El Municipio de Teoloyucan se localiza al norte del Distrito Federal, al noreste del Estado de México, en las coordenadas 19 grados 45 minutos y 11 segundos latitud norte; 99 grados 11 minutos y 15 segundos de longitud oeste, a una altura de 2280 metros sobre el nivel del mar. Limita al norte con los municipios de Coyotepec y Zumpango; al sur con Tepotzotlán, Cuautitlán Izcalli, Cuautitlán y Melchor Ocampo; al oriente con los municipios de Jaltenco, Nextlalpan y Melchor Ocampo y al poniente con los municipios de Coyotepec y Tepotzotlán. Su distancia aproximada a la capital del estado es de 45 kilómetros.
~ 105 ~
La extensión territorial del municipio es 31.52 kilómetros cuadrados (Gobierno del Estado de México - Dirección General de Planeación, 1996). En la obra Geografía y Estadística de la República señala que el Municipio de Teoloyucan tiene una extensión de 48 kilómetros cuadrados.
Figura 4.1.- Plano de localización del Municipio de Teoloyucan Edo. de Méx. (Instituto Nacional de Estadística Geografía e Informática (INEGI); Conjunto de Datos Vectoriales Geológicos del Estado de México)
En cuanto a la orografía Teoloyucan sólo cuenta con pequeñas lomas al oeste: la de San Jorge, Peñas de la Virgen, La Cantera, La Nopalera del Huachichil, La Remesa, Manantial de la Remesa, Nopalera de Cataño, Las Lajas y la llamada Los Tiradores o del Grullo.
4.2 Geología
La región donde se ha desarrollado el estudio está situada en una zona compuesta por suelos altamente orgánicos como son el aluvial y toba, rocas ígneas extrusivas y rocas sedimentarias clásicas o mecánicas.
La región pertenece al período cuaternario, con la formación del dique basáltico que formó la sierra del Chichinautzin y que cerró el escurrimiento original hacia el sur de la actual cuenca del Valle de México.
~ 106 ~ Figura 4.2.- Geología del Municipio de Teoloyucan, Edo de Méx. (Instituto Nacional de Estadística Geografía e Informática (INEGI); Conjunto de Datos Vectoriales Geológicos del Estado de México Escala 1:250,000)
Figura 4.3.- Plano Topográfico del Municipio de Teoloyucan, Edo. de Méx. (Instituto Nacional de Estadística Geografía e Informática (INEGI); Carta Topográfica Escala 1:50,000. México, 1999)
~ 107 ~ 4.3 Metodología
El estudio geofísico consistió en la realización de una campaña de Prospección Geoeléctrica mediante dos sectores (Figura 4.4). En cada uno de estos sectores se definieron perfiles geoeléctricos, con un largo de 10 metros y una equidistancia de 5 metros.
El levantamiento de perfiles geoeléctricos en el terreno se ejecutó según un arreglo multielectródico lineal para registrar datos en la modalidad de SEV. El instrumento utilizado para el estudio fue el Resistivímetro ERS – 01.
Figura 4.4.- Perfiles representativos del sector de estudio y toma de lecturas.
A continuación se muestran los datos obtenidos por el prototipo, para el primer sondeo se realiza la primer lectura con 5mA todas las demás son a 10mA.
~ 108 ~ Figura 4.5.- Plano de localización de la realización de los SEV`s.
Sondeo SEV-1 AB/2 MN/2 K I (m A) ΔV (m V) ρa (Ω*m) 1 0.2 7.53982237 5.9 1.145 1.46323671 2 0.2 31.1017673 9.8 0.425 1.34880113 3 0.2 70.3716754 9.8 0.2682 1.92588606 5 0.2 196.035382 10.5 0.1608 3.00214184 7 0.2 384.530941 10.1 0.1215 4.625793 10 0.2 785.084004 10.3 0.1185 9.03227713 Sondeo SEV-2 AB/2 MN/2 K I (m A) ΔV (m V) ρa (Ω*m) 1 0.2 7.53982237 10.1 1.4868 1.10992157 2 0.2 31.1017673 10 0.4224 1.31373865 3 0.2 70.3716754 10 0.2112 1.48624979 5 0.2 196.035382 10 0.1072 2.10149929 7 0.2 384.530941 10 0.0685 2.63403694 10 0.2 785.084004 10 0.0542 4.2551553
~ 109 ~
Se puede observar una pequeña variación en los valores de la corriente, esto es debido a que fue hasta este sondeo donde se puede comprobar que la corriente de la fuente es controlada. Por lo que en la realización de este sondeo se calibro la salida de tal forma que al terminarlo ya se había regularizado la salida de corriente.
Estos datos tanto de corriente (I) como de diferencia de potencial (ΔV) fueron corroborados con los multímetros FLUKE 8060A y STEREN MUL-600 ambos con una resolución de 0.1mV. Donde el voltímetro y amperímetro diseñado para el prototipo a través del Microcontrolador tuvo un margen de error de 0.2mV respecto a la lectura de los multímetros antes mencionados.
Los datos de resistividades aparentes obtenidos, se procesaron utilizando el Software RES1D versión 1.00d Beta y el Software Surfer versión 8.
~ 110 ~
Como se puede apreciar en la Figura 4.6 se presenta un modelo de tres capas con valores de resistividad aparente observada y calculada.
Los valores de resistividad aparente en ambos casos de los SEV´s son resistividades bajas que se encuentran en un rango de 1 – 9 Ω·m.
Cabe mencionar que lo que se pretende realizar en este capítulo es comprobar la funcionalidad del prototipo ERS-01, es por eso que solo se realizaron dos pequeños tendidos.
Figura 4.7.- Curva de resistividad aparente con modelo de capas del SEV-2.
El método utilizado en este programa es el método de optimización de mínimos cuadrados. En este método, un modelo inicial debe ser dado, y la subrutina de optimización modifica el espesor y la resistividad de las capas a fin de reducir la diferencia entre los valores calculados y medidos de resistividad aparente. (LOKE, M.H. 2004).
~ 111 ~
Una vez obtenido el modelo de capas en RES1D se procede a realizar una pequeña sección en Surfer 8 la cual enseñara la distribución de las resistividades de la zona en esta muy pequeña área. Por último se realiza la grafica en Surfer 8 para ver la distribución de las resistividades aparentes del subsuelo donde se puede notar que estas son muy bajas las cuales no sobrepasan los 10 Ω·m. Debido a esto las variaciones de color para indicar los cambios de resistividad son muy marcadas para cambios muy pequeños. La resistividad aparente de la zona es muy baja debido a la humedad del terreno.
Figura 4.8.- Grafica realizada en Surfer 8 de las resistividades aparentes con los datos obtenidos por el prototipo ERS – 01.
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5
SEV - 1
SEV - 2
PR O FU N D ID A D E N M ET RO S DISTANCIA EN METROS Nohm*m
GRAFICA DE RESISTIVIDADES APARENTES CON LOS DATOS OBTENIDOS POR EL PROTOTIPO ERS-01
~ 112 ~ 4.4 Observaciones
Siendo uno de los objetivos principales la validación del prototipo con un levantamiento de Prospección Geofísica se da por comprobada la funcionalidad del mismo. Lo que se deseaba era comprobarlo en un medio resistivo como en el que se realizó el tendido, obteniendo una respuesta positiva del prototipo.
En la zona de estudio se aprecian resistividades bajas, con resistividades tan bajas a un voltaje de 500V la corriente que consume debía ser muy elevada, pero en este caso la corriente es controlada a tan solo 10mA por lo que no hay riesgo de sobrecarga.
Por último las resistividades que se interpretaron en el área de estudio es característico de zonas húmedas, además que en el mapa geológico se observa que la zona está compuesta por material tipo lacustre – aluvión los cuales también son de resistividades muy bajas.
~ 113 ~ CONCLUSIONES
La Prospección Geofísica es un conjunto de técnicas físicas, matemáticas y eléctricas aplicadas a
la exploración del subsuelo para la búsqueda y estudio de yacimientos de sustancias útiles, es por eso que mediante la teoría de la Prospección Geoeléctrica se pudieron analizar las bases para el diseño del prototipo ERS – 01 como de igual manera los diferentes arreglos de trabajo utilizados para estos métodos.
Aplicando la teoría de la Prospección Geoeléctrica en corriente continua, se pudo realizar un diseño de fuente de corriente continua, los elementos utilizados, como el software de diseño para circuitos eléctricos y electrónicos LIVE WIRE y los elementos electrónicos se consiguen en cualquier tienda especializa en venta de dispositivos electrónicos.
Todos los elementos electrónicos existen por lo que solo se necesita orientarlo y darle una aplicación, otro elemento a nuestro favor es que hemos utilizado los conocimientos adquiridos durante la carrera de Ingeniería Geofísica de las materias de Programación, Prospección Geoeléctrica y Electrónica. Por lo tanto la única limitante para realizar el prototipo es el presupuesto para los dispositivos eléctricos.
Siempre antes de programar es muy importante hacer diagramas de flujo ya que estos nos permiten tener una idea más general para alcanzar el resultado propuesto en programación, el software que se utilizo es el PROTON IDE para la programación del Microcontrolador. Este software esta hecho en programación BASIC por lo que existe información y tutoriales para la programación.
Para la interfaz usuario maquina se utilizo VISUAL BASIC, este software al ser uno de los más conocidos y utilizados en la industria de la programación. Las funciones interactivas por ventanas lo hace uno software indispensable cuando se desea hacer una herramienta de control y adquisición de datos como lo es el prototipo.
Debido a que la carrera es multidisciplinaria es una ventaja para desarrollar herramientas para el área de geofísica como el ERS – 01.
~ 114 ~
Se realizó un estudio de Exploración Geoeléctrica con los resultados previamente mostrados en el capítulo 4, concluyendo así uno de los objetivos principales de este proyecto, se comprobó satisfactoriamente la funcionalidad del prototipo ERS – 01 (Exploración Resistiva del Subsuelo). Cabe mencionar que el presente proyecto se dio a conocer anteriormente mediante una ponencia en la Reunión Anual 2009 de la Unión Geofísica Mexicana, A.C., con el título: Desarrollo y Aplicación de un prototipo con diseño nacional para la realización de Prospección Geoeléctrica del Subsuelo.
Este proyecto no pretende concluir con un tema sino iniciarlo, los planteamientos aquí vertidos, pueden ayudar a futuras investigaciones y desarrollos.
~ 115 ~ ANEXO A
De los diagramas 3 y 4 del capítulo 2, observamos el diagrama eléctrico de la fuente de corriente como el control por lo tanto procedemos a realizar los preparativos necesarios para el ensamblaje del prototipo ERS-01. Para comprobar que el diagrama eléctrico y de control del prototipo funcionen se prueba primero en tablillas de diseño. Una para la fuente de corriente y otra para el Microcontrolador.
Figura A.1.- Fuente de control en tablilla de diseño.
~ 116 ~
Se realizan las plantillas para las tarjetas electrónicas, estas se imprimen en papel fotográfico e impresora laser ya que se tiene que calentar para transferir la impresión a la placa de cobre y baquelita. Todo esto se puede conseguir en cualquier tienda especializada en venta de material electrónico.
Figura A.3.- Diseño de plantilla para tarjeta electrónica del prototipo.
~ 117 ~
El siguiente paso es quitar todo lo que no tenga impresión en la placa de cobre baquelita esto se logra al introducir la placa en una solución de cloruro férrico la cual sirve como elemento abrasivo del cobre, las instrucciones de uso de esta solución están impresas en su contenedor, de la misma forma se puede adquirir en cualquier tienda de electrónica.
Para la colocación de los dispositivos electrónicos se perforan las tarjetas, se colocan en el lugar que les corresponde de acuerdo al circuito electrónico y se soldan a la tarjeta.
Además de verificar que todos los dispositivos estén funcionando correctamente también debemos verificar que estén soldados correctamente.
Figura A.5.- Tarjeta electrónica lista para el montaje de los dispositivos electrónicos.
~ 118 ~ Figura A.7.- Prototipo ERS-01.
~ 119 ~ GLOSARIO
Amplificador Operacional: es un circuito que se utiliza al aumentar (amplificar) el valor de la señal
de entrada (generalmente muy pequeña) y así obtener una señal a la salida con una amplitud mucho mayor a la señal original.
Borne: es el nombre dado en Electricidad a cada uno de los terminales de metal en que suelen
terminar algunas máquinas y aparatos eléctricos, y que se emplean para su conexión a los hilos conductores.
Campo eléctrico: es un campo de fuerza creado por la atracción y repulsión de cargas eléctricas (la
causa del flujo eléctrico) y se mide en Voltios por metro (V/m). El flujo decrece con la distancia a la fuente que provoca el campo.
CE: es la abreviación en términos Geofísicos de Calicatas Eléctricas. Corriente: es la circulación de cargas eléctricas a través de un conductor.
Corriente telúrica: es una corriente eléctrica que se mueve bajo tierra o a través del océano. Estas
corrientes tienen una muy baja frecuencia, y corren muy cerca de la superficie terrestre. Son
inducidas por variaciones naturales en el campo magnético terrestre, en interacción con el
viento solar y la magnetósfera.
Culombio: su símbolo es C. Es la unidad derivada del sistema internacional para la medida de la
magnitud física cantidad de electricidad (carga eléctrica). Se define como la cantidad de carga transportada en un segundo por una corriente de un amperio de intensidad de corriente eléctrica.
Diaclasa: es una fractura en las rocas que no va acompañada de deslizamiento de los bloques que
determina, no siendo el desplazamiento más que una mínima separación transversal. Se distinguen así de las fallas, fracturas en las que sí hay deslizamiento de los bloques. Son estructuras muy abundantes.
Diferencia de potencial: El voltaje, tensión o diferencia de potencial es la presión que ejerce una
~ 120 ~
electrones en un circuito eléctrico cerrado, para que se establezca el flujo de una corriente eléctrica.
DIP: En microelectrónica, un dual in-line package (DIP o DIL), es una forma de empaquetamiento
de dispositivos electrónicos de forma rectangular con dos filas paralelas de pines de conexiones. Generalmente se refieren como DIPn, donde n es el número total de pines.
Electricidad: es un fenómeno físico cuyo origen son las cargas eléctricas y cuya energía se
manifiesta en fenómenos mecánicos, térmicos, luminosos y químicos, en otras palabras es el flujo de electrones.
Fisura: es una hendidura en una roca. En términos geológicos se distinguen dos tipos de fisura: de estratificación, que es la que separa dos capas o estratos de una misma roca, y de superposición,
que es la que separa dos capas de diferente naturaleza que se hallan superpuestas.
Fuente: En electricidad se entiende por fuente al elemento activo que es capaz de generar una
diferencia de potencial (d. d. p.) entre sus bornes o proporcionar una corriente eléctrica.
Hidrogeología: es la ciencia que estudia el origen y la formación de las aguas subterráneas, las
formas de yacimiento, su difusión, movimiento, régimen y reservas, su interacción con los suelos y rocas, su estado (líquido, sólido y gaseoso) y propiedades (físicas, químicas, bacteriológicas y radiactivas); así como las condiciones que determinan las medidas de su aprovechamiento, regulación y evacuación.
Impedancia: La impedancia es sencillamente la oposición al paso de la corriente que incluye la
resistencia y la reactancia (es el equivalente a la resistencia pero en los condensadores y las bobinas).
Julio: o joule (símbolo J) es la unidad derivada del Sistema Internacional utilizada para medir
energía, trabajo y calor.
Medio isótropo: Un medio se dice que es isótropo si todas las direcciones son equivalentes en la
propagación del campo.
PE: es la abreviación en términos Geofísicos de Potencial Espontaneo. PI: es la abreviación en términos Geofísicos de Polarización Inducida.
~ 121 ~ Potencia eléctrica: es la relación de transferencia de energía por unidad de tiempo; es decir, la
cantidad de energía entregada o absorbida por un elemento en un tiempo determinado.
Potencial: es una magnitud escalar definida en los campos conservativos. Generalmente los
potenciales aparecen para describir a un campo físico.
Potencial eléctrico: es el trabajo que debe realizar una fuerza externa para traer una carga unitaria q desde la referencia hasta el punto considerado en contra de la fuerza eléctrica.
Rectificador: es el elemento o circuito que permite convertir la corriente alterna en corriente
continua. Esto se realiza utilizando diodos rectificadores, ya sean semiconductores de estado sólido, válvulas al vacío o válvulas gaseosas como las de vapor de mercurio.
Rectificador de onda completa: es un circuito empleado para convertir una señal de corriente
alterna de entrada (Vi) en corriente directa de salida (Vo) pulsante. A diferencia del rectificador de media onda, en este caso, la parte negativa de la señal se convierte en positiva o bien la parte positiva de la señal se convertirá en negativa, según se necesite una señal positiva o negativa de corriente continua.
Resistencia: es un componente usado en electricidad y electrónica asociado a las pérdidas de
voltaje entre dos puntos de un circuito.
Resistividad: es el grado de dificultad que encuentran los electrones en sus desplazamientos. Se
designa por la letra griega rho minúscula (ρ) y se mide en ohm por milímetro cuadrado partido de metro (Ω·mm²/m). Su valor describe el comportamiento de un material frente al paso de corriente eléctrica, por lo que da una idea de lo buen o mal conductor que es. Un valor alto de resistividad indica que el material es mal conductor mientras que uno bajo indicará que es un buen conductor.
Saturación: la saturación de un medio poroso con respecto a un fluido se define como la fracción
del volumen poroso de una roca que está ocupada por dicho fluido.
SEV: es la abreviación en términos Geofísicos de Sondeo Eléctrico Vertical.
Voltio: o volt (símbolo V), es la unidad derivada del SI para el potencial eléctrico, fuerza
~ 122 ~ BIBLIOGRAFÍA
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