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Simulador de sismos a escala (página 2)



Partes: 1, 2

2.3 DESCRIPCION DEL
PROGRAMA
SIMULADOR DE SISMOS

2.3.1 Simulador de
sismos
Cargando…

Figura 28. Cargando

Fuente: Construyo Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing.
Néstor González. Abril 2004.Esta Form es la que se
presenta cuando se inicia la aplicación y ésta se
encuentra cargando.En esta Form cuenta de dos Timer los cuales se
usan para llenar la barra de progreso y para cerrar la Form
después de la carga de la aplicación.Figura 29.
Barra de progreso

Fuente: Construyo Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing.
Néstor González Abril 2004.Se Tiene un componente
Gauge que es una barra de progreso con porcentaje, la cual se va
llenando mientras carga la aplicación.Figura 30. Pantalla
principal del software.

Fuente: Construyo Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing.
Néstor González Abril 2004.Es la pantalla principal
de la aplicación y la que presenta todas las opciones
necesarias para el manejo del programa.Se puede utilizar el
menú, la barra de herramientas o
los botones de función
correspondientes.Figura 31. Icono database

Fuente: Borland Delphi
6

El componente Database es el que permite conectar con la
base de datos por medio
del ODBC que se creo anteriormente para este fin.Figura 32. Panel
de selección
principal.

Fuente: Construyo Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing.
Néstor González. Abril 2004.En este panel se puede
seleccionar la opción que se desea, después de
haber cargado los datos del sismo a graficar y simular.Figura 33.
Opción salir.

Fuente: Borland Delphi 6

El botón Salir permite abandonar la
aplicación.

2.4 CARGAR
DATOS

Figura 34. Cargar datos

Fuente: Construyo Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing.
Néstor González. Abril 2004.En esta Form es en
donde podemos seleccionar y cargar los datos del sismo que
queremos graficar y simular.Para el desarrollo del
software, se fundo en la figura legal del software de desarrollo
libre, la cual puede ser consultada por el interesado en la
legalidad de
la utilización de la plataforma de programación, en este caso Borland Delphi
versión 6.0Figura 35. Panel de selección de
sismo.

Fuente: Construyo Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing.
Néstor González. Abril 2004.

Figura 36. Combobox selección sismo.

Fuente: Construyo Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing.
Néstor González. Abril 2004.

Figura 37. Icono de cargar datos.

Fuente: Borland Delphi 6

El sismo se selecciona de un listado que se muestra en un
ComboBox y los datos se cargan presionando el botón Cargar
Datos para su graficación y/o simulación.Figura 38. Opción
retroceder

Fuente: Borland Delphi 6

El botón Atrás permite regresar a la
pantalla principal de la aplicación.2.5 GRAFICACIÓN DE DATOS NORTE –
SUR
Figura 39. Graficar Norte Sur.

Fuente: Construyo Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing.
Néstor González. Abril 2004.Esta es la Form
correspondiente a la graficación de los datos de la
componente Norte – Sur.En esta Form se encuentra:Figura 40.
Componente Query.

Fuente: Borland Delphi 6El componente Query sirve para
cargar los datos correspondientes, únicamente a la
componente Norte – Sur, mediante una sentencia SQL para su
posterior graficación.

Figura 41. Componente DataSource.

Fuente: Borland Delphi 6

El componente DataSource permite llenar la DBGrid con
los datos que el Query sustrae de la base de datos
para presentárselos al usuario de una forma
organizada.Figura 42. DBGrid

Fuente: Construyo Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing.
Néstor González. Abril 2004.El componente DBGrid
presenta al usuario los datos del sismo seleccionado.Figura 43.
Opción Timer.

Fuente: Borland Delphi 6

Un Timer que se utilizo para graficar los datos del
sismo seleccionado.Figura 44. Componente T chart

Fuente: Borland Delphi 6

El componente Chart que es en cual se presenta la
gráfica de los datos del sismo seleccionado con sus
respectivas escalas de desplazamiento en centímetros y
tiempo en
segundos.Figura 45. Panel datos graficados.

Fuente: Construyo Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing.
Néstor González. Abril 2004.En este panel se
observa los datos de tiempo y desplazamiento que se están
graficando en un determinado momento.Figura 46. Controles de
graficación.

Fuente: Construyo Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing.
Néstor González. Abril 2004.En este panel se tienen
los Controles de la gráfica los cuales se explican en la
siguiente tabla.

Tabla 2. Descripción de los botones para el control de
gráfica.

Función

Botón.

El botón Graficar sirve para iniciar una
graficación o reanudar una que haya sido detenida
en algún momento.

Este botón permite hacer una pausa o
detener en cualquier momento una graficación que
se este llevando a cabo.

Con el botón Reiniciar se borra la
gráfica que se haya realizado o que se esté
realizando en el momento para iniciar nuevamente la
graficación si se desea.

El botón Zoom Out el cual permite
disminuir el tamaño de la
gráfica.

Este botón permite rotar la
gráfica hacia arriba.

El botón Zoom In permite aumentar el
tamaño de la gráfica.

Este botón permite rotar la
gráfica hacia la izquierda.

Este botón permite restaurar la
gráfica a su estado
original

Este botón permite rotar la
gráfica hacia la derecha.

Este botón presenta los
valores de los datos en la gráfica.

Este botón permite rotar la
gráfica hacia abajo.

Para terminar los controles de la gráfica
se encuentra este botón, el cual oculta los
valores de los datos en la
gráfica.

Fuente: Iconos tomados de Delphi Aplicación
Diseñada Por Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing.
Néstor González. Abril 2004.

Todos estos elementos son comunes para todas las Forms
de graficación de datos, presentan las mismas
características y las mismas funciones.

2.6 GRAFICACIÓN DE
DATOS ESTE – OESTE

Figura 47. Graficar Este Oeste

Fuente: Construyo Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing.
Néstor González. Mayo 2004

Es igual a la Form anterior, con la diferencia que los
datos que carga el Query son los correspondientes a la componente
Este – Oeste.

2.7 GRAFICACIÓN DE
DATOS NADIR – CENIT

Figura 48. Graficar Nadir Cenit

Fuente: Construyo Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing.
Néstor González. Mayo 2004

Es igual a Form anterior, con la diferencia que los
datos que carga el Query son los correspondientes a la componente
Nadir – Cenit.

2.8 GRAFICACIÓN DE LAS
TRES COMPONENTES

Figura 49. Graficar las componentes

Fuente: Construyo Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing.
Néstor González. Mayo 2004

Esta Form es igual a las anteriores pero presenta unas
características especiales.

Como se grafican los datos de las tres componentes se
tienen tres Timer, tres Query y tres DataSource, cada uno
corresponde a la componente respectiva.

En cuanto a los demás datos es igual, los
controles son los mismos y afectan a las tres gráficas al tiempo.

2.9 SIMULACIÓN DE DATOS
NORTE – SUR

Figura 50. Simulación Norte Sur

Fuente: Construyo Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing.
Néstor González. Mayo 2004

Esta es la Form correspondiente a la simulación
de los datos de la componente Norte – Sur.

En esta Form esta compuesta por:

Figura 51. Componente Query

Fuente: Borland Delphi 6

El componente Query sirve para cargar los datos
correspondientes, únicamente a la componente Norte –
Sur, mediante una sentencia SQL para su posterior
simulación.

Figura 52. Componente Timer

Fuente: Borland Delphi 6

Un Timer que se utilizó para enviar los datos del
sismo seleccionado a través del puerto
paralelo para su simulación.

Figura 53. Lista de datos Norte Sur

Fuente: Construyo Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing.
Néstor González. Mayo 2004

Los datos que se envían a través del
puerto paralelo son dados que se encuentran al usuario por medio
de un ListBox, que aparecen en la pantalla a medida que son
enviados.

En la siguiente tabla se encuentra la descripción
de los botones de simulación.

Tabla3. Descripción de los botones de
simulación.

Función.

Botón.

El botón Simular sirve para iniciar una
simulación o reanudar una que haya sido detenida
en algún momento.

Este botón permite hacer una pausa o
detener en cualquier momento una simulación que se
este llevando a cabo.

Con el botón Reiniciar se borra la lista
de datos que se hayan mostrado o que se estén
mostrando en el momento para iniciar nuevamente la
simulación si se desea.

El cual permite regresar a la pantalla principal
de nuestra aplicación.

Fuente: Iconos tomados de Delphi Aplicación
Diseñada Por Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing.
Néstor González. Junio 2004.

Todos estos elementos son comunes para todas las Forms
de simulación de datos, presentan las mismas
características y las mismas funciones.

2.10 SIMULACIÓN DE
DATOS ESTE – OESTE

Figura 54. Simulación Este Oeste.

Fuente: Iconos tomados de Delphi Aplicación
Diseñada Por Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing.
Néstor González. Junio 2004

Es igual a la Form anterior, con la diferencia que los
datos que carga el Query son los correspondientes a la componente
Este – Oeste.

2.11 SIMULACIÓN DE
DATOS NADIR – CENIT

Figura 55. Simulación Nadir Cenit

Fuente: Iconos tomados de Delphi Aplicación
Diseñada Por Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing.
Néstor González. Junio 2004.

Es igual a la Form anterior, con la única
diferencia que los datos que carga el Query son los
correspondientes a la componente Nadir – Cenit.

2.12 SIMULACIÓN DE LAS
TRES COMPONENTES

Figura 56. Simulación componentes.

Fuente: Iconos tomados de Delphi Aplicación
Diseñada Por Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing.
Néstor González. Junio 2004.

Esta Form es igual a las anteriores pero presenta unas
características especiales.

Como se simulan los datos de las tres componentes se
tienen tres Timer, tres Query y tres ListBox, cada uno
corresponde a la componente respectiva.

En cuanto a las otras funciones la aplicación es
igual, los controles son los mismos y afectan a las tres listas
al tiempo.

3. MONTAJE ELECTRÓNICO DE
REGULACIÓN.

Para que el simulador de sismos a escala funcione,
se necesita un puente entre el software, descrito en el capitulo
anterior y los actuadores que generen el desplazamiento,
compuesto por las bobinas, núcleo y resorte.

La metodología de trabajo que se
utilizó para el desarrollo electrónico consiste
básicamente en definir los circuitos que
componen el montaje electrónico de regulación.
Luego se define un circuito previo con elementos teóricos,
labor asesorada por el Ing. Fabián
Jiménez.

Así mismo, en las páginas de electrónica, en Internet se encontraron
aplicaciones parecidas a las que requirió la investigación, con las cuales se hizo los
montajes respectivos sobre un software. Posteriormente, se
simularon los circuitos. Teniendo este diseño
previo se procedió a comprar los materiales y
realizar el montaje, por último se monto el circuito,
hasta que cumplió con las funciones para la cual fue
construido con alto grado de precisión.

Este capitulo, describe cómo funciona el circuito
electrónico de regulación, que finalmente se
adoptó, ya que para llegar a este se hicieron muchos
montajes hasta llegar al ideal.

3.1 PUERTO
PARALELO.

Los puertos de comunicación de la PC son de particular
interés
para el estudioso de la electrónica, ya que le permiten
utilizar una computadora
personal para
controlar todo tipo circuitos electrónicos utilizados,
principalmente, en actividades de automatización de procesos,
adquisición de datos, tareas repetitivas y otras
actividades que demandan precisión.

3.2 CONCEPTOS BÁSICOS

  Existen dos métodos
básicos para transmisión de datos en las computadoras
modernas. En un esquema de transmisión de datos en serie
un dispositivo envía datos a otro a razón de un bit
a la vez, a través de un cable. Por otro lado, en un
esquema de transmisión de datos en paralelo un dispositivo
envía datos a otro a una tasa de n número de
bits a través de n número de cables a un
tiempo.

Sería fácil pensar que un sistema en
paralelo es n veces más rápido que un
sistema en serie, sin embargo esto no se cumple,
básicamente el impedimento principal es el tipo de cable
que se utiliza para interconectar los equipos.

Si bien un sistema de comunicación en paralelo
puede utilizar cualquier número de cables para transmitir
datos, la mayoría de los sistemas
paralelos utilizan ocho líneas de datos para transmitir un
byte a la vez, como en todo, existen excepciones, por ejemplo el
estándar "SCSI (Small Computer System Interfase) interfaz
de sistema para pequeños ordenadores o computadoras"
.Permite transferencia de datos en esquemas que van desde los
ocho bits y hasta los treinta y dos bits en paralelo. En
éste caso la aplicación del puerto paralelo es de 8
bits de transferencia del computador y
dos bits mas para direccional los datos anteriores.
Un típico sistema de comunicación en paralelo puede
ser de una dirección (unidireccional) o de dos
direcciones (by direccional). El más simple
mecanismo utilizado en un puerto paralelo de una PC es de tipo
unidireccional y es el que SE utilizo en el simulador.

Figura 57. Distribución de señales
en los pines del conector de salida del PC (hembra)

FUENTE: http://www.doc.ic.ac.uk/~ih/doc/par/

En la grafica anterior esta la disposición de los
pines del puerto paralelo los pines utilizados son del pin2 al
pin 9 en donde envió datos D0-D7 al enviar datos por estos
pines debo tener en cuenta que la dirección es $378
utilizando esta dirección en el protocolo de
programación en este caso Delphi puedo enviar datos desde
0 hasta 255 en decimal o desde 00000000-11111111 en sistema
binario. Este puerto hace parte de la cualquier computadora
comercial.

Figura 58. Diagrama de
conexión interna optocoplador 4N25

Fuente.
http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5989-0292EN.pdf

En el diagrama los números corresponden
a:

1. Ánodo

2. Cátodo

3. NC.

4. Emisor

5. Colector

6. Base

Figura 59. Diagrama de conexión
Optocoplador.

Fuente.
http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5989-0292EN.pdf

El optocoplador sirve en este caso como sistema de
protección del puerto paralelo de esta manera si existe
alguna sobrecarga eléctrica en los circuitos posteriores
esta sobrecarga no afectara al computador.

La configuración de salida del puerto paralelo
queda representada de la siguiente manera definida en el diagrama
esquemático.

El optocoplador anteriormente descrito en este caso el
4N25 es comprado en el mercado y
utilizado para la aplicación que en este caso tiene como
función un aislamiento óptico.

Figura 60. Diagrama esquemático protección
puerto paralelo 378

Fuente: Dibujo Juan
Carlos Castro Medina Reviso Ing. Fabián Jiménez.
Enero 2004.

Fotografía 10. Conexión protoboard puerto
paralelo 378

Fuente: Construyo Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing.
Fabián Jiménez. Enero 2004.

En la aplicación que se hace, una
simulación de desplazamientos en tiempo real en los 3 ejes
x, y, z, se necesita direccionar datos, puesto que la
función del puerto paralelo es sacar datos de 0-255 con su
respectiva dirección. Si es Norte –Sur, Nadir-Cenit,
Este-Oeste, para este fin utilizan los pines uno y catorce, la
cual tiene una dirección $37ª, en el protocolo de
programación.

Por los pines uno y catorce puede sacar datos de 0-3
reales puesto que se escribe un dato mayor a 3 la serie se
repite. Estos datos permiten direccional los datos del puerto
paralelo de D0-D8.

La figura numero 5 muestra la configuración de
protección del direcciónador $37A cuya
función es direccionar datos.

Figura 61. Diagrama dirección 37A

Fuente: Dibujo Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing.
Fabián Jiménez. Febrero 2004.

Fotografía 11. Conexión puerto paralelo
Protoboard 37 A.

Fuente: Fotografía
tomada al montaje realizado por Juan Carlos Castro Medina Reviso
Ing. Fabián Jiménez. Marzo 2004.

3.3
MULTIPLEXORES

Luego de recibir los datos de entrada existe la
necesidad de multiplexar la señal, es decir convertir los
8 datos de la dirección $378 en tres, para que cada una de
ellas pueda manejar una componente Norte Sur, Este Oeste, Nadir
Cenit. Los multiplexores
se podrían definir como interruptores múltiples,
los cuales dan la orden de dejar pasar la señal o no,
dependiendo de la activación o desactivación de los
mismos.

Figura 62. Conexión multiplexores

 

Fuente: Dibujo Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing.
Fabián Jiménez. Marzo Enero 2004.

Figura 63. Diagrama esquemático de
configuración interna 74ls373

http://www.giobe2000.it/HW/DataSheet/Pag/74LS373_1.asp

Del diagrama esquemático, mostrado en la figura
anterior se puede decir que el pin de activación o
desactivación es el pin numero 11. Este pin va a activar
el circuito dejando pasar la señal o desactivar, no
dejando pasar la señal. De esta manera va a definir la
ruta de los datos para su posterior simulación. Este
elemento es comprado en el mercado local.

Figura 64 Diagrama esquemático direccionamiento
multiplexores

Fuente: Dibujo Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing.
Fabián Jiménez. Abril 2004.

El diagrama anterior esta compuesto por compuertas de
tipo negadora, en este caso la SN 7404, adquirida en el mercado.
Esta tiene como función negar el dato de entrada, es decir
si viene un dato 5 saca un dato 0 y si viene un 0 va a sacar un
5. Estas compuertas son las que están ubicadas en la parte
derecha e izquierda de la figura anterior.

Las compuertas que están en el centro son de tipo
Xnor que son la negación de una OR. Esta compuerta tiene
dos pines de entrada y se explica mediante la siguiente
tabla

Tabla 4. Operación de una compuerta OR

Entrada 1

Entrada 2

Operación

salida

1

1

OR (intersección)

1

0

0

OR (intersección)

0

1

0

OR (intersección)

1

0

1

OR (intersección)

1

Fuente: Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing.
Fabián Jiménez. Abril 2004.

Como la compuerta utilizada es de tipo xnor, que
significa una negación de una OR, todos los datos de OR se
invierten como se muestra en la siguiente tabla.

Tabla 5. Operación de una xnor

Entrada 1

Entrada 2

Operación

salida

1

1

Xnor (niega intersección)

0

0

0

Xnor (niega intersección)

1

1

0

Xnor (niega intersección)

0

0

1

Xnor (niega intersección)

0

Fuente: Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing.
Fabián Jiménez. Abril 2004.

Como la posición normal del multiplexor es
enabled (Habilitado), se necesita que entre un dato en o para
deshabilitar el multiplexor.

3.4 CONVERSIÓN DIGITAL
ANALOGA.

La conversión digital análoga, consiste en
tomar el tren de datos que vienen del puerto paralelo y
convertirlos en una señal de corriente directa, que
varié. Para este caso entre cero y 5 voltios. La
configuración electrónica para realizar esta labor
es a través del diagrama esquemático mostrado a
continuación, el cual esta compuesto por un DAC 0808
dispositivo electrónico, adquirido en el mercado, este es
un conversor digital análogo, este dispositivo
electrónico tiene como función, tomar el tren de
datos que vienen del multiplexor y realizar una conversión
de tren de bits a corriente.

A continuación de este será necesario
convertirlo, en una variación de voltaje mediante la
utilización de un amplificador operacional, el cual
entrega una señal de voltaje entre 0 y 10
voltios.

Figura 65.Diagrama esquemático conversor digital
análogo.

Fuente: Juan Carlos Castro Medina Reviso Ing.
Fabián Jiménez. Mayo 2004.

3.5 DESCRIPCION DE
FUNCIONAMIENTO DE RAMPA.

El funcionamiento general del circuito es regular el
ángulo de disparo de un Triac. Este debe regular tanto en
el semiciclo positivo como en el semiciclo negativo.

El circuito en general va a tomar una señal que
proviene de un transformador, el cual toma un voltaje de la
red de 113
voltios, aproximadamente y lo convierte para este caso en 6
voltios a 60 Hz de frecuencia. La señal en la siguiente
fotografía, se observa la onda de corriente alterna
a 6v con una frecuencia de 60 Hz.

Fotografía 12. Señal de corriente
alterna.

Fuente: Fotografía tomada por Juan Carlos Castro
Medina Reviso Ing. Fabián Jiménez. Junio
2004.

Esta es la señal que se observa en la salida del
transformador. En la grafica se puede ver tanto el semiciclo
positivo, como el semiciclo negativo.

Luego de tener la señal de alterna
continúa una etapa de rectificación, la cual
consiste en un puente rectificador de onda completa, la cual
convierte la señal de alterna en una señal con
semiciclos positivos únicamente como se puede observar en
la siguiente fotografía.

Fotografía 13. Señal
rectificada.

Fuente: Fotografía tomada por Juan Carlos Castro
Medina Reviso Ing. Fabián Jiménez. Junio
2004.

Para rectificarla señal se utilizó el
sistema de puente rectificador a 5 amperios RS 205 D.C.
dispositivo electrónico adquirido en el mercado. La
pantalla que se muestra en la anterior fotografía es de un
osciloscopio
del laboratorio de
electrónica 202B.

Fotografía 14. Conexiones puente
rectificador.

Fuente: Fotografía tomada por Juan Carlos Castro
Medina, revisó Javier Hernández Farfán,
revisó Ing. Fabián Jiménez. Julio
2004.

La fotografía anterior muestra el puente
rectificador DC Rs205 el cual convierte la señal de
alterna en señal de corriente continua.

Luego de tener la señal rectificada de 0 a 6,
voltios se pasa al siguiente dispositivo, que es una serie de
amplificadores operacionales Lf 353 adquiridos en el mercado.
Como su nombre lo indica, son aparatos que sirven para hacer
operaciones
dependiendo de su configuración.

Fotografía 15. Sistema de amplificadores
operacionales.

Fuente: Fotografía tomada por Juan Carlos Castro
Medina, revisó Javier Hernández Farfán,
revisó Ing. Fabián Jiménez. Julio
2004.

El primer amplificador operacional tiene como
función hacer la detección de cruce por cero. Este
la realiza de la siguiente manera: se le introduce al
amplificador una señal rectificada y se compara con un
voltaje, el cual se gradúa con una resistencia
variable o potenciómetro lineal de diez mil ohmios,
dispositivo electrónico, comprado en el mercado. Para
poder obtener
una mayor precisión se coloca una referencia en cada valle
de la onda rectificada, es decir cuando la onda sinusoidal corta
con el eje x y la señal de salida es la
siguiente.

Fotografía 16.Onda de detección de cruce
por cero.

Fuente: Fotografía tomada por Juan Carlos Castro
Medina, revisó Javier Hernández Farfán,
revisó Ing. Fabián Jiménez. Julio
2004.

En la siguiente fotografía se observa el montaje
de los circuitos que hacen posible generar la señal
mostrada en la anterior. En esta gráfica la barra azul
hace referencia a la resistencia variable de 10K y el aparato de
color negro con 8
pines es el amplificador operacional Lf353, el cual trabaja con
una polarización de doce voltios positivos y
negativos.

Fotografía 17. Montaje circuito de
detección de cruce por cero

Fuente: Fotografía tomada por Juan Carlos Castro
Medina, revisó Javier Hernández Farfán,
revisó Ing. Fabián Jiménez. Julio
2004.

Los siguientes amplificadores operacionales lo que hacen
es acondicionar la señal del detector de cruce por cero,
para luego entregársela a dos transistores que
van a hacer la función de generar la rampa, para cada uno
de los semiciclos y poder así compararla con un voltaje y
hacer la regulación sobre el Triac. En la siguiente
fotografía se observa el montaje del circuito de
acondicionamiento de detección de cruce por cero y
generador de rampa.

Fotografía 18.Montaje amplificadores de
acondicionamiento

Fuente: Fotografía tomada por Juan Carlos Castro
Medina, revisó Javier Hernández Farfán,
revisó Ing. Fabián Jiménez. Julio
2004.

Después de las dos etapas se hace que se active
un transistor y
descargue un condensador y mientras el estado
lógico es bajo, este hace que el condensador, cuando
está en cero, el se esta cargando y cuando esta el pulso
alto, lo que hace el condensador es descargarse generando la
rampa, la cual consiste en que por cada semiciclo de la onda
corriente alterna (AC) le genera una variación lineal de 0
a 6 voltios.

En este caso el objetivo de la
rampa es compararse con un voltaje de referencia modulando el
ancho de pulso.

En la siguiente fotografía se observa la
señal de rampa.

Fotografía 19. Señal de rampa.

Fuente: Fotografía tomada por Juan Carlos Castro
Medina, revisó Javier Hernández Farfán,
revisó Ing. Fabián Jiménez. Julio
2004.

Una de las características importantes que debe
tener la señal diente de sierra, es que debe estar en fase
con la señal rectificada. De otra forma si la señal
de rampa está en desfase la rampa no sirve para regular el
ancho de pulso. En la siguiente fotografía se observa que
la señal está en fase.

Fotografía 20. Comparación señal
rampa con alterna.

Fuente: Fotografía tomada por Juan Carlos Castro
Medina, revisó Javier Hernández Farfán,
revisó Ing. Fabián Jiménez. Julio
2004.

Al tener la señal de rampa en fase, lo que se
hace es añadir un voltaje de referencia que es el que
viene del circuito de conversión digital análoga,
que hace según los datos de impresión definidos por
puerto paralelo previamente por el software. Esta señal
varia entre cero y 6 voltios, de tal manera que al comparar la
señal que viene de los conversores digitales
análogos con la rampa se genera un ancho de modulación
de pulso, el cual va a disparar el Triac. En la siguiente
secuencia grafica se observa el ancho de modulación de
pulso, a mayor pulso mayor voltaje a menor pulso menor
voltaje.

Fotografía 21. Secuencia modulación ancho
de pulso.

Fuente: Fotografía tomada por Juan Carlos Castro
Medina, revisó Javier Hernández Farfán,
revisó Ing. Fabián Jiménez. Julio
2004.

El ancho de pulso esta variando según el voltaje
de referencia, puesto que al circuito comparador entran 2
señales, en una esta la señal de rampa y en la otra
la variación de

Voltaje, para este caso 0v a 10v, que viene de los
conversores. Al comparar la señal de salida, es una
modulación de pulso que varia directamente dependiendo de
los datos impresos por puerto paralelo del computador.

En la primera señal se observa 0, luego existen
una serie de disparos, posteriormente esos pulsos de disparo se
van volviendo cada vez mas grandes, hasta llegar al máximo
que es la gráfica mostrada en ultima secuencia.

4. DESCRIPCION DE LA
OPERACIÓN DEL PROTOTIPO

4.1 CARACTERISTICAS
TECNICAS.

El simulador de sismo tiene las siguientes
características técnicas:

4.1.1 Desplazamiento Norte Sur: 5
cm.

4.1.2 Desplazamiento Nadir Cenit:
2.5 cm.

4.1.3 Desplazamiento Oriente
Occidente: 6 cm.

4.1.4 Peso de trabajo:
1Kgf

4.1.5 Dimensiones Plataforma:
27cm x 32.5 cm.

4.1.6 Resolución: desde 1s
1ms

4.1.7 Tiempo máximo
trabajo: 3 minutos (continuos)

4.1.8 Capacidad Base de datos: 3
sismos 32000 registros

4.1.9 Alimentación: 120V
Corriente Alterna (red monofasica)

4.1.10 Dimensiones de la mesa:
90cm x 50cm x 70cm

4.2 OPERACIÓN DEL
PROTOTIPO

El simulador se opera de la siguiente manera. En primer
lugar se instala el programa.

Para instalar el programa se copia la carpeta en el
disco duro c:
luego se configura la base de datos. Esta operación se
describe en el capitulo 2.

Para la operación del simulador de sismos,
simplemente se abre la aplicación del simulador, la cual
tiene como dirección
C:SismosAplicaciónsimulador.exe,Tiene cómo icono
la siguiente figura.

Figura 66. Icono Acceso directo al simulador.


Fuente: Dibujo Juan carlos castro Medina Rev. Ing.
Néstor González. Julio 2004

Cuando esto no es posible se puede crear un acceso
directo, para la ejecución del programa.

El software de simulación tiene por defecto tres sismos
los cuales pueden eliminarse y cargarse con otros valores. Para
realizar esta operación debe llevarse acabo de la
siguiente manera: Se abre la base de datos, que tiene la
siguiente dirección
C:SismosAplicaciónsismos.mdb. Enseguida selecciona toda
la base de datos, luego se teclea suprimir. Al hacer esto, la
base de datos esta vacía y lista para llenarse con nuevos
datos.

Para llenar la base de datos se tiene en cuanta que los datos
deben estar preferiblemente en Excel
ordenados de la siguiente forma: primera columna (IdNS),
identificador del sismo. Este define qué sismo es; como el
software de simulación tiene tres sismos, se debe escribir
en estricto orden sismo 0, 1, y 2, la columna 2 (TNS) es el
tiempo en dirección Norte Sur, una serie de tiempos cada
500 ms o cada medio segundo partiendo de 0 y como máximo
valor de
tiempo 3 minutos. En la tercera columna (NS) se debe escribir el
valor del desplazamiento en cm., correspondiente al valor del
tiempo.

Si el valor de desplazamiento es superior a la capacidad del
sismo este automáticamente simula el máximo valor
posible.

Las columnas 4 (IdEO) y 7(IdNC) se deben cargar igual a la 1, las
columnas 5(TEO) y 8(TNC) se deben llenar igual que la columna
dos. Los valores de tiempo máximo pueden variar pero el
intervalo debe mantenerse. En la columna numero 6 (EO) debe
cargarse con los valores de desplazamiento correspondientes a la
dirección Este Oeste en cm. , y por ultimo los valores de
la columna 9 (NC) se carga con los valores de desplazamiento
correspondientes en la dirección Nadir Cenit en
cm.

Figura 67. Base de datos

Fuente: Recopilación de datos de INGEOMINAS, sismo
de jurado 1997, respuesta del suelo en Bogota.
Codificados por Juan Carlos Castro. Julio 2004.

Los valores con los cuales se carguen los datos deben
construirse o conseguirse por la persona que vaya
a utilizar el simulador. Se recomienda la consulta a un ingeniero
sísmico o a un técnico de INGEOMINAS. El trabajo de
investigación aquí descrito tiene como objetivo el
diseño y construcción del simulador de sismos a
escala.
Para la operación del software de simulación es
necesario revisar el capitulo dos, el cual describe los botones y
acción
que realiza cada uno de ellos dentro del programa.
Para la graficación de datos no se debe tener
necesariamente conectado el equipo al simulador de sismos, pero
si se desea simular los datos se debe realizar de la siguiente
manera.
Se abre cualquier forma de simulación, ya sea Este-Oeste,
Norte-Sur, Nadir-Cenit o componentes. Posteriormente, dar la
opción detener, luego reiniciar, enseguida se conecta el
simulador en la red eléctrica y la salida del puerto
paralelo de su PC. Conecte la interfaz.
El simulador debe ser conectado después de realizar los
pasos en el software, de lo contrario no funcionara. Se debe
tener cuidado en apagar el simulador, luego de salir de la
aplicación o de lo contrario el simulador quedara
encendido y las bobinas se fundirán.

Fotografía 22. Prototipo simulador de sismos a
escala.

Fuente: Fotografía tomada por Juan Carlos Castro
Medina revisó Javier Hernández Farfán,
reviso Ing. Fabián Jiménez, Ing. Carlos Arias.
Julio 2004.

5. CONCLUSIONES
1. Se realizó el estudio, diseño y
construcción del prototipo, como simulador de sismos,
propuestos en los objetivos del
proyecto.
2. Con los alcances definidos inicialmente, se trabajó con
datos de sismos ocurridos en Colombia
solamente.
3. La investigación se desarrolló utilizando
conocimientos y competencias de
ingeniería electrónica, de sistemas
y civil. Solo la universidad del
valle, que se conozca tiene un prototipo con fuerza
uníaxial, sin que utilice los campos
electromagnéticos. Estas referencias se conocieron en la
etapa final del trabajo ejecutado, sin que tuviera mutua
relación.
4. Se desarrollaron cuatro etapas, bien definidas que se
describen: Electromecánica, programación,
electrónica y construcción final del prototipo
5. El software construido dibuja las trazas de desplacigramas en
tiempo real en la simulación grafica en direcciones Este
Oeste, Norte Sur, Nadir Cenit y las tres
simultáneamente.
6. El software construido imprime por puerto paralelo, las trazas
de los desplazamientos en las direcciones Este Oeste, Norte Sur,
Nadir Cenit y las tres simultáneamente.
7. El circuito de control diseñado y construido codifica
la señal de computador y aplica una variación de
voltaje, sobre los actuadores de 0 a 113 voltios.
8. El sistema electromecánico funciona correctamente, en
solitario y simultáneamente en función de los datos
impresos por puerto paralelo.
9. El prototipo construido, en todas sus etapas, trabaja en
conjunto con una excelente sincronía.
10. La utilización de circuitos definidos por otros
autores especialmente si son del primer mundo, no son aplicables
en Colombia, por las condiciones tecnológicas y por la
calidad de los
materiales. Los elementos electrónicos comprados en
Colombia no ofrecen características técnicas
ideales.
11. La operación del conversor DAC 0808 es de conversor
digital análogo de corriente y trabaja con lógica
inversa.
12. Para la realización del detector de cruce por cero y
la rampa, se realizó en el laboratorio de
electrónica y la aplicación de conceptos de forma
empírica, hasta obtener una onda óptima.
13. La corriente que sale del conversor digital análogo se
convirtió en voltaje mediante la utilización de un
amplificador operacional.
14. La construcción del prototipo del simulador de sismos
requirió un trabajo conjunto y continuo de gran
dedicación. El tiempo máximo de trabajo del
simulador es de 3 minutos.
15. Los Timers del software de simulación no dan valores
reales, se requiere una calibración especial para cada
computador que vaya a utilizarse
16. El circuito de potencia de las
bobinas Nadir Cenit se le colocó un condensador con el fin
de cortar los picos y evitar que se quemaran los Triacs.
17. El circuito de disparo de las bobinas se trabajó por
retroalimentación.
18. La opción de graficación tipo Tchart en Delphi
es una excelente herramienta de graficación, utilizada
óptimamente en la investigación.
19. El simulador de sismos debe optimizarse en el sentido de
comprobación y verificación de datos de
simulación. Los datos de ejecución deben tener el
mínimo de error permitido.
20. El desarrollo del simulador de sismos se debió al
apoyo que dio la Universidad Santo Tomas Tunja y al empeño
que tuvo el investigador principal y la colaboración de
los asesores.

6. RECOMENDACIONES.
1. A partir de esta investigación se puede iniciar nuevos
proyectos, que
permitan disminuir la vulnerabilidad sísmica de las
estructuras,
ante la acción de los movimientos telúricos.
2. Diseñar y construir nuevos prototipos, que trabajen con
cargas y desplazamiento a una escala superior, para hacer
más efectivo el proceso de
mitigación.
3. El circuito del simulador de sismos se debe optimizar y pasar
a una baquelita, para que sea mucho más robusto.
4. Se debe mejorar la presentación del prototipo si se
desea buscar comercialización.
5. Se plantea que el investigador principal continua con el
proceso de mejoramiento y calibración del simulador, el
cual beneficia de forma directa igualmente a la universidad Santo
Tomas Tunja.
6. Se debe buscar un mecanismo de calibración mediante la
utilización de un sismógrafo digital.
7. El prototipo construido esta listo para utilizarse como punto
de referencia para la estabilización del sistema
electromagnético de estabilización.

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http://www.simplentrol.com/Esp/NuevosBloques.htm#Bloque_Generador_de_Rampa_Controlada

AGRADECIMIENTOS
Agradezco a Dios en primer lugar por
haberme concedido medios,
espacios y
capacidades para desarrollar este trabajo.
A la universidad y profesores quienes me
dieron el apoyo y asesoria oportuna
y permanente. A mis padres quienes
con enorme sacrificio me proporcionaron los
medios para estudiar en esta universidad

 

JUAN CARLOS CASTRO MEDINA

Trabajo de grado
UNIVERSIDAD SANTO TOMAS
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
TUNJA
2004

Partes: 1, 2
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