Objetivo General: Desarrollar un banco de prueba para el ponchado de fibra óptica en el laboratorio de física del Instituto Politécnico Santiago Mariño
Variable Objetivos Específicos Dimensiones Indicadores
Técnica De Recolección De Datos Técnica De Análisis De Los Datos Banco de Prueba Diagnosticar la necesidad de un banco de prueba para el ponchado de fibra óptica en la carrera de Ingeniería Electrónica. Necesidad de un banco de prueba - Proceso enseñanza – aprendizaje - Capacitación - Motivación - Calidad en el aprendizaje Entrevista no estructurada Observación directa Análisis Cualitativo
Determinar los materiales,
herramientas y dispositivos requeridos para la construcción del banco de prueba. Materiales, herramientas y dispositivos requeridos - Dispositivos - Equipos - Herramientas Revisión Bibliográfica Análisis Cualitativo Diseñar planos del banco de prueba
para la distribución de los elementos a utilizar.
Diseño de planos - Autocad
- Diseño de Planos
Esto representa el desarrollo del Prototipo
Ejecutar la construcción del banco de prueba para el ponchado de fibra óptica.
Ubicación
Instalación de los equipos.
- Medidor de potencia óptica - Fuente de poder
- Circuito de transmisión por fibra óptica
Evaluar el funcionamiento del banco de prueba.
Funcionamiento del banco de prueba
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Población y Muestra
Según Arias (2006), “la población se define como el conjunto finito o infinito de elementos con características comunes para los cuales serán extensivas las conclusiones de la investigación”. (pág. 81).
Tomando en cuenta esta definición la población la constituye la totalidad del conjunto de elementos o seres que se desean investigar, se tomó como población al laboratorio de Física del Instituto Politécnico “Santiago Mariño”, donde se dicta la cátedra Laboratorio de Comunicaciones y Microondas en la carrera ingeniería electrónica.
Respecto a la muestra se puede establecer lo señalado por Arias (2006). “La muestra es un subconjunto representativo y finito que se extrae de la población accesible”. (pág. 83). Por otra parte Tamayo y Tamayo (2003) define a la muestra como, “El conjunto de operaciones que se realizan para estudiar la distribución de determinados caracteres en la totalidad de una población, universo o colectivo, partiendo de la observación de una fracción de la población considerada”. (pág. 98). Para esta investigación se toma como muestra la misma población.
Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos
Según Sampieri (2006, Pág. 274), recolectar datos “implica elaborar un plan detallado de procedimientos que nos conduzcan a reunir datos con un propósito específico” se puede definir entonces como técnicas de recolección de datos como los procedimientos que utiliza el investigador para recabar la información requerida durante el desarrollo de la investigación.
Para Arias (2006), “las entrevistas no estructuradas es cuando no se dispone de una guía de preguntas elaboradas previamente. Sin embargo se orienta por unos objetivos preestablecidos, lo que permite definir el tema de la entrevista” (pág. 74). Esta entrevista fue aplicada a profesores y
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estudiantes de la carrera Ingeniería Electrónica del Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño”.
Según Tamayo y Tamayo, M. (2003), “la observación directa “es aquella en la cual el investigador puede observar y recoger datos mediante su propia observación”. (pág. 122). Se utiliza la observación directa, ya que a través de ella se podrán visualizar las necesidades surgidas en el laboratorio de física donde se dicta de la cátedra Laboratorio de Comunicaciones y Microondas.
Según Tamayo (2004), “la revisión bibliográfica es el “fundamento de la parte teórica de la investigación y permite conocer a nivel documental las investigaciones realizadas con el problema planteada”. (pág. 222). Este tipo de técnica de recolección de datos fue aplicada en esta investigación, ya que se consultaron diversas fuentes bibliográficas referentes a la fibra óptica, conectorización y comportamiento, de manera que se tuviera fundamento teórico al momento de desarrollar el banco de prueba para el ponchado de fibra óptica.
Técnica De Análisis De Los Datos
Arias (2006), precisa que la técnica de análisis como los distintos medios existentes para estudiar y razonar la información. En ella se describen las distintas operaciones a las que serán sometidos los datos que se obtengan: clasificación, tabulación, registro y codificación. (p.111). El autor establece que en el análisis, se definen las técnicas lógicas (introducción, deducción, análisis-síntesis), o estadísticas (descriptivas o inferenciales), que son empleadas para disimular lo que revelan los datos recolectados. Esta técnica depende del tipo de investigación y del problema planteado.
Al respecto, se tomó en cuenta el análisis cualitativo; que se realizó para caracterizar las situaciones y expresar la calidad de los hallazgos de la investigación, considerando las respuestas que no puedan ser expresadas cuantitativamente y el análisis interpretativo; este se efectuó en función de
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las variables para así evaluar los resultados en forma parcial, que facilitó la comprensión global de la información, para emitir juicios críticos y conclusiones. Para el análisis de los datos es necesario definir una técnica de análisis, como podrían ser el análisis cualitativo y análisis cuantitativo, que son necesarios para la recolección de los datos que se obtendrán a lo largo de la investigación. Luego de recopilados los datos que se obtendrán como resultado de las diferentes técnicas aplicadas; por lo cual es necesario analizar de forma clara para así poder determinar cuáles son los requerimientos y necesidades de los estudiantes y público en general.
Según Sabino C. (2007) define el análisis cualitativo como la información de tipo verbal que, de un modo general se ha recogido mediante fichas de uno u otro tipo. Por tal razón, es preciso tomar cada uno de los grupos que se han formado para proceder a analizarlos. El análisis se efectúa cotejando los datos que se refieren a un mismo aspecto y tratando de evaluar la fiabilidad de cada información. Asimismo, el análisis cuantitativo se define como: “una operación que se efectúa, con toda la información numérica resultante de la investigación. Esta, luego del procesamiento que ya se le habrá hecho, se presentará como un conjunto de cuadros y medidas, con porcentajes ya calculados”.
Para Sampieri, Fernández y Baptista (2003), el análisis cualitativo se define como: “un método busca obtener información de sujetos, comunidades, contextos, variables o situaciones en profundidad, asumiendo una postura reflexiva y evitando a toda costa no involucrar sus creencias o experiencia: (p 451).
Procedimiento de la Investigación
La presente investigación tuvo como primer objetivo diagnosticar la necesidad de un banco de prueba para el ponchado de fibra óptica en la carrera de Ingeniería Electrónica, en el que se utilizó la observación directa
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en las instalaciones del laboratorio de física donde se efectúan las prácticas de la cátedra Laboratorio de Comunicaciones y Microondas, para luego determinar los materiales, herramientas y dispositivos requeridos para la construcción del banco de prueba comprobando la factibilidad del antes mencionado banco.
Una vez seleccionados los elementos necesarios para la construcción del banco de prueba y habiendo determinado la factibilidad del prototipo se procede a realizar el diseño del banco por medio del programa AutoCad, usado para dibujar objetos en dos y tres dimensiones y de esta forma obtener un modelo que pueda ser editado las veces que sean necesarias para lograr la presentación adecuada y comenzar la ejecución de la construcción del banco de prueba para el ponchado de fibra óptica. Ya efectuadas las fases de diagnóstico, diseño y ejecución del prototipo se procede a verificar el funcionamiento del banco de pruebas realizando una práctica en lo referente al ponchado de fibra óptica.
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CAPÍTULO IV
RESULTADOS
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CAPÍTULO IV
RESULTADOS
En el presente capitulo se expresan los resultados alcanzados durante el proceso de investigación, a continuación se efectúa la interpretación y discusión de los antes mencionados, con el propósito de tomar los aspectos más importantes y establecer la factibilidad del desarrollo de un banco de prueba para el ponchado de fibra óptica en el laboratorio de física del Instituto Politécnico Santiago Mariño; cumpliendo con cada uno de los objetivos planteados en el primer capítulo del estudio realizado.
Análisis de los Resultados
Con el fin de alcanzar el objetivo general planteado al inicio de la propuesta se lleva a cabo el análisis de los resultados de la presente investigación por medio de la ejecución del diseño y la construcción del prototipo, siguiendo el orden establecido por los objetivos específicos. Esto permite a los estudiantes de ingeniería electrónica, cursantes de la cátedra Laboratorio de Comunicaciones y Microondas desarrollar las prácticas necesarias para complementar los conocimientos adquiridos en la teoría logrando un aprendizaje eficiente en lo referente al ponchado de fibra óptica.
En primer lugar se procedió a realizar un diagnóstico de la necesidad de un banco de prueba para el ponchado de fibra óptica mediante una entrevista estructurada efectuada a profesores y estudiantes de la carrera de ingeniería electrónica además de recurrir a la observación directa, donde se determinó la importancia de contar con el prototipo para complementar las bases teóricas proporcionadas.
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Diseño del Banco de Prueba
Una vez realizado el diagnóstico donde se comprobó que es importante contar con un banco de prueba para el ponchado de fibra óptica, ya que, los estudiantes tendrán la oportunidad de reforzar los conocimientos adquiridos sobre el funcionamiento de la fibra óptica para los sistemas de comunicaciones, se establecieron los materiales, herramientas y equipos que integrarían el banco de prueba.
Selección de los materiales, herramientas y equipos del banco de prueba
Para esta actividad se consideraron los siguientes elementos para el desarrollo del prototipo:
Cuadro 3
Materiales, Herramientas y Equipos del Banco de Prueba
Nº Descripción de equipos, herramientas y materiales Cantidad
1 Kit de herramientas para el ponchado de fibra óptica: Paladin
Tools 4924 Ultimate Fiber Tool Kit 1
2 Cables de fibra óptica 2mts
3 Conectores de fibra óptica, ST, SC 1
4 Fuente de poder 5v 1
5 Diodo emisor de luz 1
6 Diodo receptor de luz 1
7 Resistencia 390Ω 1
8 Acoplador ST, SC 1
9 MDF Lámina
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Diseño de planos y diagramas circuitales del banco de prueba
Para el bosquejo del prototipo se consideraron variables de ergonomía de modo que la comodidad, seguridad, flexibilidad y uso del banco de prueba sea más práctico al momento de ponerlo en funcionamiento. Para esto fue tomado en cuenta la estructura más adecuada para obtener una buena distribución de los elementos que lo integrarán.
Para determinar la estructura del prototipo se buscó obtener un diseño que ofreciera comodidad y seguridad al momento de ejecutar las prácticas bajo un diseño único establecido entre los actores involucrados en el proceso. Esta fase se divide en dos partes, la primera consiste en el bosquejo del cajón donde se hará el montaje de los elementos integrantes del banco de prueba. En la figura 17 se muestra el modelo seleccionado, realizado con el software AutoCAD (se refiere CAD como Diseño Asistido Por computadora por sus siglas en inglés).
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Montaje de los circuitos de emisión y recepción de señales para la verificación del correcto ponchado de la fibra óptica
La segunda parte de esta fase reside en determinar el montaje de circuitos electrónicos apropiados para realizar de manera efectiva las prácticas establecidas en cuanto a la transmisión y recepción de luz a través de la fibra óptica ya ponchada, así como la medición de las pérdidas de potencia en las mismas. Este montaje consiste en dos arreglos de circuitos, el primero muy sencillo para efectuar mediciones de corriente mediante un Multímetro; y el otro para ejecutar una práctica de transmisión de una señal alterna a través del cable de fibra óptica. El banco de prueba cuenta con una fuente de poder de 5V y 9v para alimentar los circuitos que integraran el prototipo
El siguiente circuito mostrado en la figura 18, está compuesto por un montaje sencillo entre una fuente de 5V DC, una resistencia de 390Ω (la cual protege al Led rojo, quien debe ser alimentado por un voltaje de 1.5V DC según su especificación), un fotoreceptor y un Multímetro.
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Otro de los circuitos consiste en un arreglo de resistencias, capacitadores, transistor BC547A, diodo Led y fotodiodo. El circuito que se monta para la parte del emisor (LED) se muestra en la siguiente figura 19 y constituye el circuito-driver de polarización del LED.
Figura 19. Circuito emisor con el LED. Tomado del Manual de Prácticas Dispositivos y Medios de Transmisión Ópticos de la Universidad Carlos III de Madrid, 2012.
En la siguiente figura (Figura 20) se muestra el circuito receptor. Como puede comprobarse consta de dos elementos: un fotoreceptor y una resistencia de carga. Esta última permite realizar una conversión eléctrica de corriente a voltaje (conversión I-V).
Figura 20. Esquema del receptor con el fotodiodo. Tomado del Manual de Prácticas Dispositivos y Medios de Transmisión Ópticos de la Universidad Carlos III de Madrid, 2012.
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Cuando la energía luminosa emitida por el emisor (LED) alcanza el receptor, esta energía se convierte en energía o corriente eléctrica mediante el fotodiodo, conteniendo el mismo patrón de información (modulación) que se emitió desde el emisor, es decir, si modulamos el LED con un nivel de continua la señal generada por el fotodiodo será continua, si modulamos el LED con una señal senoidal la señal generada por el fotoreceptor tendrá forma de seno, entre otras. Por otra parte, la función de la resistencia de carga RL en el receptor es la de realizar la conversión de intensidad eléctrica a tensión eléctrica, puesto que ésta es una magnitud más fácil de medir en cualquier circuito electrónico.
Construcción del banco de prueba para el ponchado de fibra óptica
En esta fase se determinaron las especificaciones del banco de prueba estableciendo las medidas del mismo, así como la versatilidad y funcionabilidad requeridas para su construcción. En primer lugar se realizaron los cortes de las secciones que conforman la armadura del banco de prueba, un vez que se hayan agrupado estas secciones de acuerdo a la forma y tamaño establecidos en el diseño, se utilizó una lámina de MDF de 0,9 cm de espesor; sujetándolas con los clavos y tornillos. Los materiales e insumos utilizados para la elaboración del banco de prueba, así como la mano de obra constituyen un aporte de los involucrados en el proyecto. Los costos y cantidad de materiales se describen en el cuadro Cuadro 4.
Cuadro 4
Lista de materiales e insumos para fabricar el banco de prueba
Cant. Descripción P/ Unidad Bs Total Bs
2 MDF 12mm Fibranova 1.22 x 2.44 240 480
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1 Caja de clavos 1” 40 40
1 ¼ de Contac 100 30 30
1 ¼ Cola blanca 20 20
1 Lámina Acrílica 1.5mm Transparente
de 1.80 x 1.20 200 200
Total de la inversión 800,00
Además en las figuras mostradas a continuación (figura 21), se puede observar el banco de prueba ya ensamblado y revestido.
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Figura 22. Estructura del banco de prueba revestido. Tomado de Aguilera e Higuera 2012.
Una vez elaborado el cajón del banco de prueba, se procedió a realizar el montaje de los elementos que conforman el prototipo con sus respectivas conexiones: la gaveta donde serán guardadas de forma segura las herramientas de ponchado de la fibra óptica, la fuente de poder, los circuitos electrónicos determinados para el desarrollo de las prácticas (Resistencias, Fotoreceptores, Fototransmisores, entre otros). Este montaje se muestra en las siguientes figuras ( figuras 23, 24 y 25 ).
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Figura 23. Montaje de los elementos integrantes del banco de prueba (Parte Frontal). Tomado de Aguilera e Higuera 2012.
Figura 24. Montaje de los elementos integrantes del banco de prueba. (Parte Lateral). Tomado de Aguilera e Higuera 2012.
Figura 25. Montaje de los elementos integrantes del banco de prueba. (Parte Trasera). Tomado de Aguilera e Higuera 2012.
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Por último, como se muestra en la figura 26, se instalaron las secciones de vidrio sujetándolas con pegamento; éstas harán visibles tanto para el profesor y sus estudiantes las herramientas y los circuitos que conforman el banco de prueba con el fin de que estos puedan identificar cada uno de los componentes y herramientas utilizadas en el ponchado, medición y transmisión de la fibra óptica. Ya ajustadas las secciones de vidrio en el cajón, el banco de prueba ha quedado ensamblado completamente para realizar la evaluación de su funcionamiento.
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Evaluación del funcionamiento del banco de prueba
Luego de haber ejecutado el diseño y construcción del banco de prueba para el ponchado de fibra óptica es necesario realizar la evaluación de su funcionamiento. Para ello se elaboraron una serie de actividades con la finalidad de poner en práctica los datos teóricos obtenidos. Al final de estas actividades el estudiante habrá ganado un mejor entendimiento en lo referente a los sistemas de fibra óptica, adquiriendo una verdadera experiencia mediante la manipulación de los mismos.
El conjunto de actividades que conforman la guía práctica son: Práctica 1. Transmisión en el cable de fibra óptica.
Práctica 2. Dispositivos de interconexión para la fibra óptica, conectores ST y SC.
Práctica 3. Conectores y empalmes. Práctica 4. Transmisión de fibra óptica.
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CONCLUSIONES
Una vez finalizadas las etapas de investigación es preciso aportar las conclusiones que se obtuvieron dentro del desarrollo del prototipo. De este modo, a continuación se procederá con la descripción de cada etapa.
Luego de realizar una observación y diagnóstico dentro del laboratorio de física del Instituto Universitario Politécnico Santiago Mariño, específicamente para la cátedra de Laboratorio de Comunicaciones y Microondas; se determinó que había la necesidad de contar con un banco de prueba para el ponchado de fibra óptica, debido a que los alumnos dispondrían de una herramienta educativa para la realización de sus prácticas profesionales. En cuanto a la determinación de los materiales, herramientas y equipos requeridos para la construcción del banco de prueba, se estableció el uso de una serie de componentes electrónicos y herramientas implementados dentro de los sistemas básicos de transmisiones con fibra óptica, entre ellos se mencionan los siguientes: fototransmisores, fotodetectores, cable de fibra óptica, conectores ST y SC, fuente de poder, kit de herramientas para el ponchado de fibra óptica, entre otros.
Además se diseñaron los planos de la estructura del banco de prueba y el montaje de circuitos adecuados para la distribución de los elementos que integrarían el prototipo, esto se logro con la ayuda de los programas de computadora AutoCad y Livewire, usados para simular la estructura y conectorización de los componentes respectivamente.
Con respecto a la construcción del prototipo, el mismo se fabricó con los elementos seleccionados anteriormente siguiendo con lo establecido en las especificaciones tomadas en cuenta dentro del diseño de los planos, también se estimaron las necesidades de los estudiantes y profesores así como la seguridad y comodidad de los mismos.
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Finalmente, ya completado el ensamblaje del banco de prueba se procedió a evaluar su funcionamiento por medio de actividades prácticas establecidas para la experimentación dentro del tema de los sistemas de transmisiones ópticas, el cual representa un tópico muy importante en la actualidad para las comunicaciones.
Por ende se concluye que se los objetivos planteados en el primer capítulo de la investigación se cumplieron en su totalidad resultando en el desarrollo de un banco de prueba para el ponchado de fibra óptica para la cátedra de