10 MARCO TEORICO
Ahora se muestra el grupo central de conceptos y teorías que se utilizará como base para formular y desarrollar la presente investigación, dando comienzo por investigaciones que antecedan la presente y aporten información relacionada, de esta forma establecer un orden a seguir. Dando paso a las bases teóricas donde se aclararán los conceptos utilizados para describir la problemática para poder lograr tener una mayor comprensión del tema y apreciación de las variables estudiadas de esta investigación.
2.1. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACION
Los antecedentes son las investigaciones previas realizadas que dan base a nuevas investigaciones, en el caso de esta investigación se utilizarán las siguientes Proyectos: En primera instancia, Navarro, Rios y Parra (2004) elaboraron la investigación titulada: “sensores de ultrasonido usados en robótica móvil para la medición de distancias” publicado como artículo en la revista de la Universidad Tecnológica de Pereira llamada Scientia et Technica.
Cuyo propósito es introducir la tecnología de sensores ultrasónicos con aplicados para la medición de distancia. Además, hacen énfasis en sistemas basados en el tiempo de vuelo, describiendo detalladamente el funcionamiento, el propósito y así como los principales estándares existentes para el desarrollo y funcionamiento de un sistema de medición de distancia, así como algunos problemas implícitos. Los métodos de investigación
utilizados fueron: investigación proyectiva e investigación descriptiva, bajo la teoría de Cai y Regtien (1993), Stott, Sanders y Tewkesbury (2000), entre otros; dentro de una línea investigativa dirigida a control de procesos.
Respecto a las soluciones, los sensores ultrasónicos presentan una serie de características que los ubican entre una de las tecnologías mayor implementadas a nivel global, brindan soluciones flexibles y necesarias en las áreas de la fabricación, incluyendo los controles de calidad y proceso.
Las aplicaciones industriales para sensores ultrasónicos incluyen la detección del nivel de llenado; la detección de objetos y materiales transparentes; el control de la tensión del bucle; y la medición de la distancia.
Entre las industrias que utilizan sensores ultrasónicos se encuentran las de empaques, botellas, manejo de materiales, automotriz, entre otras. De esta manera, la flexibilidad de esta tecnología para integrarse con prácticamente cualquier tipo de sistema de detección de objetos o localización, es uno de los principales aportes de esta tecnología, impulsando nuevas formas de interacción.
Tomando a Marinelli (2010) la cual presenta el proyecto de investigación
“evaluación de la efectividad para detectar obstáculos y representarlos en V.R.M.L. de un sistema de navegación para robot mediante sonar”
Universidad Nacional de Misiones. Posadas, Argentina el cual fue realizado para optar al título de magister en Informática y computación El objetivo de esta tesis es evaluar la eficiencia para detectar obstáculos y representarlos en V.R.M.L. de un sistema de visión artificial por ultrasonido.
El dispositivo obtiene una lectura de los obstáculos por medio de un cabezal móvil, en donde se encuentran los transductores de emisión y recepción de ultrasonido, estos barren un sector comprendido por un ángulo de noventa grados y tras un tratamiento electrónico de las señales las envía a un pc donde reside el programa de control. El programa de control se comunica con el cabezal a través del puerto paralelo del pc, utilizando el puerto de salida de datos para controlar un motor paso a paso.
Esto provoca el movimiento de barrido del dispositivo y además para enviar la señal de sincronismo al emisor de ultrasonidos. El puerto de entrada de datos de la interface paralelo se utiliza para recibir la señal digitalizada del receptor de ultrasonido la investigación se guio con Barshan (1999), Sekmen (1999) y Baskent (1998). Su es Metodología Proyectiva y Descriptiva. El aporte se considera como el fundamento teórico construido por Marinelli en el área de funcionamiento y análisis de datos obtenidos de los sensores ultrasónicos.
Por otra parte, los autores Raya y Frizera (2011) desarrollaron el proyecto de investigación titulado “Configuración de un sistema ultrasónico multisensor para navegación asistida de niños con deficiencias neuromotoras” efectuado en el Instituto de Automática Industrial (CSIC) Madrid España. En él explica el sistema en desarrollo PALMIBER es un vehículo de ayuda a la movilidad y desarrollo asistido para niños con discapacidades neuromotoras graves.
El vehículo presenta distintos niveles de dificultad en su conducción desde navegación autónoma hasta dirección completa por parte del niño. En el presente trabajo se exponen el concepto y objetivo del proyecto centrando la atención en los estudios realizados para diseñar un sistema sensorial basado en ultrasonidos para la detección de obstáculos en la navegación. En primer lugar, se muestra la estructura general del sistema con cada uno de los módulos que contiene. Seguidamente, se describe el estudio y caracterización del transductor donde se analiza el lóbulo espacial de energía, sensibilidad y zona muerta. Finalmente, se muestra la mejor distribución de los sensores en el vehículo después de las simulaciones y estudios geométricos realizados con el fin de obtener una cobertura de 360º alrededor del vehículo. Esta investigación está basada en Bergasa (1999), Ceres (2000), Martín (1999) esta investigación utilizo una metodología de tipo proyectiva y descriptiva.
Por otro lado, se concluyó que del pre-procesamiento analógico de la señal se obtiene la envolvente de la señal portadora recibida por el sensor. El análisis de esta señal los permite obtener una precisión superior al centímetro por lo que resulta adecuada, y de esta forma el módulo de adquisición puede trabajar a frecuencias de muestreo no muy elevadas, siendo para nuestro caso de 100kHz. Para el aporte se toma como ejemplo donde se muestran datos reales del funcionamiento del sonar aplicados para ayuda personas discapacitadas en este caso niños lo que puede ser interpolado para el uso en invidentes y como fundamento para su simulación.
Recientemente Alvarez, Jimenez y Guzman (2013) muestran una investigación titulada “Identificación de un ambiente desconocido e implementación de un grafo de visibilidad para el cambio de configuración de un robot” publicado como un artículo en la Revista virtual de la Universidad Catolica del Norte. El cual presenta una propuesta para la construcción de grafos de visibilidad como método de planificación de movimientos en un ambiente desconocido, mediante el uso de un sistema de sensores en un robot Lego Mindstorm NXT.
La tarea a cumplir es la de obtener la ubicación de los diferentes vértices de los obstáculos, utilizando los datos proporcionados por el sistema de sensores. Los cuales tienen la finalidad de generar un grafo de visibilidad con todas las posibles trayectorias a recorrer por el robot en el ambiente identificado, el cual es representado gráficamente en un ordenador. Con el grafo de visibilidad generado se busca obtener la ruta óptima libre de colisiones a realizar por el robot desde una configuración inicial a una configuración final.
Esta investigación cuenta con una metodología de investigación proyectiva descriptiva guiada en Choset. K (2005), de la Rosa. E (2004) y Latombe. J (1991). Los resultados en la propuesta expuesta en este artículo se han demostrado como mediante la identificación de un ambiente desconocido y su posterior uso con el método de grafos de visibilidad, se puede hallar una
ruta óptima para lograr un cambio de configuración de un robot. Dando como aporte una interfaz lógica diseñada con sistemas de sensores para el uso de navegación y ubicaciones en ambientes desconocidos para el usuario.
A continuación Medina y Callejo (2014) con su proyecto llamado
“Aplicación móvil como herramienta de ubicación y demarcación de rutas para invidentes, utilizando realidad aumentada” presentado como un artículo en la revista Ventana Informática de la Universidad de Manizales. Se presenta una propuesta basada en el desarrollo de una aplicación para dispositivos móviles que cuenten con sistemas operativos Android, integrando dos herramientas de demarcación como es realidad aumentada y geoposicionamiento, contribuyendo a una mejor movilidad de personas invidentes en la cuidad de Tunja.
La solución consta de un primer módulo de geo-referencia el cual se encarga del almacenamiento de los puntos geográficamente importantes sobre los puntos geométricamente seleccionadas; un segundo estudio trata de escoger la ruta óptima que la persona puede recorrer, basándose en los puntos reconocidos estratégicamente, ayudara a reconocer los lugares por los que la persona pueda guiarse como referencia durante su trayectoria. La investigación se basa en los autores Reino (1997), Sari & Harwahyu (2011) y Gorricho (2004).
Como resultado se tiene que con la implementación de la capa de Layar como gestor de realidad aumentada, para la descripción de los puntos que se encuentran sobre las rutas demarcadas, permite que la parte sensorial para la persona invidente sea amigable y fácil de percibir, debido a que al escoger la ruta, los puntos de referencia estarán descritos, permitiendo de esta forma conocer el lugar por donde está transitando, y también saber que tan lejos puede estar de su destino.
El avance tecnológico permite hacer nuevas investigaciones que están haciendo uso de nuevas herramientas y tecnologías acorde a las necesidades que se presentan, sin importar la condición social o física de las
personas, mejorando de esta manera el modo de vida de las persona. El aporte de este articulo está en que demuestra que las personas invidentes son capases de interactuar con tecnología con el objetivo de facilitar su vida cotidiana.
Los investigadores Brengi y Lupi (2016) presentan “sistema de detección combinado para sensores ultrasónicos” en el Instituto Nacional de Tecnología Industrial (INTI) Buenos Aires, Argentina. En este trabajo se presenta un sistema combinado de detección de eco ultrasónico para medición de distancias, que une las ventajas de dos circuitos detectores.
Para grandes distancias es conveniente utilizar un detector por tonos, debido a que con este método no es necesario realizar un control de ganancia.
En distancias menores dentro de la zona muerta del discriminador de tonos, se utiliza un detector por umbral optimizado para trabajar en el área más próxima al receptor. Se obtiene así un circuito simple y de bajo costo, cuya utilización está orientada a vehículos autoguiados como soporte para niños discapacitados. Abreu (1990) y Calderón (1989) metodología del tipo proyectiva y descriptiva.
Los resultados presentan que combinando la detección por umbral para cortas distancias con la de tonos para distancias mayores se logró un rango continuo de medición que, para el sistema presentado, cubre desde poco más de un centímetro hasta un metro y medio. Gracias a la utilización de multiplexores, el circuito utilizado posee capacidad para ocho sensores y ocho transmisores. El aporte en esta investigación está enfocado en la construcción de arquitectura para el funcionamiento del sensor ultrasónico explicado paso a paso y con detalles claros de su funcionamiento para el uso de mediciones de distancia en los rangos que se encuentra la investigación
2.2. BASES TEORICAS
A continuación, se presentan los aspectos teóricos bajo los cuales se fundamenta la investigación, Con el fin de lograr un mejor entendimiento y apreciación de las variables estudiadas y a su vez sustentar teóricamente la presente investigación la cual está orientada a la propuesta de un sistema de detección de obstáculos para invidentes y dar a conocer las respectivas definiciones de las variables establecidas.
2.2.1 SISTEMA DE DETECCIÓN DE OBSTÁCULO PARA INVIDENTES.
Nazli, Roozbeh, Sabalan (2011), en su trabajo presentado en el Congreso Mundial de Ingenieros en Londres “An Obstacle Detection System for Blind People” (Un sistema de detección obstáculos para invidentes) definen el mismo como un instrumento que permitirá a las personas invidentes encontrar objetos en el suelo mientras se encuentren caminando. La detección de obstáculos es un campo que conlleva un gran esfuerzo que ha llevado a un vasto progreso en sistemas donde la seguridad es primordial, y a la vez, en sistemas de protocolos primarios y secundarios de seguridad.
Para detectar obstáculos en un rango medio, ya sean en movimiento o estáticos, diferentes tipos de tecnologías han sido empleadas, entre los cuales están escáneres laser basados en fusión, radares y la visión de máquina, todas creadas con el propósito de obtener información adicional para una mejor interpretación del entorno.
DISCAPACIDAD VISUAL
Según la OMS (Organización Mundial de la Salud) La discapacidad visual es "cualquier restricción o carencia (resultado de una deficiencia) de la capacidad de realizar una actividad en la misma forma o grado que se considera normal para un ser humano. Se refiere a actividades complejas e integradas que se esperan de las personas o del cuerpo en conjunto, como pueden ser las representadas por tareas, aptitudes y conductas".
La discapacidad visual moderada y la discapacidad visual grave se reagrupan comúnmente bajo el término “baja visión”; la baja visión y la ceguera representan conjuntamente el total de casos de discapacidad visual.
Las personas con deficiencia visual queremos señalar a aquellas personas que con la mejor corrección posible podrían ver o distinguir, aunque con gran dificultad, algunos objetos a una distancia muy corta.
La invidencia, o comúnmente denominada como ceguera, es la falta de visión y también se puede referir a la pérdida de la visión que no se puede corregir con gafas o lentes de contacto6. A continuación se muestra la clasificación de la ceguera.
La ceguera parcial significa que la visión es muy limitada.
La ceguera completa significa que no se puede ver nada, ni siquiera la luz (la mayoría de las personas que emplean el término "ceguera"
quieren decir ceguera completa).
La ceguera puede ser resultado de una enfermedad, lesión, o cualquier otra condición que limite la visión. La ceguera legal significa que una persona posee una visión de 20/200 o menor, una persona que tiene 20/200 de visión puede ver objetos a 20 pies (6 metros) a diferencia de una persona con un perfecto 20/20 que puede ver a 200 pies (60,9 metros). Saber los desafíos que genera la ceguera puede ayudar a que las personas videntes comprendan los desafíos que las personas no videntes deben afrontar cada día.
2.2.2 PARAMETROS FISICOS
Según Hernández (2008) Un parámetro es todo aquel dato el cual se considera imprescindible y orientativo para lograr evaluar una determinada situación. Es a partir de un parámetro por el cual una circunstancia es posible de comprender o de ser ubicada. Los parámetros consisten en un conjunto de variables, que hacen posible el reconocimiento, dentro de un conjunto de elementos, a cada unidad por medio de su correspondiente valor numérico.
Por lo tanto se considera a un parámetro como todo elemento perteneciente a un sistema que permite la caracterización del comportamiento perteneciente a los procesos ejecutados dentro del mismo.
Para efectos de la presente investigación se tomarán en cuenta los parámetros físicos pertenecientes al sistema de detección de obstáculos los cuales son básicamente la distancia entre el usuario y el obstáculo, el área en frente de los sensores, y la frecuencia con la que los controladores efectúan los barridos de ondas ultrasónicas para detectar los obstáculos.
2.2.2.1 DISTANCIA
De acuerdo a Arias y Maza (2008), la distancia es el espacio existente entre dos puntos de un plano bidimensional equivalente a la longitud del segmento de la recta por la cual están unidos. En un espacio más complejo (no euclidiano), la distancia es el camino más corto que puede hallarse entre ambos puntos. En la física, se conoce como distancia a la magnitud escalar que puede reflejarse en unidades de tiempo o longitud.
Por lo tanto, la distancia se define como una magnitud que mide la relación de lejanía o cercanía entre dos cuerpos, objetos o individuos. De igual forma, la distancia entre dos puntos es la longitud del camino más corto entre ambos. Es decir, la medición del grado de cercanía que existe entre los dos. La misma suele medirse en kilómetros, centímetros o en milímetros de acuerdo al sistema internacional respectivamente.
Así lo establece Serway (2010) La distancia se refiere a cuanto espacio recorre un objeto durante su movimiento. Es la cantidad movida. También se dice que es la suma de las distancias recorridas. Por ser una medida de longitud, la distancia se expresa en unidades de metro según el Sistema Internacional de Medidas. Al expresar la distancia, por ser una cantidad escalar, basta con mencionar la magnitud y la unidad. Por otra parte, El desplazamiento se refiere a la distancia y la dirección de la posición final respecto a la posición inicial de un objeto. Al igual que la distancia, el desplazamiento es una medida de longitud por lo que el metro es la unidad de medida. Sin embargo, al expresar el desplazamiento se hace en términos de la magnitud con su respectiva unidad de medida y la dirección. El desplazamiento es una cantidad de tipo vectorial. Los vectores se describen a partir de la magnitud y de la dirección
2.2.2.2 AREA
El área según Spiegel (1992) se refiere a superficies planas. Cualquier superficie plana de lados rectos es decir, cualquier polígono puede triangularse, y se puede calcular su área como suma de las áreas de los triángulos en que se descompone. Ocasionalmente se usa el término
"área" como sinónimo de superficie, cuando no existe confusión entre el concepto geométrico en sí mismo (superficie) y la magnitud métrica asociada al concepto geométrico (área). Se considera área a cierta superficie que está marcada por límites, además de estar etiquetada como específica para algo.
En matemáticas un área es la extensión que podría presentar una figura geométrica y la que debe ser medida.
Sánchez Mármol (1947) expresa que “siendo los cuerpos porciones del espacio limitadas por superficies cerradas, intuitivamente concebimos que dos cuerpos, teniendo formas geométricas distintas, pueden encerrar en su contorno porciones iguales en el espacio; tener igual extensión. A estos
cuerpos se los denomina equivalentes”. Luego dice que al comparar la extensión de las figuras en el espacio se pueden definir para ellas las operaciones de adición y sustracción así como establecer las relaciones de igualdad y desigualdad; “resultando ser los sólidos una nueva especie de magnitudes homogéneas”. Luego define poliedros equicompuestos, equivalentes y volumen como:
“La medida de un cuerpo con relación a la unidad elegida se denomina volumen del cuerpo. La unidad elegida es el volumen del cubo que tiene por arista la unidad de longitud. Dos cuerpos iguales o equicompuestos o equivalentes, tienen igual volumen. La equivalencia y la equicomposición entre poliedros y la equivalencia entre algunos de éstos con los cuerpos limitados por superficies curvas, permite la determinación de los volúmenes de aquellos sólidos que son objeto de estudio en la geometría elemental”
2.2.2.3 FRECUENCIA
Según Rouse (2013) la frecuencia para una oscilación o corriente variable es el número de ciclos completos por segundo en los que se alterna dicha corriente. La unidad estándar de la frecuencia es el Hertz. Si una corriente completa un siclo por segundo, la frecuencia será de 1 Hz, 60 siclos por segundo equivalen a 60 Hz. La frecuencia es fundamental para las comunicaciones de equipos inalámbricos, debido a que la señal está matemáticamente relacionada con el ancho de banda.
Los sistemas de radio comunicación constan de dos componentes: un transmisor y un receptor. El primero genera oscilaciones eléctricas con una frecuencia determinada denominada frecuencia portadora que se irradian en la antena en forma de ondas electromagnéticas, llamada onda portadora, que en combinación con la información a transmitir, onda moduladora, constituyen el conjunto de la transmisión que viaja por el espacio hasta ser detectada por el receptor que efectúa el proceso inverso de desmodulación para obtener a través de un convertidor la información transmitida
2.2.3 PARAMETROS ELECTRICOS
Según Beltrán (2016) los parámetros eléctricos se definen como todas aquellas condiciones que afectan a un equipo de manera eléctrica a través de variables físicas que se transforman con respecto al tiempo. Una vez se ha definido que el suministro mayoritario de un equipo eléctrico se realiza en la actualidad mediante el empleo de la corriente alterna o directa, es necesario conocer algunos de sus parámetros o características que lo definen. Las más importantes son: frecuencia, periodo, energía o potencia, tensiones más usuales, transformación y formas de conexión. Para ello se presentan los siguientes conceptos.
2.2.3.1 CORRIENTE DE OPERACON
Según Finn (2010) La Corriente es un término que proviene del latín
“Currere” que quiere decir “Correr”. Es un adjetivo que sirve para calificar todo aquello que a través de un cauce o canal tiende a moverse con su propia fuerza. De esta manera nos referimos a la corriente de un río, ya que el agua circula a través del canal natural que se forma, esta corriente puede tener una velocidad que varía según las condiciones climáticas, cuando decimos que el río tiene unacorriente fuerte es porque la cantidad de agua es superior a la normal.
Históricamente, se definió como un flujo de cargas positivas y se fijó el sentido convencional de circulación de la corriente como un flujo de cargas desde el polo positivo al negativo. Sin embargo, posteriormente se observó, gracias al efecto Hall, que en los metales los portadores de carga son electrones, con carga negativa, y se desplazan en sentido contrario al convencional. A partir de la corriente eléctrica se definen dos magnitudes: la intensidad y la densidad de corriente. El valor de la intensidad de corriente que atraviesa un circuito es determinante para calcular la sección de los elementos conductores del mismo
2.2.3.2 VOLTAJE DE OPERACIÓN
Según Finn (2010) El voltaje es una magnitud física, con la cual podemos cuantificar o “medir” la diferencia de potencial eléctrico o la tensión eléctrica entre dos puntos, y es medible mediante un aparato llamado voltímetro. En cada país el voltaje estándar de corriente eléctrica tiene un número específico, aunque en muchos son compartidos. Por ejemplo, en la mayoría de los países de América Latina el voltaje estándar es de 220 voltios.
La corriente eléctrica se genera por un traslado o traspaso de cargas enérgicas, lo cual se conoce como Ley de Henry, y podría resumirse el proceso de la siguiente manera: dos puntos, pongamos A y B, tienen diferencia de potencial pero aun así son unidos por un conductor. Esto provocará un flujo o traspaso de electrones, entonces del punto A que posee mayor potencial se producirá el traspaso de una parte de la carga, mediante el conducto, al otro punto (B) que posee menor potencial. El traspaso cesará solo cuando ambos puntos A y B igualen su capacidad de potencial eléctrico.
Ese traspaso descripto es lo que comúnmente conocemos como corriente eléctrica.
El símbolo con el cual es representado el voltaje o tensión eléctrica es V, que representa a la unidad de medida que es el voltio o volt. Su nombre, deriva de Alessandro Volta, físico italiano que ingenió en el siglo XVII la pila eléctrica, luego denominada pila voltaica (también en honor a su mentor). Lo que hizo Volta fue “descubrir” los dos materiales que eran capaces de conducir electricidad de manera constante, un problema de la física que acarreaba desde los tiempos de Luigi Galvani, otro físico italiano que comenzó a indagar sobre las posibilidades de generar este tipo de electricidad continua. Los dos materiales propuestos por Volta fueron el zinc y la plata.
El voltio tiene capacidad de ser fragmentado, tal como lo son otras medidas como el metro, y entonces podemos encontrar unidades de medidas tales como: centivoltio, decivoltio, milivoltio, decavoltio, hectavoltio,
etc. Para tener una idea en general, una pila alcalina no recargable de las que denominamos comúnmente AA (doble A) tiene una capacidad de 1.5V.
Mientras, una batería de litio que sea recargable tiene un potencial de 3.75V.
Respecto a los voltajes, como decíamos, en casi todos los países de América del Sur el voltaje estándar es de 200V. En Europa, utilizan un voltaje de 230V, mientras en Oceanía asciende a 240V. En Norteamérica, el voltaje de potencial eléctrico es de 120V, y en Japón de 100V. De América Latina, sólo Colombia, Ecuador y Venezuela no comparten el volta de 220, y utilizan 110V.
Cuando un voltaje es generado por una batería, o por la fuerza magnética de acuerdo con la ley de Faraday, este voltaje generado, se llama tradicionalmente "fuerza electromotriz" o fem. La fem representa energía por unidad de carga (voltaje), generada por un mecanismo y disponible para su uso. No es una "fuerza". El término fem se conserva por razones históricas.
Es útil distinguir estos voltajes generados de los cambios de voltaje que ocurren en un circuito, como resultado de una disipación de energía, como por ejemplo en una resistencia.
2.2.3.3 POTENCIA DE LOS MOTORES
Según Serway (2010) En la definición del trabajo no se especifica cuánto tiempo toma realizarlo. Cuando subes las escaleras con una carga haces el mismo trabajo ya sea que subas lentamente o corriendo. ¿Entonces por qué te sientes más fatigado cuando corres escalera arriba durante unos cuantos segundos que cuando subes tranquilamente durante unos minutos? Para entender esta diferencia es menester referirse a la rapidez con que se hace el trabajo, es decir, a la potencia. La potencia es la razón de cambio a la que se realiza el trabajo. Es igual al cociente del trabajorealizado entre el intervalo de tiempo que tomarealizarlo
Por otra parte, Finn (2010) establece el concepto de potencia eléctrica como la relación de paso de energía de un flujo por unidad de tiempo; es decir, la cantidad de energíaentregada o absorbida por un elemento en un momento determinado. La unidad en el sistema internacional de unidades el vatio (watt).Cuando una corriente eléctrica fluye en cualquier circuito, puede transferir energía al hacer un trabajo mecánico o termodinámico. Los dispositivos convierten la energía eléctrica de muchas maneras útiles, como calor, luz (lámpara incandescente), movimiento (motor eléctrico), sonido (altavoz) o procesos químicos.
La electricidad se puede producir mecánica o químicamente por la generación de energía eléctrica, o también por la transformación de la luz en las células fotoeléctricas. Por último, se puede almacenar químicamente en baterías.La energía consumida por un dispositivo eléctrico se mide en vatios-hora (Wh), o en kilovatios-hora (kWh). Normalmente las empresas que suministran energía eléctrica a la industria y los hogares, en lugar de facturar el consumo en vatios-hora, lo hacen en kilovatios-hora (kWh).
La potencia en vatios (W) o kilovatios (kW) de todos los aparatos eléctricos debe figurar junto con la tensión de alimentación en una placa metálica ubicada, generalmente, en la parte trasera de dichos equipos. En los motores, esa placa se halla colocada en uno de sus costados y en el caso de las bombillas de alumbrado el dato viene impreso en el cristal o en su base.
Características de estructura
Inicialmente, se puede explicar que una estructura es la distribución y el orden de los componentes o las partes de una obra de ingenio, de la misma manera, una estructura también se puede definir como aquel sistema de conceptos que se encuentran enlazados entre si y cuya razón de ser será la de precisar la esencia del objeto de estudio, es decir, tanto la realidad como el lenguaje que se habla tendrá su propia y particular estructura. Por lo
tanto, la estructura de un sistema de detección de obstáculos se caracteriza por contar con 3 elementos esenciales: el elemento que hará la visualización del entorno, el controlador que determinara cuales objetos son considerados como obstáculos y el medio por el cual el sistema señalara al usuario cual es la forma en la que puede esquivar los obstáculos.
Sistema de medidas
Según Pallas (1994) se denomina sistema a la combinación de dos o más elementos, subconjuntos y partes necesarias para realizar una o varias funciones. En los sistemas de medida, esta función es la asignación objetiva y empírica de un número a una propiedad o cualidad de un objeto o evento, de tal forma que la describa. Es decir, el resultado de la medida debe ser:
independiente del observador (objetiva), basada en la experimentación (empírica), y de tal forma que exista una correspondencia entre las relaciones numéricas y las relaciones entre las propiedades descritas.
Figura 1. Estructura general de un sistema de medida y control.
Fuente: Pallas (1994)
En la Figura 1 se describe la estructura general de un sistema de medida y control, la realización de una medida implica, pues además de adquisición de la información, realizada por un elemento sensor o transductor, también el procesamiento de dicha información y la presentación de resultados de forma que puedan ser percibidos por nuestros sentidos. Cualquiera de estas Funciones puede ser local o remota, implicando la necesidad de transmitir la información.
Transductores
Pallas (1994) Denomina como transductor, en general, a todo dispositivo que convierte una señal de una forma física en una señal correspondiente, pero de otra forma física distinta. Es, por tanto, un dispositivo que convierte un tipo de energía en otro. Esto significa que la señal de entrada es siempre una energía o potencia, pero al medir, una de las componentes de la señal suele ser tan pequeña que puede despreciarse, y se interpreta que se mide solo la otra componente. En la práctica se consideran transductores por antonomasia aquellos que ofrecen una señal de salida eléctrica. Ello se debe al interés de este tipo de señales en la mayoría de procesos de medida.
Sensor
Pallas (1994) Un sensor es un dispositivo que a partir de la energía del medio donde se mide, da una señal de salida transducible que es función de la variable medida. Sensor sugiere un significado más extenso. La aplicación de los sentidos para la adquirir un conocimiento de cantidades físicas que, por su naturaleza o tamaño, no pueden ser percibidas directamente por los sentidos.
Acondicionadores
Pallas (1994) Los acondicionadores de señal, adaptadores o amplificadores, en sentido amplio, son los elementos del sistema de medidas que ofrecen, a partir de la señal de salida de un sensor electrónico, una señal apta para ser presentada o registrada o que simplemente permita un procesamiento posterior mediante un equipo o instrumento estándar.
Consisten normalmente en circuitos eléctricos que ofrecen, entre otras funciones, las siguientes: amplificación, filtrado, adaptación de impedancia y modulación o demodulación.
Si se considera, por ejemplo, el caso en que una de las etapas de tratamiento de la señal de medidas es digital, si la salida del sensor es analógica, que es lo más frecuente, hará falta un convertidor A/D. estos tienen una impedancia de entrada limitada, exigen que la señal aplicada se continua o de frecuencia de entrada limitada, exigen que la señal aplicada sea continua o de frecuencia de variación lenta, y que su amplitud este entre unos límites determinados, que no suelen exceder de 10V. todas estas exigencias obligan a interponer un acondicionador de señal entre el sensor, que muchas veces ofrece señales de apenas unos milivoltios y un convertidos A/D.
Presentación
Pallas (1994) La presentación de los resultados puede ser de forma analógica (óptica, acústica o táctil) o numérica (óptica). El registro puede ser magnético o sobre papel, e incluso eléctrico (memorias eléctricas), y exige siempre que la información de entrada este de forma eléctrica.
Interfaces
Pallas (1994) En los sistemas de medida, las Funciones de Transduccion, acondicionamiento, procesamiento y presentación, no siempre se pueden asociar a elementos físicos distintos. Además, la separación entre el acondicionamiento y el procesamiento puede ser a veces difícil de definir.
Pero, en general, siempre es necesario una acción sobre la señal la señal del sensor antes de su utilización final. Con el termino interfaz se designa, en ocasiones, el conjunto de elementos que modifica las señales, cambiando incluso de dominio de datos, pero sin cambiar su naturaleza, es decir, permaneció siempre en el domino eléctrico.
Dominio de datos
Pallas (1994) Se denomina dominio de datos al nombre de una magnitud mediante la que se representa o se transmite información. El concepto de dominio de datos y el de conversiones entre dominios, es de gran interés para describir los transductores y los circuitos eléctricos asociados. En la Figura 1.2 se representa un diagrama con algunos de los posibles dominios, detallando en particular ciertos dominios eléctricos.
En el dominio analógico, la información está en la amplitud de la señal, bien se trate de cargar, corriente, tensión o potencia, en el dominio temporal, la información no está en la amplitud de las señales, sino en las relaciones temporales: periodo o frecuencia, anchura de pulsos, fase, en el dominio digital, las señales tienen solo don niveles. La información puede estar en el número de pulsos, o venir representada por palabras serie o paralelo codificadas.
Figura 2: Dominio de datos Fuente: Pallas (1994)
2.2.4 HARDWARE
Según Garrido (2006) El hardware es la parte física de un ordenador o sistema informático, está formado por los componentes eléctricos, electrónicos, electromecánicos y mecánicos, tales como circuitos de cables y circuitos de luz, placas, utensilios, cadenas y cualquier otro material, en estado físico, que sea necesario para hacer que el equipo funcione. El hardware es básicamente utilizado por las computadoras y aparatos electrónicos. Cualquier parte del equipo, como llaves, cerraduras, cadenas y piezas de la computadora en sí, se llama hardware. El hardware no se limita a los ordenadores personales, también se dispone en los automóviles, teléfonos móviles, cámaras, robots, entre otros
Así lo afirma Postro (2010) como la parte física de la informática, el material que se emplea para que un ordenador o cualquier aparato electrónico pueda funcionar y ejecutar las tareas para las que han sido diseñados. Es pues el soporte vital de un ordenador. Tomando una pequeña metáfora, sería para una máquina lo que para nosotros es nuestro cuerpo. A través de nuestros sentidos recibimos información, que nuestro cerebro procesa, y que finalmente traduce en órdenes a nuestros músculos, órganos, entre otros.
2.2.4.1. ARQUITECTURA FISICA
Según Bonifacio (2010) define la arquitectura como el arte de idear, diseñar y construir edificios, así como estructuras de hierro donde se puedan desenvolver las actividades humanas, y que, a la vez, sean funcionales, perdurables y estéticamente valiosos., La arquitectura es una disciplina que se rige por un conjunto de principios técnicos y estéticos, donde la belleza de la construcción debe encontrarse en equilibrio armónico con su funcionalidad y utilidad. De allí que se diga que la arquitectura suponga la alteración del espacio físico para la satisfacción de las necesidades humanas de vivienda, trabajo, industria, comercio, religión, entre otras.
Debido a que la arquitectura es un reflejo de las necesidades, los valores y los intereses de las distintas sociedades humanas durante la historia, también es una importante manifestación cultural que nos permite entender la manera en que el ser humano se ha relacionado con su entorno a lo largo del tiempo. Por otra parte James (2001) define la arquitectura desde el punto de vista de una configuración como La especificación de la arquitectura física normalmente consta de uno o más diagramas, y la explicación de los mismos (actores y relaciones entre ellos). En la explicación de los diagramas se debe especificar el nombre y la función de cada actor, y el tipo de relación que existe entre ellos (si existe alguna).
Control Centralizado
Sommerville (2005) define Control Centralizado como un subsistema tiene toda la responsabilidad para controlar e iniciar y detener a otros subsistemas. También puede devolver el control a otro subsistema, pero esperara que le sea devuelta la responsabilidad del control. En un modelo de control centralizado, un subsistema se diseña como el controlador del sistema y tiene la responsabilidad de gestionar la ejecución de otros subsistemas.
Control Centralizado por gestión
Según Sommerville (2005) el control centralizado por gestión este es aplicable a sistemas concurrentes. Un componente de sistema se diseña como un gestor del sistema y controla el inicio, parada y coordinación del resto de los procesos del sistema. Un proceso es un subsistema o modulo que puede ejecutarse en paralelo con otros procesos. Una variante de este modelo también puede aplicarse a sistemas secuenciales en los que la rutina de gestión llama a subsistemas particulares dependiendo de los valores de algunas variables de estado. En la Figura 3 se ilustra un modelo de gestión de control centralizado para un sistema concurrente. Este modelo se usa a menudo en sistemas de tiempo real.
Figura 3: Modelo de gestión de control centralizado Fuente: Sommerville (2005)
Los cuales tienen restricciones de tiempo muy estrictas. En el controlador central gestiona la ejecución de un conjunto de procesos asociados con sensores y actuadores. El proceso controlador del sistema decide cuando deberían comenzar o terminar los procesos dependiendo de las variables de estad del sistema. El sistema comprueba si otros procesos han producido información para ser procesada o para enviarles información para su procesamiento. El controlador por lo general realiza ciclos continuamente, consultando los sensores y otros procesos para detectar eventos o cambios de estado. Por esta razón, este modelo se llama algunas veces modelo de ciclo eventos
2.2.4.2. PLANOS DE CONEXIONES
Según Garrido (2010) Un plano de conexionado es la representación gráfica de la futura proyección a través de un prototipo. Una proyección dependiendo de su envergadura puede tener diferentes cantidades de planos no existe una cantidad exacta ya que cada proyecto es diferentes. En otras palabras los planos son la receta que tienen que seguir los constructores para construir exactamente la futura obra, por lo que para entender dicho proyecto entre más detallado y especifico sea será mejor.
Según Abia (2012) Estos planos contienen toda la información necesaria y las pautas que se han de seguir para poder construir el proyecto. Además, son un documento que sirve para conseguir una determinada financiación si se necesitase, permisos de construcción del prototipo y medidas exactas. Sin estos, sería imposible poder realizar cualquier obra, ya que gracias a ellos la constructora tendrá acceso a toda la información necesaria para poder iniciar el conexionado a controles, entre otros componente
Cálculo de Carga real
Determinando el valor de la carga mediante la ecuación 1. El valor total se determina adicionando los consumos individuales, los que están dados por el producto de la potencia requerida por cada carga en el sistema, por el tiempo en horas de uso que se le asigne individualmente. Por lo tanto el consumo energético viene dado en Wh o kWh (Watts horas o kilo Watts hora).
= ( ) ∗ (1)
Dónde:
: í ℎ
( ):
:
El concepto fundamental del diseño de un sistema fotovoltaico es el de obtener un balance entre la energía generada y la consumida por la carga, más las pérdidas del sistema. Este equilibrio debe preservarse para la condición de trabajo más desfavorable que se anticipe (Gasquet, 2004).
Sistema de acumuladores
Las tres características que definen una batería de acumulación es la cantidad de energía que puede almacenar, la máxima corriente que puede entregar y la profundidad de descarga que puede sostener. La cantidad de energía que puede acumular está dada por el número de watts.hora (Wh) de la misma (Gasquet, 2004). La capacidad (C) de una batería de sostener un régimen de descarga está dada por el número de amperes.hora (Ah).
Adicionalmente se puede definir el número de Wh multiplicando el valor del voltaje nominal por el número de Ah.
_ = × (2)
Donde
: ℎ
:
:
_ :
Despejando en la ecuación número 2 a se obtiene el valor de demanda de la batería.
= _ (3)
Sustituyendo la ecuación 3 , se obtiene la carga de acumulación (Ah), la cual nos permite seleccionar el acumulador más idóneo para el sistema fotovoltaico.
= ×
(4)
:
:
≈ 3
: ≈ 80%
2.2.5 SOFTWARE
Según Gonzalez (2010) Se conoce como software al equipo lógico o soporte lógico de un sistema informático, que comprende el conjunto de los componentes lógicos necesarios que hacen posible la realización de tareas específicas, en contraposición a los componentes físicos que son llamados hardware. Los componentes lógicos incluyen, entre muchos otros, las aplicaciones informáticas, tales como el procesador de texto, que permite al usuario realizar todas las tareas concernientes a la edición de textos; el llamado software de sistema, tal como el sistema operativo, que básicamente permite al resto de los programas funcionar adecuadamente, facilitando también la interacción entre los componentes físicos y el resto de las aplicaciones, y proporcionando una interfaz con el usuario.
Los componentes lógicos incluyen, entre muchos otros, las aplicaciones informáticas, tales como el procesador de texto, que permite al usuario realizar todas las tareas concernientes a la edición de textos; el llamado software de sistema, tal como el sistema operativo, que básicamente permite al resto de los programas funcionar adecuadamente, facilitando también la interacción entre los componentes físicos y el resto de las aplicaciones, y proporcionando una interfaz con el usuario.
El anglicismo software es el más ampliamente difundido al referirse a este concepto, especialmente en la jerga técnica; en tanto que el término sinónimo «logicial», derivado del término francés logiciel, es utilizado mayormente en países y zonas de influencia francesa. Su abreviatura es Sw.
Así lo afirma Jeng (2010) el cual dice que son las instrucciones electrónicas que van a indicar al ordenador que es lo que tiene que hacer. También se puede decir que son los programas usados para dirigir las funciones de un sistema de computación o un hardware. Como concepto general, el software puede dividirse en varias categorías basadas en el tipo de trabajo realizado.
2.2.5.1. DIAGRAMA DE FLUJO
Según Morgan (2011) Un diagrama de flujo es una representación gráfica de un proceso. Cada paso del proceso es representado por un símbolo diferente que contiene una breve descripción de la etapa de proceso. Los símbolos gráficos del flujo del proceso están unidos entre sí con flechas que indican la dirección de flujo del proceso. El diagrama de flujo ofrece una descripción visual de las actividades implicadas en un proceso mostrando la relación secuencial ente ellas, facilitando la rápida comprensión de cada actividad y su relación con las demás, el flujo de la información y los materiales, las ramas en el proceso, la existencia de bucles repetitivos. El número de pasos del proceso, las operaciones de interdepartamentales…
Facilita también la selección de indicadores de proceso. Los diagramas de flujo son múltiples y diversos y pueden abordar muchos temas distintos de formas también muy diferentes. En cualquier caso, el aspecto en común entre ellos es la presencia de un vínculo entre los conceptos enunciados y una interrelación entre las ideas.
Comúnmente, se utiliza este tipo de diagramas para detallar el proceso de un algoritmo y,así, se vale de distintos símbolos para representar la trayectoria de operaciones precisas a través de flechas. Siempre que existe un diagrama de flujo existe un proceso o sistema que pretende ser graficado a través de símbolos visuales que, en vez de términos verbales, simplifican el funcionamiento de dicho proceso y lo hacen más claro y evidente al lector.
Para que el diagrama de flujo tenga sentido como tal, debe existir un camino hacia una solución que parte de un único inicio y arriba a un único punto final. Con el propósito de desarrollar un diagrama de estas características, se recomienda definir el propósito y destinatario del gráfico, identificar las ideas principales, determinar los límites y alcance del proceso a detallar, establecer el nivel de detalle requerido, identificar acciones, procesos y subprocesos, construir el diagrama y finalmente titularlo con
exactitud. Conviene revisar el diagrama para comprobar que cumple su objetivo con claridad y precisión.
Los símbolos más utilizados en los diagramas de flujo son la flecha (que indica sentido y trayectoria), el rectángulo (representa un evento o proceso), el rombo (una condición), el círculo (un punto de conexión) y otros. Además, existen diversos tipos de diagramas. Elvertical, en el que la secuencia o flujo es de arriba hacia abajo; el horizontal, de izquierda a derecha; el panorámico, puede apreciarse de una vez y de forma tanto vertical como horizontal; el arquitectónico, describe una ruta sobre un plano arquitectónico de trabajo
2.2.5.2. LENGUAJE DE PROGRAMACION
Según NI (2016) Un lenguaje de programación consiste en todos los símbolos, caracteres y reglas de uso que permiten a las personas
"comunicarse" con las computadoras. Existen varios cientos de lenguajes y dialectos de programación diferentes. Algunos se crean para una aplicación especial, mientras que otros son herramientas de uso general más flexibles que son apropiadas para muchos tipos de aplicaciones. En todo caso los lenguajes de programación deben tener instrucciones que pertenecen a las categorías ya familiares de entrada/salida, cálculo/manipulación de textos, lógica/comparación y almacenamiento / recuperación.
Aunque todos los lenguajes de programación tienen un conjunto de instrucciones que permiten realizar dichas operaciones, existe una marcada diferencia en los símbolos, caracteres y sintaxis de los lenguajes de máquina, lenguajes ensambladores y lenguajes de alto nivel. Son herramientas que nos permiten crear programas y software. Entre ellos tenemos: C#, Delphi, C, PHP, Perl, Python,Visual Basic, Pascal, Java, entre otros.
La programación consiste en desarrollar programas para procesar información, se utiliza para designar la creación de programas a pequeña escala, el desarrollo de sistemas complejos se denomina ingeniería de software. Una computadora es totalmente inútil si no dispone de un programa capaz de procesar información, para que se realice dicho procesamiento de información habrá sido necesario pensar, construir, y crear un programa y ejecutar dicho programa o aplicación en la computadora.
Para el desarrollo de grandes sistemas informáticos se divide el trabajo en tareas que diversos programadores desarrollaran, al terminar se unen las piezas para completar el sistema en sí, la programación también se aplica para el desarrollo de grandes sistemas en las ingenierías de software. La programación tiene como objetivo el tratamiento de la información correctamente, con lo que se espera que un programa del resultado correcto y no uno erróneo, cada aplicación debe funcionar según lo esperado en términos de programación.
Dentro del mismo contexto Leon (2011) dice que el lenguaje G En un lenguaje de programación gráfica como NI LabVIEW, el mouse es la manera principal de interactuar con el entorno de programación. Dicho esto, el cursor del mouse debe ser capaz de completar diferentes tareas, como seleccionar, cablear, resaltar texto y demás. Este módulo examina las diferentes funciones que el mouse puede realizar en LabVIEW.
2.2.6 DISPOSITIVOS ELECTRICOS
Según Creus (2000) Los reguladores y dispositivos de control son pequeñas instalaciones inteligentes que se componen de una entrada de un sensor, un indicador digital y una salida de regulación. Existen reguladores y dispositivos de control para diferentes trabajos de medición y regulación. Los reguladores y dispositivos de control se configuran a través de las teclas del propio regulador. Existe la posibilidad de establecer valores nominales para
definir así el proceso de regulación. Varios reguladores disponen, además de la salida de regulación, salidas para señales normalizadas, a las que puede conectar un sistema de visualización para controlar el proceso de regulación.
2.2.6.1. SENSOR DE PROXIMIDAD
Según Cerdá (2014) el sensor, también llamado transductor o captador es un dispositivo capaz de transformar una magnitud física en una magnitud eléctrica, por ejemplo un sensor de temperatura, de presión, de presencia, etc. Los detectores de proximidad revelan la presencia de un elemento dentro de su campo de acción. Entre el sensor y el elemento a detectar no existe un contacto físico, con lo que no existe un degaste al no haber piezas en movimiento.
2.2.6.2. MICROCONTROLADOR
Según Creus (2000) Los reguladores y dispositivos de control son pequeñas instalaciones inteligentes que se componen de una entrada de un sensor, un indicador digital y una salida de regulación. Existen reguladores y dispositivos de control para diferentes trabajos de medición y regulación. Los reguladores y dispositivos de control se configuran a través de las teclas del propio regulador. Existe la posibilidad de establecer valores nominales para definir así el proceso de regulación. Varios reguladores disponen, además de la salida de regulación, salidas para señales normalizadas, a las que puede conectar un sistema de visualización para controlar el proceso de regulación.
Según Morgan (2010) Un microcontrolador es un circuito integrado que incluye en su interior las tres unidades funcionales de una computadora: unidad central de procesamiento, memoria y periféricos de entrada y salida. Son diseñados para reducir el costo económico y el consumo de energía de un sistema en particular. Por eso el tamaño de
la unidad central de procesamiento, la cantidad de memoria y los periféricos incluidos dependerán de la aplicación. El control de un electrodoméstico sencillo como una batidora, utilizará un procesador muy pequeño (4 u 8 bit) por que sustituirá a un autómata finito. En cambio un reproductor de música y/o vídeo digital (mp3 o mp4) requerirá de un procesador de 32 bit o de 64 bit y de uno o más Códec de señal digital (audio y/o vídeo).
Los microcontroladores representan la inmensa mayoría de los chips de computadoras vendidos, sobre un 50% son controladores "simples" y el restante corresponde a DSPs más especializados. Un microcontrolador difiere de una CPU normal, debido a que es más fácil convertirla en una computadora en funcionamiento, con un mínimo de chips externos de apoyo.
La idea es que el chip se coloque en el dispositivo, enganchado a la fuente de energía y de información que necesite, y eso es todo. Un microprocesador tradicional no le permitirá hacer esto, ya que espera que todas estas tareas sean manejadas por otros chips. Hay que agregarle los módulos de entrada/salida (puertos) y la memoria para almacenamiento de información.
Los microcontroladores negocian la velocidad y la flexibilidad para facilitar su uso. Debido a que se utiliza bastante sitio en el chip para incluir funcionalidad, como los dispositivos de entrada/salida o la memoria que incluye el microcontrolador, se ha de prescindir de cualquier otra circuitería.
2.2.6.3. BATERIAS
Según Prado (2010) La función prioritaria de las baterías en un sistema de generación fotovoltaico es la de acumular la energía que se produce durante las horas de luminosidad para poder ser utilizada en la noche o durante periodos prolongados de mal tiempo. Otra importante función de las baterías es la de proveer una intensidad de corriente superior a la que el dispositivo fotovoltaico puede entregar. Tal es el caso de un motor, que en el
momento del arranque puede demandar una corriente de 4 a 6 veces su corriente nominal durante unos pocos segundos.
Normalmente el banco de baterías y los módulos fotovoltaicos trabajan conjuntamente para alimentar las cargas. La siguiente figura muestra cómo se distribuye la entrega de energía a la carga a lo largo del día. Durante la noche toda la energía demandada por la carga la provee el banco de baterías. En horas tempranas de la mañana los módulos comienzan a generar, pero si la corriente que entregan es menor que la que la carga exige, la batería deberá contribuir en el aporte.
A partir de una determinada hora de la mañana la energía generada por los módulos fotovoltaicos superada la energía promedio demandada. Los módulos no solo atenderán la demanda sino que además, todo exceso se almacenara en la batería que empezara a cargarse y a recuperarse de su descarga de la noche anterior. Finalmente durante la tarde, la corriente generada decrece y cualquier diferencia con la demanda la entrega a la batería. En la noche, la generación es nula y todo el consumo lo afronta la batería.
Según Prado (2010) En las instalaciones fotovoltaicas lo más habitual es utilizar un conjunto de baterías asociadas en serie o paralelo para almacenar la energía eléctrica generada durante las horas de radiación, para su utilización posterior en los momentos de baja o nula insolación. Hay que destacar que la fiabilidad de la instalación global de electrificación depende en gran medida de la del sistema de acumulación, siendo por ello un elemento al que hay que dar la gran importancia que le corresponde.
2.2.6.4. MOTORES DE VIBRACION
Según Champan (2010) El motor eléctrico permite la transformación de energía eléctrica en energía mecánica, esto se logra mediante la rotación de un campo magnético alrededor de una espira o bobinado que toma diferentes formas. Al pasar la corriente eléctrica por la bobina ésta se comporta como un imán cuyos polos se rechazan o atraen con el imán que se encuentra en la parte inferior.
Al dar media vuelta el paso de corriente se interrumpe y la bobina deja de comportarse como imán pero por inercia se sigue moviendo hasta que da otra media vuelta y la corriente pasa nuevamente repitiéndose el ciclo haciendo que el motor rote constantemente. En general, los motores de corriente continua son similares en su construcción a los generadores. De hecho podrían describirse como generadores que funcionan al revés.
Cuando la corriente pasa a través de la armadura de un motor de corriente continua, se genera un par de fuerzas debido a la acción del campo magnético, y la armadura gira. La función del conmutador y la de las conexiones de las bobinas del campo de los motores es exactamente la misma que en los generadores. La revolución de la armadura induce un voltaje en las bobinas de ésta. Este voltaje es opuesto al voltaje exterior que se aplica a la armadura, y de ahí que se conozca como voltaje inducido o fuerza contraelectromotriz.
Cuando el motor gira más rápido, el voltaje inducido aumenta hasta que es casi igual al aplicado. La corriente entonces es pequeña, y la velocidad del motor permanecerá constante siempre que el motor no esté bajo carga y tenga que realizar otro trabajo mecánico que no sea el requerido para mover la armadura. Bajo carga, la armadura gira más lentamente, reduciendo el voltaje inducido y permitiendo que fluya una corriente mayor en la armadura.
Debido a que la velocidad de rotación controla el flujo de la corriente en la armadura, deben usarse aparatos especiales para arrancar los motores de
corriente continua. Cuando la armadura está parada, ésta no tiene realmente resistencia, y si se aplica el voltaje de funcionamiento normal.
Se producirá una gran corriente, que podría dañar el conmutador y las bobinas de la armadura. El medio normal de prevenir estos daños es el uso de una resistencia de encendido conectada en serie a la armadura, para disminuir la corriente antes de que el motor consiga desarrollar el voltaje inducido adecuado. Cuando el motor acelera, la resistencia se reduce gradualmente, tanto de forma manual como automática
2.2.7 DISPOSITIVOS DE TRANSMICION DE DATOS
Según Morales (2010) Los medios de transmisión son los caminos físicos por medio de los cuales viaja la información y en los que usualmente lo hace por medio de ondas electromagnéticas. Los medios de transmisión vienen divido en guiados (por cable) y no guiados (sin cable).Normalmente los medios de transmisión vienen afectados por los factores de fabricación, y encontramos entonces unas características básicas que los diferencian:
a) Ancho de banda: mayor ancho de banda proporciona mayor velocidad de transmisión.
b) Problemas de transmisión: se les conoce como atenuación y se define como alta en elcable coaxialy el par trenzado y baja en lafibra óptica.
c) Interferencias: tanto en los guiados como en los no guiados y ocasionan la distorsión o destrucción de los datos.
d) Espectro electromagnético: que se encuentra definido como el rango en el cual se mueven las señales que llevan los datos en ciertos tipos de medios no guiados.
La función principal de un transmisor es la de generar una onda llamada onda portadora, que es la encargada de transportar la información hasta el receptor. Esta onda portadora, en forma de corriente alterna generada en un
circuito RLC llamado circuito oscilador es transportada hasta la antena, donde se irradia al medio exterior en forma de campos magnéticos y eléctricos oscilantes perpendiculares entre si y, a su vez, perpendiculares a la dirección de propagación de estos, por la línea de transmisión. En la figura siguiente se muestra el esquema básico de un circuito oscilador conectado a una fuente externa que restituye la energía disipada como radiación. La corriente en el circuito varía senoidalmente con una frecuencia ω ≈ (LC)-1/2 cuando la carga resistiva es pequeña. El oscilador está acoplado con un transformador a la línea de transmisión, que conduce la corriente a la antena
La información a transmitir es agregada a esta onda en un proceso denominado modulación, previa captura de la misma a través de un transductor que convierte la información en un voltaje variable y proporcional a cada valor instantáneo de la intensidad, como por ejemplo un micrófono en el caso de sonidos o un dispositivo fotosensible en el caso de imágenes. El transmisor no solo debe generar la corriente de alta frecuencia para la onda portadora, sino que también debe mantener la exactitud de la misma dentro de límites muy reducidos, ya que si varía la frecuencia de una emisora pueden producirse interferencias con otras o resultar en una recepción defectuosa de la señal.
De esto se encarga también el circuito oscilador, para lo cual se le agrega un cristal de cuarzo, piezoeléctrico, que al aplicársele una corriente alterna, este comienza a vibrar mecánicamente con una amplitud bastante grande y con una frecuencia determinada por su espesor. La frecuencia del cristal regula todo el circuito oscilador, de modo que con un cristal adecuadamente seleccionado, la frecuencia puede mantenerse constante dentro de límites muy reducidos, siempre que la temperatura del cristal se mantenga también constante. Para ello, el cristal está encerrado en una caja metálica, y una resistencia eléctrica, combinada con un termostato, mantiene constante la temperatura. En un circuito eléctrico bien diseñado, dicho oscilador no varía en más del 0.01% en la frecuencia.
Métodos de transmisión.
La modulación nace de la necesidad de transportar una información a través del espacio. Este es un proceso mediante el cual dicha información, onda moduladora, se inserta a un soporte de transmisión, la onda portadora.
La modulación de la portadora se puede realizar a nivel bajo o alto. En el primer caso, la onda con la información, con una amplificación pequeña o nula, sirve para modular la salida del oscilador y la frecuencia modulada de la portadora se amplifica antes de conducirla a la antena; en el segundo caso, las oscilaciones de la onda portadora y la señal con la información, onda moduladora, se amplifican de forma independiente y la modulación se efectúa justo antes de transmitir las oscilaciones a la antena. Una portadora puede modularse de diferentes modos dependiendo del parámetro, amplitud o frecuencia, de la misma sobre el que se actúe.
Modulación por amplitud (AM)
Se modula en amplitud a una onda portadora cuando se hace variar a la amplitud o intensidad de la misma en función de la amplitud de la onda moduladora. Esto es, la amplitud de la información a transmitir es la que varía la amplitud de la onda portadora. Y resulta que, al añadir esta información se obtienen tres frecuencias: 1. La frecuencia de la portadora f 2.
La frecuencia suma de la portadora y la información. 3. La frecuencia diferencia de la portadora y la información
Modulación por frecuencia (FM)
La modulación por frecuencia consiste en variar la frecuencia de la onda portadora de acuerdo con la intensidad o amplitud de la onda de moduladora.
La frecuencia de la portadora oscila según la onda moduladora, esto es, si aplicamos una moduladora de 100 Hz, la onda modulada se desplaza arriba
y abajo cien veces en un segundo respecto de su frecuencia central, que es la portadora; además el grado de esta variación dependerá del volumen con que modulemos la portadora, a lo que denominamos índice de modulación.
Debido a que los ruidos o interferencias que se mencionaron anteriormente alteran la amplitud de la onda, no afecta a la información transmitida en FM, puesto que la información se extrae de la variación de frecuencia y no de la amplitud. Como consecuencia de estas características de modulación se puede ver cómo la calidad de sonido o imagen es mayor cuando se modula en frecuencia que cuando se hace en amplitud. Otros usos de la frecuencia modulada son la telefonía móvil, servicios de comunicación y televisión. En este último caso, los sonidos se modulan en frecuencia y las imágenes en amplitud
Antenas de transmisión y recepción.
Una vez que el transmisor ha generado una poderosa onda portadora y la misma ha sido modulada por la señal, la onda resultante es llevada a una antena. La antena es el dispositivo que permite irradiar la onda portadora ya modulada al espacio en forma de ondas electromagnéticas. En realidad, es un trozo de material conductor al cual se le aplica una señal y esta es radiada por el espacio libre.
Para que una antena resulte eficaz, esta debe ser apta para la frecuencia que debe irradiar, las antenas de transmisión suelen tener longitudes de ¼,
½, o 1 /8 de la longitud de onda que transmiten; por ejemplo, para una portadora de 1000 Khz. puede utilizarse una antena de 150 m de alto.
Además, el diseño debe incluir la posibilidad de dirigirla en alguna dirección de transmisión determinada con el fin de economizar energía. Es por esto que se han definido algunos parámetros fundamentales que caracterizan a las antenas:
