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
~ 1 ~
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
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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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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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~ 7 ~
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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~ 17 ~
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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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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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
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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
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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.
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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)
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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.
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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.
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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.
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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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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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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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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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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.
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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.
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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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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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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
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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.
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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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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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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)
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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.
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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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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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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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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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Diagrama 3. Diagrama eléctrico de la fuente de corriente del prototipo.
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Diagrama 4. Diagrama eléctrico del prototipo donde se incluye aplicación de display y puerto
USB.
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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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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.
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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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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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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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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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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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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:
If PORTC.0 = 0 Then GoTo FUERA 'CONTROLO SI SE DESCONECTÓ DE USB
USBOut 1, USBBuffer, USBBufferSizeTX, DoUSBOut
Return
' ************************************************************
' * ESPERA HASTA QUE EL USB SE CONECTE *
' ************************************************************
AttachToUSB:
If PORTC.0 = 0 Then GoTo FUERA 'CONTROLO SI SE DESCONECTÓ DE USB
Repeat
USBPoll
Until PP0 = ATTACHED_STATE
Return
'******************************************************************************
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'******************************************************************************
'** 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
DelayMS 400 '(DOY UN TIEMPO PARA ELLO)
High LED
Print At 2,14,"ON "
DelayMS 2000
Low LED
Print At 2,14,"OFF"
EndIf 'FINALIZO LA RUTINA DE CONTROL
If PORTC.0 = 1 Then GoTo ProgramLoop 'CONTROLO SI SE CONECTÓ A USB
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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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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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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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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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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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)
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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.
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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
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~ 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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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
Symbol USBBufferSizeTX = 8
Symbol USBBufferSizeRX = 8
Dim USBBuffer[USBBufferSizeMax] As Byte
‘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
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'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 DoUSBOut 'TRANSMITO LO ALMACENADO EN EL BUFFER
DelayMS 1 'DOY UN TIEMPO DE DEMORA
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
For A = 1 To 20 'CONTADOR DE 20 EVENTOS PARA OBTENER
CORRIENTE = ADIn 4 'MUCHAS MEDICIONES Y PROMEDIARLAS
DATO = DATO + CORRIENTE 'AMPERS
USBPoll 'SE COLOCA EN EL HARD UN CAPACITOR DE 10uF
Next 'EN LA ENTRADA AN0 (A ENE CERO)
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
GoSub DoUSBOut 'TRANSMITO LO ALMACENADO EN EL BUFFER
DelayMS 1 'DOY UN TIEMPO DE DEMORA
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
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~ 90 ~
' ************************************************************
' * RUTINA DE TRANSMISIÓN DE DATOS *
' ************************************************************
DoUSBOut:
If PORTC.0 = 0 Then GoTo FUERA 'CONTROLO SI SE DESCONECTÓ DE USB
USBOut 1, USBBuffer, USBBufferSizeTX, DoUSBOut
Return
' ************************************************************
' * ESPERA HASTA QUE EL USB SE CONECTE *
' ************************************************************
AttachToUSB:
If PORTC.0 = 0 Then GoTo FUERA 'CONTROLO SI SE DESCONECTÓ DE USB
Repeat
USBPoll
Until PP0 = ATTACHED_STATE
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.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,"ENC"
DelayMS 4000
Low LED 'CAMBIO EL ESTADO DEL LED
Print At 2,14,"APG"
EndIf 'FINALIZO LA RUTINA DE CONTROL
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~ 91 ~
If PORTD.0 = 0 Then 'SI SE PULSA EL BOTÓN
DelayMS 400 '(DOY UN TIEMPO PARA ELLO)
High LED
Print At 2,14,"ENC"
DelayMS 2000
Low LED
Print At 2,14,"APG"
EndIf
For A = 1 To 20 'CONTADOR DE 20 EVENTOS PARA OBTENER
TENSION = ADIn 0 'MUCHAS MEDICIONES Y PROMEDIARLAS
VALOR = VALOR + TENSION
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
Print At 1,1," mV= ",Dec4 VOLT 'PUEDO IMPRIMIR
For A = 1 To 20 'CONTADOR DE 20 EVENTOS PARA OBTENER
CORRIENTE = ADIn 4 'MUCHAS MEDICIONES Y PROMEDIARLAS
DATO = DATO + CORRIENTE
Next 'EN LA ENTRADA AN0 (A ENE CERO)
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
If PORTC.0 = 1 Then GoTo ProgramLoop 'CONTROLO SI SE CONECTÓ A USB
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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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
Symbol USBBufferSizeTX = 8
Symbol USBBufferSizeRX = 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"
Symbol USBBufferSizeMax = 8
Symbol USBBufferSizeTX = 8
Symbol USBBufferSizeRX = 8
Dim USBBuffer[USBBufferSizeMax] As Byte
Dim PP0 As Byte System
Symbol CARRY_FLAG = STATUS.0
Symbol ATTACHED_STATE = 6
' ************************************************************
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' * 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:
USBIn 1, USBBuffer, USBBufferSizeRX, DoUSBIn
Return
' ************************************************************
' * transmit data *
' ************************************************************
DoUSBOut:
USBOut 1, USBBuffer, USBBufferSizeTX, DoUSBOut
Return
' ************************************************************
' * wait for USB interface to attach *
' ************************************************************
AttachToUSB:
Repeat
USBPoll
Until PP0 = ATTACHED_STATE
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
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~ 97 ~
' ** YOUR CODE HERE **
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
' ** YOUR CODE HERE **
' 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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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.
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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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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.
Desarrollo y Aplicación de un prototipo con diseño nacional para la realización de Prospección Geoeléctrica del Subsuelo
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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.
Desarrollo y Aplicación de un prototipo con diseño nacional para la realización de Prospección Geoeléctrica del Subsuelo
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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.
Desarrollo y Aplicación de un prototipo con diseño nacional para la realización de Prospección Geoeléctrica del Subsuelo
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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)
Desarrollo y Aplicación de un prototipo con diseño nacional para la realización de Prospección Geoeléctrica del Subsuelo
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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.
Desarrollo y Aplicación de un prototipo con diseño nacional para la realización de Prospección Geoeléctrica del Subsuelo
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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
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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.
Desarrollo y Aplicación de un prototipo con diseño nacional para la realización de Prospección Geoeléctrica del Subsuelo
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~ 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).
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Figura A.7.- Prototipo ERS-01.
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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
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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.
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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.
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