79129-Pizarro Paulina

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UNIVERSIDAD DE TARAPACÁ 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA 
 
 
 
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE SISTEMA DE MONITOREO 
DE DEFORMACIÓN ESTRUCTURAL. 
 
 
 
Memoria para optar al título de: 
Ingeniera en Mecatrónica. 
 
Alumna: 
Paulina Francisca Pizarro Stuardo 
 
Profesor Guía: 
Manuel Fuentes Maya 
 
Profesor Informante: 
Alberto Gallegos Araya 
 
 
 
Arica - Chile 
2020 
 
Agradecimientos 
A mis papitos, agradecerles todo el esfuerzo que hicieron para que pudiera estudiar y 
terminar exitosamente esta etapa de mi vida, por todas las noches haciéndome 
compañía mientras terminaba los trabajos, todos los desayunos en la combi al 
costado de la universidad antes de entrar a las clases de media mañana, todas las 
comidas ricas que preparaste mamita para que pudiéramos seguir trabajando, el 
motor en el que fuiste clave papá, por esas y tantas cosas más, gracias, no podría 
estar hoy escribiendo esto si no fuera por ustedes. 
A mi hermanito, por siempre apoyarme en todo lo que se me ocurrió, por todo su 
amor y su infinito cariño, por resolver ese problema de algebra que me tuvo horas 
con dolor de cabeza, por siempre darme ánimos y fuerzas, te amo. 
A mi familia, los amo, gracias por todo el amor, apoyo y cariño incondicional. 
A mis amigos, que sin ustedes mi primera parte en la u no hubiera sido igual, esas 
noches de estudio que terminaban en peleas de karate, los fines de semana de 
asados, Sole, Luis, Lucas, fueron una parte importante de mi vida universitaria, 
gracias. 
Y últimos, pero no menos importantes, Felipe, Álvaro, sin ustedes despedirme de la u 
no hubiera sido tan entretenido, llenaron los días con risas, comida, fiestas y 
mucho cariño, a pesar de que tenia que estudiar el triple gracias a ustedes, 
infaltables tardes de estudio que terminaban en torneos de UNO, gracias por todo. 
A mi compañero Víctor, llegaste al final de esta travesía, gracias por tu amor y tu apoyo. 
 
ÍNDICE 
Introducción 1 
Objetivos 2 
Objetivo principal 2 
Objetivos secundarios 2 
CAPÍTULO 1: ASPECTOS GENERALES DE MONITOREO 
1.1 Teoría de funcionamiento 3 
1.2 Monitoreo remoto estructural 3 
1.2.1 Sistema de monitoreo 3 
1.2.1.1 Tipos de monitoreo 4 
1.2.1.2 Monitoreo continuo 4 
1.2.1.3 Monitoreo puntual 5 
1.2.1.4 Monitoreo de integridad estructural 6 
CAPÍTULO 2: SENSORES 
2.1. Sensores de deformación 11 
 2.1.1 Deformación 11 
2.1.2 Flexión 15 
2.1.3 Tipos de apoyo 16 
2.1.4 Tipos de carga 18 
2.1.5 Momento flector 19 
2.1.6 Esfuerzos normales 20 
 
2.1.7 Funciones singulares y deflexión 21 
2.2 Sensores de desplazamiento 24 
2.2.1 Desplazamiento de estructuras 24 
2.2.2 Sensor mecánico 25 
2.2.3 Sensor de resistencia eléctrica 26 
2.2.4 Sensor potenciométrico 36 
2.2.5 Sensor capacitivo 38 
2.2.6 Sensor inductivo 39 
2.3 Adquisición de transmisión de datos 40 
2.4 Amplificadores operacionales de señal 46 
2.5 Análisis de procesamiento de datos 49 
CAPITULO 3: PROGRAMA EXPERIMENTAL 
3.1 Programa experimental 50 
3.2 Plataforma Arduino 50 
3.3 Comunicación Bluetooth 57 
3.4 Amplificador de señal HX711 58 
3.5 Monitoreo de deformaciones en el prototipo 59 
Tabla 1 64 
 
CAPÍTULO 4: DESARROLLO PROTOTIPO SISTEMA ADQUISICIÓN DE 
DATOS 
4.1 Desarrollo de un prototipo de sistema de adquisición de datos, 
de forma remota con la utilización de la plataforma Arduino 65 
4.2 Pruebas con amplificador de señal HX711 67 
CAPÍTULO 5: DESARROLLO APLICACIÓN MÓVIL. 
5.1 Desarrollo de aplicación móvil (Software) para adquisición, 
 almacenamiento e intercambio de datos obtenidos en el monitoreo. 74 
CAPÍTULO 6: VALIDACIÓN DE SISTEMA DE MONITOREO 
6.1 Desarrollo Experimental para la validación del sistema de monitoreo. 83 
Tabla de resultados 88 
ANÁLISIS Y CONCLUSIONES 89 
BIBLIOGRAFÍA 90 
 
 
1 
 
INTRODUCCIÓN 
El proyecto de título presentado, diseño y construcción de sistema de monitoreo y 
deformación estructural, tiene como función utilizarse en la asignatura de resistencia de 
los materiales, para el laboratorio de flexión, en el cual se mide la deformación causada a 
una varilla metálica debido a la aplicación de distintas cargas, mediante una galga 
extensométrica. 
El sistema diseñado, que se conecta a la galga extensométrica antes mencionada, tiene 
como finalidad hacer una comparación inmediata entre el cálculo teórico, con los datos 
tomados, y los resultados entregados por el ensayo in situ, para esto el sistema cuenta de 
dos partes que se complementan, una es la interfaz de toma de datos, en la que el alumno 
ingresa los parámetrosde la experiencia, y la otra parte es la estructura física que utiliza 
la plataforma Arduino para la recolección y procesamiento de los datos, de forma remota, 
luego el sistema entrega al alumno ambos resultados, para que pueda realizar un análisis 
rápido del laboratorio.
 
2 
 
OBJETIVOS 
Objetivo principal. 
Diseñar y construir un sistema de monitoreo de deformación estructural para uso en 
laboratorio de Resistencia de los Materiales. 
Objetivos secundarios. 
Utilizar la plataforma Arduino y sensores que miden deformación estructural, que permita 
al alumno conocer la fuerza en tiempo real que actúa en la estructura. 
 
 
3 
 
CAPÍTULO 1: ASPECTOS GENERALES DE MONITOREO 
1.1 Teoría de funcionamiento 
El monitoreo del comportamiento estructural permite detectar anomalías a tiempo, lo cual, 
a su vez, hace posible adoptar medidas de mantenimiento y reparación de una manera más 
eficaz, con un efecto directo en la reducción de los costos operativos. La finalidad 
principal de la monitorización consiste en sustituir el mantenimiento periódico por un 
mantenimiento adaptado a las condiciones. 
1.2 Monitoreo remoto estructural. 
El monitoreo estructural es un proceso que consiste en la captura continua o periódica; de 
forma permanente o habitual, de los parámetros más representativos que permiten conocer 
el estado de una estructura. Lo cual significa que puede realizarse a corto, mediano, largo 
plazo o inclusive durante la vida útil de un inmueble. 
1.2.1 Sistema de monitoreo 
Durante la etapa de operación y rehabilitación, el monitoreo estructural es esencial para 
garantizar la seguridad y confiabilidad de las estructuras civiles. Para la evaluación de la 
condición estructural, tanto la carga actual como las condiciones estructurales presentes, 
deben ser tomados en consideración. La premisa más importante para una evaluación 
fiable es la disponibilidad de información real de manera oportuna. 
En las últimas décadas, además de los métodos de inspecciones visuales, se han 
introducido procedimientos experimentales que permiten la valoración global de la 
4 
 
estructura. Estas estrategias proporcionan una relación real entre la carga y la vida 
remanente a través de mediciones específicas. Los avances en las tecnologías de 
fabricación de sensores, junto con las aplicaciones de las tecnologías de la información y 
el análisis de datos, han contribuido de manera significativa al desarrollo del monitoreo 
estructural. 
1.2.1.1 Tipos de monitoreo 
Las estrategias empleadas para el monitoreo de estructuras se clasifican en tres tipos: el 
monitoreo continuo, el monitoreo puntual y el monitoreo de la integridad estructural. 
1.2.1.2 Monitoreo continuo 
Realizar el monitoreo continuo implica dejar colocados los instrumentos en la estructura 
en forma permanente, lo cual significa una inversión que permanece en ella. 
En forma general se pueden establecer tres etapas para el monitoreo continuo: 
I. Evaluación preliminar, construcción y calibración del modelo de los 
elementos finitos de la estructura: Esta etapa consiste en identificar la tipología 
de la estructura, las necesidades de monitoreo, la elección de los sensores y del 
sistema de transmisión de datos que logren satisfacer las necesidades 
identificadas, sin dejar de lado la factibilidad de su instalación. 
II. Instalación de los instrumentos de medición y el sistema de adquisición de 
datos: Al tener ubicado en la etapa anterior los puntos estratégicos de monitoreo 
y las variables a medir, lo que procede en esta etapa es el proceso de instalación 
en sí, considerando siempre la factibilidad y las futuras necesidades de 
5 
 
mantenimiento o sustitución de sensores en caso de averías. La fuente de poder 
para el sistema y los sensores es un asunto crítico. 
III. Procesamiento, interpretación y administración de los datos: En un proyecto 
de monitoreo continuo se obtendrán una gran cantidad de datos, es importante el 
buen manejo y almacenamiento de los mismos. Por otro lado, para efectuar el 
procesamiento e interpretación de datos es necesario la implementación del 
software, o aplicación como es el caso, en el computador final. 
1.2.1.3 Monitoreo puntual 
Este monitoreo se centra en las pruebas de cargas que se realizan a las estructuras. Estas 
pruebas son importantes cuando se encuentran con miembros estructurales deteriorados o 
dañados, para los cuales es difícil cuantificar los efectos del deterioro o daño en la 
capacidad de carga de un puente y en la distribución resultante de cargas. Por otro lado, 
en el caso de estructuras reforzadas o las que se les ha realizado mantenimiento, también 
se desconoce por completo la eficacia de la reparación y la interacción entre los elementos 
reforzados con los elementos existentes, para los cuales las pruebas de carga son 
indispensables para identificar el comportamiento real de la estructura. 
Se pueden establecer, básicamente, tres propósitos para la evaluación puntual y pruebas 
de carga no-destructivas: 
• Estimar la capacidad de carga real de la estructura. 
6 
 
• Estudiar el comportamiento real de la estructura en forma global o ciertos 
componentes estructurales; además, validar el modelo estructural analítico de la 
estructura. 
• Detectar, localizar, cuantificar el grado de daños y estimar la vida útil de la 
estructura o de cierto componente estructural. 
1.2.1.4 Monitoreo de integridad estructural 
El concepto de Monitoreo de la Integridad Estructural o SHM, Structural Health 
Monitoring (por sus siglas en inglés), se desenvuelve dentro del marco de “Sistemas 
Estructurales Inteligentes”, dentro de los cuales se puede hablar básicamente de tres 
componentes: detección (“sensing” en inglés), procesamiento de información y reacción 
o adaptación ante el evento. Aún más, si es posible, se busca integrar la función de 
autosanación. 
El objetivo a largo plazo de las investigaciones en SHM es que la infraestructura civil esté 
dotada de, por lo menos, las primeras dos funciones en forma integral y que provea 
informaciones claves para la toma de decisiones de parte de los ingenieros. 
Para conferir a la estructura la capacidad de detección automática, es necesario colocar 
una red de sensores y que cada sensor está ubicado en posiciones estratégicamente 
seleccionadas para captar la información necesaria que permita conocer el estado 
estructural en diferentes instantes de tiempo. Las señales captadas por los sensores son 
luego recolectadas por un sistema de adquisición de datos. Al final, lo más importante es 
proveer un “sistema de monitoreo” a la estructura que permita filtrar, procesar, sintetizar 
7 
 
y analizar la información recolectada, trabajo que será ejecutado por una computadora. 
La información sintetizada luego es enviada al ingeniero responsable del monitoreo para 
la toma de decisiones. 
Los métodos de monitoreo de integridad estructural pueden clasificarse en dos grandes 
grupos: 
a) Métodos globales: Definen la presencia y la localización de un daño a partir de la 
dinámica de la estructura. 
b) Métodos locales: Se basan en pruebas experimentales e inspecciones visuales, tales 
como métodos de ultrasonido, métodos de campos magnéticos, entre otros. Estos métodos 
locales necesitan un conocimiento a priori de la localización del daño, además que la 
sección estructural que se va a revisar sea accesible para el operador encargado de la 
revisión visual. 
De forma general, se puede decir que el SHM puede ser aplicado a los siguientes casos. 
● Modificaciones de una estructura ya existente. 
● Monitoreo del estado de una estructura afectada por cargas externas. 
● Monitoreo del estado de una estructura en procesos de demolición 
● Valoración estructural de sistemas sujetos durante largo tiempo a movimientos o 
a degradación de materiales. 
● Mejoramiento del diseño estructural basado en adquisición de datos. 
● Valoraciónde fenómenos de fatiga en materiales. 
● Desarrollo de nuevos sistemas de construcción. 
8 
 
● Valoración de la integridad estructural después de fuertes incidencias dinámicas, 
tales como terremotos. 
● Desarrollo de esquemas de diseño basado en desempeño estructural. 
Por ello, el monitoreo de la integridad estructural se hace atractivo para el desarrollo de 
una nueva generación de estructuras inteligentes, que sean capaces de monitorear su 
condición o integridad en tiempo real y con numerosas ventajas en su desempeño como 
son: 
● Reducción en la probabilidad de falla debido a fenómenos inesperados, como 
catástrofes naturales o daño progresivo de materiales entre periodos de 
inspección. 
● Reducción en los gastos de mantenimiento de estructuras, al pasar al paradigma 
de mantenimiento basado en la condición. 
● Reducción en el costo de materiales por el sobre diseño de estructuras. 
● La posibilidad de monitorear y reparar estructuras remotas. 
● La valoración de sistemas estructurales luego de desastres naturales. 
● Según Sohn (2004), el proceso de SHM puede describirse como un paradigma 
de reconocimiento de modelos estadísticos que consta de cuatro partes: 
I Evaluación operacional. 
● Identificar el tipo de daño que se desea monitorear. Por ejemplo: el estado general 
de la estructura o una parte específica de ella como la rigidez de las losas. 
9 
 
● Identificar factores ambientales y del sistema estructural que influyen en los 
resultados. Por ejemplo: la variación de la temperatura, los tipos de cargas 
presentes, tipo de sistema estructural y su material. 
● Limitaciones en la adquisición de datos durante la operación. Por ejemplo: hay 
puentes cuyo tránsito nunca puede ser interrumpido. 
● Definir los objetivos de mediciones en el monitoreo. Por ejemplo: la deflexión 
máxima, los parámetros modales como las frecuencias naturales de vibración, 
entre otros. 
II Adquisición, integración y discriminación de datos. 
● Selección del tipo, la cantidad y la ubicación de los sensores. Por ejemplo: 
acelerómetros, transductores de deformación, inclinómetros, extensómetros, etc. 
● Selección del sistema de adquisición de datos. Por ejemplo: el sistema alámbrico 
es recomendado para hacer evaluaciones rápidas y cuando no hay suministro 
continuo de energía eléctrica. La ubicación de los sensores debe basarse en una 
evaluación exhaustiva previa para que la información permite inferir sobre el 
estado global de la estructura. 
● Integración y selección de la información de múltiples sensores. Por ejemplo: 
sincronización de los datos, integración de información de múltiples canales; por 
ejemplo, aceleración, inclinación o deformación unitaria. 
● Filtros y remuestreo de datos digitales. Para mediciones de aceleraciones, 
generalmente se requiere de un filtro pasa bajas, pues los acelerómetros, en sí, 
10 
 
amplifican las señales de frecuencias altas; careciendo de un filtro pasa bajas la 
señal será contaminada por el exceso de ruido de alta frecuencia. 
III Extracción de características y condensación de información. 
● Identificación de patrones característicos del daño a partir de señales digitales. 
● Técnicas de procesamiento de señales. 
● Identificación de parámetros del modelo dinámico (identificación de sistemas). 
IV Desarrollo del modelo estadístico para la discriminación de patrones 
● Selección del parámetro más sensible al tipo de daño que se desea monitorear. 
Por ejemplo: deflexión máxima, parámetros modales como las frecuencias 
naturales de vibración, inclinación de pilas, gradientes térmicos, cambio en las 
rigideces o flexiones, etc. 
● Selección del modelo estadístico adecuado para el parámetro escogido. 
● Establecimiento de índices de daño con criterios estadísticos probabilísticos. 
● Modelos de inferencia sobre la vida útil residual de una estructura dañada. 
● Construcción de la curva de deterioro de la estructura en el tiempo. 
 
11 
 
CAPÍTULO 2: SENSORES 
2.1 Sensores de deformación 
Para la mejor comprensión de los sensores de deformación, esta sección comienza con 
conceptos y ecuaciones analíticas relacionadas a deformaciones de estructuras. 
2.1.1 Deformación 
Suponemos que un cuerpo está formado por partículas pequeñas o moléculas entre las 
cuales actúan fuerzas. Estas fuerzas moleculares se oponen a cambios de forma del cuerpo 
cuando sobre él actúan fuerzas exteriores. 
Si un sistema exterior de fuerzas se aplica al cuerpo, sus partículas se desplazan y estos 
desplazamientos mutuos continúan hasta que se establece equilibrio entre el sistema 
exterior de fuerzas y las fuerzas interiores. Se dice en este caso que el cuerpo está en 
estado de deformación. [1] . 
Cualquier cambio en el tamaño o la forma de una estructura resultante de la aplicación de 
fuerzas se llama deformación. Sin embargo, la deformación específica (Ecuación 2.1) es 
una métrica utilizada para medir la intensidad de la deformación y de la misma manera 
que la tensión, se usa para medir la intensidad de una fuerza interna. 
 En el momento en que se presenta una estructura a esfuerzos externos, las pequeñas 
partículas que lo componen, se mueven hasta el equilibrio entre los esfuerzos internos y 
externos. [2] 
12 
 
 𝜀 =
∆𝑙
𝐿
 (2.1) 
Donde: 
𝜀 = Deformación específica longitudinal 
∆𝑙 = aumento o disminución de la longitud 
𝐿 = longitud inicial 
Sin embargo, las deformaciones no solo se deben al rendimiento de fuerzas, sino también 
pueden ocurrir en función de tensiones térmicas, que son causadas cuando una estructura 
se calienta o enfría.[3] 
La relación entre tensiones y deformaciones de estructuras a través de la aplicación de 
tensión mecánica, fue establecida en 1678 por Robert Hooke en un experimento, donde 
se aplicó una fuerza longitudinalmente a un resorte, observando un desplazamiento 
vertical, expresándose así Ley de Hooke por Ecuación 2.2 y representada en la Figura 2.1 
 𝐹 = 𝑘 ∗ 𝑥 (2.2) 
Donde: 
𝐹 = Fuerza 
𝑥 = Desplazamiento vertical obtenido mecánicamente 
𝑘 = Rigidez de resorte constante 
13 
 
 
Figura 2.1. Representación de la Ley de Hooke para resortes. 
Este hallazgo no solo se limita a los resortes, sino que también puede aplicarse a 
estructuras compuestas de varios materiales, con la aparición de pequeñas deformaciones. 
En este caso, la ley de Hooke puede ser descrita por la ecuación 2.3. 
 𝜎 = 𝐸 ∗ 𝜀 (2.3) 
Donde: 
𝜎 = Esfuerzo normal 
𝐸 = Módulo de elasticidad (longitudinal) 
El esfuerzo normal versus la relación de deformación específica es comúnmente 
presentado en forma gráfica, a partir del cual el Módulo de Elasticidad del material 
(Ecuación 2.4), por relación trigonométrica, como se muestra en la Figura 2.2, sólo válida 
para el régimen elástico (análisis lineal). 
 
𝛿𝜎
𝛿𝜀
= 𝑡𝑔(𝛼) = 𝐸 (2.4) 
14 
 
Donde: 
𝛿𝜎 = rango de voltaje normal 
𝛦 = Módulo de elasticidad longitudinal 
𝛿𝜀 = rango de deformación específica 
 
Figura 2.2. Curva de esfuerzo versus deformación. 
El módulo de elasticidad (E) es la pendiente de la línea recta que se forma en la zona 
elástica de la curva. Para la zona elástica se cumple que σ=E*ε. Es una medida de la 
rigidez del material, el material es más rígido entre mayor sea su módulo de elasticidad. 
La deformación geométrica normal se puede representar en una parte sometida a la fuerza 
de tracción normal, como se muestra en la Figura 2.3, donde se produce el alargamiento 
longitudinalmente y acortamiento en la dirección transversal, correlacionado con la 
deformación longitudinal. Esta correlación, es decir, la relación entre la tensión 
15 
 
transversal y la deformación normal viene dada porla relación de Poisson (𝜈), un número 
adimensional dada por la Ecuación 2.5. 
 𝑣 =
−𝜀𝑡
𝜀
 (2.5) 
Donde: 
𝜈 = relación de Poisson 
𝜀𝑡 = deformación transversal específica 
 
Figura 2.3. Deformación atribuida a 𝜎 
 
2.1.2 Flexión 
Se denomina flexión al tipo de deformación que presenta un elemento estructural alargado 
en una dirección perpendicular a su eje longitudinal (Figura 2.4). El rasgo más destacado 
es que un objeto sometido a flexión presenta una superficie de puntos llamada fibra neutra 
16 
 
tal que la distancia a lo largo de cualquier curva contenida en ella no varía con respecto al 
valor antes de la deformación. 
 
Figura 3.4. Representación de flexión. 
 
2.1.3 Tipos de vigas: 
Los elementos estructurales suelen clasificarse de acuerdo con los tipos de cargas que 
soportan. Por ejemplo, una barra cargada axialmente soporta fuerzas con sus vectores 
dirigidos a lo largo del eje de la barra y una barra en torsión soporta pares de torsión (o 
pares) que tienen sus vectores momento dirigidos a lo largo del eje. Las vigas son 
elementos estructurales sometidos a cargas laterales, es decir, fuerzas o momentos que 
tienen sus vectores perpendiculares al eje de la barra. En la Figura 2.5 se muestran vigas 
que se clasifican como estructuras planares debido a que yacen en un solo plano, sí todas 
las cargas actúan en ese mismo plano y si todas las deflexiones (líneas discontinuas) 
también ocurren en ese plano, entonces se refiere a este como el plano de flexión. 
17 
 
 
Figura 2.5. Estructuras planares. 
 Las vigas se describen por la manera en que están apoyadas. Por ejemplo, una viga con 
un apoyo articulado en un extremo y un apoyo de rodillo en el otro (Figura 2.6a) se denomina 
viga simplemente apoyada o viga simple. 
 
Figura 2.6. Tipos de viga: (a) simple, (b) en voladizo, (c) viga con voladizo. 
Fuente: Mecánica de materiales 7ma edición. 
En la figura 2.6a en el extremo A de la viga se encuentra un apoyo articulado, el cual evita 
la traslación en el extremo de una viga, pero no evita su rotación, es decir, en ese extremo 
la viga no puede moverse horizontal o verticalmente pero el eje de la viga puede girar en 
18 
 
el plano de la figura, en consecuencia, un apoyo articulado es capaz de desarrollar una 
fuerza de reacción con componentes tanto horizontal como vertical (Ha y Ra), pero no 
puede desarrollar una reacción de momento. En el extremo B de la viga, se encuentra un 
apoyo de rodillo, este evita la traslación en la dirección vertical pero no en la dirección 
horizontal; este apoyo puede tener una reacción horizontal (Rb) pero no una fuerza 
horizontal, por supuesto el eje de la viga puede girar en B y en A. 
Las reacciones verticales en los apoyos de rodillo y en los apoyos articulados pueden 
actuar hacia arriba o hacia abajo y la reacción horizontal en el apoyo articulado puede 
actuar hacia la izquierda o hacia la derecha. 
En la Figura 2.6b, se muestra una viga fija en un extremo y libre en el otro, esta viga se 
denomina viga en voladizo. En el apoyo fijo (o empotrado) la viga no puede trasladarse 
ni girar, a diferencia del extremo libre que puede hacer ambas cosas, en consecuencia, en 
el apoyo empotrado pueden existir tanto reacciones de fuerza como de momento. 
En la Figura 2.6c se observa una viga con voladizo, esta viga está simplemente apoyada 
en los puntos A y B (apoyo articulado en A y apoyo de rodillo en B) pero también se 
proyecta más allá del apoyo B. el segmento BC en saliente es similar a una viga en 
voladizo excepto que el eje de la viga puede girar en el punto B. (Gere, n.d., 13). 
2.1.4 Tipos de carga 
Carga concentrada: cuando una carga se aplica sobre un área muy pequeña, se puede 
idealizar como una carga concentrada, que es una fuerza individual. En la Figura 2.6 los 
ejemplos son las cargas P1, P2, P y P4. 
19 
 
Carga distribuida: cuando la carga se reparte a lo largo del eje de la viga, como la carga q 
en la parte (a) de la Figura 2.6, estas cargas se miden por su intensidad, que se expresa en 
unidades de fuerza por unidad de distancia. Una carga distribuida uniformemente o carga 
uniforme, tiene una intensidad constante q por unidad de distancia (Figura 2.6a); una carga 
variable tiene una intensidad que cambia con la distancia a lo largo del eje de la viga, por 
ejemplo, la carga linealmente variable de la Figura 2.6b tiene una intensidad que varía 
linealmente de q1 a q2. Otro tipo de carga es un par, ilustrado por el par de momento M1 
que actúa sobre la viga con saliente (Figura 2.6c). 
Reacciones: generalmente determinar las reacciones es el primer paso en el análisis de 
una viga. Cuando estas son conocidas, se pueden determinar las fuerzas cortantes y los 
momentos flexionantes. Si una viga está apoyada de una manera estáticamente 
determinada, todas las reacciones se pueden encontrar a partir de un diagrama de cuerpo 
libre y mediante ecuaciones de equilibrio.[4] 
2.1.5 Momento flector 
El esfuerzo que provoca la flexión se denomina momento flector. 
Se denomina momento flector (o también “flexor”), o momento de flexión, a un momento 
de fuerza resultante de una distribución de tensiones sobre una sección transversal de un 
prisma mecánico flexionado o una placa que es perpendicular al eje longitudinal a lo largo 
del que se produce la flexión. 
20 
 
El momento flector puede aparecer cuando se someten estos elementos (vigas, pilares, 
losas, etc.) a la acción de un momento (torque) o también de fuerzas puntuales o 
distribuidas, como se muestra en la Figura 2.7. 
 
Figura 2.7. Momento flector, carga distribuida. 
Los signos que determinan los momentos flectores en vigas como positivos o negativos 
dependen del efecto que dicho momento produce, cuando el efecto del momento produce 
tensiones en las fibras inferiores de la viga se habla de un momento positivo, mientras que 
si el momento produce tensiones en las fibras superiores de la viga se hablará que se 
produjo un momento negativo. 
2.1.6 Esfuerzo normal 
El esfuerzo normal es el esfuerzo interno o resultante de las tensiones perpendiculares 
(normales) a la sección transversal de un prisma mecánico, es el que viene dado por la 
resultante de tensiones normales, es decir, perpendiculares, al área para la cual se pretende 
determinar el esfuerzo normal. En la Figura 2.8 se presenta un diagrama de tensiones. 
Puede ser representado por la ecuación: 
21 
 
 𝜎 =
𝑀𝑓∗𝐶
𝐼
 (2.6) 
Donde: 
= momento flector. 
C = distancia al eje de la viga. 
I = momento de inercia de la viga. 
 
Figura 2.8. Diagrama de tensiones 
2.1.7 Funciones de singularidad y deflexión 
Para el desarrollo teórico de la aplicación es necesario seleccionar un método de cálculo 
para la deflexión, el método seleccionado es el de funciones de singularidad, es por ello 
que se explican a continuación. 
22 
 
Las funciones de singularidad son apropiadas para representar cargas en vigas, tales como 
pares, cargas uniformes y cargas variables. Las funciones de singularidad son expresiones 
simples que representan funciones discontinuas. Ecuaciones 2.7 y 2.8, 
< 𝑋 − 𝐵 > 𝑛 = (𝑋 − 𝐵)𝑛 (2.7) 
 < 𝑋 − 𝐵 > 𝑛 = 0𝑋 < 𝐵 (2.8) 
Para determinar la función singular que expresa la carga aplicada, fuerza cortante o 
momento flector sobre una viga en función de la distancia X al extremo de referencia, se 
multiplica la adecuada función (Tabla de funciones singularidades, Figura 2.9) por el valor 
de la intensidad de la carga. Para todas y cada una de las cargas, momentos y reacciones 
se reemplaza B por el vector de la distancia entre el extremo de referencia y el punto donde 
comienza a aplicarse la carga. 
23 
 
 
Figura 2.9. Tabla defunciones de singularidad. Fuente, Beer, Johnston, Dewolf, 
Mazurek. Mecánica de materiales [5]. 
24 
 
2.2 Sensor de desplazamiento 
Para comprender mejor los sensores de desplazamiento esta sección comienza con 
conceptos y formulaciones analíticas referentes a los desplazamientos en estructuras. 
2.2.1 Desplazamiento en estructuras 
De manera general las estructuras están sujetas a deflexiones, es decir, sus ejes pueden 
presentar variaciones posicionales en el espacio, ya sea en el de traslación o el de rotación. 
Los movimientos de traslación (desplazamientos) son lineales y los de rotación son 
angulares. 
Además de resistir los esfuerzos, las estructuras deben diseñarse de modo que no se 
produzcan deformaciones excesivas, caracterizadas por los desplazamientos de los ejes 
del centro de las barras, en las direcciones x, y y z. En vigas de eje recto (Figura 2.10), los 
desplazamientos verticales son mayores en comparación con los demás, con esto, el 
componente vertical a menudo se llama flecha o desplazamiento vertical. 
 
Figura 2.10. Viga no deformada (izquierda) y viga deformada (derecha). Assan, 2010. 
En gran parte, para la determinación de desplazamientos verticales de vigas la resolución 
analítica se basa en ecuaciones diferenciales de la curva de desplazamientos verticales y 
relaciones asociadas a la misma. 
25 
 
Cuando una viga se flexiona, por ejemplo, la viga de la figura 2.11a, además de 
desplazamiento vertical expresa una rotación, caracterizada por el ángulo θ (Figura 
2.11b), también ocurre. 
 
Figura 2.11. Curva de desplazamiento vertical de una viga. Gere y Goodno, 2015 
2.2.2 Sensor mecánico 
Varios tipos de galgas extensiométricas mecánicas se desarrollaron en el siglo XX, como 
el extensómetro Berry (Figura 2.12), desarrollado por el profesor H. C. Berry en 1910, 
con una precisión de 10 μm / m. [5] 
 
Figura 2.12. Extensómetro de bayas. 
Hay registros, que antes de Berry, más específicamente en 1888, Se desarrolló otro 
modelo mecánico, conocido como Howard posterior a estos dos modelos, se desarrolló en 
26 
 
1935 el tensiómetro de Huggenberger (Figura 2.13), que al igual que los demás, mide 
longitud de secciones de la estructura, y la deformación se determina a partir de la relación 
de variación de longitud a longitud inicial. Sin embargo, lo mismo prácticamente ya no se 
usa, ya que solo se puede usar en análisis estático y sin comunicación con sistemas 
automatizados de adquisición de datos. 
 
Figura 2.13. Tensiómetro Huggenberger. 
Los coeficientes de aumento de los tensiómetros Huggenberger son variación del brazo 
de palanca de cada tipo disponible, que puede, por ejemplo, proporcione sensibilidades 
del orden de 0.1 / 1,000 = 0.1μ y precisión de 0.2 / 1,000 = 0.2μ. 
2.2.3 Sensor de resistencia eléctrica 
Para la medición de deformación, otra posibilidad es la utilización de un sensor tipo 
extensiométrica de resistencia eléctrica, en inglés Strain gage (SG), (Figura 2.14) basado 
27 
 
en la variación de resistencia eléctrica, cuando ocurre una deformación mecánica. El valor 
de deformación obtenido a partir de la variación de resistencia, está relacionado con el 
valor de la tensión eléctrica aplicada. 
Un sensor tipo extensométrico, es un sensor formado por un hilo muy fino y distribuido 
en varios tramos en paralelo. Su funcionamiento se basa en el cambio de su resistencia 
eléctrica cuando varía su longitud. Luego, una galga es una resistencia capaz de detectar 
variaciones longitudinales muy pequeñas. 
 
Figura 2.14. Sensor de resistencia eléctrica. Adaptado de HOFFMAN, 2012. 
Los sensores extensiométricos son transductores pasivos, esto quiere decir que necesitan 
una fuente de energía eléctrica para medir las variaciones, que, aplicados sobre un 
material, permiten evaluar la fuerza ejercida sobre él a partir de la deformación resultante. 
El extensómetro de resistencia es ubicado en la estructura que se analiza antes de la 
aplicación de fuerzas externas, así, fuerzas de compresión, tracción o torsión aplicadas 
sobre la viga, generan deformaciones que son transmitidas al extensómetro, respondiendo 
éste con una variación a su propia resistencia eléctrica. La unidad de medida del 
extensómetro es el ε (épsilon) y expresa la deformación producida en un material. Es una 
28 
 
medida adimensional y enuncia la relación que existe entre el incremento de la longitud 
medida y la longitud inicial. 
Como se observa en la Figura 2.15, a medida que el cable experimenta una tracción axial 
su longitud inicial l cambia a l+∆l, lo que sucede en la misma proporción con la resistencia 
eléctrica que va de R a R+∆R. 
 
Figura 2.15. Deformación de cable sometido a tracción (alteración de diámetro "d" a 
"d'") 
Dado que la resistencia eléctrica (R) de un conductor metálico e isotrópico está dada por 
la Ecuación 2.9. 
 𝑅 =
𝜌∗𝐿
𝐴
 (2.9) 
Donde: 
ρ = resistividad eléctrica del material. 
L = longitud del elemento conductor. 
29 
 
Α = área de la sección transversal del conductor. 
La relación entre la deformación específica y la variación de resistencia es denominada 
Gage factor (GF) o factor de sensibilidad (K), coeficiente adimensional determinado por 
la Ecuación 2.10, que generalmente es un valor entre 1,85 y 2,15 suministrado por el 
fabricante del sensor. 
 𝐺𝐹 = 𝐾 = (1 + 2𝑉) +
(
∆𝜌
𝜌
)
𝜀
𝑠 (2.10) 
Finalmente, la Ecuación 2.10 expresándose en la Ecuación 2.11. 
 𝐾 = (
∆𝑅
𝑅
𝜀
) (2.11) 
Cuando las deformaciones causan poca variación de resistencia es necesario el uso de un 
puente de Wheatstone, que es un circuito eléctrico donde el extensómetro o los 
extensómetros están conectados a resistencias de igual potencia, siendo un total de cuatro 
brazos resistivos, se mide la variación de la resistencia indirectamente por variación de 
voltaje eléctrico de la salida del puente, proporcional a la variación de resistencia en el 
extensómetro. [6] 
Este circuito denominado Puente de Wheatstone, permite la medición con gran 
sensibilidad de cantidades tales como resistencias, capacitancias e inductancias, circuito 
desarrollado por Charles Wheatstone (Figura 2.16). 
30 
 
 
Figura 2.16. Puente de Wheatstone 
Un puente de Wheatstone estará en equilibrio cuando ocurra la igualdad expresada en la 
Ecuación 2.12, referente a las resistencias eléctricas (R). 
 
𝑅1
𝑅4
=
𝑅2
𝑅3
 Ó 𝑅1𝑅3 = 𝑅2𝑅4 (2.12) 
Diversas ilustraciones ayudan en la comprensión del equilibrio del puente de Wheatstone. 
A partir de la variación de una de las resistencias de la Figura 2.17, se tiene entonces una 
variación del voltaje eléctrico de salida del circuito. Esta variación de la resistencia, se 
debe a la variación de la deformación mecánica en el sensor, cómo se explicó 
anteriormente. 
Hoffmann (1989) advierte que, debido a cambios en la resistencia en los brazos del puente 
de Wheatstone, también dependiendo de la calidad de la señal, puede ocurrir un desvío 
lineal (Figura 2.17) en el equilibrio del puente, y puede ser interpretado como una 
desventaja en el uso de este circuito. 
31 
 
 
Figura 2.17. Desvió lineal en ¼ puente de Wheatstone. Hoffmann 1989. 
En el caso de dos resistencias conectadas en serie, de acuerdo con la Figura 2.18, con un 
voltaje de entrada aplicado en los puntos A y C, se obtiene un voltaje de salida entre A y 
B, dado por la Ecuación 2.13. [7] 
 𝑉𝐴𝐵 = [
𝑅+∆𝑅
𝑅+∆𝑅+𝑅2
] ∗ 𝑉𝐸 (2.13) 
 
32 
 
 
Figura 2.18. Circuito con resistencias en serie. 
Extrapolando el circuito de la Figura 2.18, para un circuito de puente de Wheatstone con 
cuatro resistencias, siendo una de ellas un sensor de deformación, la Ecuación 13 es 
substituida por laEcuación 2.14. 
 𝑉𝑆 = [
𝑅3
𝑅3+𝑅4
−
𝑅+∆𝑅
𝑅+∆𝑅+𝑅2
] ∗ 𝑉𝐸 (2.14) 
Considerando que inicialmente las resistencias son iguales, es decir, , el 
valor de 2R será mucho mayor que ΔR [8] ya que las deformaciones que causan variaciones 
en la resistencia de los sensores son muy bajas, es decir, , permitiendo construir la 
Ecuación 2.15, que es válida para pequeñas deformaciones. 
 𝑉𝑆 ≅
∆𝑅
𝑅
𝑉𝐸
4
 (2.15) 
Sustituyendo la Ecuación 2.14 en la Ecuación 2.15, se obtiene la Ecuación 2.16, de la 
variación de voltaje, es decir, voltaje de salida en función de las características de 
33 
 
sensibilidad del sensor y de la deformación () en cada una de los cuatro brazos del puente 
de Wheatstone, ocurrido en la estructura. 
 𝑉𝑆 =
𝑉𝐸
4
∗ 𝐾 ∗ 𝜀1 − 𝜀2 + 𝜀3 − 𝜀4 (2.16) 
Finalmente, la Ecuación 2.16 puede ser reescrita de la forma en la Ecuación 2.17, cuando 
solo un cuarto (1/4) del puente de Wheatstone está activo, es decir, cuando, por ejemplo, 
solamente es un extensómetro. Así, se declara que "para determinar el valor de 
deformación, sólo es necesario medir la tensión de salida del puente ". [9] 
 𝑉𝑆 =
𝑉𝐸
4
∗ 𝐾 ∗ 𝜀 (2.17) 
La calibración directa (usando fuerza conocida, longitud estándar, etc.) no es 
recomendada para hacer una calibración de medidas utilizando el Puente de Wheatstone 
con extensómetros [10]. En este caso, una forma de calibración es por medio de la 
instalación de una resistencia ligada en paralelo al extensómetro (Figura 2.19), buscando 
desequilibrar el equilibrio del Puente de Wheatstone al calibrar. Esta forma de calibración, 
es conocida como técnica de resistencia de Shunt (resistencia de derivación). 
34 
 
 
Figura 2.19. Puente de Wheatstone con resistencia de calibración. Perry Lissner 1962. 
Cuando el resistor de calibración es accionado, la resistencia del extensómetro es sumada 
a la resistencia de la calibración, de forma inversa (suma de resistencias en paralelo) según 
la Ecuación 2.18, obteniendo luego una variación de voltaje (V) al leer el puente. 
 
1
𝑅𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙
=
1
𝑅𝑐𝑎𝑙
+
1
𝑅1
 (2.18) 
La calibración indirecta se realiza asociando el valor de lectura digital (por ejemplo, en 
bytes), al valor de deformación equivalente conectando la resistencia de calibración. 
Según Hoffmann (1989), esta deformación equivalente se obtiene (en ) a través de 
la Ecuación 2.19. 
 𝜀𝑒𝑞. =
1
𝑘
(
𝑅𝑐𝑎𝑙
𝑅𝑐𝑎𝑙+𝑅1
− 1) ∗ 106 (2.19) 
Dado que las variaciones de voltaje eléctrico son proporcionales a las variaciones de 
deformación una relación entre el número digital (en bytes) y la deformación se realiza la 
simulación y con la obtención de un factor de proporcionalidad es posible determinar otras 
deformaciones a partir de la calibración del sistema. 
35 
 
El uso de un extensómetro en un puente de Wheatstone, no está limitado solamente a un 
sensor, es decir, diferentes configuraciones (Figura 2.20), pueden estar asociadas a formas 
de instalación de uno o más extensómetros uniaxiales en la estructura, de acuerdo con el 
esfuerzo requerido para ser medido, cuando se conoce la posición de las tensiones 
principales. 
 
Figura 2.20. Puente de Wheatstone, configuración: ¼ (“a”), ½ (“b” y “c”) y completa 
(“d” y “e”). Liable 2000. 
En el caso “a” de la Figura 2.20, el extensómetro capta las deformaciones provenientes 
del momento flector en forma normal; el caso “b” los mismos esfuerzos del caso “a”, pero 
con una compresión de deformación por variación de temperatura; el caso “c” momento 
flector, el caso “d” momento flector y fuerza normal; y el caso “e” momento torsor. 
Sin embargo, cuando la ubicación de las tensiones y deformaciones principales no son 
conocidas, no es posible determinarlas con el uso de extensómetros uniaxiales, siendo 
necesario el uso de extensómetros de tipo rosetas, tipos “b” y “c” de la Figura 2.21. 
36 
 
 
Figura 2.21. Extensómetros tipo roseta, rectangular biaxial(“a”), rectangular triaxial 
(“b”), delta triaxial (“c”). Hoffmann (1989) 
Conocidas tres deformaciones específicas en un punto de la estructura, así como la 
angulación entre las mismas y el módulo de elasticidad y coeficiente de Poisson, es 
posible determinar las tensiones normales y tensiones tangenciales, máximas o mínimas, 
mediante una formulación específica, explicada más adelante. 
2.2.4 Potenciómetro 
Un potenciómetro (Figura 2.22) es un transductor tipo resistivo que convierte un 
desplazamiento lineal o angular en un voltaje de salida, a través de un contacto deslizable 
a lo largo de la superficie del elemento. Es un dispositivo conformado por 2 resistencias 
en serie, las cuales poseen valores que pueden ser modificados; De esta manera, 
indirectamente, se puede controlar la intensidad de corriente que fluye por un circuito si 
37 
 
se conecta en paralelo, o la diferencia de potencial al conectarlo en serie. El cambio de 
posición del cursor altera el valor de la resistencia, modificando la tensión de salida. 
Según el desplazamiento del cursor, pueden ser: lineales y angulares. 
También existen otros modelos especiales de potenciómetros llamados «trimmers», los 
cuales son potenciómetros de precisión, son utilizados para ajustes de precisión en 
circuitos donde se requiere que el usuario pueda modificar ciertos parámetros. 
 
Figura 2.22. Diagrama de un potenciómetro (izquierda); simbología (derecha). 
Como la variación de resistencia eléctrica implica una variación de voltaje eléctrico y 
corriente eléctrica de acuerdo a la ley de Ohm, las distancias, es decir, desplazamientos, 
pueden ser asociados a esas variaciones del cursor del sensor. 
La resistencia medida en un potenciómetro varía en función de la resistividad del 
conductor, de su sección transversal y su longitud . Estos parámetros asociados con la ley 
de Ohm, entregan el valor de la resistencia de acuerdo con la Ecuación 2.20. 
 𝑅 = 𝜌 ∗
𝐿
𝐴
 (2.20) 
38 
 
Con esto, los transductores potenciométricos (Figura 2.23), tienen su resistencia eléctrica 
alterada en función de la posición del cursor deslizante, siendo la resistencia directamente 
proporcional a la longitud del conductor , que viene dada por la posición del cursor, 
resultando en la Ecuación 2.21. 
 𝑅 =
𝜌
𝐴
∗ 𝑥 (2.21) 
 
Figura 2.23. Esquema eléctrico de un transductor potenciométrico lineal. Balbinot 2008. 
Tales sensores pueden tener una resolución limitada debido al aumento de ruido debido a 
la presencia de polvo, la existencia de humedad, oxidación e incluso el mismo desgaste. 
En general, estos sensores son simples, robustos, de bajo costo y buena precisión. 
2.2.5 Sensor capacitivo 
Un sensor de desplazamiento basado en un transductor capacitivo tiene un condensador, 
que mediante el movimiento del cursor presenta una variación del valor de capacidad 
nominal. Su funcionamiento se basa en el diagrama de la Figura 2.24, el movimiento de 
39 
 
una película delgada de un material dieléctrico entre dos placas. Las líneas paralelas del 
condensador conectadas a sus respectivos electrodos, provocan una variación de 
capacidad del condensador. 
 
Figura 2.24. Esquema transductor capacitivo. 
Estos sensores necesitan un ambiente limpio, libre de suciedad y agua, o incluso medios 
dieléctricos, que pueden causar interferencia en la señal. 
2.2.6 Sensor Inductivo 
Los sensores de desplazamiento inductivos, también conocidos como sensores de 
desplazamiento LVDT (de las siglas en inglés Linear Variable Differential Transformer), 
su funcionamiento se basa en el movimiento de un núcleo dentro delcuerpo del sensor 
que tiene arrollados los bobinados, de ahí que en esencia sea un transformador con su 
núcleo móvil, como se muestra en la Figura 2.25. Se trata de un sensor sin rozamiento, ya 
que, al ser inductivo, la variación es por campo magnético. Este desplazamiento 
debidamente calculado y calibrado, proporciona una relación entre la inducción de los 
bobinados y la distancia recorrida. 
40 
 
 
Figura 2.25. Esquema cableado de un sensor inductivo 
Se destaca de los sensores inductivos, que presentan una alta sensibilidad y buena 
inmunidad a las interferencias del ambiente en el que se disponen. 
2.3 Adquisición y transmisión de datos 
La adquisición de datos (DAQ) es el proceso de medir con una PC un fenómeno eléctrico 
o físico como voltaje, corriente, temperatura, presión o sonido. Un sistema DAQ (Figura 
2.26) consiste de sensores, hardware de medidas DAQ y una PC con software 
programable. Comparados con los sistemas de medidas tradicionales, los sistemas DAQ 
basados en PC aprovechan la potencia del procesamiento, la productividad, la 
visualización y las habilidades de conectividad de las PC estándares en la industria 
proporcionando una solución de medidas más potente, flexible y rentable. 
41 
 
 
Figura 3.26. Esquema adquisición de datos DAQ 
La adquisición de datos es comprendida por un sistema que abarca la recolección de datos 
de los sensores, su conversión y envió al responsable. Básicamente los sistemas pueden 
ser manuales o computarizados. El computarizado, emplea dispositivos de adquisición de 
datos, o DAQ, del inglés Data Acquisition, que incluye conversores análogo-digital 
(ADC), acondicionadores de señal (tratamiento) y un computador. 
La función de los sistemas de adquisición de datos es controlar la captura, 
almacenamiento y exhibición de los mismos, sean estos analógicos o digitales, los cuales 
pueden ser representados en forma de gráficos, después de ser tratados, para su mejor 
comprensión. 
Un sistema de adquisición de datos está compuesto por acondicionadores de señal, 
conversores analógico-digital (AD) y softwares propios. Los acondicionadores son los 
sistemas electrónicos responsables de las acciones de amplificación, filtrado y aislamiento 
de las señales aun en condiciones analógicas. 
Las señales analógicas no son más que cantidades físicas, transformadas en señales 
eléctricas (voltaje, corriente o resistencia), como muestra la Figura 3.27, por medio de 
42 
 
transductores, es decir, de sensores adecuados para la medición de cada cantidad física. 
Una representación de estas señales analógicas, en forma numérica y denominada señal 
digital, transformada por medio de un conversor de señales AD que posee algunas 
variables como tasa de muestreo, resolución y rango de entrada el conversor. 
 
Figura 3.27. Esquema de la función de un conversor A/D. 
www.newtoncbraga.com.br/index.php/instrumentacao/108-artigos-diversos/1879-ins059 
Una señal digital, proveniente de una señal analógica previamente convertida, está 
limitada a dos estados, bajo o alto, lo que hace tales sistemas binarios, quedando 
referenciados en un sistema numérico de dos dígitos, como 0 y 1.[11] 
Por ejemplo, un conversor de 4 bits de resolución, donde 1 bit representa dos estados, es 
decir, 0 y 1, convertirá un voltaje que varía de 0V a 5V en 16 niveles. La conversión se 
observa en las Ecuaciones 2.22 y 2.23. 
 𝑁𝑖𝑣𝑒𝑙𝑒𝑠 = 2𝑏𝑖𝑡 = 24 = 16 𝐵𝑦𝑡𝑒𝑠 (2.22) 
 
∆𝑉
𝐵𝑦𝑡𝑒
=
5𝑉
16 𝐵𝑦𝑡𝑒𝑠
= 0.325
𝑉
𝐵𝑦𝑡𝑒𝑠
 (2.23) 
En la Figura 2.28, se ejemplifica la conversión de una variación de voltaje eléctrico, 
debido a una variación de temperatura captada por un transductor, en señales digitales 
convertidas con una resolución de 4 bits, es decir, 16 niveles. 
43 
 
 
Figura 2.28. Ejemplo de conversión de voltaje eléctrico a una señal digital. 
www.newtoncbraga.com.br/index.php/instrumentacao/108-artigos-diversos/1879-ins059 
Es de suma importancia señalar que cuanto mayor sea la resolución del conversor 
analógico-digital, más precisos serán los valores representados en forma digital, es decir, 
se obtendrán más niveles o estados (Figura 2.29). 
 
Figura 2.29. Comparación de niveles de resolución, 4 y 8 bits. 
www.newtoncbraga.com.br/index.php/instrumentacao/108-artigos-diversos/1879-ins059 
Un circuito básico de conversión analógico-digital, cuenta con amplificador operacional, 
contador de década, responsable de generar el código BCD 8421 en las salidas A’, B’, C’ 
y D’, así como un convertidor digital a analógico, como se muestra en la Figura 2.30[12] 
44 
 
 
Figura 2.30. Esquema del circuito de un conversor analógico-digital. Fuente: adaptado 
de http://www.ifent.org/lecciones/digitales/secuenciales/ConvertA_D.asp 
Este proceso de conversión permite que el uso de la señal digital, tiene innumerables 
ventajas, como por ejemplo la posibilidad de que la señal sea fácilmente grabada y borrada 
de varios tipos de medios, es decir, almacenados en memorias de computadores, discos 
magnéticos, entre otros, que son más seguras que formatos analógicos de almacenamiento. 
Otra ventaja del uso de las señales en formato digital, es que el mismo proporciona una 
mayor flexibilidad del uso de los datos, una vez que sea posible, por ejemplo, aplicar un 
filtro basado en un algoritmo, con un simple comando en un sistema computarizado, en 
tanto que un sistema puramente analógico, este filtro podría depender de la alteración de 
componentes analógicos del sistema.[13] 
Ya los softwares son responsables de comandar todo el sistema de adquisición de datos, 
que son instalados en computadores o dispositivos móviles (smartphones o tablet) sean 
ellos específicos para un equipo o incluso, softwares genéricos para adquisición de datos. 
45 
 
Estos softwares muchas veces dependen de la instalación de Drivers (controladores) de 
los equipos de adquisición utilizados. Los drivers son específicos para las placas de 
adquisición y generalmente son suministrados por los propios fabricantes de los equipos. 
Softwares específicos de los sistemas de adquisición también pueden ser exclusivos de un 
hardware, como por ejemplo Catman® de fabricante HBM o AqDados de LYNX. 
Además de la posibilidad de usar estos softwares preparados, también es posible 
desarrollar software utilizando diferentes lenguajes de programación, como Java, C, C++, 
C#, Python, Visual Basic, Delphi, Pascal, entre muchos otros, para sistemas de monitoreo 
automatizado. 
Finalmente, con respecto a los sistemas de transmisión de datos, la comunicación debe 
garantizar el envío y la recepción de datos con la debida integridad, asegurando que no 
ocurran pérdidas cualitativas o cuantitativas, de modo que esta información digitalizada 
llegue al operador del sistema, para que pueda tratar y analizar oportunamente los datos 
en una computadora. 
Esta transmisión de datos puede ser tanto mediante conexión física por medio de cables y 
barras colectoras, así como a través de redes con sistemas de comunicación como Wi-Fi, 
Bluetooth, radiofrecuencia, entre otros, inclusive con la posibilidad de conexión a internet. 
En su trabajo, Liang y Yuan[14] (2015) presentó un diagrama (Figura 2.31) de una red 
inalámbrica de sensores, con la aplicación de sensor tipo extensómetro, para medir la 
deformación en un sistema de múltiples agentes (MAS) de monitoreo de integridad 
estructural. 
46 
 
 
Figura 2.31. Diagrama de red inalámbrica aplicada a un sensor de deformación. Fuente: 
adaptado de Liang; Yuan (2015) 
2.4 Amplificadores operacionales de señal 
Debido a su versatilidad, un amplificador operacional (AmpOp) es utilizado en diversos 
tipos de circuitos, destacándose las posibilidades de actuar como un integrador, 
diferenciador, sumador, comparador, entre sus otras configuraciones de uso. Este 
componente analógico (Figura 2.32), tienedos terminales de entrada y una de salida. [15] 
 
Figura 2.32. Simbología de un Amplificador Operacional. 
Fuente: adaptado de 
http://repositorio.innovacionumh.es/Proyectos/P_19/Tema_1/UMH_11.htm 
47 
 
Para circuitos de tipo Puente de Wheatstone, son utilizados tres amplificadores en 
conjunto (Figura 2.33), que aumentan la impedancia de entrada del circuito y mejoran el 
rechazo del modo común, denominándose amplificador de instrumentación, teniendo su 
voltaje de salida calculado con la Ecuación 2.24. 
 
Figura 2.33. Simbología de un amplificador de instrumentación. Fuente: 
https://www.fceia.unr.edu.ar/eca2/Files/Apuntes/AMPLIFICADORES%20DE%20INSTRUM
ENTACION%20_v-2013-1_.pdf 
 𝑉𝑜 =
𝑅2
𝑅1
∗ (1 +
𝑅3
𝑅𝐺
) ∗ (𝑉2 − 𝑉1) (2.24) 
Hay numerosos amplificadores disponibles en el mercado, sin embargo, se trabaja con el 
módulo HX711 (Figura 2.34), este además de amplificar, convierte señales analógicas a 
digitales, a una resolución de 24 bits, es decir, más alta al convertidor de un Arduino UNO 
o MEGA, que es de 10 bits 
48 
 
 
Figura 2.34. Módulo conversor Analógico-Digital (ADC). Circuito integrado (HX711). 
Fuente: adaptado de http://codigoelectronica.com/blog/modulo-hx711 
El módulo HX711 es un transmisor entre las celdas de carga y un microcontrolador como 
Arduino, permitiendo leer el peso en la celda de manera sencilla. Es compatible con las 
celdas de carga de 1kg, 5kg y 20kg. Utilizado en sistemas de medición automatizada, 
procesos industriales, industria médica. 
El módulo HX711 posee internamente la electrónica para la lectura del puente de 
Wheatstone formado por la celda de carga y también un conversor ADC de 24 bits. Se 
comunica con el microcontrolador por medio de un protocolo de tipo serial mediante 2 
pines (Clock y Data). [16] 
Además de la alta tasa de conversión A/D y otras funciones básicas, el HX711 posee 
diversas características que lo destacan de otros amplificadores, tales como su rápida 
respuesta; bajo ruido; alta precisión; y bajo costo.[17] 
La mayor parte de aplicaciones con el módulo HX711 está relacionada al uso de celdas 
de carga, pocas aplicaciones van más allá del uso de celdas de carga, como el desarrollado 
por Anderson et al[18] (2016), donde dicho módulo estaba conectado directamente a 
extensómetros de resistencia eléctrica, en este caso para mediciones de deformaciones, en 
49 
 
el análisis de tensiones de llantas y neumáticos de una bicicleta deportiva, los datos de 
deformación recopilados en este experimento, de un vástago sometido a tensiones 
externas, fueron hechos por el equipo Terco® MT3004 y por el módulo en cuestión 
conectado a un Arduino, y según los autores, los resultados entre ambos equipos eran 
iguales. 
2.5 Análisis y procesamiento de datos 
En el monitoreo del comportamiento estructural, se destaca que la adquisición de datos 
por sistemas automatizados genera la necesidad de almacenamiento de datos de forma 
automática y con un procesamiento asociado al sistema de adquisición. 
En muchos casos, parte del análisis y procesamiento de datos se lleva a cabo en los 
mismos softwares, descritos en el ítem anterior. Sin embargo, las evaluaciones más 
específicas requieren aplicaciones que no se encuentran en este software. Un tratamiento 
de datos debe tener herramientas y recursos para la visualización y manipulación 
estadística, fácil de manejar, para proporcionar una evaluación preliminar y confiable del 
monitoreo estructural, para que posteriormente hacer interpretaciones y análisis en 
información coherente y cuidadosamente procesada. 
50 
 
CAPITULO 3: PROGRAMA EXPERIMENTAL 
3.1 Programa experimental: 
Para una mejor comprensión de la estructura experimenta propuesta en esta investigación, 
las etapas fueron dispuestas en forma de ítems, estos son: 
● Pruebas con amplificador de señal HX711; 
● Desarrollo de prototipo de sistema de monitoreo remoto; 
● Hardware: placa conectada a Arduino; 
● Software: aplicación móvil para Smartphone y Tablet; 
● Ensayo en varilla de metal. 
3.2 Plataforma Arduino 
La plataforma Arduino es un sistema de hardware y software libres, de bajo costo, 
desarrollada en Italia en 2005 por Massimo Banzi y David Cuartielles, basada en una 
placa con un microcontrolador y un entorno de desarrollo, diseñada para facilitar el uso 
de la electrónica en proyectos multidisciplinares y la creación de sistemas interactivos. Es 
posible utilizar con facilidad sensores de los más variados tipos y dispositivos de control. 
También es posible enviar y recibir información de otros sistemas electrónicos. 
Arduino puede entenderse como una plataforma de creación de prototipos electrónica de 
código abierto, actualmente utilizada en una enorme cantidad de proyectos, donde el 
mismo actúa como protagonista, en aplicaciones que van desde problemas cotidianos 
hasta instrumentos científicos altamente complejos [19] 
51 
 
Además de la versatilidad en las creaciones y desarrollo con la plataforma Arduino, su 
hardware se considera de bajo costo, lo que amplía sus posibilidades de aplicación. 
El costo de una placa modelo Arduino UNO es de alrededor de US$22.00 comprado 
directamente desde el sitio web del fabricante en Italia, mientras que en chile la misma 
placa se vende por aproximadamente US$50.00. Sin embargo, desarrolladores de la 
plataforma Arduino, licenciaron el hardware a través de Licencia Creative Common 
Attribution Share-Alike (ARDUINO, 2018), que permite a personas y empresas que 
reproduzcan la placa, bajo ciertas condiciones, lo que conduce a la comercialización de 
placas modelo UNO por un valor de aproximadamente US$5.0, fácilmente encontrada en 
sitios de internet (como Mercado Libre®). 
McRoberts (2011)señala que el proyecto Arduino consiste en una pequeña computadora 
programable, donde es posible procesar información de entrada y salida entre los 
dispositivos y componentes más diversos, conectados a esta plataforma de creación de 
prototipos.[20] Esta plataforma consiste en un Hardware y software informático incrustado 
para la interacción con el entorno. 
El hardware Arduino tiene un microcontrolador Atmel, existen otras plataformas de 
prototipos electrónicos como Galileo de Intel, PIC de Microchip, que permite su uso para 
diversas aplicaciones, como automatización de proyectos, desarrollo de sistemas de 
recolección de datos e incluso para aplicaciones didácticas. 
El microcontrolador ATMEGA328P-PU de 8 bits tiene 6 entradas/salidas analógicas y 14 
entradas/salidas digitales. De estos, 6 son digitales por modulación de ancho de pulso, 
PWM, del inglés Pulse Width Modulation, que permite obtener resultados analógicos, por 
52 
 
medios digitales, siendo que las entradas aceptan valores de voltaje de hasta +5,5V . La 
placa Arduino UNO (Figura 3.1) tiene un microcontrolador ATmega328, un oscilador de 
16MHz basado en un resonador cerámico, un puerto USB, toma corriente Jack, botón de 
reinicio y un circuito serial de programación (sus siglas en inglés ICSP) responsable de 
grabar la programación en el microcontrolador, además de otros componentes 
electrónicos. 
 
Figura 3.1. Placa Arduino UNO. 
Las entradas analógicas de Arduino UNO, disponen de 1024 estados, que van de 0V a 5V, 
permitiendo la escritura de una palabra de 10 bits, lo que corresponde a cuantización de 
4.9mV para cada byte, de manera uniforme. Los pines TX y RX son los medios de 
conexión para la comunicación, utilizando un proceso de comunicación en serie UART 
TTL 5V o I2C. 
53 
 
La programación se realiza en un software específico, con un lenguaje proveniente del 
lenguaje C/C++, que dispone de una gran biblioteca de códigos que ayudan en la 
comunicación con los variados sensores y dispositivos 
La plataforma Arduino tiene un compilador de código (Figura 3.2) Integrated 
Development Environment (IDE), a partir de una colección de compiladores GNU(GNU 
Compiler Collection, GCC), basado en Wiring, con una interfaz gráfica desarrollada en 
Java. El código desarrollado por el usuario en el entorno IDE, se envía a la placa y se 
registra en el microcontrolador, que se convierte en un software denominado firmware. 
54 
 
 
Figura 3.2. Interfaz principal en Integrated Development Environment (IDE) 
La estructura de programación dentro de IDE es dividida en dos grandes ítems, es decir, 
el void setup() que corresponde a la información e instrucciones generales para la 
inicialización del software, ejecutada solamente una vez, mientras que no void loop (), 
consta de todas las instrucciones que ocurren de forma repetitiva. 
Existe una división principal de tres partes en la programación para un Arduino: 
estructura, valores (variables y constantes) y funciones. Las cuales son subdividida en [21]: 
Estructura: 
55 
 
● Estructura de controles; 
● Sintaxis adicional; 
● Operadores aritméticos; 
● Operadores de comparación; 
● Operadores booleanos; 
● Operadores de punto de acceso; 
● Operadores bit-a-bit; 
● Variables 
● Constantes; 
● Tipos de datos; 
● Conversión; 
● Alcance variable y calificadores; 
● Utilidades; 
● Funciones 
● E/S digital; 
● E/S Analógica; 
● De uso simple; 
● E/S avanzada; 
● Tiempo; 
● Matemáticas; 
● Trigonometría; 
● Números aleatorios; 
● Bits y Bytes; 
56 
 
● Interrupciones externas; 
● Interrupciones; 
● Comunicación; 
● USB; 
El uso de la función de biblioteca en la programación de Arduino, es nada más que 
conjuntos de códigos destinados a dar mayor funcionalidad al proyecto, sin la necesidad 
de recrear algo que en muchos casos está asociado con el hardware que se puede conectar 
a Arduino. [23] 
Finalmente, la plataforma Arduino actualmente tiene varias placas además de la Arduino 
UNO, como los tableros: MEGA, LEONARDO, 101, ESPLORA, ZERO, DUE, M0, 
YUN, ETHERNET, TIAN y MKR, cada uno con sus propias particularidades y 
especificaciones. 
57 
 
3.3 Comunicación Bluetooth: 
Un módulo Bluetooth HC-06 se comporta como esclavo, esperando peticiones de 
conexión, Si algún dispositivo se conecta, el HC-06 transmite a éste todos los datos que 
recibe del Arduino y viceversa.[23] 
● Modulo bluetooth HC-06 como esclavo: 
Cuando está configurado de esta forma, espera que un dispositivo bluetooth maestro 
se conecte a este, generalmente se utiliza cuando se necesita comunicarse con una 
PC o Celular, pues estos se comportan como dispositivos maestros. 
El módulo HC-06 tiene 4 pines: 
● Vcc: Voltaje positivo de alimentación, aquí hay tener cuidado porque hay módulos 
que solo soportan voltajes de 3.3V, pero en su mayoría ya vienen acondicionados 
para q trabajen en el rango de 3.3V a 6V pero es bueno revisar los dato técnicos de 
nuestro módulo antes de hacer las conexiones 
● GND: Voltaje negativo de alimentación, se tienen que conectar al GND del Arduino 
o al GND de la placa que se esté usando. 
● TX:Pin de Transmisión de datos, por este pin el HC-06 transmite los datos que le 
llegan desde la PC o Móvil mediante bluetooth, este pin debe ir conectado al pin 
RX del Arduino 
● RX: pin de Recepción, a través de este pin el HC-06 recibirá los datos del Arduino 
los cuales se transmitirán por Bluetooth, este pin va conectado al Pin TX del 
Arduino 
 
58 
 
3.4 Amplificador de señal HX711: 
El monitoreo de deformaciones en estructuras necesita de un amplificador de señal, ya 
que, en el caso de las deformaciones, estas cantidades son relativamente pequeñas, siendo 
transformadas en variaciones de señal eléctricas. 
La investigación para la selección de amplificadores de señal considero la existencia de 
amplificadores ya utilizados con la plataforma Arduino, pero utilizados en celdas de 
carga, las cuales poseen extensómetros de resistencia eléctrica, usualmente aplicadas en 
sistemas de balanzas digitales, lo que resultó en la elección del módulo HX711. 
Inicialmente el módulo HX711 fue probado con ensayos de flexión simple, (Figura 3.3) 
aplicados a una varilla metálica de 900 mm y sección transversal 25x3 mm, en la cual está 
montado un extensómetro unidireccional, de factor , el circuito de montaje considera un 
puente de Wheatstone de 1⁄4 de puente. Estos resultados fueron comparados con los 
valores analíticos de deformación específica , obtenida de la Ecuación 3.1. 
 𝜀 = 𝜎 ∗ 𝐸 (3.1) 
59 
 
Figura 3.3. Esquema de prueba varilla metálica con módulo HX711. 
3.5 Monitoreo de deformaciones en prototipo. 
Para realizar la prueba de monitoreo, fue necesaria la construcción de un puente de 
Wheatstone, con la configuración de ¼ de puente, es decir, se reemplaza una resistencia 
por el extensómetro, además del módulo HX711. En la Figura 3.4 se muestra el diagrama 
de conexión que fue utilizado. 
60 
 
 
Figura 3.4. Diagrama de conexión de puente de Wheatstone y extensómetro. 
Se monta este circuito de conexiones en una plancha de madera, en la que están fijados 
los componentes necesarios, protoboard, placa arduino, módulo HX711, como se observa 
en la Figura 3.5. 
 
61 
 
Figura 3.5. Circuito de conexión. 
Para realizar una comparación y un análisis correcto de los resultados obtenidos, es 
necesario contar con una estructura semejante a la utilizada en el laboratorio de flexión 
de resistencia de materiales, la que se muestra en la Figura 3.7, esta estructura se construyó 
con perfiles de metal, ubicados a una distancia fija de 65.3cm (como es necesario según 
el laboratorio analizado), como se muestra en la Figura 3.8. 
 
Figura 3.7. equipo utilizado en laboratorio de flexión, resistencia de materiales. 
62 
 
 
Figura 3.8. Estructura confeccionada para la investigación. 
Para la prueba del módulo HX711 con el puente de Wheatstone inicialmente se monta 
todo en un protoboard, con la instalación de un extensómetro de 350Ω en una varilla 
metálica, a una distancia de 94mm aproximadamente del apoyo A y a 100mm desde la 
fuerza aplicada, esta varilla se denomina varilla 1, mostrada en la Figura 3.9. 
 
Figura 3.9 Varilla 1, con extensómetro instalado. 
Para la instalación del extensómetro, se limpió el área en la que se montara el sensor, para 
esto se lijó y se limpio con alcohol y se marcó con plumón el centro de la placa a la 
distancia determinada anteriormente. Posteriormente se adhiere el extensómetro con 
63 
 
pegamento liquido Loctite, guiándose por la marca de la varilla y las marcas que trae el 
sensor (Figura 3.10). En la Figura 3.11 se muestra el extensómetro y sus conexiones. 
 
Figura 3.10. Extensómetro, en rojo marcas para guiarse la instalación. 
 
Figura 3.11 Acercamiento varilla 1, con extensómetro instalado. 
 
64 
 
Tabla 1 
Elementos adquiridos en el mercado 
Pieza Cantidad Precio (CLP) 
Placa Arduino uno 1 $ 12.700 
Módulo HX711 1 $ 5.900 
Módulo Bluetooth 1 $ 4.980 
Extensómetro 1 $ 3.490 
Resistencia 120Ω 8 $ 250 
Potenciómetro 1 $ 1.200 
 
 
 
 
65 
 
CAPÍTULO 4: DESARROLLO PROTOTIPO SISTEMA ADQUISICIÓN DE 
DATOS 
4.1 Desarrollo de un prototipo de sistema de adquisición de datos, de forma remota 
con la utilización de la plataforma Arduino. 
Después de las pruebas realizadas en el apartado 3.3, se desarrolló un prototipo del sistema 
de monitoreo de la estructura, objetivo de la investigación, este se denomina “Monitoreo 
Laboratorio”. Este sistema compuesto de un hardware (Arduino, módulos, extensómetro) 
presenta un canal para el uso de un extensómetro unidireccional de resistencia eléctrica, 
con conexión de ¼ de puente de Wheatstone y un potenciómetro de desplazamiento. En 
la Figura 4.1 se presenta un diagrama del funcionamiento del sistema. 
 
Figura 4.1. Diagrama sistema de monitoreo de estructura. 
Leyenda:Sistema de adquisición de datos: 
66 
 
● Puente de Wheatstone. 
● Módulo Bluetooth. 
● Módulo HX711. 
● ------- Transmisión sin cableado. 
Teléfono inteligente: 
● Bluetooth. 
● Aplicación. 
Explorador: 
● Servidor. 
● D.R.: Dispositivo Remoto. 
El sistema fue diseñado para ser compatible con Arduino Uno, ya que este cuenta con la 
cantidad de pines analógicos y digitales necesarios. 
La conexión del módulo HX711 a Arduino Uno fue realizada con cables jumpers y el 
respectivo puente de Wheatstone (construido con resistencias y cables jumpers) utilizando 
un protoboard (Figura 4.2). 
67 
 
Figura 4.2. Conexión de módulo HX711 a Arduino Uno. 
4.2 Pruebas con amplificador de señal HX711 
En la Figura 4.3 se muestra la programación hecha en el Entorno de Desarrollo Integrado 
(IDE) para lograr la conectividad entre Arduino y módulo HX711. 
68 
 
 
Figura 4.3. programación conectividad entre Arduino y módulo HX711. 
 En la prueba para la calibración y correcta lectura de los datos, se obtienen los siguientes 
resultados, mostrados en la Figura 4.4, se muestran los resultados obtenidos antes de la 
69 
 
calibración, con estos resultados se realiza una división matemática para tener un 
promedio y poder cerar el extensómetro. 
Se utiliza un peso de 400g para esto. 
𝐸𝑠𝑐𝑎𝑙𝑎 = 
𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝐿𝑒𝑐𝑡𝑢𝑟𝑎
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑅𝑒𝑎𝑙
= −1923.63927 
Una vez ingresado este valor en la programación, se obtienen los resultados mostrados en 
la Figura 4.5, donde se observa la calibración del extensómetro. 
Figura 4.4. Lista de los datos obtenidos del módulo HX711, durante la calibración. 
70 
 
 
Figura 4.5. Lista de datos obtenidos posterior a la calibración. 
El módulo de Bluetooth mencionado es capaz de transmitir señales de forma 
bidireccional, es decir, envía y recibe señales, vía comunicación serial por las puertas de 
los pines Arduino RX y TX. En la Figura 4.6 se muestra la codificación para realizar la 
conexión con el módulo bluetooth. 
71 
 
 
Figura 4.6 Codificación para realizar la conexión con el módulo bluetooth. 
A través del Entorno de Desarrollo Integrado (IDE), Arduino fue programado con un 
firmware (Figura 4.7), donde fue programada la adquisición de datos de los canales, el 
envió de las lecturas a través del puerto serial1 al modulo Bluetooth HC-06. 
El procesamiento de datos y el control de hardware se realizaron en una aplicación 
(software) desarrollado para sistemas operativos Android, para su instalación en 
dispositivos móviles (smartphones y tablets). La comunicación entre el Arduino y el 
dispositivo móvil se realizó a través de Bluetooth, tanto para enviar cómo para recibir 
datos a través del puerto serie (en este caso serial1). 
 
72 
 
 
Figura 4.7. IDE Arduino con el firmware para módulo HX711 mediante dispositivo Bluetooth. 
En la Figura 4.8 se muestra un diagrama de la conexión módulo HX711 con el 
extensómetro y módulo Bluetooth a la placa Arduino. 
73 
 
 
Figura 4.8. Conexión de módulo HX71 y módulo Bluetooth a Arduino Uno. 
Una vez realizada una correcta conexión de módulos y calibración, se desarrolla la 
aplicación móvil. 
 
74 
 
CAPÍTULO 5: DESARROLLO APLICACIÓN MÓVIL. 
5.1 Desarrollo de aplicación móvil (software) para adquisición, almacenamiento e 
intercambio de datos obtenidos en el monitoreo. 
Para el desarrollo de la aplicación móvil se utilizó la plataforma web de MIT, App 
Inventor (http://ai2.appinventor.mit.edu/), código libre, desarrollada por Google ® y 
actualmente mantenida por el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT). 
El desarrollo de la aplicación en la plataforma en cuestión está dividido en dos secciones, 
denominadas Designer y Blocks. 
En la sección Designer (Figura 5.1) cuenta con una pantalla que asemeja un smartphone 
en el centro, en la que el programador inserta los elementos de la interfaz del usuario, tales 
como botones, cajas de texto, cajas de selección, imágenes, videos, etc. 
 
http://ai2.appinventor.mit.edu/
75 
 
Figura 5.1. Pantalla de la sección Designer de App Inventor. Fuente: 
http://ai2.appinventor.mit.edu/ 
Leyenda: 
● 1 Componentes de programación. 
● 2 Pantalla Virtual del dispositivo. 
● 3 Propiedades de los componentes de la programación. 
En la sección de Blocks (Figura 5.2) el programador inserta el algoritmo en forma de 
bloques de diferentes colores , distribuidos en las siguientes categorías: Control; Lógica; 
Matemática; Texto; Listas; Diccionarios; Colores; Variables y Procedimientos. Esta 
programación en bloques no requiere que el usuario conozca algún lenguaje de 
programación en específico, pero sí de la estructura de un algoritmo. 
 
Figura 5.2. Pantalla de la sección Blocks de App Inventor. Fuente: 
http://ai2.appinventor.mit.edu/ 
http://ai2.appinventor.mit.edu/
http://ai2.appinventor.mit.edu/
http://ai2.appinventor.mit.edu/
http://ai2.appinventor.mit.edu/
http://ai2.appinventor.mit.edu/
http://ai2.appinventor.mit.edu/
76 
 
Leyenda: de izquierda a derecha. 
● 1: Categoría de los bloques de programación. 
● 2: Ejemplos de bloques de programación. 
La programación con App Inventor incluye medios relacionados con vídeos, imágenes y 
sonidos, que van desde simplemente grabar un video hasta la conversión de audio en texto. 
También es posible acceder y controlar sensores desde el dispositivo tales como: 
acelerómetro; lector de código de barras; giroscopio; GPS; NFC; brújula; sensor de 
proximidad; entre otros. 
EL diagrama de flujo del sistema consta de dos partes, Adquisición de datos y 
Procesamiento de datos, los cuales se desglosan en la Figura 5.3. 
 
Figura 5.3. Diagrama de flujo del sistema de la aplicación móvil. 
77 
 
La aplicación desarrollada para esta investigación, se dividió en cuatro pantallas: Inicial; 
Ingreso de datos; Adquisición y Resultados; Instrucciones. 
La pantalla Inicial (Figura 5.4) tiene como función habilitar la selección de acceso a otras 
pantallas por parte del usuario del sistema. 
 
Figura 5.4. Pantalla Inicial de la aplicación. 
En la pantalla “Ingreso de datos” (Figura 5.5) es la parte de la aplicación donde se ingresan 
los datos del laboratorio, las dimensiones de la varilla, las especificaciones del material, 
las cargas ejercidas sobre la misma. Para agregar cargas ejercidas se debe seleccionar el 
tipo de carga, lo que despliega un cuadro para ingresar su magnitud y ubicación. 
78 
 
 
Figura 5.5. Pantalla “Ingreso de datos”. 
La pantalla “Adquisición remota” (Figura 5.6) es la que se encarga de la conexión de la 
aplicación con el hardware (Arduino Uno) vía conexión Bluetooth, se debe presionar 
conectar, lo que despliega el menú del teléfono para seleccionar el dispositivo bluetooth 
con el que se enlaza la aplicación. Esta pantalla se encarga de recepcionar los datos 
recibidos del sensor y procesarlos para la entrega de los resultados. 
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Figura 5.6. Pantalla “Adquisición remota”. 
En la Figura 5.6 figuran datos de adquisición remota, estos entregan datos que se 
ingresaron en la pantalla “Ingreso de datos” y un dato calculado con la información 
ingresada en la misma. El dato Calculado es el de Momento de Inercia (I) 
En la Figura 5.7 se muestra una parte de la programación de bloques, referente a el cálculo 
del momento de inercia. 
 
Figura 5.7. Programación cálculo del momento de inercia. 
80 
 
Cuando el sistema de monitoreo recolecta la información del extensómetro, que en este 
caso figura en la caseta de Fuerza (F) y el operador ingresa la distancia en la que está 
ubicada (X) y su Longitud (L) se hace click en el botón “Resultados”, el sistema realiza 
los cálculos necesarios y se despliega una pantalla con los resultados deseados. en la 
Figura 5.8 se muestra la pantalla con los datos que entregará. 
 
Figura 5.8 Resultados que entrega el sistema de monitoreo cuando está operativo. 
81 
 
Los datos