Avance No. 7: Informe técnico GUTIERREZ SÁNCHEZ ALEXIA … · 2015-12-11 · proyecto, innovador...
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Instituto Nacional de México
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE SALINA CRUZ
TALLER DE INVESTIGACIÓN II
Avance No. 7: Informe técnico
Equipo 10:
GUTIERREZ SÁNCHEZ ALEXIA
OCEJO LUIS CARLOS JESÚS
SEMESTRE: VII GRUPO: C
INGENIERIA ELECTRÓNICA
PROFESORA:
M. EN C. SUSANA MÓNICA ROMÁN NÁJERA
SALINA CRUZ, OAXACA A NOVIEMBRE DEL 2015
ÍNDICE
INTRODUCCIÓN .............................................................................................................................. 1
JUSTIFICACIÓN .............................................................................................................................. 2
OBJETIVOS ...................................................................................................................................... 3
Objetivos específicos ................................................................................................................ 3
PROBLEMAS A RESOLVER ........................................................................................................ 4
PROCEDIMIENTO Y DESCRIPCIÓN DE LAS ACTIVIDADES ............................................... 5
RESULTADOS, PLANOS, GRAFICAS Y PROGRAMAS ...................................................... 11
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................................................ 15
COMPETENCIAS ........................................................................................................................... 16
REFERENCIAS BIBLIOGRAFÍCAS Y VIRTUALES ............................................................... 18
INTRODUCCIÓN
La interfaz gráfica para el monitoreo de variables en un panel solar, pretende ayudar
a los jóvenes de las diferentes ingenierías ofertadas en el Instituto Tecnológico de
Salina Cruz en un mejor estudio, aprovechamiento y por supuesto también en la
elaboración de proyectos de acuerdo a las materias expuestas en los diferentes
semestres.
El equipo de medición en módulos solares ET-250 adquirido por la institución no
ofrece un monitoreo dinámico y explícito, por lo que se decidió diseñar e
implementar una interfaz gráfica que sea versátil y simple para el fácil manejo y
entendimiento por los usuarios.
“Interfaz gráfica para el monitoreo de variables en el panel solar ET-250” es un
proyecto, innovador y entusiasta capaz de hacer las mediciones y lecturas de
sensores en conjunto con el procesamiento de señales adquiridas por el circuito
ARDUINO® y con la magnífica comunicación con el software LabVIEW®. Gracias
a esto podemos obtener de manera gráfica y sencilla datos que pueden ayudar al
crecimiento de los conocimientos por el alumnado.
La característica principal de esta interfaz es el mejor entendimiento en la recepción
de los datos arrojados por los sensores de temperatura, intensidad luminosa,
corriente y voltaje instalados en el módulo solar ET-250.
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JUSTIFICACIÓN
Debido a que en la actualidad el uso de energías limpias, es de vital importancia, se
tiene la necesidad de implementar estrategias que ayuden a los estudiantes del
Tecnológico de Salina Cruz a un mejor desempeño escolar y por supuesto también
se pretende ayudar a que como futuros trabajadores y/o jefes de familia tengan una
idea establecida y eficaz a cerca de tener una vida sustentable, ya que se reducen
costos considerablemente pensando más que nada en la economía y
sustentabilidad.
La “Interfaz gráfica para el monitoreo de variables en el panel solar ET-250” ofrece
grandes beneficios, sobre todo el conocimiento y la información a fondo de este
tema pueden ser útiles para las diferentes materias asignadas en cada uno de los
semestres de las carreras ofertadas por el Tecnológico, y serán de vital importancia
en la formación académica.
El proyecto está planeado en especial para los estudiantes del tecnológico y
aquellas personas que estén interesados en una vida cómoda pero sustentable y
por supuesto sin olvidar aquellas personas que quieran ir de la mano con los
avances tecnológicos.
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OBJETIVOS
Desarrollar una interfaz gráfica de usuario utilizando LabVIEW® para monitoreo de
variables en el panel solar ET-250 que se encuentra en el laboratorio de la
Institución.
Objetivos específicos
Investigar el funcionamiento y características del módulo solar ET-250
Investigar cuales son las variables que se pueden medir y/o controlar en un
panel solar.
Investigar los diferentes complementos para la creación de una interfaz
gráfica en el entorno de LabVIEW®.
Conocer el software LabVIEW® para la creación y diseño de la interfaz
gráfica.
Diseñar la interfaz gráfica para probar su funcionamiento.
Analizar el funcionamiento de ARDUINO® en conjunto con el entorno de
LabVIEW®
Realizar pruebas sensores-interfaz, para detectar posibles fallas en el
sistema.
Implementar la interfaz gráfica con el módulo solar.
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PROBLEMAS A RESOLVER
En la actualidad el Instituto Tecnológico de Salina Cruz cuenta equipos altamente
sofisticados, con gran aplicación y de gran impacto económico y social para el
aprendizaje de los alumnos, pero desafortunadamente no están en funcionamiento
y limitan la eficiencia escolar.
Los alumnos tienen grandes limitaciones de herramientas para hacer prácticas, y
poner en marcha lo aprendido en cada asignatura, lo cual causa tristeza e
indignación sabiendo que la institución cuenta con grandes soluciones
La creación de una interfaz gráfica para monitorear algunas variables que se pueden
obtener de un panel solar, proporcionará a los estudiantes de las diferentes
ingenierías la oportunidad de utilizar estos equipos ya sea en proyectos
independientes, así como en el desarrollo de alguna de las materias incluidas en la
retícula.
Hoy en día el uso de energías limpias ha revolucionado el mundo entero siendo este
tipo de energías el comienzo a una vida renovable. Existen muchos factores los
cuales hacen que la energía eléctrica sea un problema dentro de la sociedad. Salina
Cruz se encuentra en una de las áreas favorables de radiación solar para
implementar paneles solares, como ya sabemos gracias a esta tecnología podemos
obtener grandes beneficios hablando de manera sustentable y posteriormente lo
aprendido sea aplicado.
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PROCEDIMIENTO Y DESCRIPCIÓN DE LAS ACTIVIDADES
Para poder conocer la naturaleza del fenómeno y el objeto que se estudió, fue
necesario comprender su esencia. Se tuvo que analizar cada una de las variables
independientemente, para comprender el comportamiento, específicamente la
corriente, tensión, luminosidad y temperatura. Para esto empleamos el método
analítico que consiste en la desmembración de un todo, descomponiéndolo en sus
partes o elementos para observar las causas, la naturaleza y los efectos. Nos
permitió conocer más del objeto de estudio, con lo cual se pudo: explicar, hacer
analogías, comprender mejor su comportamiento y establecer nuevas teorías.
El procedimiento para llevarlo a cabo se dividió en cuatro etapas, que tuvo por
objetivo principal Desarrollar una interfaz gráfica de usuario utilizando LabVIEW® y
ARDUINO® para el monitoreo de variables. Es decir poder visualizar a distancia
mediante una computadora, el comportamiento de las variables que caracterizan ha
dicho panel solar.
La primera etapa fue él estudio de los antecedentes y el análisis de la problemática.
En esta parte se estudiaron los aspectos más generales de los paneles solares.
Recopilación de información. Consistió en acudir a diversos medios y lugares
informativos como archivos, bibliotecas, institutos de investigación, Internet,
etcétera. Para ello es importante tener presentes las diversas fuentes que nos
pueden ser útiles en la tarea de recabar información para nuestra investigación.
Las fuentes de información más utilizadas fueron las siguientes:
Libros
Monografías
Revistas especializadas
Fichas técnicas
Internet
Con esta recopilación se obtuvo el punto de vista de la problemática.
Análisis del problema. Una vez que se identificado y definido el problema, se
procedió a identifica la(s) causa(s) principal(es) del mismo. En esta fase el objetivo
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fue analizar el problema y dividirlo en partes separadas, examinando cómo es que
se relacionan cada una de ellas. Es indispensable comprender el contexto del
problema y como unas partes afectan a otras. Con este análisis se tuvieron los
inicios para las soluciones potenciales y elaboración de planes de acción.
El análisis del problema se realiza a través del siguiente procedimiento:
a) Confirmación de que el problema existe realmente.
b) Presentación de los datos
c) Identificación de causas potenciales
Identificar posibles soluciones. Una vez que se tuvo una mejor comprensión de
los problemas, es más fácil identificar posibles soluciones. Aquí el objetivo fue
presentar ideas, las cuales facilitaron las organizaciones de los problemas, sus
causas y el diseño de soluciones.
Se obtuvo una información clave que se identificó con una posible solución que a
continuación se menciona:
“National Instruments, está ayudando a las empresas de ingeniería y energía
eléctrica-electrónica a resolver sus retos más complejos de generación y monitoreo
de energía para crear una red eléctrica verdaderamente inteligente. Mediante el uso
de sistemas modulares y flexibles con procesamiento avanzado, NI está
comprometido con proveer soluciones diseñadas para reducir las complejidades de
control, monitoreo y pruebas asociadas a las aplicaciones de energía, para impulsar
un incremento en la productividad y un ahorro significativo en tiempo y costos”.
“ARDUINO® ya tiene conexión con LabVIEW® lo cual le confiere una gran
potencialidad dado que estamos hablando de una herramienta de gran capacidad y
muy extendida tanto en el mundo académico con en el industrial y de laboratorio.
Esta forma de trabajo, por tratarse de LabVIEW®, es interesante para usarla en el
prototipo de aplicaciones de instrumentación en as que las tarjeta ARDUINO® juega
el papel de un sencillo y versátil equipo de adquisición de datos a un costo muy
bajo”.
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Este fragmento de información junto con el resto, debidamente organizada y
analizada, conducirá al diseño de soluciones, expresada en forma de proyecto.
Establecer lo que se utilizara para resolver el problema. En base a los
problemas y soluciones optamos por usar ARDUINO® y LabVIEW®, esta tecnología
y software de vanguardia ofrecen una plataforma completa de herramientas para
solucionar estos retos, al ofrecer soluciones personalizadas para probar, monitorear
y controlar las fuentes de generación de energía
Como un dato adicional a la solución de este problema se concluye que los
ingenieros y científicos en todo el mundo están utilizando la plataforma de diseño
gráfico de sistemas de National Instruments para producir un impacto positivo en el
ecosistema global. Muchos de los problemas más cruciales de hoy en día se están
tratando a través de aplicaciones de ingeniería verde, impulsadas por productos de
NI, desde el desarrollo de sistemas más eficientes en cuanto a energía hasta una
mejor monitorización del medio ambiente y sistemas ecológicamente más limpios.
La segunda etapa consta de la recopilación y estudio de la información acerca de
los paneles solares SOLAREX®, módulo de sensores de temperatura, luminosidad,
de tensión y corriente eléctrica, plataforma ARDUINO® y el software LabVIEW®.
Aquí se obtuvieron las primeras herramientas para posteriores consultas en cierto
momento que se requirió. Se conoció por primera vez el software LabVIEW® versión
13.0 de manera teórica, analizando cada uno de los componentes, como sus
herramientas y controles, así como las conexiones en el diagrama de bloques y los
indicadores en el panel frontal. A su vez de que existen las herramientas que se nos
proporcionan controlar nuestro ARDUINO® desde el monitor de una PC con la
interfaz gráfica realizada en LabVIEW®
Justificar el desarrollo del proyecto. El propósito fundamental fue desarrollar una
aplicación grafica mediante el software LabVIEW®, su función fue obtener y
monitorear información en tiempo real de variables como voltaje, temperatura,
intensidad luminosa, potencia e intensidad.
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Nos dedicamos en LabVIEW® por que impulsa el progreso de grandes industrias
con una gama de herramientas disponibles para desarrollar aplicaciones que
mejoran la calidad y productividad a ingenieros y científicos.
Por otro lado el proyecto es beneficioso por los usos o la generación de energía
limpia por efectos de las celdas solares que funcionan mediante el efecto
fotovoltaico.
Un propósito fuera de los objetivos pero importante es enseñar de forma práctica a
los alumnos, todos los aspectos esenciales relevantes del funcionamiento y como
es que todas esas variables influyen en la transformación de la energía solar a
eléctrica de un módulo fotovoltaico.
Hoy en día esta transformación de energía solar a energía eléctrica, que se le
denomina energías limpias, va tomando más importancia. En Alemania, la energía
fósil ya no es tan rentable, y la energía solar está entrando con fuerza.
Tecnologías a utilizar….
Aprendizaje de LabVIEW®…...
Diseño de la interfaz…..
Analisis de herramientas……
Costo de materiales.
PRESUPUESTO DEL PROYECTO
CONCEPTO CANTIDAD PRECIO UNITARIO
COSTO (M.N.)
A. Ingresos Personales
Tarifa horaria 160 hrs. 20 $3,200
B. Gastos Personales
Transporte 20 5 $100
Alimentos 6 50 $300
C. Equipamiento
Laptop 1 $13,990
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Multímetro Digital FLUKE
1 $6,122
Software NI LabVIEW®
$83,590
D. Materiales
Placa ARDUINO® 1 $430
Cable USB A/B 1 $60
Sensor de Temperatura DS18B20
1 $200
Sensor Fotoresistivo De Intensidad Luminosa
1 $200
Sensor De Voltaje DC 5:1
1 $200
Sensor De Corriente Efecto Hall Acs712
1 $200
Modulo Fotovoltaico SOLAREX SX-55U
1 $5000
Protoboard 1 $100
Conectores para sensores
10 12 $120
Soldadura y pasta 1 $150
E. Herramientas
Pinza de corte y punta 1 $84
Desarmador de cruz 1 $33
Desarmado plano 1 $43
Cúter 1 $38
Cautín 1 $379
Cinta de aislar 1 $50
F. Papelería e insumos
Impresiones $60
Copias $20
Cinta masking tape 1 $35
Marcado permanente 1 $45
Internet $70
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Simulación de la interfaz gráfica…..
Obtención de los materiales y herramientas……
En la tercera etapa…..
Comunicación LabVIEW® – Panel Solar……
Pruebas……
Ajustes necesarios……
Montaje ……
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RESULTADOS, PLANOS, GRAFICAS Y PROGRAMAS
En la búsqueda de una mejora continua que permita elevar la eficiencia, se han
desarrollado plan de trabajo y estrategias para el aprovechamiento y la mejora de
la eficiencia de los estudiantes, por ende se aplican nuevas técnicas y tecnologías
para poder llegar al fin establecido.
Dentro de estas estrategias esta la implementación de las TIC’s para la creación de
nuevos alcances académicos, un ejemplo es el diseño de una interfaz gráfica para
los equipos que se encuentran en la institución, para un mejor manejo y
entendimiento de funcionamiento.
El diseño del sistema a desarrollar es la parte primordial del proyecto “Interfaz
gráfica para el panel solar ET-250” ya que se basa en la comunicación fácil, creativa
y entendible para el usuario, es decir, la interfaz pretende ayudar a los jóvenes del
Tecnológico de Salina Cruz a un mejor entendimiento y una lectura de las variables
medidas de manera clara y precisa, con el fin de desarrollar nuevas e innovadoras
prácticas para el aprendizaje de las asignaturas y temas estructurados bajo este
sistema.
A continuación en la figura no. 3.1 se muestra un diagrama a bloques del proyecto,
a manera general se muestra la entrada del sistema iniciando desde la captación
de la energía solar en el módulo solar ET-250, posteriormente se basa en la lectura
de señales que se emitan por los sensores, el de luminosidad y el de temperatura,
sucesivamente será procesado a través de la plataforma de prototipos Arduino
UNO® que será el módulo de adquisición de datos de la señal, leyendo los datos
Figura no. 3.1.- Diagrama a bloques general
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que arrojen los sensores y así poder llegar a la comunicación con la interfaz gráfica
de usuario (GUI) terminando con el sistema pero creando una retroalimentación
hacia el primer punto el cual es la captación de la energía solar por el modulo ET-
250.
Debemos de recordar que el diseño del sistema es la parte fundamental del proyecto
para poder entender el comportamiento del mismo y así los estudiantes tengan un
amplio y basto conocimiento del funcionamiento de la interfaz gráfica y su
comunicación con cada uno de los elementos que lo conforman para la adquisición
de datos.
Se pretende que la interfaz gráfica esté dividida en cuatro submenús y un menú
principal, el menú principal constara de las cuatro variables visualizadas libremente
simulando la unidad de medición propia del equipo. En esta marte de la interfaz
podremos ver la medición de los dos sensores el sensor de luminosidad el cual nos
dará cantidades mostradas en luxes, la temperatura proporcionada en grados
centígrados, de igual manera se mostrará la corriente en Ampers y el voltaje en
Volts, la propuesta del menú se muestra en la figura no. 3.2.
Figura no. 3.2.- Vista principal del menú de la interfaz gráfica del panel solar ET-250
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Cada uno de los submenús estará destinado a cada una de las variables a medir,
en ellas se podrá encontrar una gráfica para ver el comportamiento de las
mediciones En la figura no. 3.3 se muestra una propuesta del submenú para la
iluminación, medida a través del sensor de luminosidad TSL2561
Como se sabe el uso de una interfaz gráfica facilita el entendimiento y el rápido
manejo del equipo, gracias a esta herramienta se pueden desarrollar prácticas
fáciles y sencillas sin olvidar la manera didáctica de aprender.
El segundo submenú se trata de la temperatura medida en grados centígrados (°C)
con el sensor de temperatura y humedad DHT11 el cual registrará cada medición
de la temperatura en un termómetro para verse de forma dinámica también se
muestra en un indicador numérico, este submenú se muestra en la figura no. 3.4
En los paneles de corriente y voltaje de igual manera se muestra la gráfica del
sistema para observar el comportamiento en sus altas y bajas dependiendo a la
radiación solar, temperatura e iluminación. El sensor de voltaje DC 5:1 medirá la
cantidad de corriente directa medida por el panel solar mostrando gráficamente. El
sensor de Corriente Efecto Hall Acs712 hará las mediciones en Ampers.
Figura no. 3.3.- Submenú propuesto para la variable de iluminación.
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Figura no. 3.4.- Submenú propuesto para la variable de temperatura en °C
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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
La interfaz gráfica de usuario implementada en el módulo solar fotovoltaico ET 250
nos permite una mejor manejo en las variables también nos permite observar y
deducir cuales son las condiciones óptimas del manejo.
La interfaz gráfica ofrece versatilidad para los jóvenes de las diferentes ingenierías
y así una mejor utilización de los equipos con los que cuenta el Instituto Tecnológico
de Salina Cruz.
Los alumnos del instituto tendrán un mejor entendimiento en el funcionamiento de
este sistema siendo más fácil la implementación de nuevos sistemas o de nuevas
tecnologías para el desarrollo tecnológico y una mejor capacitación en los alumnos
y porque no también en los profesores de este centro educativo.
El manejo de las variables y el entendimiento del entorno visual de LabVIEW
ayudaran a futuras correcciones en el sistema y de ser posible la implementación
de nuevos sistemas de control en equipos del Tecnológico.
Con la implementación de este sistema de monitoreo se adquirieron conocimientos
en dispositivos, software y hardware que nos permitirán un mejor desempeño
académico y experiencias para la vida laboral.
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COMPETENCIAS
Las competencias no son más que las habilidades que tiene el alumno y su forma
de desempeñarse dentro de su entorno social y sobre todo laboral, defendiendo
cada uno de los conocimientos adquiridos a lo largo de su estancia en el
tecnológico.
Algunas de las competencias desarrolladas dentro de este proyecto de Interfaz
gráfica para el monitoreo de variables en el panel solar ET-250 son las siguientes:
Materia Competencia Aplicación
Química
Adquirir conocimientos básicos
sobre la estructura de los
compuestos químicos orgánicos e
inorgánicos, así como su
nomenclatura, propiedades físicas,
reactividad, energía y equilibrio,
considerando los impactos
económico y al medio ambiente.
Tomar decisiones con base en los
conocimientos adquiridos que
permitan seleccionar materiales
industriales, así como asegurar las
condiciones de sustentabilidad,
higiene y seguridad industrial y la
responsabilidad social.
Estas competencias se
desarrollaron en el inicio de la
elaboración del proyecto ya que el
panel solar y las células solares
transforman la energía solar en
energía eléctrica mediante un
proceso químico de intercambio de
electrones de una placa p a una
placa n. Por otro lado con los
conocimientos adquiridos sabemos
cómo fueron seleccionados los
materiales para la construcción de
las células y celdas solares.
Mediciones
Eléctricas
Utilizar de manera apropiada los
instrumentos empleados en el
laboratorio de electrónica para
fomentar el reconocimiento y
análisis de señales provenientes
de circuitos eléctricos reales
Las mediciones eléctricas nos
ayudan al mejor entendimiento al
momento de las lecturas de las
señales y al momento de hacer
pruebas antes de implementar la
interfaz gráfica, estas mediciones
se pueden realizar directamente
con un multímetro, osciloscopio,
para detectar posibles fallos o falta
de comunicación de un lugar a otro
del sistema.
Buscar y clasificar los diferentes
tipos de investigación en el ámbito
Habilidad para buscar y analizar
información proveniente de
diversas fuentes, identificar temas
de impacto económico y social en
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Taller de
investigación I
científico y tecnológico dentro y
fuera de la institución.
conjunto con las técnicas de
recolección de datos y tipos de
investigaciones.
Circuitos eléctricos
Capacidad de aplicar métodos y
leyes que dan solución a
problemas con redes eléctricas
Conocimiento básico de ampers,
corriente, voltaje, volts, para la
lectura de las señales arrojadas por
los sensores instalados en el panel
solar. Conocer la circuitería básica
para la utilización de las variables
corriente y voltaje.
Medición e
instrumentación
virtual I
Conoce y aplica la normatividad
vigente en cuestiones de
medición e instrumentación de
plantas industriales.
Implementa sistemas de
instrumentación virtual, con base
a la configuración que le
corresponde, usando las
tecnologías para la adquisición
de datos.
Comprende y aplica las técnicas
para la manipulación y
procesamiento de datos, a través
de software especializado para la
generación de reportes.
Realiza la integración de
instrumentos virtuales para los
sistemas de medición y control,
de variables de proceso y acceso
remoto.
Esta competencia ayuda con las
habilidades para el manejo de
software especializado de
simulación de circuitos, para la
creación de los circuitos que se
utilizaron para las pruebas del
sistema.
La adquisición de datos se obtiene
del dispositivo ARDUINO® y se
aprendió el funcionamiento para la
comunicación con el software
LabVIEW® para la manipulación y
lectura de datos.
Se utilizaron distintos instrumentos
virtuales para la medición y
extracción de señales de los
sensores a través del software
gracias a la adquisición de datos
por ARDUINO®
Optoelectrónica
Definir los conceptos y teorías
que explican la operación de los
dispositivos optoelectrónicos
para el diseño y construcción de
circuitos.
Empleo de lenguaje técnico–
científico en temas relacionados a
dispositivos optoelectrónicos ,
habilidad para identificar la
simbología para la lectura de hojas
de daos de distintos dispositivos
electrónicos, Entender el
funcionamiento y creación de las
células y celdas solares y la manera
de almacenamiento de energía,
maneras de regulación de voltaje.
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REFERENCIAS BIBLIOGRAFÍCAS Y VIRTUALES
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Madrid España: Creaciones copyright. Pags.127.
Castillo E., Cenzano J., Esteire L., Madrid A., Vicente A. (2015). Formación
profesional de energías renovables. Madrid España: A. Madrid Vicente,
Ediciones. Págs. 462.
W. Vielstich. (2003). handbock of fuel cells. Fundamental technology and
aplications. England: W Vielstich, A Lamm, H Gasteiger Editors. Vol 2, Cap.
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Jiménez M. J. (2014). Energía solar fotovoltaica y energía eólica. Madrid
España: A. Madrid Vicente, Ediciones. Págs. 204.
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NI LabVIEW Data Visualization and User Interface Design - National
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http://www.ni.com/white-paper/14557/en/