teoloyucan sólo cuenta con pequeñas lomas al oeste: la de San Jorge,

Peñas de la Virgen, La Cantera, La Nopalera del Huachichil, La Remesa, Manantial de la Remesa,

Nopalera de Cataño, Las Lajas y la llamada Los Tiradores o del Grullo.

4.2 Geología

La región donde se ha desarrollado el estudio está situada en una zona compuesta por suelos

altamente orgánicos como son el aluvial y toba, rocas ígneas extrusivas y rocas sedimentarias

clásicas o mecánicas.

La región pertenece al período cuaternario, con la formación del dique basáltico que formó la

sierra del Chichinautzin y que cerró el escurrimiento original hacia el sur de la actual cuenca del

Valle de México.


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~ 106 ~

Figura 4.2.- Geología del Municipio de Teoloyucan, Edo de Méx. (Instituto Nacional de

Estadística Geografía e Informática (INEGI); Conjunto de Datos Vectoriales Geológicos del Estado

de México Escala 1:250,000)

Figura 4.3.- Plano Topográfico del Municipio de Teoloyucan, Edo. de Méx. (Instituto Nacional de

Estadística Geografía e Informática (INEGI); Carta Topográfica Escala 1:50,000. México, 1999)


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~ 107 ~

4.3 Metodología

El estudio geofísico consistió en la realización de una campaña de Prospección Geoeléctrica

mediante dos sectores (Figura 4.4). En cada uno de estos sectores se definieron perfiles

geoeléctricos, con un largo de 10 metros y una equidistancia de 5 metros.

El levantamiento de perfiles geoeléctricos en el terreno se ejecutó según un arreglo

multielectródico lineal para registrar datos en la modalidad de SEV. El instrumento utilizado para

el estudio fue el Resistivímetro ERS – 01.

Figura 4.4.- Perfiles representativos del sector de estudio y toma de lecturas.

A continuación se muestran los datos obtenidos por el prototipo, para el primer sondeo se realiza

la primer lectura con 5mA todas las demás son a 10mA.


IPN ESIA TICOMAN

~ 108 ~

Figura 4.5.- Plano de localización de la realización de los SEV`s.

Sondeo SEV-1

AB/2 MN/2 K I (m A) ΔV (m V) ρa (Ω*m)

1 0.2 7.53982237 5.9 1.145 1.46323671

2 0.2 31.1017673 9.8 0.425 1.34880113

3 0.2 70.3716754 9.8 0.2682 1.92588606

5 0.2 196.035382 10.5 0.1608 3.00214184

7 0.2 384.530941 10.1 0.1215 4.625793

10 0.2 785.084004 10.3 0.1185 9.03227713

Sondeo SEV-2

AB/2 MN/2 K I (m A) ΔV (m V) ρa (Ω*m)

1 0.2 7.53982237 10.1 1.4868 1.10992157

2 0.2 31.1017673 10 0.4224 1.31373865

3 0.2 70.3716754 10 0.2112 1.48624979

5 0.2 196.035382 10 0.1072 2.10149929

7 0.2 384.530941 10 0.0685 2.63403694

10 0.2 785.084004 10 0.0542 4.2551553


IPN ESIA TICOMAN

~ 109 ~

Se puede observar una pequeña variación en los valores de la corriente, esto es debido a que fue

hasta este sondeo donde se puede comprobar que la corriente de la fuente es controlada. Por lo

que en la realización de este sondeo se calibro la salida de tal forma que al terminarlo ya se había

regularizado la salida de corriente.

Estos datos tanto de corriente (I) como de diferencia de potencial (ΔV) fueron corroborados con

los multímetros FLUKE 8060A y STEREN MUL-600 ambos con una resolución de 0.1mV. Donde el

voltímetro y amperímetro diseñado para el prototipo a través del Microcontrolador tuvo un

margen de error de 0.2mV respecto a la lectura de los multímetros antes mencionados.

Los datos de resistividades aparentes obtenidos, se procesaron utilizando el Software RES1D

versión 1.00d Beta y el Software Surfer versión 8.

Figura 4.6.- Curva de resistividad aparente con modelo de capas del SEV-1.


IPN ESIA TICOMAN

~ 110 ~

Como se puede apreciar en la Figura 4.6 se presenta un modelo de tres capas con valores de

resistividad aparente observada y calculada.

Los valores de resistividad aparente en ambos casos de los SEV´s son resistividades bajas que se

encuentran en un rango de 1 – 9 Ω·m.

Cabe mencionar que lo que se pretende realizar en este capítulo es comprobar la funcionalidad

del prototipo ERS-01, es por eso que solo se realizaron dos pequeños tendidos.

Figura 4.7.- Curva de resistividad aparente con modelo de capas del SEV-2.

El método utilizado en este programa es el método de optimización de mínimos cuadrados. En

este método, un modelo inicial debe ser dado, y la subrutina de optimización modifica el espesor y

la resistividad de las capas a fin de reducir la diferencia entre los valores calculados y medidos de

resistividad aparente. (LOKE, M.H. 2004).


IPN ESIA TICOMAN

~ 111 ~

Una vez obtenido el modelo de capas en RES1D se procede a realizar una pequeña sección en

Surfer 8 la cual enseñara la distribución de las resistividades de la zona en esta muy pequeña área.

Por último se realiza la grafica en Surfer 8 para ver la distribución de las resistividades aparentes

del subsuelo donde se puede notar que estas son muy bajas las cuales no sobrepasan los 10 Ω·m.

Debido a esto las variaciones de color para indicar los cambios de resistividad son muy marcadas

para cambios muy pequeños. La resistividad aparente de la zona es muy baja debido a la humedad

del terreno.

Figura 4.8.- Grafica realizada en Surfer 8 de las resistividades aparentes con los datos obtenidos

por el prototipo ERS – 01.

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

5.5

6

6.5

7

7.5

SEV - 1 SEV - 2

PRO

FUN

DID

AD

EN

MET

ROS

DISTANCIA EN METROS

N

ohm*m

GRAFICA DE RESISTIVIDADES APARENTES CON LOS DATOS OBTENIDOS POR EL PROTOTIPO ERS-01


IPN ESIA TICOMAN

~ 112 ~

4.4 Observaciones

Siendo uno de los objetivos principales la validación del prototipo con un levantamiento de

Prospección Geofísica se da por comprobada la funcionalidad del mismo. Lo que se deseaba era

comprobarlo en un medio resistivo como en el que se realizó el tendido, obteniendo una

respuesta positiva del prototipo.

En la zona de estudio se aprecian resistividades bajas, con resistividades tan bajas a un voltaje de

500V la corriente que consume debía ser muy elevada, pero en este caso la corriente es

controlada a tan solo 10mA por lo que no hay riesgo de sobrecarga.

Por último las resistividades que se interpretaron en el área de estudio es característico de zonas

húmedas, además que en el mapa geológico se observa que la zona está compuesta por material

tipo lacustre – aluvión los cuales también son de resistividades muy bajas.


IPN ESIA TICOMAN

~ 113 ~

CONCLUSIONES

La Prospección Geofísica es un conjunto de técnicas físicas, matemáticas y eléctricas aplicadas a

la exploración del subsuelo para la búsqueda y estudio de yacimientos de sustancias útiles, es por

eso que mediante la teoría de la Prospección Geoeléctrica se pudieron analizar las bases para el

diseño del prototipo ERS – 01 como de igual manera los diferentes arreglos de trabajo utilizados

para estos métodos.

Aplicando la teoría de la Prospección Geoeléctrica en corriente continua, se pudo realizar un

diseño de fuente de corriente continua, los elementos utilizados, como el software de diseño para

circuitos eléctricos y electrónicos LIVE WIRE y los elementos electrónicos se consiguen en

cualquier tienda especializa en venta de dispositivos electrónicos.

Todos los elementos electrónicos existen por lo que solo se necesita orientarlo y darle una

aplicación, otro elemento a nuestro favor es que hemos utilizado los conocimientos adquiridos

durante la carrera de Ingeniería Geofísica de las materias de Programación, Prospección

Geoeléctrica y Electrónica. Por lo tanto la única limitante para realizar el prototipo es el

presupuesto para los dispositivos eléctricos.

Siempre antes de programar es muy importante hacer diagramas de flujo ya que estos nos

permiten tener una idea más general para alcanzar el resultado propuesto en programación, el

software que se utilizo es el PROTON IDE para la programación del Microcontrolador. Este

software esta hecho en programación BASIC por lo que existe información y tutoriales para la

programación.

Para la interfaz usuario maquina se utilizo VISUAL BASIC, este software al ser uno de los más

conocidos y utilizados en la industria de la programación. Las funciones interactivas por ventanas

lo hace uno software indispensable cuando se desea hacer una herramienta de control y

adquisición de datos como lo es el prototipo.

Debido a que la carrera es multidisciplinaria es una ventaja para desarrollar herramientas para el

área de geofísica como el ERS – 01.


IPN ESIA TICOMAN

~ 114 ~

Se realizó un estudio de Exploración Geoeléctrica con los resultados previamente mostrados en el

capítulo 4, concluyendo así uno de los objetivos principales de este proyecto, se comprobó

satisfactoriamente la funcionalidad del prototipo ERS – 01 (Exploración Resistiva del Subsuelo).

Cabe mencionar que el presente proyecto se dio a conocer anteriormente mediante una ponencia

en la Reunión Anual 2009 de la Unión Geofísica Mexicana, A.C., con el título: Desarrollo y

Aplicación de un prototipo con diseño nacional para la realización de Prospección Geoeléctrica del

Subsuelo.

Este proyecto no pretende concluir con un tema sino iniciarlo, los planteamientos aquí vertidos,

pueden ayudar a futuras investigaciones y desarrollos.


IPN ESIA TICOMAN

~ 115 ~

ANEXO A

De los diagramas 3 y 4 del capítulo 2, observamos el diagrama eléctrico de la fuente de corriente

como el control por lo tanto procedemos a realizar los preparativos necesarios para el ensamblaje

del prototipo ERS-01. Para comprobar que el diagrama eléctrico y de control del prototipo

funcionen se prueba primero en tablillas de diseño. Una para la fuente de corriente y otra para el

Microcontrolador.

Figura A.1.- Fuente de control en tablilla de diseño.

Figura A.2.- Microcontrolador en tablilla de diseño.


IPN ESIA TICOMAN

~ 116 ~

Se realizan las plantillas para las tarjetas electrónicas, estas se imprimen en papel fotográfico e

impresora laser ya que se tiene que calentar para transferir la impresión a la placa de cobre y

baquelita. Todo esto se puede conseguir en cualquier tienda especializada en venta de material

electrónico.

Figura A.3.- Diseño de plantilla para tarjeta electrónica del prototipo.

Figura A.4.- Transmisión de la plantilla a la placa de cobre baquelita.


IPN ESIA TICOMAN

~ 117 ~

El siguiente paso es quitar todo lo que no tenga impresión en la placa de cobre baquelita esto se

logra al introducir la placa en una solución de cloruro férrico la cual sirve como elemento abrasivo

del cobre, las instrucciones de uso de esta solución están impresas en su contenedor, de la misma

forma se puede adquirir en cualquier tienda de electrónica.

Para la colocación de los dispositivos electrónicos se perforan las tarjetas, se colocan en el lugar

que les corresponde de acuerdo al circuito electrónico y se soldan a la tarjeta.

Además de verificar que todos los dispositivos estén funcionando correctamente también

debemos verificar que estén soldados correctamente.

Figura A.5.- Tarjeta electrónica lista para el montaje de los dispositivos electrónicos.

Figura A.6.- Montaje de dispositivos electrónicos en la tarjeta electrónica.


IPN ESIA TICOMAN

~ 118 ~

Figura A.7.- Prototipo ERS-01.


IPN ESIA TICOMAN

~ 119 ~

GLOSARIO

Amplificador Operacional: es un circuito que se utiliza al aumentar (amplificar) el valor de la señal

de entrada (generalmente muy pequeña) y así obtener una señal a la salida con una amplitud

mucho mayor a la señal original.

Borne: es el nombre dado en Electricidad a cada uno de los terminales de metal en que suelen

terminar algunas máquinas y aparatos eléctricos, y que se emplean para su conexión a los hilos

conductores.

Campo eléctrico: es un campo de fuerza creado por la atracción y repulsión de cargas eléctricas (la

causa del flujo eléctrico) y se mide en Voltios por metro (V/m). El flujo decrece con la distancia a la

fuente que provoca el campo.

CE: es la abreviación en términos Geofísicos de Calicatas Eléctricas.

Corriente: es la circulación de cargas eléctricas a través de un conductor.

Corriente telúrica: es una corriente eléctrica que se mueve bajo tierra o a través del océano. Estas

corrientes tienen una muy baja frecuencia, y corren muy cerca de la superficie terrestre. Son

inducidas por variaciones naturales en el campo magnético terrestre, en interacción con el

viento solar y la magnetósfera.

Culombio: su símbolo es C. Es la unidad derivada del sistema internacional para la medida de la

magnitud física cantidad de electricidad (carga eléctrica). Se define como la cantidad de carga

transportada en un segundo por una corriente de un amperio de intensidad de corriente eléctrica.

Diaclasa: es una fractura en las rocas que no va acompañada de deslizamiento de los bloques que

determina, no siendo el desplazamiento más que una mínima separación transversal. Se

distinguen así de las fallas, fracturas en las que sí hay deslizamiento de los bloques. Son

estructuras muy abundantes.

Diferencia de potencial: El voltaje, tensión o diferencia de potencial es la presión que ejerce una

fuente de suministro de energía eléctrica o fuerza electromotriz (FEM) sobre las cargas eléctricas o


http://naturacuriosa.blogspot.com/search/label/oc%C3%A9ano

http://es.wikipedia.org/wiki/Unidades_derivadas_del_Sistema_Internacional


http://es.wikipedia.org/wiki/Amperio


http://es.wikipedia.org/wiki/Roca


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electrones en un circuito eléctrico cerrado, para que se establezca el flujo de una corriente

eléctrica.

DIP: En microelectrónica, un dual in-line package (DIP o DIL), es una forma de empaquetamiento

de dispositivos electrónicos de forma rectangular con dos filas paralelas de pines de conexiones.

Generalmente se refieren como DIPn, donde n es el número total de pines.

Electricidad: es un fenómeno físico cuyo origen son las cargas eléctricas y cuya energía se

manifiesta en fenómenos mecánicos, térmicos, luminosos y químicos, en otras palabras es el flujo

de electrones.

Fisura: es una hendidura en una roca. En términos geológicos se distinguen dos tipos de fisura: de

estratificación, que es la que separa dos capas o estratos de una misma roca, y de superposición,

que es la que separa dos capas de diferente naturaleza que se hallan superpuestas.

Fuente: En electricidad se entiende por fuente al elemento activo que es capaz de generar una

diferencia de potencial (d. d. p.) entre sus bornes o proporcionar una corriente eléctrica.

Hidrogeología: es la ciencia que estudia el origen y la formación de las aguas subterráneas, las

formas de yacimiento, su difusión, movimiento, régimen y reservas, su interacción con los suelos y

rocas, su estado (líquido, sólido y gaseoso) y propiedades (físicas, químicas, bacteriológicas y

radiactivas); así como las condiciones que determinan las medidas de su aprovechamiento,

regulación y evacuación.

Impedancia: La impedancia es sencillamente la oposición al paso de la corriente que incluye la

resistencia y la reactancia (es el equivalente a la resistencia pero en los condensadores y las

bobinas).

Julio: o joule (símbolo J) es la unidad derivada del Sistema Internacional utilizada para medir

energía, trabajo y calor.

Medio isótropo: Un medio se dice que es isótropo si todas las direcciones son equivalentes en la

propagación del campo.

PE: es la abreviación en términos Geofísicos de Potencial Espontaneo.

PI: es la abreviación en términos Geofísicos de Polarización Inducida.

http://es.wikipedia.org/wiki/Fen%C3%B3meno



http://es.wikipedia.org/wiki/Electron


http://es.wikipedia.org/wiki/Estrato


http://es.wikipedia.org/wiki/Componente_electr%C3%B3nico#Componentes_activos


http://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_el%C3%A9ctrica

http://es.wikipedia.org/wiki/Ciencia

http://es.wikipedia.org/wiki/Suelo


http://es.wikipedia.org/wiki/Unidad_derivada_del_SI

http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_internacional_de_unidades


http://es.wikipedia.org/wiki/Trabajo_(f%C3%ADsica)

http://es.wikipedia.org/wiki/Calor


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Potencia eléctrica: es la relación de transferencia de energía por unidad de tiempo; es decir, la

cantidad de energía entregada o absorbida por un elemento en un tiempo determinado.

Potencial: es una magnitud escalar definida en los campos conservativos. Generalmente los

potenciales aparecen para describir a un campo físico.

Potencial eléctrico: es el trabajo que debe realizar una fuerza externa para traer una carga unitaria

q desde la referencia hasta el punto considerado en contra de la fuerza eléctrica.

Rectificador: es el elemento o circuito que permite convertir la corriente alterna en corriente

continua. Esto se realiza utilizando diodos rectificadores, ya sean semiconductores de estado

sólido, válvulas al vacío o válvulas gaseosas como las de vapor de mercurio.

Rectificador de onda completa: es un circuito empleado para convertir una señal de corriente

alterna de entrada (Vi) en corriente directa de salida (Vo) pulsante. A diferencia del rectificador de

media onda, en este caso, la parte negativa de la señal se convierte en positiva o bien la parte

positiva de la señal se convertirá en negativa, según se necesite una señal positiva o negativa de

corriente continua.

Resistencia: es un componente usado en electricidad y electrónica asociado a las pérdidas de

voltaje entre dos puntos de un circuito.

Resistividad: es el grado de dificultad que encuentran los electrones en sus desplazamientos. Se

designa por la letra griega rho minúscula (ρ) y se mide en ohm por milímetro cuadrado partido de

metro (Ω·mm²/m). Su valor describe el comportamiento de un material frente al paso de corriente

eléctrica, por lo que da una idea de lo buen o mal conductor que es. Un valor alto de resistividad

indica que el material es mal conductor mientras que uno bajo indicará que es un buen conductor.

Saturación: la saturación de un medio poroso con respecto a un fluido se define como la fracción

del volumen poroso de una roca que está ocupada por dicho fluido.

SEV: es la abreviación en términos Geofísicos de Sondeo Eléctrico Vertical.

Voltio: o volt (símbolo V), es la unidad derivada del SI para el potencial eléctrico, fuerza

electromotriz y el voltaje.


http://es.wikipedia.org/wiki/Campo_(f%C3%ADsica)






http://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor

http://es.wikipedia.org/wiki/V%C3%A1lvula_termoi%C3%B3nica




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