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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 
 
 
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA 
 
UNIDAD ZACATENCO 
 
 
Diseño y construcción de un Equipo de Medición para el Estudio de la 
Transmitancia y el Esparcimiento de Luz (EMETEL) en una suspensión 
T E S I S 
Que para obtener el título de: 
INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA 
Presenta: 
Juan Luis Nepomuceno Herrera 
Asesor: 
M. en C. Jorge Adrián Garduño Medina 
 
México; Ciudad de México, Marzo 2017 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA 
UNIDAD PROFESIONAL "ADOLFO LÓPEZ MATEOS" 
T E M A D E T E S I S 
QUE PARA O B T E N E R E L TÍTULO DE INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA 
POR L A OPCIÓN DE TITULACIÓN TESIS Y E X A M E N O R A L INDIVIDUAL 
D E B E R A (N) D E S A R R O L L A R C. JUAN LUIS NEPOMUCENO H E R R E R A 
"DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EQUIPO DE MEDICIÓN PARA E L ESTUDIO DE L A 
TRANSMITANCIA Y E L ESPARCIMIENTO DE L U Z ( E M E T E L ) E N UNA SUSPENSIÓN" 
D I S E Ñ A R Y C O N T R U I R U N EQUIPO QUE A Y U D E A M E D I R L A C O N C E N T R A C I Ó N DE PA RT ICU L AS EN U N A 
S U S P E N S I Ó N , A T R A V É S D E L A N Á L I S I S DE L A I N T E N S I D A D DE L U Z T R A N S M I T I D A Y ESPARCIDA QUE SE 
O R I G I N A N A L I N C I D I R U N H A Z DE L U Z . 
•:• A N T E C E D E N T E S 
•:• DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN D E L E M E T E L 
•:• D E S A R R O L L O DE LA I N T E R F A Z GRÁFICA DE USUARIO D E L E M E T E L 
• PREPARACIÓN, PRUEBAS Y RESULTADOS D E L E M E T E L 
CIUDAD DE MÉXICO., A 14 DE MARZO D E L 2017. 
A S E S O R 
M. EN C. J O R G E ADRIAN GARDUÑO MEDINA 
DR. SALVADO! 
J E F E D E L DEPARTA! 
EN COMUNICACK 
DEPARTAMENTO 
O IVÍENE'SÉS GONZÁLEZ 
ENTO DE INGENIERÍA 
S Y ELECTRÓNICA 
 
 
II 
 
AGRADECIMIENTOS 
A dios y a la vida por darme la oportunidad de compartir esta satisfacción junto a las 
personas que me inspiran a cada segundo. 
A mis padres, Benito y Micaela, por darme todo su amor, por estar siempre en mis 
mejores y peores momentos, porque ellos son el pilar de mis ideas y mis acciones, 
de cada paso que doy y de cada meta que me propongo, porque sin ellos 
simplemente no concibo que es vivir. 
A mis hermanos Omar Israel y Josué Misael (Q.D.E.P.), por enseñarme lecciones 
de vida que jamás olvidare. 
A una persona muy especial quien me ha dado su apoyo y me ha procurado más 
allá de sus posibilidades, sacrificando muchas veces su propio bienestar y 
satisfacción. Quien me ha mostrado un panorama nuevo de sueños y aspiraciones. 
A mi familia y amigos que me han acompañado a la largo de mi vida, los cuales me 
han brindado su ayuda y su cariño. 
A mi asesor y amigo Jorge Adrián Garduño Medina, por el apoyo, el esfuerzo y 
confianza que ha depositado en mí. 
Al laboratorio de láseres de la Sección de Estudios y Posgrado e Investigación de 
la ESIME Zacatenco, la cual ha facilitado con instalaciones, materiales y 
herramientas el desarrollo del trabajo presentado. 
Por ultimo a el Instituto Politécnico Nacional y a la Escuela Superior de Ingeniería 
Mecánica y Eléctrica quienes han forjado mi formación profesional. 
 
 
 
 
III 
 
RESUMEN 
En este trabajo se presenta el diseño y la construcción de un equipo capaz 
de medir la concentración de partículas en una suspensión, a partir del análisis de 
la intensidad de luz transmitida y esparcida que se originan al incidir un haz de luz. 
El fundamento con el cual se basa el cálculo de la concentración de partículas se 
halla en el uso de la ley de Bouguer–Lambert–Beer y la teoría de esparcimiento de 
Mie. 
La propuesta del equipo lleva por nombre EMETEL (Equipo de Medición para el 
Estudio de la Transmitancia y el Esparcimiento de Luz), el cual consta de dos 
tarjetas electrónicas: la primera denominada tarjeta de control (TC) y la segunda 
tarjeta de alimentación (TA), además de incluir una interfaz gráfica de usuario (GUI, 
por sus siglas en inglés) para el manejo del equipo a través de una computadora 
personal o laptop. Para el manejo adecuado y correcto del equipo se incluye una 
guía de instalación y de preparación. 
El EMETEL fue utilizado en diversas suspensiones; con los datos capturados se 
obtuvo un modelo matemático para calcular su absorbancia, coeficiente de extinción 
y la concentración en función del tiempo. 
Por último, se reportan los resultados obtenidos y los comentarios de las pruebas 
realizadas, así como las conclusiones y las sugerencias de trabajos a futuro. 
 
 
 
IV 
 
OBJETIVO 
Diseñar y construir un equipo que ayude a medir la concentración de 
partículas en una suspensión, a través del análisis de la intensidad de luz 
transmitida y esparcida que se originan al incidir un haz de luz. 
 
OBJETIVOS PARTICULARES 
 Estudiar los fenómenos de la transmitancia y el esparcimiento de luz, así 
como sus aplicaciones. 
 Elaborar una tarjeta de adquisición de datos adecuada para medir las señales 
de la transmitancia y el esparcimiento de luz. 
 Programar el dispositivo microcontrolador PIC18F2455, requerido para el 
control del EMETEL. 
 Desarrollar la interfaz gráfica de usuario que permita el manejo del EMETEL 
a través de una computadora personal o laptop. 
 Realizar pruebas de medición de la transmitancia y el esparcimiento de luz, 
con el EMETEL. 
 Mostrar los resultados obtenidos en diversas suspensiones. 
 
JUSTIFICACIÓN 
Actualmente la Sección de Estudios de Posgrado e Investigación de la 
ESIME ZACATENCO en el área de fotónica se realizan diversas investigaciones 
sobre la difusión de la luz. Particularmente surge la problemática de la dosificación 
de partículas empleadas para el tratamiento de cáncer por Terapia Fotodinámica, 
ya que debido a la sedimentación de las mismas esta cambia constantemente 
conforme transcurre el tiempo. 
Es por tal motivo, diseñar un equipo que permita medir la intensidad de la 
transmitancia y del esparcimiento de luz; y a través de un análisis conocer la 
concentración de partículas en un tiempo determinado. 
 
 
 
 
V 
 
ORGANIZACIÓN DE LA TESIS 
 
Capítulo 1 Antecedentes.- En este capítulo se describirá los fundamentos teóricos 
de la ley de Bouguer–Lambert–Beer y la teoría de esparcimiento de Mie, así como 
algunas de sus aplicaciones. 
 
Capítulo 2 Diseño y construcción del EMETEL.- En este capítulo se muestra el 
diseño y la construcción de las tarjetas electrónicas del EMETEL que se emplearon 
para la captura y acondicionamiento de señales (transmitancia y esparcimiento de 
luz). 
 
Capítulo 3 Desarrollo de la interfaz gráfica de usuario del EMETEL.- En este 
capítulo se describe la instalación y el desarrollo de la Interfaz Gráfica de Usuario 
para el manejo del EMETEL. 
 
Capítulo 4 Preparación, pruebas y resultados del EMETEL.- En este capítulo se 
describe la preparación y el uso del EMETEL en las suspensiones bajo prueba. De 
igual manera se presentan los resultados obtenidos del comportamiento de la 
transmitancia y el esparcimiento de luz. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
VI 
 
ÍNDICE GENERAL 
 
AGRADECIMIENTOS ....................................................................................................... II 
RESUMEN ..................................................................................................................... III 
OBJETIVO ..................................................................................................................... IV 
OBJETIVOS PARTICULARES .......................................................................................... IV 
JUSTIFICACIÓN ............................................................................................................. IV 
ORGANIZACIÓN DE LA TESIS ......................................................................................... V 
ÍNDICE GENERAL .......................................................................................................... VIÍNDICE DE FIGURAS .................................................................................................... VIII 
ÍNDICE DE TABLAS ........................................................................................................ X 
CAPÍTULO 1. ANTECEDENTES ...................................................................................- 1 - 
1.1 LEY DE BOUGUER–LAMBERT–BEER.............................................................................. - 1 - 
1.2 APLICACIONES DE LA LEY DE BOUGUER – LAMBERT – BEER ............................................... - 5 - 
1.2.1 ESPECTROSCOPIA DE ABSORCIÓN ............................................................................. - 5 - 
1.2.2 ESPECTROSCOPIA DE ABSORCIÓN MOLECULAR UV, VISIBLE E INFRARROJO CERCANO ........... - 5 - 
1.2.3 ESPECTROFOMETRÍA: ESPECTROS DE ABSORCIÓN Y CUANTIFICACIÓN COLORIMÉTRICA DE 
BIOMOLÉCULAS ............................................................................................................. - 6 - 
1.2.4 ESPECTROSCOPIA ÓPTICA NO INVASIVA E IMÁGENES DE LA FUNCIÓN CEREBRAL HUMANA ....... - 6 - 
1.2.5 EXPLICACIÓN DEL COLOR DE LA PIEL HUMANA POR EL ANÁLISIS DE REGRESIÓN LINEAL MÚLTIPLE 
BASADO EN LA LEY LAMBERT-BEER MODIFICADA ................................................................... - 7 - 
1.3 TEORÍA DE ESPARCIMIENTO DE MIE .............................................................................. - 7 - 
1.4 APLICACIONES DE LA TEORÍA DE ESPARCIMIENTO DE MIE................................................. - 10 - 
1.4.1 FACTORES DE EFICIENCIA DEFINIDOS POR DISPERSIÓN DE MIE ANTE PARTÍCULAS Y FACTORES 
AMBIENTALES .............................................................................................................. - 10 - 
1.4.2 PROPIEDADES DE ABSORCIÓN Y DISPERSIÓN CALCULADAS EN NANOPARTÍCULAS DE ORO DE 
DIFERENTE TAMAÑO, FORMA Y COMPOSICIÓN: APLICACIONES EN BIOLOGÍA Y BIOMEDICINA .......... - 10 - 
CAPÍTULO 2. DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL EMETEL ............................................. - 11 - 
2.1 TARJETA DE CONTROL (TC) ...................................................................................... - 12 - 
2.1.1 ETAPA DE MULTIPLEXADO ...................................................................................... - 13 - 
2.1.1.1 RESPUESTA Y NORMALIZACIÓN DE LOS FOTOTRANSISTORES ....................................... - 14 - 
 
 
VII 
 
2.1.1.2 POLARIZACIÓN DEL FOTOTRANSISTOR .................................................................... - 14 - 
2.1.1.3 SELECCIÓN DE LOS FOTOTRANSISTORES ................................................................ - 16 - 
2.1.2 ETAPA DE ACONDICIONAMIENTO DE SEÑAL ................................................................. - 17 - 
2.1.2.1 CONTROL DEL POTENCIÓMETRO DIGITAL (X9C103) .................................................. - 18 - 
2.1.3 ETAPA DE CONTROL.............................................................................................. - 19 - 
2.1.3.1 COMUNICACIÓN ENTRE EL EMETEL – PC .............................................................. - 20 - 
2.1.3.2 INDICADOR LED ................................................................................................ - 23 - 
2.1.3.3 CONTROL DE ENCENDIDO Y APAGADO DE LA FUENTE LUMINOSA ................................... - 23 - 
2.1.3.4 CONTROL DE GANANCIA ...................................................................................... - 23 - 
2.1.3.5 CONTROL DE CAMBIO DE LOS CONVERTIDORES ANALÓGICO DIGITAL ............................. - 23 - 
2.1.4 MÓDULO DE TEMPERATURA .................................................................................... - 24 - 
2.1.5 MÓDULO DE CONMUTACIÓN .................................................................................... - 24 - 
2.2 TARJETA DE ALIMENTACIÓN (TA) ............................................................................... - 26 - 
CAPÍTULO 3. DESARROLLO DE LA INTERFAZ GRÁFICA DE USUARIO DEL EMETEL ... - 32 - 
3.1 INSTALACIÓN DEL EQUIPO ......................................................................................... - 33 - 
3.2 SELECCIONAR DISPOSITIVO ....................................................................................... - 34 - 
3.3 DIRECCIÓN DEL ARCHIVO .......................................................................................... - 35 - 
3.4 GANANCIA ............................................................................................................. - 35 - 
3.5 ANGULO ............................................................................................................... - 35 - 
3.6 GRÁFICOS ............................................................................................................. - 36 - 
3.7 VARIABLES DE CONTROL .......................................................................................... - 36 - 
3.8 INDICADOR DE TEMPERATURA .................................................................................... - 37 - 
CAPÍTULO 4. PREPARACIÓN, PRUEBAS Y RESULTADOS DEL EMETEL ..................... - 38 - 
4.1 REQUERIMIENTOS PARA EL FUNCIONAMIENTO DEL EMETEL ............................................ - 38 - 
4.2 PREPARACIÓN DEL EMETEL .................................................................................... - 39 - 
4.3 PRUEBAS Y RESULTADOS EMPLEANDO EL EMETEL ....................................................... - 40 - 
4.3.1 PRUEBA EN SUSPENSIÓN Nº 1 ................................................................................. - 40 - 
4.3.2 PRUEBA EN SUSPENSIÓN Nº 2. ................................................................................ - 44 - 
4.3.3 PRUEBA EN SUSPENSIÓN Nº 3 ................................................................................. - 46 - 
4.3.4 PRUEBA EN SUSPENSIÓN Nº 4. ................................................................................ - 48 - 
4.3.5 PRUEBA EN SUSPENSIÓN Nº 5. ................................................................................ - 50 - 
4.3.6 PRUEBA EN SUSPENSIÓN Nº 6. ................................................................................ - 51 - 
CONCLUSIONES ..................................................................................................... - 53 - 
TRABAJOS A FUTURO ............................................................................................ - 54 - 
 
 
VIII 
 
BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................ - 55 - 
ANEXO A ................................................................................................................ - 57 - 
ANEXO B ................................................................................................................ - 59 - 
ANEXO C ................................................................................................................ - 61 - 
ANEXO D ................................................................................................................ - 63 - 
ANEXO E ................................................................................................................ - 66 - 
ANEXO F ................................................................................................................. - 68 - 
ANEXO G ................................................................................................................ - 71 - 
ANEXO H ................................................................................................................ - 73 - 
ANEXO I .................................................................................................................. - 75 - 
ANEXO J ................................................................................................................. - 76 - 
ANEXO K ................................................................................................................- 77 - 
ANEXO L ................................................................................................................. - 78 - 
ANEXO M ................................................................................................................ - 79 - 
GLOSARIO .............................................................................................................. - 80 - 
 
ÍNDICE DE FIGURAS 
Figura 1.1 Absorbancia de los compuestos con respecto a la longitud de onda Io. ..... - 1 - 
Figura 1.2 Representación esquemática de la ley de Bouguer – Lambert – Beer. ...... - 3 - 
Figura 1.3 Relación de la transmitancia y la absorbancia contra la concentración. ..... - 4 - 
Figura 1.4 Límites de la ley de Bouguer – Lambert – Beer. ..................................... - 4 - 
 
Figura 2.1 Diagrama a bloques del EMETEL. ..................................................... - 11 - 
Figura 2.2 Esquema de las secciones que integran la TC. .................................... - 12 - 
Figura 2.3 Conexión del microcontrolador al multiplexor analógico. ....................... - 13 - 
Figura 2.4 Fototransistor SD1440. .................................................................... - 14 - 
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IX 
 
Figura 2.5 a) Gráfica de la respuesta espectral, b) Gráfica del tiempo de respuesta. - 14 - 
Figura 2.6 Polarización típica del fototransistor. .................................................. - 15 - 
Figura 2.7 Distribución de los fototransistores. .................................................... - 17 - 
Figura 2.8 Configuración no inversora de un amplificador operacional. .................. - 17 - 
Figura 2.9 Diagrama de conexión de la etapa de acondicionamiento de señal. ....... - 19 - 
Figura 2.10 Conexión del sensor LM35. ............................................................. - 24 - 
Figura 2.11 Conexión del módulo de conmutación. ............................................. - 25 - 
Figura 2.12 Diagrama electrónico de la TC. ........................................................ - 26 - 
Figura 2.13 Circuito impreso de la Tarjeta de Control (TC). .................................. - 26 - 
Figura 2.14 Diagrama de conexión de la tarjeta de alimentación. .......................... - 28 - 
Figura 2.15 Circuito impreso de la tarjeta de alimentación. ................................... - 28 - 
Figura 2.16 Fotografía del EMETEL finalizado. ................................................... - 29 - 
Figura 2.17 Diagrama electrónico del EMETEL. .................................................. - 29 - 
 
Figura 3.1 Panel frontal de la GUI. .................................................................... - 32 - 
Figura 3.2 EMETEL instalado. .......................................................................... - 33 - 
Figura 3.3 a) GUI del EMETEL front panel. b) GUI del EMETEL Block Diagram. ..... - 34 - 
Figura 3.4 Campo para seleccionar dispositivo. .................................................. - 34 - 
Figura 3.5 Campo para guardar los datos de la prueba. ....................................... - 35 - 
Figura 3.6 Control de ganancia. ........................................................................ - 35 - 
Figura 3.7 Control de ángulo. ........................................................................... - 35 - 
Figura 3.8 Visores gráficos de la transmitancia y el esparcimiento de luz................ - 36 - 
Figura 3.9 Variables de control. ........................................................................ - 36 - 
Figura 3.10 Indicador de la temperatura ambiente. .............................................. - 37 - 
 
Figura 4.1 Alineación del EMETEL. ................................................................... - 39 - 
Figura 4.2 Intensidad de luz transmitida (suspensión N°1). ................................... - 40 - 
Figura 4.3 It medida y aproximación matemática (Suspensión Nº1). ....................... - 41 - 
Figura 4.4 Transmitancia medida y aproximación matemática (Suspensión Nº1). .... - 41 - 
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X 
 
Figura 4.5 Absorbancia medida y aproximación matemática (Suspensión Nº1). ...... - 42 - 
Figura 4.6 Transmitancia y absorbancia contra la concentración (suspensión Nº1). . - 43 - 
Figura 4.7 Concentración contra el tiempo (suspensión Nº1). ............................... - 44 - 
Figura 4.8 Gráficas obtenidas para la suspensión de partículas a 10mg/ml. ............ - 45 - 
Figura 4.9 Gráficas obtenidas para la suspensión de ZnO a 2.5 mg/ml................... - 47 - 
Figura 4.10 Gráficas obtenidas para la suspensión de Celebrex a 5 mg/ml. ............ - 49 - 
Figura 4.11 Gráficas obtenidas para la suspensión de ZnO a 11 mg/ml. ................. - 51 - 
Figura 4.12 Gráficas obtenidas para la suspensión de Celebrex a 15.5 mg/ml. ....... - 52 - 
 
ÍNDICE DE TABLAS 
Tabla 2.1 Estado de las terminales RC0, RC1 y RC2 del microcontrolador. ............ - 13 - 
Tabla 2.2 Valores medidos de las resistencias de carga utilizadas en el equipo. ..... - 15 - 
Tabla 2.3 𝑉𝑂 en los fototransistores empleados para el EMETEL. ......................... - 16 - 
Tabla 2.4 Rutinas para el incremento y el decremento del arreglo resistivo interno. . - 19 - 
Tabla 2.5 Tabla de costos del EMETEL. ............................................................ - 30 - 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Capítulo 1 Antecedentes 
 
- 1 - 
 
CAPÍTULO 1. ANTECEDENTES 
 
La propagación de la luz y su comportamiento al interactuar con la materia 
(en estado sólido, líquido o gaseoso) ha sido motivo de estudio en diversas áreas 
de la ciencia (física, química, medicina, arquitectura, mecánica, etc.), las cuales 
tienen por objetivo interpretar los fenómenos o patrones provocados al irradiar luz y 
con ello determinar ciertas características de la materia. La ley de Boguer–Lambert–
Beer y la teoría de esparcimiento de Mie son cotidianamente las herramientas más 
empleadas para el estudio de los fenómenos relacionados con luz, en específico:la 
transmitancia, la absorbancia y el esparcimiento. En este capítulo se abordarán 
dichas herramientas y algunas de sus aplicaciones. 
1.1 Ley de Bouguer–Lambert–Beer 
Se descubrió de formas diferentes e independientes; el primero fue el matemático y 
astrónomo francés Pierre Bouguer en 1729, después por el filósofo y matemático 
alemán, Johann Heinrich Lambert en el año 1760 y por último el físico y matemático 
alemán, August Beer en el año 1852 [1]. 
La ley establece que cuando se hace incidir luz monocromática (de una sola longitud 
de onda) sobre un medio homogéneo, una parte de la luz incidente es absorbida 
por el medio y otra transmitida, como consecuencia, la intensidad de la luz es 
atenuada desde Io a It siendo Io la intensidad de la luz incidente y It la intensidad de 
luz transmitida. Dependiendo del compuesto y el tipo de absorción a medir, la 
muestra puede estar en estado líquido, sólido o gaseoso. 
Cada sustancia tiene su propio espectro de absorción, el cual es una curva que 
muestra la cantidad de energía radiante absorbida (absorbancia) por la sustancia 
en cada longitud de onda del espectro electromagnético, es decir, a una 
determinada longitud de onda de la energía radiante, cada sustancia absorbe una 
cantidad de radiación que es distinta a la que absorbe otro compuesto. En la figura 
1.1 se observa un ejemplo de lo mencionado anteriormente. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.1 Absorbancia de los compuestos con respecto a la longitud de onda Io. 
Capítulo 1 Antecedentes 
 
- 2 - 
 
- Ley de Lambert.- Establece que cuando pasa luz monocromática por un 
medio homogéneo, la disminución de la intensidad del haz de luz incidente es 
proporcional al espesor del medio, lo que equivale a decir que la intensidad de la 
luz transmitida disminuye exponencialmente al aumentar aritméticamente el 
espesor del medio absorbente. La ecuación 1.1 expresa matemáticamente la ley de 
Lambert. 
 
𝐼𝑡
𝐼0
= 𝑒−𝑘𝑏 ⋯ (1.1) 
 
Dónde: I0 es la intensidad de la luz incidente, It es la intensidad de la luz transmitida, 
b es el espesor del medio absorbente y k es una constante, cuyo valor depende de 
la naturaleza del soluto, de la longitud de onda de la luz incidente, del espesor del 
medio absorbente y de la naturaleza del medio. 
 
 
- Ley de Beer.- La intensidad de un haz de luz monocromática disminuye 
exponencialmente al aumentar aritméticamente la concentración de la sustancia 
absorbente, cuando este haz pasa a través de un medio homogéneo. En la ecuación 
1.2 se expresa matemáticamente la ley de Beer [2]. 
 
𝐼𝑡
𝐼0
= 𝑒−𝑘
′𝐶 ⋯ (1.2) 
 
En comparación a la ecuación 1.1 con la ecuación de la ley de Beer, solo cambian 
en dos componentes: k’, es una constante cuyo valor depende de la naturaleza del 
soluto, de la longitud de onda de la luz incidente, de la concentración de la 
suspensión y frecuentemente, de la naturaleza del medio, mientras que C es la 
concentración de la suspensión. 
 
 
Por lo tanto, la ley de Bouguer – Lambert – Beer puede deducirse a partir del 
siguiente modelo: cuando un haz de radiación atraviesa un medio absorbente, la 
intensidad del haz de luz disminuye en forma logarítmica en proporción directa a la 
longitud del medio absorbente y a la concentración de la especie absorbente [3]. 
En la figura 1.2 se observa un ejemplo del principio de la ley de Bouguer – Lambert 
– Beer, 
 
 
 
 
Capítulo 1 Antecedentes 
 
- 3 - 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
La relación matemática que da cuenta a esta ley se muestra en la ecuación 1.3 
𝐴 = 𝑎𝑏𝑐 = log
𝐼0
𝐼𝑡
= − log 𝑇 ⋯ (1.3) 
Dónde: A, es absorbancia y T, es la transmitancia. 
 Transmitancia (T): Es la razón entre la luz monocromática transmitida (It) por 
una muestra y la luz incidente (I0). 
 Absorbancia (A): Se define como la cantidad de luz absorbida por una 
sustancia pura o en una suspensión. Matemáticamente, corresponde al 
logaritmo negativo de la transmitancia. 
 
La ecuación 1.3 indica que la absorbancia es una función lineal de la concentración. 
La magnitud de a depende de las unidades de b y c. Si la concentración c está 
expresada en gramos por litro, entonces la constante a recibe el nombre de 
absortividad, coeficiente de absorbancia o extinción, en cambio si la 
concentración c esta expresada en moles por litro recibe el nombre de absortividad 
molar o coeficiente de extinción molar expresado por la letra griega épsilon (ε) 
como se observa en la ecuación 1.4 [2]. 
 
𝐴 = 𝜀𝑏𝑐 ⋯ (1.4) 
 
En la figura 1.3 se observa la gráfica de la relación entre la absorbancia y 
transmitancia, en la cual la absorbancia aumenta linealmente con la concentración 
de la especie absorbente, mientras que la transmitancia disminuye 
logarítmicamente cuando aumenta la concentración de la especie absorbente [3]. 
 
 
Figura 1.2 Representación esquemática de la ley de Bouguer – Lambert – Beer. 
Capítulo 1 Antecedentes 
 
- 4 - 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
El comportamiento de una sustancia, se puede mostrar representando la 
absorbancia A en función de la concentración c, si se obtiene una línea recta que 
pasa por el origen entonces se cumple la ley de Bouguer – Lambert – Beer y la 
pendiente de la recta define al coeficiente de absorbancia de la suspensión [4]. Otra 
forma de ver el cumplimiento a esta ley se puede obtener de las curvas de Ringobm 
que consiste en la representación gráfica de la absortancia 1-T en función de log C 
y que define el intervalo de concentraciones con el mínimo error ubicado en la zona 
con tendencia lineal [5]. El punto de inflexión de esta curva se encuentra en 1-T = 
0.63, como se observa en la figura 1.4. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.4. Límites de la ley de Bouguer – Lambert – Beer. 
 
Figura 1.3 Relación de la transmitancia y la absorbancia contra la concentración. 
Figura 1.4 Límites de la ley de Bouguer – Lambert – Beer. 
Capítulo 1 Antecedentes 
 
- 5 - 
 
Para suspensiones que no cumplen con la ley de Bouguer – Lambert – Beer, es 
preferible preparar una curva de calibración o curva de trabajo, a partir de una serie 
de mediciones en diversos tipos de concentración conocida [4]. 
 
1.2 Aplicaciones de la ley de Bouguer – Lambert – Beer 
Las aplicaciones de la ley de bouguer – Lambert – beer tienen cabida en gran parte 
del estudio de la espectrofotometría y sus ramas, la cual ha servido de herramienta 
para la caracterización de sustancias y elementos químicos. 
En 1833, Brewster trabajó con la descomposición y dispersión de la luz en sólidos 
y fluidos, la cual dio pie a posteriores trabajos relacionados con la 
espectrofotometría. 
En 1885, William N. Hartley utilizó el espectrógrafo de cuarzo original de Miller y 
reportó el primer espectro ultravioleta en compuestos narcóticos en la revista 
Philosophical Transactions of the Royal Society, y describió el espectro de 32 
alcaloides. 
 
Posteriormente en 1903, en el Journal of the Chemical Society, Dobbie publicó los 
espectros de otros alcaloides como la cotarnina, berberina, coridalina, laudanina, 
quinina, neopina y otros alcaloides de isoquinolina y discutió acerca de la 
constitución molecular de esos compuestos basándose en los espectros obtenidos. 
 
1.2.1 Espectroscopia de absorción 
La espectrofotometría de absorción es usualmente usada con moléculas disueltas 
en un solvente transparente. La absorbancia de un soluto depende linealmente de 
la concentración y por consiguiente la espectrofotometría de absorción es ideal para 
hacer mediciones cuantitativas. La longitud de absorción y la fuerza de absorbancia 
de una molécula no sólo dependen de la naturaleza química, si no del ambiente 
molecular en donde se encuentre el cromóforo. La espectrofotometría de absorción 
es por lo tanto una excelente técnica para seguir reacciones de unión a ligando, 
catálisis enzimáticas y transiciones de 8 conformacionales en proteínas y ácidos 
nucleicos. Las mediciones espectroscópicas son muy sensibles y se requieren 
pequeñasmuestras de material para el análisis [6]. 
1.2.2 Espectroscopia de absorción molecular UV, visible e infrarrojo cercano 
Por otro lado; el color se ha usado como ayuda para reconocer las sustancias 
químicas; al reemplazar el ojo humano por otros detectores de radiación se puede 
estudiar la absorción de sustancias, no solamente en la zona del espectro visible, 
sino también en ultravioleta e infrarrojo. 
 
Capítulo 1 Antecedentes 
 
- 6 - 
 
Se denomina espectrofotometría a la medición de la cantidad de energía radiante 
que absorbe un sistema químico en función de la longitud de onda de radiación, y a 
las mediciones a una determinada longitud de onda. 
 
La teoría ondulatoria de la luz propone la idea de que un haz de luz es un flujo de 
cuantos de energía llamados fotones; la luz de una cierta longitud de onda está 
asociada con los fotones, cada uno de los cuales posee una cantidad definida de 
energía [7]. 
 
1.2.3 Espectrofometría: Espectros de absorción y cuantificación 
colorimétrica de biomoléculas 
La espectrofotometría UV-visible es una técnica analítica que permite determinar la 
concentración de un compuesto en suspensión. Se basa en que las moléculas 
absorben las radiaciones electromagnéticas y a su vez que la cantidad de luz 
absorbida depende de forma lineal de la concentración. Para hacer este tipo de 
medidas se emplea un espectrofotómetro, en el que se puede seleccionar la longitud 
de onda de la luz que pasa por una suspensión y medir la cantidad de luz absorbida 
por la misma [8]. 
1.2.4 Espectroscopia óptica no invasiva e imágenes de la función cerebral 
humana 
La actividad cerebral se asocia con cambios en las propiedades ópticas del tejido 
cerebral. Las mediciones ópticas durante la activación cerebral pueden evaluar la 
oxigenación de la hemoglobina, el estado redox del citocromo-c-oxidasa y dos tipos 
de cambios en la dispersión de la luz que reflejan bien el potencial de membrana 
(señal rápida) o el hinchamiento celular (señal lenta), respectivamente. En estudios 
previos de tejido cerebral expuesto, la obtención de imágenes ópticas de la actividad 
cerebral se ha conseguido con alta resolución espacial temporal y microscópica. 
Ahora, utilizando luz infrarroja cercana que puede penetrar el tejido biológico 
razonablemente bien, se ha hecho posible evaluar la actividad cerebral en humanos 
a través del cráneo intacto de manera no invasiva. Después de estudios iníciales 
que emplean espectroscopia de infrarrojo cercano a un solo sitio, los primeros 
dispositivos de imágenes de infrarrojo cercano se están aplicando con éxito para 
imágenes de cerebro funcionales de baja resolución. Las ventajas de los métodos 
ópticos incluyen la especificidad bioquímica, una resolución temporal en el rango de 
milisegundos, el potencial de medir eventos intracelulares e intravasculares 
simultáneamente y la portabilidad de los dispositivos que permiten realizar 
exámenes de cabecera. 
Típicamente, un aparato óptico consiste en una fuente de luz por la que se irradia 
el tejido, y un detector que recibe luz después de haber sido reflejado o transmitido 
a través del tejido. La luz que ha viajado a través del tejido se atenúa principalmente 
debido a la absorción y dispersión. Por analogía con un fotómetro, esto puede ser 
expresado matemáticamente en una ley Lambert-Beer modificada [9]. 
Capítulo 1 Antecedentes 
 
- 7 - 
 
1.2.5 Explicación del color de la piel humana por el análisis de regresión 
lineal múltiple basado en la ley Lambert-Beer modificada 
El análisis cuantitativo del color de la piel humana es necesario en los campos 
médicos y cosméticos. Sin embargo, debido a la fuerte dispersión de la luz por los 
tejidos biológicos, el análisis del color de la piel aún no ha tenido un éxito completo. 
El color de la piel humana está dominado por los colores de la sangre y la melanina 
que se modifican por dispersión. Mediante la aplicación de la ley Lambert-Beer 
modificada, el espectro de absorbancia de la reflexión de la piel humana puede 
expresarse proporcionalmente a los espectros de absorbancia distorsionada de 
sangre y melanina. El análisis de regresión lineal múltiple se utiliza con éxito para 
reproducir el espectro de absorbancia de la reflexión de la piel humana a partir de 
los espectros de absorbancia distorsionada de la sangre y la melanina [10]. 
 
 
1.3 Teoría de esparcimiento de Mie 
Las bases físicas de la teoría de esparcimiento de Mie pueden considerarse como 
una extensión de los conceptos expuestos en la teoría de Rayleigh, donde ambas 
estudian la interacción de una onda electromagnética con cargas eléctrica. Debido 
a que el tamaño de las partículas es comparable a la longitud de onda de la radiación 
incidente, se originan diferencias de fase, espaciales y temporales, entre dichas 
ondas parciales. De esta forma, cuando éstas se superponen para formar la onda 
secundaria dispersada, aparecen interferencias debidas a estas diferencias de fase. 
Estas interferencias dependen de la longitud de onda de radiación incidente, del 
tamaño e índice de refracción de la partícula y de la posición angular del observador. 
 
La mayoría de los conceptos que aparecen en la teoría de esparcimiento de Mie 
tienen su equivalente en los ya definidos para la dispersión de Rayleigh. A cada 
partícula se le asocia una sección eficaz angular de dispersión, que indica el flujo 
de energía esparcida por unidad de irradiación incidente. El flujo de energía total 
esparcida en todas las direcciones por una partícula viene dado por la sección eficaz 
total de esparcimiento. La teoría de espaciamiento de Mie se aplica de forma 
rigurosa sólo a esferas isótropas. Si asumimos que la partícula es esférica, la 
relación entre el tamaño de la partícula y la longitud de onda se expresa por el 
parámetro de tamaño α= 2πr/λ, que es el factor fundamental que interviene en el 
esparcimiento de Mie. 
 
En el esparcimiento de Mie también es de gran importancia el índice de refracción 
relativo. Si la absorción es despreciable, el índice de refracción se expresa mediante 
un número real, n(λ). Cuando la absorción adquiere relevancia, el índice de 
refracción se expresa mediante un número complejo m(λ) = n(λ) – ini(λ), donde la 
parte imaginaria es idéntica al índice de absorción del material. 
 
 
Capítulo 1 Antecedentes 
 
- 8 - 
 
Desde el punto de vista matemático, las características angulares del esparcimiento 
de Mie se expresan mediante dos funciones de distribución de intensidades (i1 e i2), 
que corresponden a las intensidades de luz polarizada en las direcciones 
perpendicular y paralela al plano de observación. Estas funciones constituyen el 
fundamento de la teoría de Mie y se expresan en función de: 
 
 Parámetro de tamaño (α=2πr/λ). 
 Índice de refracción complejo (m). 
 Angulo de incidencia de la onda primaria (𝜙). 
 
Así, la función de distribución angular de la intensidad de radiación dispersada se 
expresa por la ecuación 1.5. 
 
Φ(𝛼, 𝑛, 𝜙) = (
𝜆2
4𝜋2
) (
𝑖1 + 𝑖2
2
) ⋯ (1.5) 
Para una partícula esférica isótropa i1 e i2 vienen dadas por las ecuaciones 1.6a y 
1.6b respectivamente. 
 
𝑖1(𝛼, 𝑚, 𝜙) = (∑
2𝑛 + 1
𝑛(𝑛 + 1)
(𝑎𝑛𝜋𝑛 + 𝑏𝑛𝜏𝑛)
∞
𝑛=1
)
2
 ⋯ (1.6𝑎) 
 
𝑖2(𝛼, 𝑚, 𝜙) = (∑
2𝑛 + 1
𝑛(𝑛 + 1)
(𝑎𝑛𝜏𝑛 + 𝑏𝑛𝜋𝑛)
∞
𝑛=1
)
2
 ⋯ (1.6𝑏) 
 
Las ecuaciones 1.7a, b, c y d muestran los valores de an, bn, 𝜋n y 𝜏n. 
 
 
𝑎𝑛 = 
𝛼 Ψ𝑛(𝛼)Ψ
′
𝑛(𝑚𝛼) − 𝑚𝛼 Ψ
′
𝑛(𝛼)Ψ𝑛(𝑚𝛼)
𝛼 ε𝑛(𝛼)Ψ
′
𝑛(𝑚𝛼) − 𝑚𝛼 ε
′
𝑛(𝛼)Ψ𝑛(𝑚𝛼)
 ⋯ (1.7𝑎) 
 
𝑏𝑛 = 
𝑚𝛼 Ψ𝑛(𝛼)Ψ
′
𝑛(𝑚𝛼) − 𝛼 Ψ
′
𝑛(𝛼)Ψ𝑛(𝑚𝛼)
𝑚𝛼 ε𝑛(𝛼)Ψ
′
𝑛(𝑚𝛼) − 𝛼 ε
′
𝑛(𝛼)Ψ𝑛(𝑚𝛼)
 ⋯ (1.7𝑏) 
 
𝜋𝑛 =
1
𝑠𝑖𝑛𝜙
𝑃𝑛
1(𝑐𝑜𝑠𝜙) ⋯ (1.7𝑐) 
 
𝜏𝑛 =
𝑑
𝑑𝜙
𝑃𝑛
1(𝑐𝑜𝑠𝜙) ⋯ (1.7𝑑) 
 
 
Capítulo 1 Antecedentes 
 
- 9 - 
 
Donde Ψ𝑛 y ε𝑛 son las funciones de Riccati-Besel, que se pueden expresar como 
se muestra en las ecuaciones 1.8a y 1.8b 
 
 
Ψ𝑛(𝑚𝛼) = 𝑧 𝑗𝑛(𝑧)⋯ (1.8𝑎) 
 
ε𝑛(𝑚𝛼) = 𝑧 𝑗𝑛(𝑧) − 𝑖𝑧𝑌𝑛(𝑧) ⋯ (1.8𝑏) 
 
Donde 𝑗𝑛 y 𝑌𝑛 son funciones esféricas de Bessel. 
 
 
De tal forma que la teoría asume que las ondas dispersadas están compuestas por 
las ondas parciales generadas por los multipolos de las cargas eléctricas que 
constituyen la partícula. La primera onda parcial está asociada a un dipolo, la 
segunda a un cuadrupolo y así sucesivamente. Las amplitudes de las n-ésimas 
ondas parciales eléctricas y magnética están dadas, respectivamente, por las 
funciones complejas an y bn. 
Las funciones 𝜋n y 𝜏n dependen sólo del ángulo 𝜙 y contienen la primera y segunda 
derivadas de los polinomios de Legendre de orden n y argumento 𝑐𝑜𝑠(𝜙). Por lo 
tanto, las ecuaciones 1.6 representan la suma de series infinitas que convergen 
suavemente. 
 
 
Cuando α<<1 y m=1, el primer término de cada serie proporciona los mismos 
resultados que los predichos por la teoría de Rayleigh. 
 
En la ecuación 1.9 equivale a la sección eficaz de dispersión angular para una 
partícula, y es análoga a la de una molécula. 
 
Φ(𝛼, 𝑛, 𝜙) = Π𝑠𝜆 =
𝜎𝑠𝜆(𝜙)
𝑁
=
𝐼𝜆(𝜙)
𝑁(𝐼0𝜆)
 ⋯ (1.9) 
 
Siendo 𝐼0𝜆 el valor medio del vector de Poynting de la radiación incidente. 
 
 
Para el caso de un volumen con N partículas esféricas, de igual tamaño e índice 
de refracción, el coeficiente de dispersión angular de volumen se muestra en la 
ecuación 1.10 [11]. 
 
 
𝜎𝑠𝜆(𝜙) = 𝑁 (
𝜆2
4𝜋2
) ∙ (
𝑖1 + 𝑖2
2
) ⋯ (1.10) 
 
Capítulo 1 Antecedentes 
 
- 10 - 
 
1.4 Aplicaciones de la teoría de esparcimiento de Mie 
Las investigaciones realizadas por Gustav Mie han dado lugar a diversas 
aplicaciones donde el esparcimiento de luz es provocado por partículas o moléculas 
que se encuentran suspendidas en un medio. Tales casos son: detención de 
contaminantes en el aire, impurezas en el agua potable, detección de anomalías en 
tejido, estudios astronómicos y atmosféricos, etc. A continuación, se mencionan dos 
aplicaciones. 
1.4.1 Factores de eficiencia definidos por dispersión de Mie ante partículas y 
factores ambientales 
Una de las aplicaciones de la teoría de esparcimiento de Mie se presenta en la 
dispersión que afectan el desempeño de calentadores solares, ante la presencia de 
partículas contaminantes y factores ambientales que afectan o disminuyen la tasa 
de absorción de radiación por el panel solar. El modelo propuesto considera el 
análisis de difracción por esferas que pueden determinar la eficiencia de partículas 
para absorber o difractar la radiación en una atmosfera homogénea, dividida en 
capas homogéneas plano-paralelas en presencia de moléculas y aerosoles [12]. 
1.4.2 Propiedades de absorción y dispersión calculadas en nanopartículas 
de oro de diferente tamaño, forma y composición: Aplicaciones en Biología y 
Biomedicina 
La selección de nanopartículas para lograr un contraste eficaz para aplicaciones 
biológicas y de imágenes celulares, así como para aplicaciones terapéuticas 
fototermales, se basa en las propiedades ópticas de las nanopartículas. Se utiliza la 
teoría de Mie y el método discreto de aproximación de dipolos para calcular la 
eficiencia de absorción, dispersión y longitudes de onda de resonancia óptica para 
tres clases de nanopartículas de uso común: nanoesferas de oro, nanocápsulas de 
sílice-oro y nanorods de oro [13]. 
 
Capítulo 2 Diseño y construcción del EMETEL 
 
- 11 - 
 
CAPÍTULO 2. DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN 
DEL EMETEL 
 
En este capítulo se muestra el diseño y la construcción de las tarjetas 
electrónicas del EMETEL que se emplearon para la captura y acondicionamiento de 
señales (transmitancia y esparcimiento de luz). Particularmente se desarrollaron 2 
tarjetas; la primera denominada Tarjeta de Control (TC), conformada por 3 etapas 
(multiplexado, acondicionamiento de señal y de control) y 2 módulos (temperatura 
y conmutación); Y la segunda denominada Tarjeta de Alimentación (TA), para el 
suministro de tensiones de ±9V y 5V. 
Los elementos electrónicos que se emplearon en las tarjetas son de propósito 
general y cumplen con los requisitos mínimos de operación en corriente directa, 
además son de usos común y fáciles de adquirir. 
 
En la figura 2.1 se muestra un esquema del EMETEL, integrado por ambas tarjetas. 
 
 Fototransistores 
 
 
 
 Fuente de 
 PC luz 
 
 
 
 
 
 
Tarjeta de Control 
(TC) 
Tarjeta de 
Alimentación (TA) 
 
Figura 2.1 Diagrama a bloques del EMETEL. 
http://www.taringa.net/post/musica/18888576/Megapost-Graba-tu-propia-musica-Home-Studio-desde-0.html
https://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&ved=0ahUKEwjfw8ea8_vOAhVJ54MKHZunCaoQjRwIBw&url=http://www.pd4pic.com/laser-optics-science-laser-pointer-pointer.html&psig=AFQjCNEefSGikNga9ToEkci7oL22YXGmrQ&ust=1473291052191770&cad=rjt
Capítulo 2 Diseño y construcción del EMETEL 
 
- 12 - 
 
2.1 Tarjeta de control (TC) 
La TC se conforma por 3 etapas y 2 módulos encargados de la lectura, el 
acondicionamiento de la señal, el control del equipo y la comunicación con la PC. A 
continuación, se describe brevemente cada uno de estos elementos como se 
observa en el esquema de la figura 2.2, posteriormente se hablará más a fondo 
durante el transcurso del capítulo. 
Etapas: 
1. Etapa de multiplexado.- Encargada de seleccionar cada una de las señales 
captada por los fototransistores. 
2. Etapa de acondicionamiento de señal.- Encargada de proporcionar una 
ganancia adecuada a la señal registrada para su conversión analógico-
digital. 
3. Etapa de control.- Tiene a cargo la conmutación de la fuente de luz, el 
indicador LED, la comunicación con la PC y parte de las rutinas del EMETEL. 
Módulos: 
1. Módulo de temperatura.- Formado por un sensor que se encarga de emitir 
una tensión en función de la temperatura hacia uno de los convertidores 
analógico-digital. 
2. Módulo de conmutación.- Encargado del encendido y apagado de la fuente 
de luz. 
 
 
 
Figura 2.2 Esquema de las secciones que integran la TC. 
 
Capítulo 2 Diseño y construcción del EMETEL 
 
- 13 - 
 
2.1.1 Etapa de multiplexado 
En esta etapa se emplea un multiplexor analógico matricula 74HC4351N (ver anexo 
A) el cual proporciona 8 canales analógicos de entrada, una salida común y su 
distribución de pines facilita el diseño del circuito impreso. De los 8 canales 
disponibles 7 son utilizados para enviar las señales de los fototransistores a la salida 
común. La selección de cada canal se realiza por medio del microcontrolador 
PIC18F2455 (ver anexo B), que genera las secuencias requeridas para elegir uno 
de los canales de entrada. En la tabla 2.1 se muestran los estados de las terminales 
RC0 – RC2, así como en la figura 2.3 el diagrama de conexión del microcontrolador 
al multiplexor. 
Tabla 2.1 Estado de las terminales RC0, RC1 y RC2 del microcontrolador. 
RC2/S2 RC1/S1 RC0/S0 Canal de Entrada 
0 0 0 Y0 
0 0 1 Y1 
0 1 0 Y2 
0 1 1 Y3 
1 0 0 Y4 
1 0 1 Y5 
1 1 0 Y6 
 
 
 
Figura 2.3 Conexión del microcontrolador al multiplexor analógico. 
La señal obtenida a la salida del multiplexor es enviada a la etapa de 
acondicionamiento de señal. 
 
 
Capítulo 2 Diseño y construcción del EMETEL 
 
- 14 - 
 
2.1.1.1 Respuesta y normalización de los fototransistores 
Para el EMETEL se emplean 7 fototransistores matrícula SD1440 (ver figura 2.4 y 
anexo C) los cuales acorde al fabricante reporta las siguientes características: 
soportan una tensión máxima colector-emisor (𝑉𝐶𝐸) de 30𝑉, una potencia de 
disipación de 75mW, su respuesta espectral se encuentra entre 300𝑛𝑚 - 1100𝑛𝑚 
(ver figura 2.5a) y su tiempo de respuesta es de 2µs a 12µs dependiente de la 
resistencia de carga, como se observa en la gráfica de la figura 2.5b, aunque este 
último no es relevante ya que las mediciones se realizan con fuentes de iluminación 
continua. 
 
Figura 2.4 Fototransistor SD1440. 
 
Figura 2.5 a) Gráfica de la respuesta espectral, b) Gráfica deltiempo de respuesta. 
2.1.1.2 Polarización del fototransistor 
En la figura 2.6 se observa el circuito típico utilizado para la polarización de los 
fototransistores. Su descripción es la siguiente: la terminal del colector conectada al 
suministro de tensión de 9V y una resistencia de carga de 100Ω conectada entre la 
terminal del emisor y la masa, obteniendo un tiempo de respuesta de 2.5µs. 
Capítulo 2 Diseño y construcción del EMETEL 
 
- 15 - 
 
 
Figura 2.6 Polarización típica del fototransistor. 
La tensión de salida (𝑉𝑂) del fototransistor se da por la corriente que fluye del emisor 
(𝐼𝐸) a través de la resistencia de carga (𝑅𝐿) por lo que 𝑉𝑂 = 𝐼𝐸 ∗ 𝑅𝐿. La caída de 
potencial máxima necesaria es de 5v, siendo esta la tensión máxima que registra el 
ADC del microcontrolador. Si la resistencia de carga propuesta es de 100Ω 
entonces la 𝐼𝐸 máxima es de 50mA para lograr el 𝑉𝑂 requerido, en estas condiciones 
la potencia de disipación es de 250mW. 
Por otro lado, si el flujo de fotones en la base del fototransistor es continuo la 𝐼𝐸 es 
constante, entonces 𝑉𝑂 es dependiente solo de 𝑅𝐿 por lo que es necesario colocar 
una resistencia de carga aproximadamente igual para lograr el mismo 𝑉𝑂 en cada 
fototransistor. En la tabla 2.2 se reportan los valores medidos de las resistencias de 
carga utilizadas en el equipo. 
 
 
Tabla 2.2 Valores medidos de las resistencias de carga utilizadas en el equipo. 
 
Resistencia Impedancia(Ω) 
1 99.98 
2 99.99 
3 100.1 
4 99.9 
5 100.2 
6 100 
7 99.7 
 
 
Capítulo 2 Diseño y construcción del EMETEL 
 
- 16 - 
 
2.1.1.3 Selección de los fototransistores 
Los fototransistores utilizados en el equipo fueron previamente seleccionados a 
partir de la respuesta 𝑉𝑂. Por lo que fue necesario construir un espacio donde se 
empleó una fuente de luz continua colocada a determinada distancia, potencia 
óptica y polarizando a cada fototransistor con la misma resistencia de carga; 
permitiendo de esta forma elegir solo aquellos con una 𝑉𝑂 aproximadamente igual. 
En la fotografía de la figura 2.6 se observa la construcción del espacio utilizado con 
los parámetros siguientes: Distancia del emisor al receptor: 6cm, potencia óptica: 
10mW y una resistencia de carga: 100Ω. 
 
Figura 2.6 Proceso de selección de los fototransistores. 
Cabe mencionar que la prueba se realizó a 25 fototransistores de los cuales solo se 
reportan en la tabla 2.3 los 7 utilizados en el equipo. 
Tabla 2.3 𝑉𝑂 en los fototransistores empleados para el EMETEL. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Los 7 fototransistores se colocaron en una base semicircular de 6cm de radio, 
distribuidos como se observa en la figura 2.7, la distancia de los fototransistores con 
respecto a la cubeta es la misma que se empleó para lograr un 𝑉𝑂 promedio de 4.23 
volts. Cabe mencionar que esta distribución permitirá medir la transmitancia a 0º y 
el esparcimiento a 25º, 50º y 75º. Al centro de la base semicircular se le agrego un 
soporte maquilado en el taller de Láseres de la SEPI ESIME Zacatenco, el cual 
permitirá intercambiar las cubetas o contenedores para las diferentes suspensiones 
bajo estudio. 
 
Nº de Fototransistor Tensión de salida (volts) 
1 4.24 
2 4.18 
3 4.17 
4 4.31 
5 4.21 
6 4.33 
7 4.20 
Capítulo 2 Diseño y construcción del EMETEL 
 
- 17 - 
 
 
Figura 2.7 Distribución de los fototransistores. 
2.1.2 Etapa de acondicionamiento de señal 
Debido a las diversas propiedades de las suspensiones, las fuentes de iluminación 
y colocación, es necesario que el EMETEL permita en determinado momento ajustar 
la señal medida. Para lograr esto se emplea un amplificador que proporcione a 
través de su ganancia la señal adecuada antes de ingresar al ADC (convertidor 
analógico-digital por sus siglas en inglés) del microcontrolador. 
En esta etapa se utiliza el amplificador operacional (AO) matricula UA741 (ver anexo 
D), de uso común y propósito general. Este circuito integrado cumple con los 
requisitos mínimos de operación necesarios para amplificar una señal de corriente 
continua, por lo que no requiere considerar el tiempo de respuesta y la frecuencia 
de corte. A pesar de tener una fabricación vieja se sigue produciendo y en caso de 
ser descontinuado es compatible pin a pin con otros AO. El AO se conectó en 
configuración no inversora con suministro de tensión de ± 9V como se observa en 
la figura 2.8. Del análisis del AO en configuración no inversora se obtienen las 
ecuaciones 2.1 y 2.2 que permiten el cálculo de la tensión de salida 𝑉𝑂 y la ganancia 
(G) en función de las resistencias 𝑅1 y 𝑅2. 
 
Figura 2.8 Configuración no inversora de un amplificador operacional. 
Capítulo 2 Diseño y construcción del EMETEL 
 
- 18 - 
 
𝑉𝑜 = (
𝑅1 + 𝑅2
𝑅1
) 𝑉𝑖 ⋯ (2.1) 
 
 
𝐺 =
𝑅1 + 𝑅2
𝑅1
 ⋯ (2.2) 
De la ecuación 2.2 se establece que el cambio de G se dé partir de una 𝑅1 constante 
y una 𝑅2 variable. Para el caso de 𝑅2 se emplea un potenciómetro digital de 10 KΩ 
matricula X9C103 (ver anexo E) controlado por el PIC18F2455. 
Para el diseño del EMETEL se emplea una ganancia de 20 veces, la cual permite 
registrar la intensidad de luz transmitida con una fuente luminosa de 10mW de 
potencia óptica colocada a una distancia máxima de 90cm y la intensidad de luz 
esparcida con la misma fuente luminosa colocada a una distancia máxima de 8cm. 
Empleando el potenciómetro digital de 10KΩ, se puede obtener 𝑅1 despejando de 
la ecuación 2.2. Entonces: 
𝑅1 =
𝑅2
𝐺 − 1
=
10𝑥103
20 − 1
= 526.31Ω 
 
El valor de 𝑅1 obtenido es un valor teórico, ya que cuando se midió el valor real del 
potenciómetro digital fue de 9KΩ, calculando nuevamente con el valor real se 
obtiene que 𝑅1 es igual a 473.68Ω, utilizando para el equipo un arreglo resistivo en 
paralelo de 510Ω y 6.8KΩ. 
Para finalizar esta etapa se construyó y comprobó el circuito. Con la finalidad 
conocer la tensión de offset se midió el voltaje de salida cuando la entrada del AO 
se conecta a la masa, el resultado fue de 10mV. Ya que este valor es relativamente 
bajo en comparación a las señales que se esperan registrar, no fue necesario 
aumentar la circuitería para su ajuste y se optó corregir por software junto con las 
diferencias de 𝑉𝑂 de cada fototransistor. 
 
2.1.2.1 Control del potenciómetro digital (X9C103) 
Las secuencias requeridas para el control del potenciómetro digital son 
proporcionadas por el microcontrolador a través de las terminales RB0, RB1 y RB2 
conectadas a las terminales 1, 2 y 7 del potenciómetro respectivamente. Esta acción 
permite incrementar o decrementar del arreglo resistivo interno. Las rutinas se 
programaron en lenguaje C por medio del software CCS Compiler Versión 4.038 
acorde a la gráfica de estados proporcionada por el fabricante y que se reporta en 
la tabla 2.4. 
Capítulo 2 Diseño y construcción del EMETEL 
 
- 19 - 
 
Tabla 2.4 Rutinas para el incremento y el decremento del arreglo resistivo interno. 
Incremento Decremento 
U/D 
(RB1) 
CS 
(RB2) 
CLK 
(RB0) 
Tiempo de 
retardo 
U/D 
(RB1) 
CS 
(RB2) 
CLK 
(RB0) 
Tiempo de 
retardo 
1 0 X 1ms 0 X X 1ms 
1 0 X 1ms 0 0 X 1ms 
1 0 1 1ms 0 0 1 1ms 
1 0 0 1ms 0 0 0 1ms 
1 0 1 1ms 0 0 1 1ms 
1 1 1 1ms 0 1 1 1ms 
 
 
En el diagrama de la figura 2.9 se muestra la conexión del circuito utilizado para la 
etapa de acondicionamiento de señal. 
 
 
Figura 2.9 Diagrama de conexión de la etapa de acondicionamiento de señal. 
 
2.1.3 Etapa de control 
La etapa de control junto con el software LABVIEW son los encargados de la 
comunicación entre el EMETEL – PC, el manejo del indicador LED, el control de 
encendido y apagado de la fuente luminosa, el control de ganancia y el control de 
cambio de los convertidores analógico digital (AN0 y AN1). A continuación, se 
describe cada uno. 
 
Capítulo 2 Diseño y construcción del EMETEL 
 
- 20 - 
 
2.1.3.1 Comunicación entre el EMETEL – PC 
El intercambio de datos entreel microcontrolador y la PC se realiza vía USB 2.0, 
configurando las terminales D- y D+ por medio de las instrucciones: 
 
#define USB_EP1_TX_ENABLE USB_ENABLE_BULK//Habilita la transmisión de 
datos del PIC a la PC. 
#define USB_EP1_RX_ENABLE USB_ENABLE_BULK //Habilita la recepción de 
datos del PIC a la PC. 
 
El número de bytes que envía o recibe el microcontrolador está indicado por las 
instrucciones: 
 
#define USB_EP1_TX_SIZE 8 // Número de bytes a transferir del PIC a la PC. 
#define USB_EP1_RX_SIZE 3 // Número de bytes a recibir del PIC a la PC. 
 
La inicialización de la comunicación USB se realiza por medio de las funciones: 
 
usb_init(); // Se inicializa el USB. 
usb_task(); // Se habilita el periférico USB e interrupciones. 
usb_wait_for_enumeration();//Se espera la configuración y la enumeración del host. 
 
Al concluir la inicialización es necesario comprobar constantemente la enumeración 
y el túnel de comunicación, empleando las funciones: 
 
usb_enumerated() // la función regresa un 1 si el dispositivo sigue enumerado. 
usb_kbhit(1)// La función regresa un 1 si hay datos en el túnel de comunicación. 
 
Para el intercambio de datos se deben almacenar en arreglos unidimensionales y 
emplear las funciones encargadas para transmitir o recibir datos, que son: 
 
usb_get_packet(1, recibe, 3); //(endpoint, variable, numero de datos) recibe 3 datos. 
usb_put_packet(1, envia, 8, USB_DTS_TOGGLE);//(endpoint, variable, numero de 
datos,) transmite 8 datos. 
 
A continuación, se muestra el diagrama de flujo del programa desarrollado en el PIC 
para el manejo del EMETEL y en el anexo F se puede consultar el programa 
completo. 
 
Capítulo 2 Diseño y construcción del EMETEL 
 
- 21 - 
 
 
 
 
 
envia[8], recibe[3], x=0,i; 
Configurar puerto B, C 
Configurar comunicación USB 
Configurar ADC AN0, AN1 
Verdadero 
¿USB 
enumerado? 
¿Existen datos 
en el túnel? 
Leer los datos y asignarlos al 
arreglo recibe 
recibe[2]==1 
Encender fuente de luz 
recibe[0]==1 
1 2 3 
Si 
No 
No 
No 
Si 
Si 
Si 
Si 
No 
No 
INICIO 
Capítulo 2 Diseño y construcción del EMETEL 
 
- 22 - 
 
 
 
Incrementar 
ganancia 
x++; 
x>recibe[1] 
1 
Decrementar 
ganancia 
x--; 
i<=6 
PortC=i; 
Leer ADC AN0 y asignar a envía[i] 
i++; 
Leer ADC AN1 y asignar a envia[7] 
Envía datos a la PC 
x<recibe[1] 
2 3 
No 
No 
No 
Si 
Si 
Si 
i=0; 
Capítulo 2 Diseño y construcción del EMETEL 
 
- 23 - 
 
2.1.3.2 Indicador LED 
El EMETEL tiene incorporado un led bicolor que sirve para mostrar el estado de 
operación actual del equipo. El control se realiza a través de las terminales RB5 y 
RB4 del microcontrolador que indican lo siguiente: 
- Color verde: Encendido y comunicación exitosa del EMETEL 
- Color Rojo: Encendido y comunicación fallida del EMETEL 
- Color Ámbar: Registro de mediciones. 
2.1.3.3 Control de encendido y apagado de la fuente luminosa 
El control de encendido y apagado de la fuente luminosa así como el tiempo 
dedicado para cada estado se realiza desde el software LABVIEW a través de los 
datos almacenados en las variables recibe[2] y Encendido de la fuente de 
iluminación, Estos datos son registrados por el microcontrolador para enviar un 
pulso a la terminal RB3 que habilita o deshabilita la fuente luminosa. Las 
instrucciones utilizadas se escriben a continuación: 
If (recibe[2]==1) { output_high(PIN_B3); } // encender fuente luminosa 
else { output_low(PIN_B3); // apagar fuente luminosa 
2.1.3.4 Control de ganancia 
El control de ganancia se integra por la etapa de acondicionamiento de señal, el 
control del potenciómetro digital y la GUI, los cuales operan por medio del dato 
almacenado en la variable recibe[1] que indica la cantidad de veces que debe 
incrementar o decrementar el arreglo resistivo interno del potenciómetro digital y 
con ello la ganancia del amplificador. Las instrucciones utilizadas se observan a 
continuación: 
 
 inc: if ( x<recibe[1] ) 
 { incrementar( ); x++; goto inc; } 
 
dec: if( x>recibe[1] ) 
 { decrementar( ); x--; goto dec; } 
 
2.1.3.5 Control de cambio de los convertidores analógico digital 
El EMETEL registra dos tipos de mediciones que se muestran en la GUI. La primera 
medición es la transmitancia y el esparcimiento de luz que se obtiene de la etapa 
de multiplexado y se lee por el ADC AN0; la segunda es la temperatura de ambiente 
que se obtiene del módulo de temperatura y se lee por el ADC AN1. Para lograr leer 
las tensiones de cada ADC se requieren las siguientes instrucciones: 
Capítulo 2 Diseño y construcción del EMETEL 
 
- 24 - 
 
set_adc_channel(0) // Seleccionar Nº de canal ADC 
read_adc(ADC_START_AND_READ) // Iniciar la lectura y conversión. 
Los datos leídos son almacenados en las variables envia[0] – envia[6] para la 
transmitancia y el esparcimiento de luz y la variable envia[7] para la temperatura 
ambiente, posteriormente los datos son enviados a la PC utilizando la instrucción. 
usb_put_packet(1, envia, 8, USB_DTS_TOGGLE); 
2.1.4 Módulo de temperatura 
El propósito de este módulo es conocer la temperatura ambiente al momento de 
realizar las pruebas, ya que este parámetro (acorde a lo que se reporta en la 
literatura) influye en las mediciones. El EMETEL cuenta con un sensor de 
temperatura matricula LM35 de estado sólido previamente calibrado por el 
fabricante en grados centígrados, su sensibilidad es de 10mV/°C y no requiere de 
ningún acondicionamiento para su operación. El despliegue de la temperatura se 
realiza en la GUI de LABVIEW a través de un indicador. En la figura 2.10 se muestra 
la conexión de este módulo. 
 
Figura 2.10 Conexión del sensor LM35. 
 
2.1.5 Módulo de conmutación 
El propósito de este módulo es encender y apagar la fuente de luz que se utiliza en 
las pruebas. El manejo del módulo se realiza por medio del control de encendido 
y apagado de la fuente luminosa; y está compuesto por un transistor bipolar NPN 
matricula BC547C y un relevador matricula SUND HOLD MD5 (ver anexo G). Su 
funcionamiento consiste en polarizar al transistor en las regiones de corte y 
saturación para conmutar el interruptor del relevador, permitiendo así el paso del 
suministro de tensión a la fuente de iluminación. En la figura 2.11 se muestra el 
diagrama de conexión de este módulo. 
Capítulo 2 Diseño y construcción del EMETEL 
 
- 25 - 
 
 
Figura 2.11 Conexión del módulo de conmutación. 
 
Para la polarización del transistor se consideró generar una corriente de colector IC 
igual a 10mA, este valor es el requerido y reportado por el fabricante del relevador 
para su correcto manejo con una tensión de 5 volts. En la ecuación 2.3 se sustituye 
el valor de IC y el valor de β en esta corriente, que acorde a las hojas de 
especificaciones es de 110. De esta forma el valor de IB es: 
 
 
𝐼𝐵 =
𝐼𝐶
𝛽
=
10𝑚𝐴
110
= 90.9µA … (2.3) 
 
 
Del análisis del circuito en la malla base – emisor se obtiene la ecuación 2.4. 
 
 
𝑉𝑐𝑐 = 𝑉𝑅𝐵 − 𝑉𝐵𝐸 = 𝐼𝐵𝑅𝐵 − 𝑉𝐵𝐸 … (2.4) 
 
 
Despejando RB y sabiendo que Vcc = 5, VBE = 0.7 (dato del fabricante) tenemos 
que: 
 
𝑅𝐵 =
𝑉𝐼𝑃 + 𝑉𝐵𝐸
𝐼𝐵
=
5 − .7
90.9µA
= 47.304𝐾Ω ≈ 47𝐾Ω 
 
 
Y la potencia de disipación en RB es: 
 
𝑃𝑅𝐵 = 𝐼𝐵
2𝑅𝐵 = 90.9µA
2 x 47𝐾Ω = 388.35 µ𝑊 
 
En la figura 2.12 se observa el diagrama electrónico de la TC y en la figura 2.13 la 
distribución de componentes en el circuito impreso. 
Capítulo 2 Diseño y construcción del EMETEL 
 
- 26 - 
 
 
Figura 2.12 Diagrama electrónico de la TC. 
 
Figura 2.13 Circuito impreso de la Tarjeta de Control (TC). 
2.2 Tarjeta de Alimentación (TA) 
Se diseñó una fuente de alimentación de ±9V y 5V de corriente directa para el 
suministro de la TC del EMETEL, el cual consume una corriente de 290mA (Valor 
medido con un amperímetro MX55 metrix). El circuito impreso incorpora los 
siguientes componentes: transformadorreductor de 12vac, puente de diodos con 
1N4001, capacitores de filtrado, reguladores de voltaje LM7809 y LM7805, los 
cuales soportan una corriente máxima de 1.5A y una potencia de disipación de 15W 
(datos del fabricante), además de un circuito integrado inversor TC7660 (ver anexo 
H). 
El cálculo de la fuente se realiza a partir de la corriente de consumo de la TC, La 
recomendación en diseños de fuentes de alimentación es casi siempre duplicar el 
valor de la corriente de consumo. Aunque no se justifica porque, es claro que los 
componentes no estarán forzados, entonces la corriente de la fuente es 𝐼𝑓 = 600mA. 
Capítulo 2 Diseño y construcción del EMETEL 
 
- 27 - 
 
De la ecuación 2.5 se obtiene la tensión rectificada para poder calcular 
posteriormente el factor de rizo. 
𝑉𝑅𝑒𝑐 = 𝑉𝑝𝑠 − 2𝑉𝐹 … (2.5) 
Donde 𝑉𝑝𝑠: Voltaje pico del secundario igual a16.97 (Valor calculado) 
𝑉𝐹: Voltaje Forward igual a 1.1v (Dato del fabricante) 
 
Sustituyendo tenemos que: 
𝑉𝑅𝑒𝑐 = 16.97 − 2 (1.1) = 14.77𝑣 
Para el cálculo de los capacitores de filtrado se emplea la ecuación 2.6. 
𝐶 =
𝐼𝐿
2𝑓𝑉𝑟
 … (2.6) 
Donde 𝑉𝑟; Voltaje de rizo igual a 1v (Valor propuesto) 
f: Frecuencia de operación igual a 60Hz 
𝐼𝑓: Corriente de la fuente igual a 600mA (Valor propuesto) 
 
Sustituyendo tenemos que: 
𝐶 =
600𝑚𝐴 
2(60)(1)
= 5000µ𝐹𝑑 
 
En este caso se utilizó el valor comercial de 4700µFd a 35 volts, con el cual 
recalculando permite suministrar un corriente de 564mA. 
El factor de rizo se obtiene de la ecuación 2.7 
𝑓𝑟 =
𝑉𝑟
𝑉𝑅𝑒𝑐
 ∙ 100 … (2.7) 
Sustituyendo tenemos que: 
𝑓𝑟 =
1
14.77
 𝑥 100 = 6.77 % 
 
En la figura 2.14 se muestra el diagrama de conexión de la tarjeta de alimentación 
y en la figura 2.15 el circuito impreso fabricado. 
La fuente de voltaje negativa utilizada para el AO se obtiene del circuito integrado 
TC7660 de uso sencillo, económico y con una eficiencia de conversión del 99.9%. 
Acorde con las especificaciones del fabricante solo se requiere de 3 capacitores, el 
Cosc para tensiones de 5 a 10 volts de entrada que ayude a aumentar la frecuencia 
del oscilador interno; C1 y C2 utilizados para mantener estable la carga. En este 
caso, para el correcto manejo del inversor a -9 volts se requiere un Cosc = 100pF y 
C1 = C2 = 100µF. 
Capítulo 2 Diseño y construcción del EMETEL 
 
- 28 - 
 
 
Figura 2.14 Diagrama de conexión de la tarjeta de alimentación. 
 
Figura 2.15 Circuito impreso de la tarjeta de alimentación. 
Para finalizar el capítulo en la figura 2.16 se presenta una fotografía del EMETEL 
con las tarjetas electrónicas instaladas al gabinete. De igual manera se observan 
los soportes utilizados para la fijación de la fuente luminosa y los fototransistores. 
En la figura 2.17 se observa el diagrama electrónico completo del EMETEL y en la 
tabla 2.5 se muestran los costos de los dispositivos empleados. 
Capítulo 2 Diseño y construcción del EMETEL 
 
- 29 - 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2.16 Fotografía del EMETEL finalizado. 
Figura 2.17 Diagrama electrónico del EMETEL. 
Capítulo 2 Diseño y construcción del EMETEL 
 
- 30 - 
 
Tabla 2.5 Tabla de costos del EMETEL. 
No. 
Pzas. 
Descripción del Componente Numero de parte Newark 
(MXP) 
Digikey 
(MXP) 
eBay 
(MXP) 
1 Amplificador UA741 UA741CP 15.66 11.36 1.97 
1 Bornera de 2 terminales 1729128 24.10 19.60 32.34 
3 Bases para CI, 8 contactos A120347-ND 8.70 9.99 1.29 
1 Bases para CI, 20 contactos 1-2199298-6 8.17 6.86 1.60 
1 Bases para CI, 28 contactos A120353-ND 22.93 15.48 7.80 
2 Capacitor - 22pfd MC0805N220J50
0A5.08MM 
18.02 14.88 .38 
1 Capacitor - 100pfd MC0805N101J10
1A2.54MM 
8.93 9.604 .24 
1 Capacitor – 100nfd K104K15X7RF53
L2 
2.90 3.92 .19 
2 Capacitor de tantalio - .1ufd TAP104K035SCS 36.37 24.69 19.4 
2 Capacitor de tantalio - .33ufd TAP334K035SCS 36.06 24.69 19.4 
1 Capacitor electrolítico - 10ufd 106CKH050M 1.58 3.92 2.33 
2 Capacitor electrolítico - 100ufd 107CKR050M 4.62 12.54 2.84 
1 Capacitor electrolítico - 4700ufd 478KXM010M 13.09 4.6354 9.52 
1 Conector USB tipo B 67068-7041 24.89 28.22 19.46 
1 Conector de cable a tarjeta, 3 
contactos, paso 100”, macho 
640456-3 3.39 4.50 6.3 
1 Conector de cable a tarjeta, 3 
contactos, paso 100”, hembra 
A100193-ND 
 
16.87 18.81 22.85 
2 Conector de cable a tarjeta, 4 
contactos, paso 100”, macho 
WM4202-ND 10.42 10.58 12.6 
2 Conector de cable a tarjeta, 4 
contactos, paso 100”, hembra 
A107462-ND 127.79 98.00 45.7 
1 Conector de cable a tarjeta, 7 
contactos, paso 100”, macho 
 A19472-ND 6.86 7.056 6.3 
1 Conector de cable a tarjeta, 7 
contactos, paso 100”, hembra 
WM3227-ND 22.54 1.6 22.85 
1 Conector de cable a tarjeta, 2 
contactos, paso 156”, macho 
WM4620-ND 6.13 5.09 6.3 
1 Conector de cable a tarjeta, 2 
contactos, paso 156”, hembra 
A107460-ND 40.96 34.10 22.85 
2 Conector tarjeta a tarjeta, 
2.54mm, macho 
67996-102HLF 5.52 3.17 1.93 
1 Cristal de 12MHz ABL-12.000MHZ-
B2 
9.81 6.4668 10.01 
4 Diodo 1N4001 1N4001G 18.40 14.11 .78 
7 Fototransistores SD1440 SD1440-003L 1181.29 901.40 1132.6 
1 Inversor TC7660 TC7660HEPA 19.52 15.28 20.87 
1 LED bicolor RG MV5437 ------ 9.8 .64 
1 Microcontrolador PIC18F2455 PIC18F2455-I/SP 119.36 83.3 136.76 
1 Multiplexor 74HC4351 CD74HC4351EG
4-ND 
------ 13.91 20.87 
1 Push button P8082STB-ND 10.56 2.43 23.69 
1 Potenciómetro digital X9C103 X9C103PZ 122.10 95.06 17.12 
1 Regulador de tensión 7805 MC7805CTG 12.34 8.62 4.17 
http://mexico.newark.com/texas-instruments/ua741cp/op-amp-1mhz-0-5v-us-dip-8/dp/60K7043
http://mexico.newark.com/phoenix-contact/1729128/terminal-block-pcb-2-position/dp/71C4123
http://www.digikey.com.mx/product-detail/es/te-connectivity-amp-connectors/1-2199298-2/A120347-ND/5022039
http://mexico.newark.com/multicomp/mc0805n220j500a5-08mm/ceramic-capacitor-22pf-50v-c0g/dp/46P6472
http://mexico.newark.com/multicomp/mc0805n220j500a5-08mm/ceramic-capacitor-22pf-50v-c0g/dp/46P6472
http://mexico.newark.com/multicomp/mc0805n101j101a2-54mm/ceramic-capacitor-100pf-100v-c0g/dp/46P6378
http://mexico.newark.com/multicomp/mc0805n101j101a2-54mm/ceramic-capacitor-100pf-100v-c0g/dp/46P6378
http://mexico.newark.com/avx/tap334k035scs/tantalum-capacitor-0-33uf-35v/dp/54J5011
http://mexico.newark.com/illinois-capacitor/106ckh050m/aluminum-electrolytic-capacitor/dp/63K2677
http://mexico.newark.com/illinois-capacitor/107ckr050m/aluminum-electrolytic-capacitor/dp/69K7856
http://mexico.newark.com/illinois-capacitor/108kxm010m/aluminum-electrolytic-capacitor/dp/69K8202
http://mexico.newark.com/molex/67068-7041/usb-2-0-type-b-receptacle-th/dp/26M8395
http://mexico.newark.com/amp-from-te-connectivity/640456-3/wire-board-connector-header-3/dp/90F4251?iscrfnonsku=true
http://www.digikey.com.mx/product-detail/es/te-connectivity-amp-connectors/2058943-2/A100193-ND/2136137
http://www.digikey.com.mx/product-detail/es/molex-llc/0022232041/WM4202-ND/26671
http://www.digikey.com.mx/product-detail/es/te-connectivity-amp-connectors/2154828-3/A107462-ND/3929752
http://www.digikey.com.mx/product-detail/es/molex-llc/0022232081/WM4206-ND/26679
http://www.digikey.com.mx/product-detail/es/molex-llc/0022232081/WM4206-ND/26679
http://www.digikey.com.mx/product-detail/es/molex-llc/0022173072/WM3227-ND/211115
http://www.digikey.com.mx/product-detail/es/molex-llc/0026604020/WM4620-ND/88712
http://www.digikey.com.mx/product-detail/es/te-connectivity-amp-connectors/2154828-1/A107460-ND/3929750
http://mexico.newark.com/amphenol-fci/67996-102hlf/board-board-connector-header-2/dp/78M6708
http://www.digikey.com.mx/product-detail/es/abracon-llc/ABL-12.000MHZ-B2/535-9037-ND/675232
http://www.digikey.com.mx/product-detail/es/abracon-llc/ABL-12.000MHZ-B2/535-9037-ND/675232
http://mexico.newark.com/on-semiconductor/1n4004g/standard-diode-1a-400v-59-10/dp/42K2822
http://mexico.newark.com/honeywell/sd1440-003l/transistor-photo-npn-935nm-metal/dp/87F6472
http://mexico.newark.com/microchip/tc7660hepa/dc-dc-converter-120khz-dip-8/dp/92C6600http://www.digikey.com.mx/product-detail/es/fairchild-on-semiconductor/MV5437/MV5437-ND/403124
http://mexico.newark.com/microchip/pic18f2455-i-sp/microcontroller-mcu-8-bit-pic18/dp/01M8485
http://www.digikey.com.mx/product-detail/es/texas-instruments/CD74HC4351EG4/CD74HC4351EG4-ND/1507294
http://www.digikey.com.mx/product-detail/es/texas-instruments/CD74HC4351EG4/CD74HC4351EG4-ND/1507294
http://www.digikey.com.mx/product-detail/es/panasonic-electronic-components/EVQ-11U04M/P8082STB-ND/259535
http://mexico.newark.com/on-semiconductor/mc7805ctg/ldo-voltage-regulator-5v-1a-to/dp/88H4758
Capítulo 2 Diseño y construcción del EMETEL 
 
- 31 - 
 
1 Regulador de tensión 7809 L7809CV 7.62 10.97 5.80 
1 Relevador MD5 md5 ----- ----- 9.36 
14 Resistencia ------ 43.08 37.8 13.01 
1 Sensor de temperatura LM35 LM35DZ/NOPB 42.52 36.45 11.93 
1 Transistor BC547C BC547BBU 1.70 3.92 .32 
1 Transformador de 127v a 12v ------ ----- ----- 109.02 
Total 2054.80 1612.79 1783.39 
 
Nota: Los precios de la tabla 2.5 son cotizados al menudeo, con fecha vigente al 13 
de marzo de 2017. 
 
 
http://mexico.newark.com/stmicroelectronics/l7809cv/linear-voltage-regulator-9v-3/dp/89K1390
http://mexico.newark.com/texas-instruments/lm35dz-nopb/temperature-sensor-0-4c-to-92/dp/41K4849
http://mexico.newark.com/fairchild-semiconductor/bc547bbu/transistor-bipol-npn-45v-to-92/dp/31Y0477
Capítulo 3 Desarrollo de la interfaz gráfica de usuario del EMETEL 
 
- 32 - 
 
CAPÍTULO 3. DESARROLLO DE LA 
INTERFAZ GRÁFICA DE USUARIO DEL 
EMETEL 
 
En este capítulo se describe la instalación y el desarrollo de la interfaz gráfica 
de usuario para el manejo del EMETEL. Dentro de las acciones se pueden realizar 
las siguientes: Seleccionar el dispositivo, seleccionar la ganancia, graficar la luz 
transmitida y el esparcimiento, indicar el número de muestras, el tiempo de 
encendido de la fuente de luz, el tiempo de muestreo, almacenar los datos de las 
pruebas y de la temperatura ambiente. A continuación, en la figura 3.1 se observa 
la imagen del panel frontal de la GUI y la distribución de sus componentes. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.1. Panel frontal de la GUI 
 
Figura 3.1 Panel frontal de la GUI. 
Capítulo 3 Desarrollo de la interfaz gráfica de usuario del EMETEL 
 
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3.1 Instalación del equipo 
Para la instalación del EMETEL es necesario crear un driver o controlador utilizando 
el software Driver Wizard incorporado a la paquetería de LABVIEW. Los pasos para 
la obtención del controlador son los siguientes: 
1.- Conectar el EMETEL a la PC. 
2.- ir a "C:\Program Files\IVI Foundation\VISA\WinNT\NIvisa\NI-VISA” 
3.- Ejecutar: Driver Wizard.exe 
4.-En el cuadro “Hardware Bus” seleccionar USB y siguiente. 
5.-En el cuadro “Device list” seleccionar USB\VID_4d8&PID_1f6 y siguiente. 
6.-En el cuadro “Instrument prefix (INF file name)” escribir el nombre del controlador, 
en el cuadro “Directory in which to save the generated file” escribir la dirección donde 
desea almacenarlo y oprimir siguiente. 
7.-Finalmente en la ventana “Installation options” seleccionar Do nothing further and 
exit the wizard y finalizar. 
Una vez creado el controlador, para su instalación en sistemas operativos windows 
7, 8 o 10 es necesario deshabilitar la firma digital y a continuación realizar lo 
siguiente: 
1.- Ir al administrador de dispositivos de su PC. 
2.- Seleccionar en otros dispositivos “Esparcimetro de luz” dar click derecho y elegir 
“Actualizar software de controlador”. 
3.- Elegir el cuadro “Buscar el software de controlador en esta ubicación” y escribe 
la dirección donde se almaceno el controlador antes creado y oprimir siguiente. 
4.- En la ventana “Seguridad de Windows” elige Instalar este software de controlador 
de todas formas. Espere la instalación y oprima cerrar. 
Al finalizar podrá ver en el administrador de dispositivos el equipo instalado, como 
se observa en la figura 3.2. 
 
 
 
Figura 3.2 EMETEL instalado. 
 
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Con la instalación del EMETEL, ahora es posible su manejo a través de la GUI 
desarrollada en Labview. Este software incorpora dos entornos de trabajo, el 
primero llamado front panel (ver figura 3.3a) utilizado para colocar y mostrar el 
aspecto de los componentes de la GUI y el segundo llamado Block Diagram (ver 
figura 3.3b) utilizado para programar las acciones mediante iconos interconectados. 
 
 
 
Figura 3.3 a) GUI del EMETEL front panel. b) GUI del EMETEL Block Diagram. 
 
A continuación, se describen las acciones de la GUI para el manejo del EMETEL. 
 
3.2 Seleccionar dispositivo 
Esta ventana permite al usuario elegir el dispositivo con el cual desea operar. Para 
el caso, deberá elegir el dispositivo USB0::0x04D8::0x01F6:NI-VISA-4000X::RAW 
(como se observa en la figura 3.4) que corresponde al EMETEL. Es importante 
mencionar que la selección del dispositivo se debe realizar antes de ejecutar la 
aplicación. 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.4 Campo para seleccionar dispositivo. 
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3.3 Dirección del archivo 
Esta acción permite al usuario guardar los datos de las pruebas realizadas. Para 
ello, se requiere escribir sobre el cuadro la dirección y el nombre del archivo con la 
extensión .txt o bien seleccionar dando click al icono con la carpeta y direccionar su 
destino. En la figura 3.5 se observa un ejemplo. 
 
 
Figura 3.5 Campo para guardar los datos de la prueba. 
 
3.4 Ganancia 
Por medio de este control el usuario puede ajustar el nivel de intensidad con el cual 
desea registrar las señales. El número máximo de veces que puede aumentar la 
intensidad, está acorde al cálculo previamente realizado en la etapa de 
acondicionamiento (20 veces). En la figura 3.6 se observa el control de ganancia. 
 
 
 
 
 
3.5 Angulo 
Este control permite al usuario elegir la señal que se traza en el plano cartesiano. 
Recordando que al elegir la señal a 0º se obtendrá el gráfico de la transmitancia y 
cualquier otra está referida a una señal de esparcimiento. En la figura 3.7 se 
observa dicho control. 
 
 
 
 
Figura 3.6 Control de ganancia. 
Figura 3.7 Control de ángulo. 
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3.6 Gráficos 
El EMETEL incorpora dos tipos de visores gráficos, el primero de forma cartesiana 
que presenta el nivel de intensidad contra el tiempo y conforme al ángulo elegido; 
el segundo de forma polar que presenta los niveles de intensidad de todas las 
señales con respecto al tiempo y el ángulo de donde se realizan las mediciones. En 
la figura 3.8 se observa ambos visores. 
 
 
Figura 3.8 Visores gráficos de la transmitancia y el esparcimiento de luz. 
 
3.7 Variables de control 
Esta parte de la GUI permite al usuario la programación del EMETEL. El 
procedimiento consiste en indicar el número de muestras que desea realizar, el 
tiempo entre cada muestra y el tiempo de anticipación para el encendido de la fuente 
luminosa. En la figura 3.9 se observa un ejemplo para realizar una prueba en una 
sooolucion, que consiste en registrar 3 mediciones una cada 30 segundos y 
encendido de la fuente de iluminación con 20 segundos de anticipación para 
asegurar su estabilidad al momento de realizar la medición. 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.9 Variables de control. 
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3.8 Indicador de temperatura 
Aunque en las ecuaciones de Bouguer – Lambert – Beer y Mie no involucran el 
parámetro de la temperatura, algunos autores mencionan que, si es un factor 
importante en la sedimentación de partículas en una suspensión, es por ello que el 
EMETEL incluye un sensor de temperatura y su indicador; además de guardar en 
el archivo su valor al momento de registrar la medición. En la figura 3.10 se observa 
el indicador