- Desarrollo
electromecánico - Descripción del
software - Montaje
electrónico de regulación - Descripción
de la operación del prototipo - Conclusiones
- Recomendaciones
- Bibliografía
En Colombia, si se
hace memoria, estamos
siendo afectados aproximadamente con una catástrofe,
producida por movimientos telúricos cada década,
recordando como ejemplos cercanos el sismo de Popayán en
el año 1983, el sismo de Córdoba Quindío en
el año 1999, como sucesos recientes de tragedias
ocasionadas por los "sismos" o por las "estructuras".
De otro lado, nuestro país esta ubicado en el
Noroccidente de Suramérica, sitio en el cual convergen
cuatro placas
tectónicas, las cuales son Nazca, Cocos, Caribe y
Continental, por lo cual es un sitio de alta amenaza
sísmica. Estos factores permiten que exista una gran
riqueza geológica.
Así mismo, para el estudio del sismo se hace
necesario trabajar con cada una de las formaciones, teniendo en
cuenta sus características geológicas y estudiar
cual seria su comportamiento, para conocer más acerca de
estos fenómenos y su propagación, dependiendo de
las diferentes topologías de suelos,
especialmente donde se piensen construir.
De esta manera, para acercarnos cada vez más en
el
conocimiento del comportamiento sísmico y reproducirlo
a escala, se hace
necesaria la construcción de un simulador de sismos, el
cual represente movimientos en los tres ejes X, Y, Z, en función de
datos reales
recopilados por INGEOMINAS, de movimientos fuertes ocurridos en
Colombia. Dentro de los propósitos iniciales no se planteo
el alcance para de trabajar con sismos de otros
países.
De todo lo anterior y por los momentos críticos
que vive el mundo, el ingeniero civil actual debe trabajar en
función, de las necesidades de la comunidad, con
base en la accesibilidad tecnológica. De esta manera a
través de la experimentación, se van adquiriendo,
cada vez mayores competencias,
para desarrollar su labor profesional, con mayor
efectividad.
Los alcances propuestos se limitaron a nuestro
país, para trabajar con tecnología nacional,
en donde ha existido muy poco desarrollo
tecnológico. En la actualidad la universidad del
Valle cuenta con un simulador de cargas uníaxiales con
capacidad de una tonelada de carga. La investigación desarrollada y presentada en
este documento, produjo un prototipo para movimiento en
los tres ejes, como modelo a
escala con las limitaciones de peso y desplazamiento, proyectadas
inicialmente.
La principal ventaja del simulador consiste en que, el
movimiento esta controlado en las tres componentes. Tiene como
desventaja que no estará orientado hacia grandes pesos y
esta diseñado a manejar sismos a escala, para poder plantear
sistemas de
estabilización de la misma manera.
Finalmente, la aplicación del prototipo del
simulador, es acercarnos cada vez más en el conocimiento
de los sismos y poder hacer la representación de los
eventos,
ocurridos en Colombia, para trabajar con tecnología
nacional. Posteriormente con las adecuaciones pertinentes es
posible que sea utilizado para sismos ocurridos en otras
latitudes. Así mismo, es posible probar diferentes tipos
de disipadores de energía sísmica a escala, ya sean
metálicos, fricciónales, visco elásticos,
viscosos, sistemas de
control activo, entre otros.
Dentro de los objetivos
propuestos como diseñar y construir un software de control,
diseñar y construir un prototipo, como simulador de
sismos, fueron cumplidos a cabalidad, para sismos monitoreados
por la red
sísmica nacional colombiana, RSNC. La metodología fue en esencia experimental y
empírica, sin desconocer desde luego la información consultada y relacionada de
fuentes
secundarias como el Internet.
Los resultados obtenidos, hasta el momento como primera
etapa, darán origen a nuevas formulaciones de proyectos, para
la mitigación de los efectos producidos por los
movimientos telúricos. A partir de la optimización
del prototipo es posible que nuevas investigaciones
obtengan una referencia para el desarrollo de nuevos procesos
investigativos.
En este capitulo, se describe un planteamiento
teórico y aplicación practica, de los conceptos
para la construcción, del sistema
electromecánico, del prototipo del simulador de sismos, el
cual genera movimientos en función de datos suministrados
previamente al software. Esta parte se explicara en detalle en el
capitulo dos y cuatro.
1.1
INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA.
De los conocimientos adquiridos tanto en clase de
electromagnetismo como de lecturas realizadas en
libros de
física
como la Serway, Hollidey, curso de enseñanza visual Hemphil, entre otras, se
llego a la siguiente conclusión.
"Inductancia es la propiedad de
un circuito para hacer en el mismo una fuerza
contraelectromotriz cuando se alimenta con corriente
eléctrica alterna. Inducción es la influencia ejercida por un
campo
magnético sobre cuerpos o conductores
cercanos".
El funcionamiento del simulador requiere generar una
fuerza de atracción sobre un núcleo de acero. Para
generar esta fuerza de atracción sobre el núcleo se
basa en la teoría
de la inducción electromagnética que se describe a
continuación.
Figura
1. Ley modificada de
Fleming para determinar la dirección de la FEM. Inducida en un
inductor
Fuente: Inducción Electromagnética
Hemphill Schools. Los Ángeles
California, 1980, inducción electromagnética
PR11-4.
"Según la figura 1, si el dedo pulgar de la mano
izquierda se extiende en la dirección del movimiento de
corte de las líneas y el índice hacia delante en la
orientación del campo, el dedo cordial iniciara la
trayectoria de la corriente inducida".
Cuando un inductor corta 100000000 (cien millones) de
líneas de fuerza en un segundo, tiene inducida una fuerza
electromotriz de un voltio. Este dato es de interés
teórico solamente, ya que es fácil de comprender
que no podría contar las líneas de fuerza por
medios
comunes. La fuerza electromotriz se determina
prácticamente usando el Voltímetro.
Para generar el desplazamiento de las bandejas del
prototipo, se construyó una bobina la cual tiene un falso
núcleo de aluminio el
cual sirve de formaleta para la bobina y como protector del
solenoide. La teoría en la cual se basa la
construcción de la bobina e interacción con el núcleo se
describe a continuación.
De los conocimientos adquiridos tanto en clase de
electromagnetismo como de lecturas realizadas en libros de
física como la Serway, Hollidey, curso de enseñanza
visual Hemphil entre otras, se llegó a la siguiente
conclusión.
Figura
2. El polo por inducción rechaza la polaridad semejante
del imán
Fuente: Inducción
Electromagnética Hemphill Schools. Los Ángeles
California, 1980, inducción electromagnética
PR.11-6.
En la figura2, se observa que aproximando el extremo
norte de un imán a la bobina, el alambre de ésta
cortará las líneas del campo magnético con
lo que se inducirá una corriente. Teniendo en cuenta que
todo conductor que lleva corriente se forma alrededor del mismo
de un campo magnético, alrededor de la bobina se
habrá formado un campo magnético.
En otras palabras, tendríamos un solenoide con
propiedades magnéticas cada vez que acercamos el
imán; su polaridad en el momento ilustrado seria indicada
con las letras N
y S, esto es: el extremo próximo al imán
seria el polo Norte.
Por lo tanto, el extremo norte rechazaría la
aproximación del polo Norte del imán de acuerdo con
el principio de que polos iguales se repelen.
Al retirar el imán, la bobina cambia de polaridad
debido a que el corte de las líneas de fuerza es ahora en
dirección contraria a lo anterior. La figura anterior
muestra el
cambio de
polaridad aludido, pudiendo observarse que ahora existe
atracción entre el extremo sur de la bobina y el polo
Norte del imán, por lo que se opondrá a que este
salga.
En conclusión la ley de Lenz plantea que el campo
magnético de una corriente inducida tiende a oponerse al
campo magnético que la produjo.
Para generar un desplazamiento de los resortes en el
prototipo a partir del núcleo, se requiere generar un
campo magnético, a partir de un campo
eléctrico. La teoría utilizada para generar
este efecto, será descrita a
continuación.
Este fenómeno se refiere a la aparición de
un voltaje en un conductor, como resultado del campo
magnético producido por una corriente variable, que
circula por el mismo.
Tomando para el caso de un electroimán si lo
conectamos a una fuente de voltaje, en serie con un interruptor,
al momento de cerrar el circuito, la corriente empezará a
circular por las primeras vueltas de la bobina, continuando su
paso a lo largo del conductor, vuelta tras vuelta.
Por supuesto, la corriente va produciendo un campo
magnético y este se extiende del centro del núcleo
hacia fuera, a una velocidad
mucho mayor que la velocidad con que circula la corriente. Esto
resulta en que el campo magnético que produce la corriente
que circula por las primeras vueltas, será cortado por las
vueltas siguientes, induciéndose en ellas un
voltaje.
El voltaje inducido así es siempre opuesto al
voltaje aplicado externamente, y por lo tanto reduce su valor. Por esa
razón a ese voltaje inducido se le llama fuerza
contraelectromotriz.
De esta manera el voltaje inducido es siempre menor que
el aplicado a la bobina, pero de todas maneras lo reduce y
retarda el paso de la corriente.
Una vez que la corriente ha circulado por todas las
vueltas de la bobina, el campo magnético quedara
estacionario, (siempre que la corriente sea continua) por lo
tanto la autoinducción cesará.
Al abrir el circuito, el campo magnético se
reconcentrara rápidamente, lo que significara un corte mas
rápido de líneas de fuerza y por lo mismo, se
induce un voltaje mayor. Este voltaje tiende a mantener la
corriente en circulación, después de abrirse el
circuito, lo que se hace visible en forma de una chispa ruidosa
en el punto donde se abrió el circuito.
Si por otra parte, la intensidad de la corriente que
circula por la bobina variara, se producirían los mismos
efectos de autoinducción, pues el campo magnético
formado alrededor de un conductor varía de acuerdo con los
cambios de intensidad de la corriente.
Con el objeto de generar un campo
electromagnético que es el elemento de control fundamental
del prototipo del simulador, se debe tener en cuenta un análisis dimensional de las medidas
electromagnéticas. Se describe a
continuación
"La inductancia se mide con en henrios [H] siendo esta
la unidad fundamental".
"Un circuito tiene una inductancia de un henrio cuando
una corriente aplicada cambia de intensidad a razón de un
amperio por segundo, induce una fuerza electromotriz de un
voltio".
1.6 DIFERENTES FORMAS DE
INDUCTANCIAS.
El fenómeno de la inducción tiene
aplicación importantísima en la electrónica y en la industria
eléctrica.
Para la construcción de las bobinas se deben
tener en cuenta factores como; longitud del devanado,
diámetro del alambre, diámetro del núcleo,
entre otros factores, los cuales se describen a
continuación.
1.7 FACTORES QUE AFECTAN LA
INDUCTANCIA.
Figura 3. Efecto del número de vueltas de la
inductancia de una bobina
Fuente: Inducción Electromagnética
Hemphill Schools Los Ángeles California.1980.
PR.11-14
En la figura3. Hay un embobinado de 30 vueltas o
espiras, mientras que el otro tiene 20 vueltas, siendo el
diámetro de ambas bobinas el mismo. Como cada espira
produce líneas de fuerza magnética, la bobina con
mayor número de espiras tendrá mayor inductancia.
Esta explicación esta descrita con mayor amplitud en la
enseñanza teórica practica, elaborada por Ralph
Hemphil, en la página PR.11-4
Figura 4. El Diámetro otro factor en una
inductancia.
Fuente: Inducción Electromagnética
Hemphill Schools. Los Ángeles California. 1980.
PR.11-14
En la anterior figura se muestran bobinas con el mismo
número de espiras pero de diámetro diferentes. Esto
significa que en la bobina de mayor diámetro se
producirá mayor número de líneas de fuerza
magnética, por ser mayor la longitud del alambre y por lo
tanto, tendrá mayor inductancia que la de diámetro
menor.
El calibre o grueso del alambre, lo mismo que su
aislamiento, tienen importancia en la inductancia. Si comparamos
una bobina de 20vueltas de alambre #30 con otra también de
20 vueltas pero de alambre #14 (más grueso), teniendo
ambas el mismo aislamiento, la primera tendrá mayor
inductancia, debido a que la longitud del circuito
magnético es mas reducida y el flux utilizable
aumenta.
Debe tenerse presente que al referirse a las dimensiones
de una inductancia, se define como longitud la distancia que
ocupa el embobinado, sin tener en cuenta la forma o soporte de
este. De la misma manera al tratarse del diámetro,
consideramos desde el centro del alambre en un lado de la bobina
al centro del alambre del lado opuesto.
Figura 5. Relación longitud del
devanado
Fuente: Inducción Electromagnética
Hemphill Schools Los Ángeles California
PR.11-14.
La figura anterior consta de dos bobinas de un mismo
diámetro y con el mismo número de vueltas; sin
embargo, el embobinado a la izquierda esta más separado o
espaciado que el de la derecha. Por lo tanto entre una espira y
otra existe un espaciado, por el cual se escapan las
líneas de fuerza magnética, reduciendo así
la inductancia magnética.
Se requiere generar una atracción en
función de la interacción mutua entre bobina y
núcleo. El sistema de acople bobina núcleo va a
trabajar en ocasiones con núcleo completo y en otras
ocasiones con una parte del núcleo. Para controlar los
desplazamientos del simulador, los conceptos teóricos
utilizados en esta aplicación se describen a
continuación.
1.8 EFECTO NUCLEO DE UNA
BOBINA
"El hierro tiene
una mayor permeabilidad que el aire. Esto
significa que deja pasar con mayor facilidad las líneas de
fuerza magnética que el aire".
Teniendo en cuenta lo anterior, es fácil
comprender que una bobina cuyo núcleo es de hierro tiene
mayor inductancia que una con núcleo de aire, aun cuando
el diámetro longitud y numero de vueltas de las mismas son
iguales, como lo indica la figura6.
El núcleo metálico aumenta el campo
magnético. Y si es ferromagnético aumenta las
líneas de fuerza en mayor proporción.
Figura 6. Efecto del núcleo en una
bobina
Fuente: Inducción Electromagnética
Hemphill Schools. Los Ángeles California. 1980
PR.11-16.
El resorte es un elemento que tiene una trayectoria
helicoidal (para la aplicación que se necesita) y trabaja
en forma axial, ya sea por compresión o por tensión
dentro del rango elástico y luego pasa al rango
inelástico.
Para la aplicación del resorte, en el simulador
se trabajó dentro del rango elástico obedeciendo a
la ley de Hooke en donde F=-k*x:
X=desplazamiento
K= constante de recuperación.
F= fuerza
Figura 7. Resorte helicoidal de espiras cerradas
estirado bajo la acción
de una fuerza P
Fuente: Ferdinand L. Resistencia
Singer. Resistencia de materiales p.
78.
1.10 SISTEMA DE MOVIMIENTO
ACOPLADO, BOBINA, NUCLEO Y RESORTE.
Para simular los desplazamientos de sismos reales en una
dimensión, se necesita mover en forma de onda controlada
un diferencial de masa, para lo cual se utilizaron y aplicaron
los conceptos físicos anteriormente descritos.
El funcionamiento se desarrolla de la siguiente forma:
la bobina está en un estado de
reposo, el resorte sostiene el núcleo de la bobina a
medida que se aumenta el voltaje sobre la bobina, esta genera un
campo magnético por fenómeno de inducción,
atrayendo el núcleo de acero en sentido contrario del
resorte, hasta llegar a un nivel máximo de acople de
campo, sistema núcleo bobina. Luego se baja el voltaje y
el resorte atrae el núcleo.
De la manera anteriormente descrita es como se generan
los desplazamientos, en las bandejas que componen el prototipo,
como simulador de sismos.
1.11 SISTEMA DE
TRANSMISIÓN SOBRE UNA LÁMINA
Teniendo el sistema anteriormente descrito, la forma de
transmisión de desplazamientos es la siguiente: para las
bandejas que trabajan en dirección Norte –Sur, Este
–Oeste el núcleo y el resorte están acoplados
sobre una Almella, la cual cuelga de la tabla que se va a
desplazar en función de la cantidad de fuerza
electromotriz suministrada al sistema.
En el caso del desplazamiento Nadir Cenit los resortes
trabajan por compresión. En este caso la bobina esta en la
parte inferior, el resorte se ubica encima de la bobina y el
núcleo suspende, anclado a la bandeja en medio del
resorte.
1.12 ACOPLE GENERAL DEL
SISTEMA.
A partir del acoplamiento y de la transmisión
sobre la lamina, se construyo el sistema, de tal manera que se
puedan tener desplazamientos en sentido Norte –Sur,
Este-Oeste, Nadir-Cenit se concibió la siguiente
disposición de elementos teniendo en cuenta la
teoría anteriormente descrita y la funciones que
deben cumplir.
1.13 SISTEMA
ELECTROMECÁNICO DE SOPORTE
La figura, de la siguiente página se describe, la
disposición geométrica de la parte inferior y
superior de la primera bandeja. En la parte superior de la
grafica se muestra la parte inferior de la bandeja y se describe
la disposición de los núcleos de acero, de 5cm de
diámetro y su ubicación respecto a la
bandeja.
Figura 8. Bandeja de soporte 1
Fuente: Elaborado por Juan Carlos Castro
Medina. Enero del 2004
En la bandeja inferior se muestra la
configuración superior del ensamble del sistema de
transmisión, donde el rectángulo rojo es la bobina,
el tornillo amarillo es el núcleo y el resorte está
en color naranja.
Los marcos cuadrados que están en la parte tanto izquierda
como derecha sirven como guías, para que la lamina que va
colocada sobre ésta siga una trayectoria dada por el
sistema de movimiento acoplado y adentro de los marcos van unas
esferas, las cuales disminuyen la fricción entre
láminas.
En la siguiente fotografía
se muestra la configuración final de la bandeja
construida, denominada número uno, la cual tiene tres
núcleos de acero dispuestos en forma triangular para poder
generar desplazamientos en sentido Nadir Cenit, y ser la
plataforma de la bandeja en desplazamiento Este Oeste
Fotografía 1. Bandeja Nadir Cenit, parte
inferior
Fuente: Fotografía tomada a la bandeja construida
por Juan Carlos Castro Medina Junio 2004
La siguiente fotografía muestra la
configuración de trabajo de
interacción electromagnética, entre resorte, bobina
y núcleo de acero. Se tiene como marco de referencia la
gravedad de tal manera que la bandeja transmite la fuerza a los
tres núcleos de acero, el resorte la transmite a la mesa
del simulador.
El funcionamiento consiste que cuando hay una
excitación en sentido Nadir, generada por un sismo a
simular, la bobina recibe corriente eléctrica, generando
un campo electromagnético, atrayendo el núcleo,
contrarrestando la fuerza generada por el resorte, en sentido de
la gravedad.
Al controlar la cantidad de voltaje, directamente se
atrae el núcleo, a mayor voltaje bajo intensidad
constante, superior campo y a mayor campo
electromagnético, aumenta la atracción, por
consecuencia mayor desplazamiento, y cuando se requiere
desplazamiento en sentido contrario se disminuye el voltaje. De
esta manera el resorte empuja el núcleo en sentido
contrario de la gravedad generando un desplazamiento en sentido
Cenit.
Esta es la descripción de funcionamiento de la
generación y control electromecánico del sistema en
sentido Nadir Cenit.
Fotografía 2. Bobinas Nadir Cenit
Fuente: Fotografía tomada a las bobinas
dispuestas por Juan Carlos Castro Medina Junio 2004.
La siguiente grafica muestra la bandeja que va a generar
un desplazamiento en dirección perpendicular a la
anterior, con el mismo sistema de funcionamiento, con la
diferencia que ésta trabaja en sentido, perpendicular a la
gravedad.
Figura 9. Bandeja de soporte 2
Fuente: Elaborado por Juan Carlos Castro Medina. Enero
del 2004.
En la figura superior está la bandeja que se va a
mover, en la dirección indicada por la flecha. En el
centro se observa la ubicación de la Almella y la cabeza
del tornillo, siendo este punto donde se transmite la fuerza, las
líneas paralelas que están a la izquierda y derecha
respectivamente son las guías que restringen el movimiento
de la bandeja en un solo sentido. En la figura inferior
está la disposición del resorte bobina y
núcleo, además los marcos que sirven de guía
y cámaras de las esferas que disminuyen el
rozamiento.
La siguiente fotografía muestra la
configuración en el otro sentido de la bandeja, los marcos
rectangulares que están ubicados en los extremos superior
e inferior y a 7cm de los extremos derecho e interno. La
función es servir de guía para los desplazamientos
que van en sentido Norte Sur real y en la fotografía de
derecha a izquierda. Además sirve de caja para las
esferas, las cuales tienen como función bajar la fuerza de
rozamiento, disminuyendo la fricción y sirviendo
también como transmisor de fuerza en sentido
vertical
Fotografía 3. Bandeja horizontal 1
Fuente: Fotografía tomada a las bobinas
dispuestas por Juan Carlos Castro Medina Junio 2004
Fotografía 4. Parte inferior bandeja horizontal
2
Fuente: Fotografía tomada a las bobinas
dispuestas por Juan Carlos Castro Medina Junio 2004
La fotografía anterior muestra a derecha e
izquierda dos listones, los cuales sirven de guía de tal
manera que la atracción sea direccionada en forma paralela
a la atracción electromagnética generada por la
interacción bobina, núcleo, resorte. En la parte
superior se observa un tornillo el cual esta unido a la tabla,
mediante una cuerda que va amarrada a una almella; de esta forma
se garantiza flexibilidad a la hora de acoplar el sistema. Este
tornillo va incrustado como núcleo móvil de la
bobina.
El resorte que está en la parte inferior, que
trabaja a tracción está sujeto a la almella por un
gancho del resorte. En el otro extremo del resorte está
sujetado de igual manera a lo otra bandeja, la cual tiene un
movimiento Nadir Cenit restringiendo desplazamientos Este Oeste y
Norte Sur.
Fotografía 5. Acople electromecánico
bobina, resorte
Fuente: Fotografía tomada al acople bobina
resorte dispuesto por Juan Carlos Castro Medina Junio
2004
En la fotografía cinco se observa la forma de
conexión del resorte, explicada anteriormente y la
necesidad que la sujeción, tanto del resorte como de la
bobina, tenga formas de conexión articulada. Se pude ver
la forma de acople entre las dos bandejas y la ubicación
de las guías, que son orientadas por los marcos que
están ubicados a los extremos derecho e izquierdo.
También se puede observar que tanto el resorte como el
núcleo y la bobina están sobre una misma
línea de acción.
Figura 10. Bandeja de soporte 3
Fuente: Elaborado por Juan Carlos Castro Medina. Enero
del 2004.
En la figura superior, se describe la parte inferior de
la bandeja, en donde está en el centro la almella en color
naranja, la cabeza del tornillo. En la parte superior e inferior
están los rieles de dirección. En la figura
inferior se observa la parte superior de la última
bandeja, la cual va a tener movimiento en las 3
direcciones.
Fotografía 6. Parte superior bandeja 2
Fuente: Fotografía tomada a la bandeja dispuesta
por Juan Carlos Castro Medina Junio 2004
La fotografía seis tiene en esencia igual
mecanismo de funcionamiento que la bandeja anterior, con la
única diferencia que el desplazamiento está en
sentido perpendicular a ella.
Fotografía 7. Sistema resorte
núcleo
Fuente: Fotografía tomada a la bandeja dispuesta
por Juan Carlos Castro Medina. Junio 2004
Esta es la ultima bandeja, la cual trabaja en sentido
oriente occidente y tiene como diferencia a la anterior que el
núcleo es más liviano y la bobina más
pequeña.
Fotografía 8. Configuración bandeja
superior.
Fuente: Fotografía tomada a las bandejas
dispuestas por Juan Carlos Castro Medina Junio 2004
La forma de interacción se conserva, de esta
manera la bobina, el núcleo y el resorte trabajan en la
misma línea de acción. Las guías que
están en la parte inferior de la tapa superior conservan
la dirección del desplazamiento.
La visión panorámica al colocar toda las
bandejas y donde se colocaría el sistema estructural, se
observa en la fotografía numero nueve. En la parte
superior es donde se genera la combinación de los
desplazamientos, tanto en dirección Norte Sur, Este Oeste
y Nadir Cenit. Así se observa en la figura numero
nueve.
Todas las medidas, utilización de resortes,
formas, tipos de conexión, bobinas, diámetro de
alambre, numero de espiras, núcleos obedecen a patrones de
diseño
determinados por los conceptos físicos fundamentales, bajo
la condición de una accesibilidad
tecnológica.
Fotografía 9. Configuración final
simulador
Fuente: Fotografía tomada a la vista
panorámica de las bandejas dispuestas por Juan Carlos
Castro Medina Junio 2004
A continuación se describen los elementos que
componen el software del simulador de sismos a escala. A
través de este se ordena el control en los desplazamientos
de las bandejas, en las diferentes direcciones del
prototipo.
La construcción del simulador de sismos a escala
requiere del diseño y la construcción de un
software el cual tiene como función recibir unos datos de
desplacigramas de muestras de sismos, ocurridos en Colombia
preferiblemente o construidos en forma teórica.
El software se decidió realizar sobre el programa Delphi Borland
versión 6. Se escogió este programa en particular
por las ventajas que ofrece en la impresión de datos por
puerto
paralelo y por manejar una excelente interfaz
grafica.
La metodología de trabajo para la
realización del software se desarrolló de la
siguiente manera. El investigador principal Juan Carlos Castro
Medina se apoyo en la asesoria prestada por el Ing. Néstor
González. La forma de trabajo consistió en que el
investigador planteaba un problema, aplicándose el sistema
de software de desarrollo libre. El ingeniero planteaba una
solución luego se discutía, se realizaban las
pruebas
necesarias hasta llegar a un óptimo
funcionamiento.
En este procedimiento el
investigador va adquiriendo habilidades en programación utilizando el programa
Delphi.
Borland Delphi versión 6.0 utiliza un sistema de
programación por objetos, esto quiere decir que viene con
una serie de funciones, imágenes,
operaciones
previamente definidas. De esta manera lo único que tiene
que hacer el usuario es relacionar estas funciones de forma tal
que diseñe el programa que desee. Para este caso se
necesitaba la graficación en tiempo real
con auto zoom, impresión de datos por puerto paralelo en
tiempo real, entre otras.
A continuación se describirán las
funciones más importantes para la construcción y
operación del software de simulación. Para el entendimiento de este
capitulo se deben tener habilidades y conocimientos
mínimos de programación en Delphi.
Figura 11. Base de datos
El motor de Base de Datos
utilizado fue Microsoft
Access, ya que es una base de datos sencilla y no se
requirió un motor más poderoso.
Una de las ventajas para utilizar a Microsoft Access como
motor de base de datos es la compatibilidad que tiene con
Excel y su
común utilización dentro de nuestra
región.
La compatibilidad con Delphi Borland 6.0 es buena por lo
cual se disminuye el riesgo de generar
conflictos
dentro de la configuración interna.
Figura 12. Tablas base de datos.
Fuente: Construyo Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing.
Néstor González. Marzo 2004.
Los datos se almacenan en una tabla llamada TDatos, la
cual tiene los campos IdNS, IdEO, IdNC, que son los
identificadores de los datos correspondientes de cada sismo.
Además, se encuentran los campos TNS, TEO, TNC, NS, EO y
NC que son los tiempos y los desplazamientos, respectivamente, de
los sismos que se almacenan allí.
Para poder comunicar la base de datos con la
aplicación, debemos utilizar un ODBC, el cual se creo en
el panel de control,
en herramientas
administrativas, orígenes de Datos (ODBC) en el caso de
Windows 2000/XP,
o en panel de control, Fuentes de Datos ODBC para Windows
95/98/98SE/ME.
Figura 13. Comunicación base de datos.
Fuente: Microsoft Windows Xp.
Figura 14. Configuración base de datos
Fuente: Microsoft Windows Xp.
Figura 15. Origen base de datos.
Fuente: Microsoft Windows Xp.
Allí seleccionamos la opción Agregar y
creamos un ODBC con el driver para Microsoft Access.
Figura 16. Direccionamiento base de datos.
Fuente: Microsoft Windows Xp.
Se configura el ODBC con el nombre de ODBCSismos, que va
a hacer referencia a la base de datos que se creo anteriormente.
Finalmente, se selecciona y se acepta la
configuración.
Figura 17. Pagina principal de programación
Delphi 6.
Fuente: Borland Delphi 6.
La herramienta de programación utilizada fue
Borland Delphi 6, un programa que deriva del Pascal y trabaja
con sistema de programación por objetos.
Los componentes utilizados para la creación de la
aplicación definidos por la plataforma de Delphi
fueron:
Figura 18. Icono Image.
Fuente: Borland Delphi 6.
Figura 19. Lista de imágenes.
Fuente: Borland Delphi 6.
La ImageList se carga las que se muestran en los botones
de la ToolBar.
Figura 20. Icono de Timer
Fuente: Borland Delphi 6.
El Timer, que se uso para mostrar la hora en el segundo
panel de la barra de estado.
Figura 21 Barra de estado.
Fuente: Construyo Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing.
Néstor González. Marzo 2004
La StatusBar, está dividida en tres paneles. En
el primer panel se va a mostrar los Hint o mensajes emergentes de
ayuda, que tienen los diferentes elementos de la
aplicación. En el segundo y tercer panel se
mostrará la hora y la fecha del sistema
respectivamente.
Figura 22. Icono MainMenu
Fuente: Borland Delphi 6.
El MainMenu, sirve para crear menús con las
diferentes opciones que se necesita.
El menú presenta las siguientes
opciones:
Figura 23. Ventana de menú.
Fuente: Construyo Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing.
Néstor González. Marzo 2004.
El menú Archivo tiene la
opción Salir, que permite abandonar la aplicación.
Las teclas de acceso rápido a esta función son
Alt.+F4.
Figura 24. Configuración del menú
datos
Fuente: Construyo Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing.
Néstor González. Marzo 2004.
El menú Datos presenta la opción Cargar
(ctrl.+C), la cual lleva a la Form2, en donde se puede
seleccionar y cargar los datos del sismo que se quiere graficar y
simular.
Graficar despliega un submenú con las opciones
Norte – Sur (Ctrl.+N), Este – Oeste (Ctrl.+E), Nadir
– Cenit (Ctrl.+A) y Componentes (Ctrl.+T), que llevan a las
respectivas Forma de graficación de los datos del sismo
seleccionado.
Figura 25. Configuración del menú
simulación
Fuente: Construyo Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing.
Néstor González. Marzo 2004.
El menú Simulación tiene la opción
Simular, la cual a su vez presenta un submenú con las
opciones Norte – Sur (Alt.+N), Este – Oeste (Alt.+E),
Nadir – Cenit (Alt.+A) y Componentes (Alt.+T), que llevan a
las respectivas Forms de simulación de los datos del sismo
seleccionado.
Figura 26. Configuración del menú
ayuda
Fuente: Construyo Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing.
Néstor González. Marzo 2004.
El menú Ayuda presenta las opciones Temas de
Ayuda (F1), la cual muestra los contenidos de la ayuda de la
aplicación, y la opción Acerca de, que muestra los
créditos de la
aplicación.
Figura 27. Barra de herramientas
Fuente: Construyo Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing.
Néstor González
En la ToolBar se puede agregar o quitar botones que se
utilizan para manejar la aplicación de una manera
más sencilla.
La ToolBar presenta los botones descritos en la
siguiente tabla:
Tabla 1. Botones de la barra de herramientas
Función | Icono |
Cargar Datos, que lleva a la Form en donde se |
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Graficar los datos de la componente Norte |
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Graficar los datos de la componente Este – |
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Graficar los datos de la componente Nadir – |
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Graficar los datos de las tres componentes que |
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Simular los datos de la componente Norte – |
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Simular los datos de la componente Este – Oeste |
|
Simular los datos de la componente Nadir – Cenit |
|
Simular los datos de las tres componentes que |
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Ayuda, que muestra los contenidos de la ayuda de |
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Atrás, que lleva a la pantalla principal |
|
Salir, que permite abandonar la |
|
Fuente: Iconos tomados de Delphi Aplicación
Diseñada Por Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing.
Néstor Gonzáles Abril 2004.
Todos los elementos hasta aquí mencionados son
comunes para todas las Forms de la aplicación, tienen las
mismas características y las mismas funciones.
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