UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERIA

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL Y AGRICOLA

PROGRAMA CURRICULAR DE INGENIERIA AGRICOLA

INFORME DE LABORATORIO: MEDICION DE UN BIOPOTENCIAL Y OBTENCION DE

CURVAS CAPACITIVAS.

GRUPO A1

ELECTROTECNIA / 2016630-01

BOGOTÁ D.C, OCTUBRE 11 DE 2013

MEDICION DE UN BIOPOTENCIAL Y OBTENCION DE CURVAS CAPACITIVAS.

INTRODUCCIÓN:

El origen del estudio de los biopotenciales, se inició con el análisis de los impulsos nerviosos que se presentaban en tejidos y músculos, manifestándose como contracciones en estos; el estudio inició gracias al fisiólogo Luigi Galvani que observó cómo sucedían contracciones en tejidos biológicos (de rana) en presencia de corriente eléctrica concluyendo que las contracciones musculares eran consecuencia de un estímulo de los nervios o células nerviosas que se encontraban en los tejidos o músculos.

Las plantas, al igual que los productos agrícolas que adquirimos de ellas también presentan respuesta a un flujo de corriente, conocido igualmente como biopotencial, esto sucede gracias a las sustancias químicas que presentan y a los procesos químicos que estos puedan desarrollar al momento de percibir un flujo eléctrico, manifestándose como la conducción de una tensión eléctrica interna.

Las plantas y productos agrícolas reaccionan a los distintos parámetros ambientales a los cuales está sujeto su desarrollo, manifestando sus respuestas con su crecimiento y desarrollo fisiológico, esto ligado con sus procesos internos, es decir los procesos químicos que desarrollan estos.

Uno de los principales objetivos fundamentales que podría tener el análisis de los biopotenciales en productos agrícolas, es la comprensión de las respuestas que manifiestan estos en cuanto a las necesidades que presenten (nutrientes, agua, entre otros), esto apoyado en el flujo de corriente y a análisis de tensión interna q estos presenten.

OBJETIVOS:

GENERAL.

Comprender la importancia y existencia de tensión interna de productos agrícolas (biopotencial).

ESPECÍFICOS.

● Analizar el modelo de carga y descarga que se presenta en un Limón.● Entender el índice de tensión que presenta el limón al momento de su carga, y a la

vez como se manifiesta su descarga.● Comprobar el flujo de corriente que circula a lo largo del circuito y a través del

limón.● Determinar la efectividad de descarga utilizando distinto materiales conductores.● Comprender la carga y descarga de un capacitor.

MARCO TEÓRICO:

Biopotencial:

Es un diferencia de potencial eléctrico que se encuentra en los seres vivos, el cual puede medirse en dos puntos cualquiera del producto a analizar, este potencial llamado también como impulso eléctrico, es una onda de descarga que viaja a lo largo del producto, estimulado por los procesos bioquímicos que puedan suceder en este.

Este biopotencial o impulso eléctrico que viaja a través de los tejidos de seres vivos, se relaciona con señales o mensajes relacionados con el control del desarrollo y crecimiento fisiológico adecuado, al igual que con las necesidades específicas que pueda requerir dicho ser vivo.

El biopotencial lo genera la diferencia de potencial o de tensión que existe entre el interior y el exterior de una célula, el cual es determinado por las características físicas y químicas que está presente, ya que la estimulación de biopotencial depende de la distribución de iones que presenten cada célula de dicho producto agrícola o panta. Igualmente es importante tener en cuenta la existencia de fuerzas de atracción que presentan los iones a las células (fuerza electroquímica) que puede afectar el índice de biopotencial del producto agrícola a analizar.

Capacitor:

Un capacitor electrónico se considera un dispositivo "pasivo", ya que no afecta a las corrientes eléctricas activamente o a otros componentes eléctricos; estos almacenan energía eléctrica entre los conductores eléctricos. Los números impresos en el capacitor se refieren a la cantidad de corriente que puede sostener pasivamente. Los capacitores o también llamados condensadores ayudan a regular la corriente eléctrica, asegurando una corriente constante para toda la red eléctrica.

Resistencias Variables (Trimmer):

Generalmente son llamados Trimmers a potenciómetros que se utilizan para ajustar voltajes o corrientes en algunos circuitos y se mueven por medio de un destornillador o herramienta de ajuste, estos valores en ohmios puede ser variado dentro de un rango ya sea de forma manual o mediante algún estímulo externo (luz, calor, sonido, voltaje, entre otros).

-Un potenciómetro lineal es aquel cuya variación es constante durante el giro del eje o cursor. -Un potenciómetro logarítmico o antilogarítmico se obtiene menos variación al principio y mayor variación al final del giro.

Ilustración 1: Gráficas tipo de potenciómetro

INSTRUMENTOS Y MATERIALES: Limón. Alambre grueso de Cobre. Placa o material de Aluminio. Placa o material de Hierro Zincado. Multímetros. Pulsador. Caimanes. Trimmer vertical. Capacitor 100 µF. Protoboard.

DESCRIPCIÓN:

Para el desarrollo del laboratorio y análisis del biopotencial de un limón se realizaron 8 montajes que dependían de los materiales de conducción insertados en el limón (cobre, aluminio y hierro zincado), y la disposición de estos materiales en el limón, es decir tanto horizontal como vertical; al igual del voltaje inicial a utilizar 5 VDC y 12 VDC.

Ilustración 2 disposición de materiales conductores horizontalmente.

Ilustración 3 disposición de materiales conductores verticalmente.

Para determinar el biopotencial presente en el limón se dispuso a montar un voltímetro de forma paralela al limón y upara determinar el flujo corriente del circuito, es decir el flujo de corriente que circula a través de limón se montó un amperímetro en serie con el limón.

Ilustración 4: Esquema circuito base

El papel que desarrolla el pulsador al momento de estar cerrado es permitir el flujo de corriente hacia y a través del limón para así cargar este y determinar su máximo biopotencial, el cual es igual al potencial que recibe de la fuente, posteriormente se suelta el ´pulsador con el fin de impedir el flujo de corriente y permitir la descarga del limón, disminuyendo así el voltaje en este, hasta llegar a su voltaje inicial.

ANALISIS DE RESULTADOS:

La medición del biopotencial del limón, donde de manera horizontal en que se dispuso, adquiere un valor de 0.94 VDC de tensión. En donde el alambre de Cobre actúa como ánodo y el tornillo de zinc como el cátodo.

Para la relación del alambre de cobre con la lámina de aluminio en la misma disposición horizontal, se obtiene una tensión de 0.55 VDC, en donde el cobre actúa como ánodo y el aluminio como cátodo.

Ilustración 5: medición de Biopotencial Horizontal.

Al disponerse el limón de manera vertical, el multímetro muestra que la tensión que posee es de -0.91 V; determinando por la disposición de la medición, que el alambre de cobre actúa igualmente que en el caso anterior como ánodo mientras que el tornillo de zinc cátodo.

Ilustración 7: Medición de Biopotencial Vertical.

Para la relación del alambre de cobre con la lámina e aluminio en la misma disposición Vertical, se obtiene mediante la ubicación en paralelo del multímetro, una tensión de 0.46 VDC, en donde el cobre actúa como el ánodo y el aluminio como cátodo.

Las conductividades eléctricas de los materiales implementados como terminales son:

-Para el cobre es de 5,96 × 107 [S·m-1]-Para el Aluminio es de 3,78 × 107 [S·m-1]-Para el Zinc es de 1,66 × 107 [S·m-1]

Es decir que del tipo de material de las terminales que se pongan al limón, va a depender la cantidad de tensión eléctrica en esta; dado a que el flujo de electrones a través del cobre es mayor al del aluminio y al del zinc, este se vuelve en ánodo del biopotencial, y diferenciando el aluminio del zinc, el aluminio tiene mayor conductividad eléctrica que el zinc alterando su potencial de cada montaje al actuar como cátodos.

La disposición del montaje que se muestra en la ilustración 4, relaciona las siguientes gráficas donde se muestra una aproximación logarítmica a cada cantidad de datos de descarga del limón, así:

PARA VOLTAJE DE 5 VDC DE LA FUENTE: (*Véase tabla de datos, hojas anexo)

Ilustración

Hierro zincado y Cobre:

- Horizontal:

0 5 10 15 200.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

f(x) = − 0.0799209841183993 ln(x) + 1.15855177996959R² = 0.230324844434597

biopotencial VDC

Logarithmic (biopotencial VDC)

tiempo (s)

volta

je (V

)

Grafica 1 Descarga biopotencial 5 VDC hierro zincado horizontal

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 550.43

0.435

0.44

0.445

0.45

0.455

0.46

0.465

f(x) = − 0.00231240538614867 ln(x) + 0.450683423253389R² = 0.841704663015339

tiempo s

corr

ient

e m

A

Grafica 2 Detrimento de corriente en la carga 5VDC hierro zincado horizontal

- Vertical:

0 5 10 15 20 25 300.98

0.985

0.99

0.995

1

1.005

1.01

1.015

f(x) = − 0.0051556984507751 ln(x) + 1.0104985274055R² = 0.747459325362584

biopotencial VDC

Logarithmic (biopotencial VDC)

tiempo (s)

vota

je (V

)

Grafica 3 Descarga biopotencial 5 VDC hierro zincado vertical.

La variación de la corriente al momento de iniciar la carga del limón a 5VDC con hierro zincado de forma vertical es muy baja, esta variación en aproximadamente 60 segundos se acerca a 0,01 mA; esto puede suceder a la lenta acumulación de carga dentro del limón , es decir que este durará más tiempo en almacenar el total de su capacidad y así mismo tardará más tiempo realizando la descarga del voltaje adquirido.

Aluminio y Cobre:

- Horizontal:

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 300.4

0.9

1.4

1.9

2.4

f(x) = − 0.21579771256988 ln(x) + 1.11221707047291R² = 0.327912211094638

biopotencial VDCLogarithmic (biopotencial VDC)

tiempo (s)

volta

jje (V

)

Grafica 4Descarga biopotencial 5 VDC aluminio horizontal.

Al realizar la carga del limón por medio de aluminio de forma horizontal a 5 VDC, se percibe un descenso de la corriente en el circuito muy bajo, esto es debido a la capacidad de acumulación de carga dentro del limón según la configuración en que se encuentre la lámina de aluminio.

- Vertical:

0 5 10 15 20 25 300.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

f(x) = − 0.105047538636744 ln(x) + 0.739509677721018R² = 0.579200814732239

biopotencial VDCLogarithmic (biopo-tencial VDC)

tiempo (s)

Volta

je (v

)

Grafica 5 Descarga biopotencial 5 VDC aluminio vertical.

0 5 10 15 20 25 30 35 40 451.25

1.26

1.27

1.28

1.29

1.3

1.31

1.32

1.33

1.34

f(x) = − 0.00566992815988161 ln(x) + 1.30926372471958R² = 0.864824432642213

tiempo s

corr

ient

e m

A

Grafica 6 Detrimento de corriente en la carga 5VDC aluminio vertical

PARA VOLTAJE DE 12 VDC DE LA FUENTE: (*Véase tabla de datos, hojas anexo)

Hierro zincado y Cobre:

- Horizontal:

0 5 10 15 20 25 30 35 400.9

0.95

1

1.05

1.1

1.15

f(x) = − 0.0236903306498789 ln(x) + 1.07420857547896R² = 0.704084407218815

biopotencial VDCLogarithmic (biopotencial VDC)

tiempo (s=

volta

je (V

)

Grafica 7 Descarga biopotencial 12 VDC hierro zincado horizontal.

5 10 15 20 25 30 35 40 451.17

1.18

1.19

1.2

1.21

1.22

1.23

1.24

1.25

1.26

f(x) = − 0.0313188539761916 ln(x) + 1.31702736149132R² = 0.995846023214744

tiempo s

corr

ient

e m

A

Grafica 8 Detrimento de corriente en la carga 12 VDC hierro zincado horizontal.

- Vertical:

0 10 20 30 40 500.94

0.96

0.98

1

1.02

1.04

1.06

1.08

f(x) = − 0.0148919588607368 ln(x) + 1.04095394526974R² = 0.758553259103087

biopotencial VDCLogarithmic (biopo-tencial VDC)

tiempo (s)

volta

je (v

)

Grafica 9 Descarga biopotencial 12 VDC hierro zincado vertical.

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 602.26

2.28

2.3

2.32

2.34

2.36

2.38

2.4

f(x) = − 0.0015415423249187 x + 2.38714470152808R² = 0.988252948202313

tiempo s

corr

ient

e m

A

Grafica 10 Detrimento de corriente en la carga 12 VDC hierro zincado vertical

Aluminio y Cobre:

- Horizontal:

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

f(x) = − 0.13016176543819 ln(x) + 0.987253607036758R² = 0.549941874118949 biopotencial VDC

Logarithmic (biopotencial VDC)

tiempo (s)

volta

e (v

)

Grafica 11 Descarga biopotencial 12 VDC aluminio horizontal.

0 10 20 30 40 50 600.88

0.9

0.92

0.94

0.96

0.98

1f(x) = 0.999346886822796 x -̂0.016690719749783R² = 0.835574822372767

corriente carga 12 VDC

tiempo s

corr

ient

e m

A

Grafica 12Detrimento de corriente en la carga 12 VDC aluminio horizontal.

- Vertical:

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200

0.5

1

1.5

2

2.5

3

f(x) = − 0.271507003862773 ln(x) + 1.25481312551297R² = 0.176767072691538

biopotencial VDC

Logarithmic (biopotencial VDC)

Tiempo (s)

volta

je (V

)

Grafica 13 Descarga biopotencial 12 VDC aluminio vertical.

0 10 20 30 40 50 603.46

3.48

3.5

3.52

3.54

3.56

3.58

3.6

3.62

3.64f(x) = − 0.00203764279603442 x + 3.63661516783252R² = 0.992829805191742

tiempo s

corr

ient

e m

A

Grafica 14 Detrimento de corriente en la carga 12 VDC aluminio vertical.

-CALIBRACION DE TRIMMER

Tabla 1: Resistencia entre terminal 2-3.

Al graficar los puntos de la tabla 1, en un gráfico de numero de vueltas vs resistencia, se identifica que se aproxima a una función lineal en donde se relacionan las medidas de las terminales 2 y 3 del trimmer, Respecto a la resistencia que buscamos obtener entre la terminal 2-3 se debieron de realizar un poco menos de 3 giros al tornillo, para que el valor de la resistencia fuera de 3.0 kΩ. Al verificar la medición entre la terminal 1-3 se aseguró que el valor de esta resistencia, se asemejara a un valor de 5 kΩ dadas por las especificaciones de este.

-CARGA Y DESCARGA DEL CAPACITOR

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.50.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

f(x) = − 0.152 x + 3.492R² = 0.99896229678312

Resistencia (kΩ)Linear (Resistencia (kΩ))

# de vueltas

Resis

tenc

ia

Trimer Vertical# de

VueltasResistencia (kΩ)

0 3.501 3.332 3.193 3.034 2.89

Resistencia entre terminal 1-3 : 4.96 kΩResistencia entre terminal 2-3 : 3.00 kΩ

Tabla 2: Datos carga y descarga capacitor 5VDC

Fuente a 5VDCCarga Descarga

Tiempo (S)

Corriente (mA) Voltaje (V) Tiempo (s) Corriente (mA) Voltaje (V)

0 0.02 4.991 0.87 0.95 5 0.01 4.722 0.27 2.35 10 0.01 4.483 0.13 3.8 15 0.01 4.254 0.07 4.63 20 0.01 4.045 0.03 4.87 25 0.01 3.836 0.02 4.95 30 0.01 3.617 0.02 4.97 35 0.01 3.488 0.02 4.98 40 0.01 3.319 0.02 4.99 45 0.01 3.00

10 0.02 4.99 50 0.01 2.8511 0.02 4.99 55 0.01 2.7212 0.02 4.99 60 0.01 2.5813 0.02 4.99 70 0.01 2.3614 0.02 4.99 80 0.01 2.1415 0.02 4.99 90 0.01 1.9316 0.02 4.99 100 0.01 1.7717 0.02 4.99 110 0.01 1.6118 0.02 4.99 120 0.01 1.4719 0.02 4.99 150 0.01 1.1120 0.02 4.99 180 0.01 0.84

Fuente a 12VDCCarga Descarga

Tiempo Corriente Voltaje Tiempo Corriente Voltaje0 0.02 11.87

1 1.65 1.66 5 0.01 11.292 8.89 0.98 10 0.01 10.653 10.88 0.14 15 0.01 10.084 11.42 0.08 20 0.01 9.555 11.69 0.06 25 0.01 9.066 11.75 0.05 30 0.01 8.657 11.75 0.05 35 0.01 8.228 11.79 0.04 40 0.01 7.819 11.8 0.04 45 0.01 7.42

10 11.8 0.04 50 0.01 7.0611 11.82 0.03 55 0.01 6.7112 11.83 0.03 60 0.01 6.3813 11.83 0.03 65 0.01 6.114 11.83 0.03 70 0.01 5.8415 11.84 0.03 75 0.01 5.5316 11.84 0.03 80 0.01 5.2917 11.85 0.03 85 0.01 5.0318 11.85 0.03 90 0.01 4.7919 11.85 0.03 95 0.01 4.5620 11.85 0.03 100 0.01 4.3421 11.85 0.03 105 0.01 4.1422 11.85 0.03 110 0.01 3.9423 11.85 0.03 120 0.01 3.5924 11.86 0.03 130 0.01 3.2625 11.86 0.03 140 0.01 2.9626 11.86 0.03 150 0.01 2.7227 11.86 0.03 160 0.01 2.4728 11.86 0.03 170 0.01 2.2829 11.86 0.03 180 0.01 2.0530 11.86 0.03 190 0.01 1.8731 11.86 0.03 200 0.01 1.7132 11.87 0.02 210 0.01 1.56

Tabla 3: Datos carga y Descarga capacitor 12VDC

0 5 10 15 20 25 30 350

2

4

6

8

10

12

14

Corriente Voltaje

Grafica 16 Carga de capacitor con fuente a 12V.

0 50 100 150 200 2500

2

4

6

8

10

12

14

Corriente Voltaje

Grafica 17 Descarga de capacitor con fuente 12V.

0 2 4 6 8 10 120

1

2

3

4

5

6

Corriente Tensión

Grafica 18 Carga de capacitor con fuente a 5V.

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000

1

2

3

4

5

6

Corriente Voltaje

Grafica 19 Descarga de capacitor con fuente a 5V

CONCLUSIONES:

- El biopotencial que tiene el montaje de las terminales cobre-aluminio y cobre-zinc, se diferencian sus valores obtenidos experimentalmente debido a que influye el tipo de material en contacto con el limón, es decir que para los dos caso de montajes las conductividades de estas se relacionan con su medida de tensión.

La medición de la tensión del montaje de cobre-zinc es mayor a la medición de la tensión del montaje de cobre-aluminio, debido a la relación del ánodo y los cátodos de cada montaje (Zinc y aluminio); es decir que para el zinc que es menos conductor que el aluminio, retiene mayor cantidad de cargas durante el movimiento de estas, generando una mayor diferencia de potencial; y por el lado del aluminio ocurre lo mismo pero la diferencia de potencial entre terminales es menor dado a la capacidad de retener menos cargas que la terminal de zinc todo atribuido a la capacidad del material de conducir electrones.

- La carga que circula a lo largo del circuito al momento de la carga del limón tanto a 5 VDC y 12 VDC y con aluminio y hierro zincado siempre resultó mayor cuando se disponían las láminas de los conductores de forma vertical; esto puede suceder debido a que por medio de esta configuración existe una mayor diferencia de potencial, biopotencial del limón y así hay un mayor flujo de corriente.

- la acumulación de carga dentro del limón, es proporcional al índice de voltaje en este biopotencial y asi pues se puede determinar la capacidad de acumulación de carga del limón conocido como capacitancia.

- En ciertos casos la tendencia del detrimento de la corriente en el circuito al momento de la carga del limón resultó lineal esto podría suceder si el incremento de la tensión (biopotencial) en el limón se manifiesta de forma lineal, ya que la relación de estos dos parámetros es inversa debido a que la resistencia que presenta el limón es constante.

- Según los tipos de resistencias variables definidos antes, el trimmer vertical que se implementa en el laboratorio, se puede afirmar que es uno que se comporta de manera lineal, ya que según la gráfica 9, los datos que se obtuvieron al girar en una vuelta y al ajustar una función lineal a esta, se ajusta en un 99.9%.

- Mientras más corrientes entren, más rápido se "llenará" el capacitor. Esto provoca entonces que se cierre el mecanismo del capacitor, impidiendo la salida de corriente eléctrica y redirigiendo el flujo hacia una corriente a tierra.

RECOMENDACIONES:

En el montaje para la lectura de biopotencial del limón es importante al momento de introducir las placas de las láminas conductoras, no introducirlas demasiado, ya que las placas se acercarían mucho entre sí y el flujo de corriente y voltaje no se realizaría a través de los tejidos del limón, sino directamente por los conductores, y así no se tendría en cuenta el efecto que hace el limón dentro del circuito (efecto capacitivo).

Es importante realizar el montaje del circuito de forma adecuada con el fin de leer de manera correcta el voltaje presente en el limón (BP) y asi mismo la corriente que circula por el circuito.

Se aconseja que al momento de realizar los variados montajes no se realicen más perforaciones al limón utilizado para el desarrollo de la práctica, ya que gran cantidad de perforaciones en este puede afectar las características a analizar en el montaje, capacidad de acumular carga, índice de biopotencial.

ANEXOS:

Descarga biopotencial hierro zincado horizontal

5VDC

tiempo s

biopotencial VDC

1 1,631 12 0,99

2,5 0,983 0,983 0,979 0,96

20 0,9547 0,94

Descarga biopotencial hierro zincado vertical

5VDC

tiempo s

biopotencial VDC

1 1,012 1,013 1

10 115 120 122 0,9930 0,99

Descarga biopotencial hierro zincado horizontal

12VDC

tiempo s

biopotencial VDC

1 1,121 1,062 1,05

2 1,044 1,037 1,02

10 1,0215 1,0140 1

Descarga biopotencial hierro zincado vertical

12VDC

tiempo s

biopotencial VDC

1 1,072 1,032 1,023 1,016 1,017 1

30 0,9950 0,9990 0,98

Descarga biopotencial aluminio vertical

5VDC

tiempo s

biopotencial VDC

1 0,951 0,742 0,712 0,613 0,524 0,485 0,47

14 0,4742 0,46

Descarga biopotencial aluminio horizontal

5VDC

tiempo s

biopotencial VDC

0,5 2,51 0,81 0,722 0,683 0,663 0,644 0,635 0,627 0,61

12 0,616 0,5927 0,5857 0,57

Descarga biopotencial aluminio vertical

12VDC

tiempo s

biopotencial VDC

1 3,041 0,792 0,742 0,713 0,633 0,564 0,55

64 0,54

Descarga biopotencial aluminio horizontal

12VDC

tiempo s

biopotencial VDC

1 1,452 0,873 0,773 0,744 0,725 0,716 0,76 0,697 0,688 0,678 0,669 0,65

11 0,6412 0,6314 0,6216 0,6123 0,630 0,5947 0,5893 0,57