Borrador Final

ESCUELA MILITAR DE INGENIERIA MCAL. ANTONIO JOSE DE SUCRE “BOLIVIA”

BORRADOR FINAL

“SISTEMA ELECTRÓNICO PARA EL DIAGNÓSTICO DE

PROBLEMAS EN EL SUMINISTRO ELÉCTRICO”

POSTULANTE: PABLO RODRIGO GANTIER CADENA

LA PAZ, 2012

ESCUELA MILITAR DE INGENIERIA MCAL. ANTONIO JOSE DE SUCRE “BOLIVIA”

BORRADOR FINAL

“SISTEMA ELECTRÓNICO PARA EL DIAGNÓSTICO DE

PROBLEMAS EN EL SUMINISTRO ELÉCTRICO”

PABLO RODRIGO GANTIER CADENA

Modalidad: Proyecto de Grado,

presentado como requisito parcial para

optar al título de Licenciado en

Ingeniería Electrónica.

TUTOR: ING. GERMÁN PEREIRA MUÑOZ

LA PAZ, 2012

i

Contenido

ÍNDICE DE FIGURAS. .......................................................................................... VII

ÍNDICE DE TABLAS. ............................................................................................. XI

ÍNDICE DE ECUACIONES. ................................................................................... XII

1. GENERALIDADES. ...................................................................................... 13

1.1. INTRODUCCIÓN. ....................................................................................... 13

1.2. ANTECEDENTES. .................................................................................... 13

1.3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. ...................................................... 15

1.3.1. IDENTIFICACIÓN DEL PROBLEMA. ....................................................... 15

1.3.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA. .......................................................... 15

1.4. OBJETIVOS. ............................................................................................. 16

1.4.1. OBJETIVO GENERAL. ............................................................................. 16

1.4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS. .................................................................... 16

1.5. JUSTIFICACIÓN. ..................................................................................... 17

1.5.1. JUSTIFICACIÓN ACADÉMICA. ................................................................ 17

1.5.2. JUSTIFICACIÓN TÉCNICA. ..................................................................... 17

1.6. LÍMITES Y ALCANCES............................................................................. 17

1.6.1. LÍMITES. ................................................................................................... 17

1.6.2. ALCANCES. .............................................................................................. 18

ii

2. MARCO TEORICO. ................................................................................... 19

2.1. TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN Y EVALUACIÓN DE LA INFORMACIÓN.

19

2.1.1. TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN. .............................................................. 19

2.1.2. ESTADÍSTICA. .......................................................................................... 20

2.1.3. MEDIDAS DE TENDENCIA CENTRAL. ................................................... 20

2.1.4. MEDIDAS DE DISPERSIÓN. .................................................................... 20

2.2. NORMAS BOLIVIANAS NB. ..................................................................... 21

2.2.1. NORMA NB 777. ....................................................................................... 21

2.2.2. NORMA NB 499. ....................................................................................... 22

2.3. CARACTERÍSTICAS DE LOS SISTEMAS DEL SUMINISTRO

ELÉCTRICO DOMICILIARIO. ............................................................................... 24

2.3.1. CAÍDAS DE TENSIÓN. ............................................................................. 25

2.3.2. SUBIDAS DE TENSIÓN. .......................................................................... 25

2.3.3. VARIACIONES EN EL VOLTAJE. ............................................................ 26

2.3.4. PERTURBACIONES EN EL SISTEMA. .................................................... 26

2.4. TÉCNICAS DE ADQUISICIÓN Y PROCESAMIENTO DE DATOS

DIGITALES. ........................................................................................................... 27

2.4.1. TEORÍA DE MICRO CONTROLADOR. .................................................... 29

2.4.2. EL DSPIC30F. ........................................................................................... 30

2.4.3. SERIE ATMEGA 32 DE AVR. ................................................................... 31

iii

2.4.4. CARACTERÍSTICAS DEL SDPIC30F4013. ............................................. 31

2.4.5. LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN. ......................................................... 32

2.4.6. INTRODUCCIÓN AL PROCESAMIENTO DIGITAL DE SEÑALES. ......... 33

2.4.7. LA TRANSFORMADA DE FOURIER. ....................................................... 34

2.4.8. ANÁLISIS DE LA SEÑAL DE FFT. ........................................................... 36

2.4.9. FUENTES DE ALIMENTACIÓN PARA SISTEMAS DIGITALES. ............. 37

2.4.10. REGULADORES DE VOLTAJE. .............................................................. 37

2.4.11. OPTO ACOPLADORES. .......................................................................... 39

2.5. SISTEMAS DE COMUNICACIÓN DIGITAL. ............................................ 40

2.5.1. ETHERNET. .............................................................................................. 41

2.5.2. TOPOLOGÍA BÁSICA DE COMUNICACIÓN ETHERNET. ...................... 41

2.5.3. INTRODUCCIÓN A NERWORKING. ........................................................ 42

2.5.4. EL PROTOCOLO TCP/IP DE MICROCHIP. ............................................. 43

2.6. SERVIDORES WEB PARA MICRO CONTROLADOR. ............................ 44

3. MARCO PRÁCTICO. ................................................................................. 47

3.1. INFORMACIÓN SOBRE EL SISTEMA DE SERVICIO ELÉCTRICO

DOMICILIARIO. ..................................................................................................... 47

3.1.1. NIVELES DE CALIDAD. ........................................................................... 47

3.1.2. PRODUCTO TÉCNICO. ........................................................................... 49

3.1.3. NIVEL DE TENSIÓN. ................................................................................ 49

iv

3.1.4. DESEQUILIBRIO DE TENSIÓN. .............................................................. 50

3.1.5. PERTURBACIONES E INTERFERENCIAS. ............................................ 50

3.1.6. SERVICIO TÉCNICO. ............................................................................... 51

3.1.7. LOS NIVELES ADMITIDOS. ..................................................................... 51

3.2. PARÁMETROS NECESARIOS PARA EL SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN

ELÉCTRICA DOMICILIARIA. ................................................................................ 52

3.2.1. NORMA NB 499. ....................................................................................... 52

3.2.2. NORMA NB 777. ....................................................................................... 53

3.3. ALGORITMO PARA ADQUISICIÓN, PROCESAMIENTO Y ENVÍO DE

DATOS PARA MICRO-CONTROLADOR SEGÚN NORMAS BOLIVIANAS. ........ 54

3.3.1. ADQUISICIÓN DE LA SEÑAL ELÉCTRICA. ............................................ 54

3.3.2. DIAGRAMA DE INTERCONEXIÓN DE LA SEÑAL ELÉCTRICA. ............ 54

3.3.3. PROCESAMIENTO DE LA SEÑAL ELÉCTRICA. ..................................... 56

3.3.4. DATOS DE DÍA Y HORA DE MUESTREO. .............................................. 57

3.3.5. ALMACENAMIENTO DE DATOS. ............................................................ 57

3.3.6. ENVIÓ DE DATOS. ................................................................................... 57

3.4. INTERFACE DE ADQUISICIÓN DE DATOS. ........................................... 58

3.4.1. REDUCCIÓN DE VOLTAJE Y DESACOPLAMIENTO DE LA SEÑAL. .... 58

3.5. PROCESADO Y ALMACENAMIENTO DE LA SEÑAL ELECTRICA. ....... 61

3.5.1. ORGANIZACIÓN Y ALMACENAMIENTO DE DATOS. ............................ 62

v

3.5.2. DIAGRAMA DE INTERCONEXIÓN DE LA MEMORIA SD (SECURE

DIGITAL). .............................................................................................................. 63

3.5.3. DESARROLLO DEL PROGRAMA ............................................................ 65

3.5.4. ANÁLISIS DE LA SEÑAL .......................................................................... 66

3.5.5. DIAGRAMA DE FLUJO ............................................................................. 66

3.6. SUMINISTRO DE ENERGÍA DEL PROTOTIPO. ...................................... 77

3.6.1. DISEÑO DEL CIRCUITO DE CONMUTACIÓN. ....................................... 77

3.6.2. DISEÑO DE LA FUENTE DE ALIMENTACIÓN DE RESPALDO .............. 84

3.7. ESTABLECER LA INTERFACE DE MICRO-CONTROLADOR ETHERNET.

86

3.7.1. COMUNICACIÓN ETHERNET. ................................................................ 90

3.7.2. SERVIDOR WEB EN UN MICRO-CONTROLADOR DONDE SE

VISUALIZARA LOS PARÁMETROS. .................................................................... 91

3.7.3. DIAGRAMA DEL CIRCUITO ARMADO. ................................................... 92

4. EVALUACIÓN DEL PROYECTO. .......................................................... 102

4.1. EVALUACIÓN TÉCNICA. ....................................................................... 102

4.1.1. EVALUACIÓN DEL CIRCUITO DE ADQUISICIÓN DE LA SEÑAL

ELÉCTRICA. ....................................................................................................... 102

4.1.2. EVALUACIÓN TÉCNICA DEL PROCESADO DE LOS DATOS DE LA

SEÑAL ELÉCTRICA. .......................................................................................... 103

4.1.3. EVALUACIÓN DEL ALMACENAMIENTO DE LOS DATOS OBTENIDOS.

104

vi

4.1.4. EVALUACIÓN DEL SISTEMA DE ENVÍO DE DATOS. .......................... 104

4.1.5. EVALUACIÓN DEL SISTEMA DE ALIMENTACIÓN DE VOLTAJE. ....... 105

4.2. EVALUACION ECONOMICA. ................................................................. 105

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .......................................... 107

5.1. CONCLUSIONES ................................................................................... 107

5.2. RECOMENDACIONES. .......................................................................... 108

BIBLIOGRAFÍA

ANEXOS

vii

Índice de Figuras.

GRÁFICO 1: EJEMPLO DE UNA SEÑAL CONTINUA Y UNA SEÑAL DISCRETA

CON UN TIEMPO T DE MUESTREO. .................................................................. 28

GRÁFICO 2: FAMILIA DSPIC30F. ........................................................................ 30

GRÁFICO 3: CONVOLUCIÓN GRÁFICA DE SEÑALES. ..................................... 35

GRÁFICO 4: OPCIONES DE RED. ....................................................................... 39

GRÁFICO 5: OPCIONES DE RED. ....................................................................... 40

GRÁFICO 6:TOPOLOGÍA ETHERNET BÁSICA. .................................................. 42

GRÁFICO 7: PROTOCOLO DEL TCP/IP DE MICROCHIP’S. .............................. 43

GRÁFICO 8: LA CAPA DE APLICACIÓN. ............................................................ 44

GRÁFICO 9. DESCRIPCIÓN DEL HTTP2. ........................................................... 45

GRÁFICO 10: VARIABLES DINÁMICAS. ............................................................. 46

GRÁFICO 11:CONTROL EN INTERNET. ............................................................. 47

GRÁFICO 12: DIAGRAMA DE CONEXIÓN DE LA LÍNEA ELÉCTRICA. ............. 55

GRÁFICO 13: PROCESO DEL ALGORITMO FFT (FAST FURIER TRANSFER). 56

GRÁFICO 14: REDUCCIÓN DE VOLTAJE........................................................... 58

GRÁFICO 15: CIRCUITO DE DESACOPLAMIENTO ELÉCTRICO. ..................... 59

GRÁFICO 16: RECEPTOR INFRARROJO. .......................................................... 61

GRÁFICO 17: CIRCUITO RECOMENDADO EN LA HOJA DE DATOS. .............. 62

GRÁFICO 18: MEMORIAS MMC/SD. ................................................................... 63

viii

GRÁFICO 19: CIRCUITO PARA MEMORIA MMC/SD. ........................................ 63

GRÁFICO 20: CIRCUITO MMC/SD. ..................................................................... 64

GRÁFICO 21: LÓGICA DE CONEXIÓN................................................................ 65

GRÁFICO 22: FUNCIÓN DE MUESTREO............................................................ 67

GRÁFICO 23: FUNCIÓN INICIALIZACIÓN. .......................................................... 68

GRÁFICO 24: CONFIGURACIÓN DE ADC. ......................................................... 69

GRÁFICO 25: FUNCIÓN ESCRITURA DE DATOS. ............................................. 70

GRÁFICO 26: FUNCIÓN FFT. .............................................................................. 72

GRÁFICO 27: FUNCIÓN RMS. ............................................................................. 74

GRÁFICO 28: FUNCIÓN PRINCIPAL. .................................................................. 75

GRÁFICO 29: ALGORITMO DEL SERVIDOR WEB. ............................................ 76

GRÁFICO 30: PRIMERA PARTE CIRCUITO DE CONMUTACIÓN. ..................... 78

GRÁFICO 31: SEGUNDA PARTE CIRCUITO DE CONMUTACIÓN. ................... 79

GRÁFICO 32: TERCERA PARTE CIRCUITO DE CONMUTACIÓN. .................... 80

GRÁFICO 33: DIAGRAMA DE TIEMPOS DEL CIRCUITO DE CONMUTACIÓN. 81

GRÁFICO 34: DIAGRAMA DE TIEMPOS DEL CIRCUITO DE CONMUTACIÓN EN

TIEMPO 1.............................................................................................................. 82


TIEMPO 2.............................................................................................................. 82


TIEMPO 3.............................................................................................................. 83

ix


TIEMPO 4.............................................................................................................. 83

GRÁFICO 38: DISPOSICIÓN DE LOS PINES DEL INTEGRADO ENC28J60. .... 87

GRÁFICO 39: DIAGRAMA DE CONEXIÓN ENC28J60. ....................................... 88

GRÁFICO 40: MÓDULO CONTROLADOR ETHERNET (CON EL INTEGRADO

ENC28J60) ETHERNET BOARD. ......................................................................... 89

GRÁFICO 41: INTERFACE USUARIO. ................................................................ 91

GRÁFICO 42: ADQUISICIÓN DE LA SEÑAL POR MEDIO DE UN OPTO

ACOPLADOR. ....................................................................................................... 93

GRÁFICO 43: CIRCUITO DE MEMORIA SD. ....................................................... 93

GRÁFICO 44: FUENTE DE VOLTEJE PARA LA MEMORIA SD 3 VOLTIOS. ..... 94

GRÁFICO 45: CIRCUITO DE RECET Y LED DE ENCENDIDO. .......................... 95

GRÁFICO 46: CIRCUITO DE CRISTALES Y CONEXIÓN DE DATOS PARA EL

PRIMER MICRO CONTROLADOR. ...................................................................... 96

GRÁFICO 47: CIRCUITO DEL PRIMER MICRO CONTROLADOR. .................... 97

GRÁFICO 48: CIRCUITO DEL SEGUNDO MICRO CONTROLADOR. ................ 98

GRÁFICO 49: CIRCUITO DE CAPACITORES. .................................................... 98

GRÁFICO 50: CIRCUITO DE CONMUTACIÓN DE FUENTES PARTE 1. ........... 99

GRÁFICO 51: CIRCUITO DE CONMUTACIÓN DE FUENTES PARTE 2. ......... 100

GRÁFICO 51: CIRCUITO DEL MÓDULO ETHERNET. ...................................... 101

GRÁFICO 53: PLACA DE CONMUTACIÓN DE FUENTES PARTE INFERIOR. .... 6

x

GRÁFICO 54: PLACA DE CONMUTACIÓN DE FUENTES PARTE SUPERIOR. .. 7

GRÁFICO 55: PLACA DE CONMUTACIÓN DE FUENTES VISTA 3D PARTE

SUPERIOR. ............................................................................................................. 8

GRÁFICO 56: PLACA DE CONMUTACIÓN DE FUENTES 3D PARTE INFERIOR.

9

GRÁFICO 57: PLACA DE ADQUISICIÓN, PROCESAMIENTO Y ENVÍO DE

DATOS VISTA INFERIOR..................................................................................... 10


DATOS VISTA SUPERIOR. .................................................................................. 11


DATOS VISTA 3D SUPERIOR. ............................................................................ 12


DATOS VISTA 3D INFERIOR. .............................................................................. 12

GRÁFICO 61: DIAGRAMA DE TIEMPOS DE LA CONMUTACIÓN DE FUENTES.

13

xi

Índice de Tablas.

TABLA 1. PARÁMETROS DE UN SERVICIO DE CALIDAD. ............................... 23

TABLA 2. REGULADORES DE VOLTAJE DE 5V. ............................................... 38

TABLA 3: NIVELES DE CALIDAD. ....................................................................... 48

TABLA 4: PARÁMETROS DE CALIDAD............................................................... 48

TABLA 5: NIVELES DE TENSIÓN DEFINIDOS PARA BAJA TENSIÓN .............. 49

TABLA 6: VALORES DE LOS PARÁMETROS DE TRABAJO. ............................. 52

TABLA 7: CONSUMO DE CORRIENTE. .............................................................. 85

TABLA 8: CABECERA UDP. ................................................................................. 90

TABLA 9: COSTE DEL DESARROLLO DEL SOFTWARE. ................................ 105

TABLA 10: COSTOS DE TODOS LOS COMPONENTES USADOS. ................. 106

xii

Índice de ecuaciones.

ECUACIÓN 1. TEOREMA DE NYQUIST. ............................................................. 28

ECUACIÓN 2. CONVOLUCIÓN DISCRETA. ........................................................ 35

ECUACIÓN 3. RESPUESTA ANTE UNA ENTRADA ARMÓNICA. ...................... 35

ECUACIÓN 4: TRANSFORMADA DISCRETA DE FOURIER. ............................. 36

ECUACIÓN 5: MÓDULO DE LA COMPONENTE DE FRECUENCIA. .................. 36

ECUACIÓN 6: MÓDULO DE LA COMPONENTE DE FRECUENCIA. .................. 66

ECUACIÓN 7: CALCULO DEL RMS. .................................................................... 73

ECUACIÓN 8: FORMULA DESPEJADA DEL CÁLCULO DEL RMS. ................... 73

ECUACIÓN 9: TIEMPO DE CARGA DE UNA BATERÍA. ..................................... 85

ECUACIÓN 10: CÁLCULO DE DURACIÓN DE BATERÍAS. ................................ 85

13

1.GENERALIDADES.

1.1. INTRODUCCIÓN.

En la ciudad de La Paz los usuarios desconocen las fallas a las que está expuesta

su red de suministro eléctrico y los problemas que los causan, por ello el

diagnóstico y la solución a estos ocupan varias horas.

Hasta 1995 la empresa responsable del suministro eléctrico en La Paz se

encargaba de generar, transportar y distribuir electricidad. Desde aquel año, por la

aprobación de la ley No. 1604 del 21 de diciembre de 1994 se estableció la total

separación de éstas actividades (de generación, transporte y distribución)

quedando Electropaz en la actualidad como responsable de la distribución de la

energía eléctrica.

1.2. ANTECEDENTES.

En la actualidad la empresa Electropaz S.A. es la encargada de la distribución y

cobro de energía eléctrica en la ciudad de La Paz.

En Bolivia para los instrumentos que realizan mediciones eléctricas cuentan con

normas establecidas. Las normas están listadas en el catálogo de normas

bolivianas de IBNORCA (Instituto boliviano de normalización y calidad), el cual es

un catálogo anual que recopila la relación de documentos vigentes NB (Normas

técnicas Bolivianas).

14

La norma de medición e instalación de energía eléctrica actual en Bolivia son:

NB 499 para los contadores de energía eléctrica de inducción monofásicos.

NB-777 para la instalación de medidores.

Los tipos de medidores que poseen para el servicio de energía eléctrica son:

Electromecánicos Monofásicos.

Electromecánicos Trifásicos.

Electrónicos trifásicos sin memoria masiva.

Electrónicos con memoria masiva.

Según el servicio y la potencia requerida aproximada en KW (Kilovatios), el voltaje

requerido en V (voltios) y el número de faces se obtiene el tipo de medidor.

Para el suministro eléctrico domiciliario la potencia requerida es menor a 10KW

por lo se usan contadores de energía eléctrica electromecánicos monofásicos que

según la norma de Electropaz Norma NE 42.00.01 de la cual, las partes más

relevantes son la frecuencia de operación a 50Hz, temperatura de trabajo de -

15ºC a 40ºC, norma de fabricación NB 499 IEC 521 ANSI C12.1, conexión directa.

Voltajes de trabajo de 230 Voltios, 230/115 Voltios y 115V a una corriente nominal

de 15 A (amperios) y corriente máxima de 100 A con dos hilos y tres hilos, una

conexión de 2 hilos corresponde a 230 Voltios y una conexión de 3 hilos

corresponde a 230 voltios y 115 voltios, cada conexión tiene un hilo de tierra.

En caso de sufrir en su instalación algún daño usted debe informar a Electropaz a

través de su sistema de atención al cliente que es “Fonoluz”.

http://www.electropaz.com.bo/descargas/suministros/hoja-caract-med-1f.htm

http://www.electropaz.com.bo/descargas/suministros/hoja-caract-med-3f.htm

http://www.electropaz.com.bo/descargas/suministros/hoja-caract-med-3f1.htm

http://www.electropaz.com.bo/descargas/suministros/hoja-caract-med-ram.htm

15

Fonoluz es un servicio de atención telefónica con el cual el usuario es atendido por

personal especializado, este servicio al cliente cuanta con un solo número el cual

es 2333300.

1.3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

En la ciudad de La Paz las fallas en el suministro eléctrico son desconocidas (solo

supuestas) y no cuentan con un registro de la señal eléctrica ni de las transiciones

que sufre esta.

1.3.1. Identificación del problema.

Cuando uno no cuenta con un registro de la señal eléctrica, no puede prevenir ni

identificar posibles problemas, el nivel de tensión, desequilibrios de tensión,

perturbaciones, distorsión de armónicos, frecuencia de interrupción y tiempo de

interrupción.

Todos estos problemas tienen márgenes de tolerancia normados en la ley de

distribución eléctrica.

El problema planteado es el poder diagnosticar estos problemas en la red eléctrica

domiciliaria.

1.3.2. Formulación del problema.

Para la solución de los problemas en el sistema eléctrico es necesario un

diagnóstico de este, con el cual se procede a una reparación o solución del

problema.

16

1.4. OBJETIVOS.

1.4.1. Objetivo general.

Desarrollar según normas bolivianas vigentes un dispositivo automático de

supervisión del suministro del sistema eléctrico domiciliario, para diagnosticar

problemas y así se pueda planificar trabajos de reparación, mantenimiento

preventivo y correctivo.

1.4.2. Objetivos específicos.

Para la realización del objetivo general se tiene los siguientes objetivos

específicos:

Recopilar información sobre el sistema de servicio eléctrico domiciliario.

Identificar los parámetros necesarios para el sistema de distribución eléctrica

domiciliaria, según las normas NB 499, NB 777.

Diseñar un algoritmo para adquisición, procesamiento y envío de datos para

micro-controlador según normas bolivianas.

Diseñar y establecer la interface para la adquisición de datos de la señal

eléctrica del suministro eléctrico domiciliario.

Procesar y almacenar la señal eléctrica.

Diseñar el suministro de energía del prototipo.

Establecer una interface de micro-controlador Ethernet para la comunicación y

envío de datos.

17

1.5. JUSTIFICACIÓN.

El desarrollo de este sistema optimizará los tiempos de identificación y diagnóstico

de problemas, con él se brindará información para el desarrollo de trabajos de

mantenimiento preventivo y correctivo.

1.5.1. Justificación académica.

Con la realización del presente proyecto se utilizará la teoría de electrónica lineal,

electrónica digital, micro-controladores e interfaz Ethernet.

1.5.2. Justificación técnica.

El desarrollo del prototipo brindará información necesaria para el diagnóstico y

prevención de problemas en la red eléctrica, con lo cual también los tiempos de

reparación se reducirán.

1.6. LÍMITES Y ALCANCES.

1.6.1. Límites.

El presente trabajo se limitará a ser un prototipo para un sistema monofásico

domiciliario en la ciudad de La Paz.

No se tomará en cuenta el diseño de la red Ethernet por la cual se enviaran los

datos.

Solo se tomaran en cuenta las normas NB 499, NB 777 y la ley de electricidad

de medición y conexión eléctrica.

Se realizará el diseño de interface para baja potencia a 230 voltios monofásica.

18

Se realizará la interface Ethernet para micro controlador, con capacidad

limitada en memoria de programa y memoria flash, no llegando al rendimiento

de un servidor web convencional.

Se realizará el diseño de un servidor web soportado en la memoria de un micro

controlador.

No se tomara en cuenta las interferencias por parte de los sistemas de

comunicación.

No se realizara el diseño de una fuente de alimentación, ya que se utilizara una

fuente de propósito general.

El sistema de respaldo de energía tendrá un tiempo limitado de autonomía.

1.6.2. Alcances.

El área de investigación en el proyecto será el suministro domiciliario de

energía eléctrica en la ciudad de La Paz para la distribución de Electropaz.

El dispositivo podrá enviar datos a través de una red LAN pidiendo visualizar

estos en una página web.

Se realizaran pruebas en una red LAN (Local Área Network).

El prototipo tendrá una interface Ethernet con cable UTP y conectores RJ45.

19

2. MARCO TEÓRICO.

2.1. TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN Y EVALUACIÓN DE LA

INFORMACIÓN.

Según Garrido, (SF) la recolección de datos es un proceso meticuloso el cual

requiere de un instrumento para obtener la información.

Para escoger o diseñar el instrumento de recolección hay que tomar varios

aspectos como el objetivo de la investigación, las características de las fuentes de

información, tiempo disponible para efectuar la recolección.

“Para decidir qué instrumento se va a utilizar se consideran tres aspectos

fundamentales:

I. Fuente de origen de los datos

II. Técnica de recolección a utilizar

III. Control de los errores que se puedan cometer”. (Garrido, SF, pág. 1).

2.1.1. TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN.

Según Garrido, (SF) hay distintos tipos de recoleccion de datos pero los mas

importantes son, la observacion, la en trevista y el cuestionario.

En el documento de Lic. Carla Tamayo L, (SF), señalan dos aspectos más en la

recolección de datos, los cuales son la observación experimental y la observación

no experimental.

La observación experimental se puede definir de la siguiente forma:

“La observación experimental se diferencia de la no experimental porque elabora

datos en condiciones relativamente controladas por el investigador,

20

particularmente porque éste puede manipular la o las variables. Es una poderosa

técnica de investigación científica.” (Lic. Carla Tamayo L, SF, pág. 8).

2.1.2. Estadística.

En el libro de GUARIN, (2002), señala el autor que un proceso de investigación

tiene dos enfoques, el enfoque cualitativo y el enfoque cuantitativo. El presente

trabajo se realiza de forma cuantitativa, recogiendo datos estadísticos y físicos de

las situaciones observadas.

2.1.3. Medidas de tendencia central.

“El análisis estadístico propiamente dicho, parte de la búsqueda de parámetros

sobre los cuales pueda recaer la representación de toda la información.”

(GUARIN, 2002, pág. 45).

Un concepto importante que maneja la estadística es:

Las medidas de tendencia central, llamadas así porque tienden a localizarse

en el centro de la información, son de gran importancia en el manejo de las

técnicas estadísticas, sin embargo, su interpretación no debe hacerse

aisladamente de las medidas de dispersión, ya que la representatividad de

ellas está asociada con el grado de concentración de la información.

(GUARIN, 2002, pág. 45).

Nombrando las principales medidas de tendencia central como la media

aritmética, la mediana y la moda.

2.1.4. Medidas de dispersión.

Un análisis estadístico no está completo sin las medidas de dispersión ya que no

se representa toda la información, como los datos más sobresalientes que

21

pueden ser muy superiores o inferiores a la media aritmética. Señalando “En dos

informaciones con igual media aritmética, no significa este hecho, que las

distribuciones sean exactamente iguales, por lo tanto, debemos analizar el grado

de homogeneidad entre sus datos.” (GUARIN, 2002).

Los parámetros que se usan para medir el grado de dispersión de los datos de

una variables son rango o correlación, desviación media, varianza y desviación

típica o estándar y el coeficiente de variabilidad. (GUARIN, 2002).

2.2. NORMAS BOLIVIANAS NB.

En Bolivia existe la ley Nº1604 de electricidad boliviana la cual norma las

actividades eléctricas en los principales actividades como precios, calidad de

distribución y tarifas de electricidad.

El Decreto Supremo Nº 240403 del 28 de julio de 1995 tiene entre otros puntos el

reglamento de calidad de distribución, con lo que los distribuidores están obligados

a cumplir con las exigencias de calidad que están en sus dos artículos.

El Decreto Supremo Nº 26607 de 20 de abril de 2002 contiene todas las normas

de calidad que deben cumplir para la distribución de electricidad, obligando a las

distribuidoras de electricidad tener los parámetros de la tabla 1. (Autoridad de

fiscalización y control social de electricidad , 2010).

2.2.1. Norma NB 777.

Los medidores de energía eléctrica domiciliaria que tiene que estar instalados en

la caja en la parte frontal de su propiedad, con un acceso fácil y visible en la vía

pública, esta debe estar a una altura de 1.8 metros aproximadamente. Para la

instalación de más de tres medidores se debe tener un tablero centralizado.

22

La caja puede ser de dos, materiales, metálica, de chapa de acero, por lo menos

de un milímetro de espesor, con una capa de pintura antioxidante y una capa

superior de acabado y la segunda opción es una caja de poliéster reforzada con

fibra de vidrio y la caja debe ser hermética, no permitiendo el paso e agua o polvo.

Es necesario tener los elementos de corte con una corriente nominal de 100

amperios. También se requiere un interruptor termo magnético de una corriente

nominal de 60 amperios mínimamente.

Se requiere un cable de acometida de 40 metros cobre o aluminio de dimensiones

AWG 8 con una altura mínima de 5.5 metros. (Comité Técnico de Instalaciones

eléctricas, 2007).

2.2.2. Norma NB 499.

Esta norma define los parámetros de medida, este estándar define el valor medio

nominal como la magnitud básica para la medida, este valor comúnmente es

llamado RMS de medida.

Para la medida de los parámetros se dividen en tres bloques, el bloque de

transductor de medida, el cual recibe la señal eléctrica y la acondiciona para

procesarla en el siguiente bloque, el segundo bloque es la unidad de medida y por

último el bloque de evaluación. (IEC , 2002).

23

Los parámetros más importantes para un servicio de calidad en el suministro

eléctrica son:

Tabla 1. Parámetros de un servicio de calidad.

La calidad del producto

técnico

La calidad del

servicio técnico

La calidad del servicio

comercial

Nivel de tensión. Frecuencia de

interrupción

Reclamos de

consumidores

Desequilibrios de tensión Tiempo de

interrupción. Facturación

Perturbaciones. Atención al consumidor

Interferencias en sistemas de

comunicación.

Fuente: (Autoridad de fiscalización y control social de electricidad , 2010, págs. 3, Cap 8 ).

Según estos parámetros se hace el control y regulación del servicio de suministro

eléctrico. (Autoridad de fiscalización y control social de electricidad , 2010).

Para el servicio técnico los índices de baja tensión están en el punto “c” y “d” del

artículo 43 las cuales son:

Frecuencia media de interrupción (FS), este es el número de interrupciones que

en promedio, cada consumidor del sistema en análisis sufrió en el semestre de

control.

Tiempo total de interrupción por consumidor (TS), es el periodo de tiempo que en

promedio, cada consumidor del sistema en análisis queda privado del suministro

de energía eléctrica en el periodo semestral de evaluación.

En el artículo 44 se norma la metodología con la que se calculan los índices de

interrupción, de los cuales son tomados en cuenta, los que tienen una duración

mayor a tres minutos.

24

En el cálculo de la interrupción se tiene la siguiente formula:

Ecuación 1. Frecuencia de interrupción.

∑

Fuente: DECRETO SUPREMO N° 26607, 2002.

Donde i es la interrupción y n es un número entero.

Para el cálculo del tiempo de interrupción la ecuación es la siguiente:

Ecuación 2. Tiempo de interrupción.

∑

Fuente: DECRETO SUPREMO N° 26607, 2002.

Donde t (i) es el tiempo de cada interrupción.

2.3. CARACTERÍSTICAS DE LOS SISTEMAS DEL SUMINISTRO

ELÉCTRICO DOMICILIARIO.

El voltaje de línea puede sufrir alteraciones fuera y dentro de la propiedad del

usuario por diversos factores. Un voltaje ideal de línea es aquel que no tiene

distorsiones, tiene una forma de onda uniforme, una amplitud constante y una

frecuencia fija, pero el voltaje de línea práctico tiene perturbaciones en amplitud y

frecuencia.

Existen varios factores que deforman el voltaje de línea, como ser las

interrupciones momentáneas, sobre picos, distorsiones armónicas y subidas de

tensión.

25

Según (Autoridad de fiscalización y control social de electricidad , 2010), se tiene

que cumplir con parámetros de calidad en el servicio de transmisión dentro de los

limites definidos, siendo estos índices de calidad la frecuencia de desconexión del

componente de transmisión (Ne, Na) y duración media de desconexión del

componente de transmisión (De, Da).

Los parámetros que toma en cuenta para la calidad del servicio están dados por la

tabla 1. (Autoridad de fiscalización y control social de electricidad , 2010).

2.3.1. Caídas de tensión.

La mayoría de los problemas de energía eléctrica son caídas de tensión a todo

tipo de usuarios, estas son reducciones que varían entre diez y noventa por ciento

con duración de un ciclo y medio a un minuto, estos efectos por su duración se

deciden en tres: instantáneos, temporales y momentáneos.

Estos efectos se deben a diversos factores, pero los más comunes son: cables

demasiado largos, o sub dimensionados, circuitos muy cargados donde la

corriente del conductor es igual o mayor a la corriente nominal del cable, cargas

de alto consumo, es decir, las caídas de tensión ocurren cuando se conectan

grandes cargas de al sistema, como en cocinas eléctricas, duchas, estufas,

calefones, calderas eléctricas. Estos fenómenos también se producen por falta de

aterramiento, también los transformadores tienen factores que contribuyen con

estas perturbaciones.

2.3.2. Subidas de tensión.

Las subidas de tensión se producen en situaciones contrarias a las caídas de

tensión, que ocurren cuando se desconectan cargas grandes en el sistema, esto

produce un sobre pico en el sistema.

26

2.3.3. Variaciones en el voltaje.

Estos efectos con los que se refieren al cambio de la envolvente en la onda de

frecuencia, comúnmente llamados titilaciones instantáneas, estas dependen del

tamaño de carga y el tipo de la misma. Estos efectos son producidos por el

cambio de impedancia de en la red o la desconexión de grandes hornos y cargas

grandes en el sistema.

2.3.4. Perturbaciones en el sistema.

En el sistema eléctrico otra clase perturbaciones son las momentáneas, cortes de

suministro, ruido eléctrico, ruido armónico, variaciones de frecuencia.

Las interrupciones de voltaje son pequeñas muescas o ranuras en la onda

eléctrica debida a pequeñas interrupciones (interrupciones de milisegundos en el

suministro).

Los cortes eléctricos por lo general son programados por la compañía eléctrica,

pero en ocasiones ocurren cortes no programados, pueden ser diversas causas

sabotaje, desastres naturales entre muchos otros.

Existen varias formas de ruido eléctrico, como el ruido de radiofrecuencia, los

paracitos y transientes, estos pueden ir sobrepuestos en la señal o enmascarados,

Los impulsos y transientes normalmente tiene una amplitud variable y una corta

duración, menor a milisegundos, estos provocan una variación brusca en la onda

eléctrica, alcanzando valores superiores al valor nominal de la onda.

Los armónicos y las variaciones de frecuencia son una distorsión de frecuencia o

fase de la onda y son causados por varios factores como ser los variadores de

frecuencia o fuentes de poder, lo que produce cambios de velocidad en los

motores, lo cual produce problemas en el funcionamiento del mismo.

27

2.4. TÉCNICAS DE ADQUISICIÓN Y PROCESAMIENTO DE

DATOS DIGITALES.

Las técnicas de adquisición y procesamiento de datos son las herramientas que se

usaran en el proceso del proyecto.

La conversión análoga digital es el proceso por el cual se obtiene una serie de

muestras a partir de una señal continua con un tiempo entre cada muestra, este

tiempo se denomina tiempo de muestreo o periodo de muestreo y su inverso es la

frecuencia de muestreo los cuales son constantes en la mayoría de las

aplicaciones. (Valencia, 2009).

El muestreo de una señal contiene la cuantización, resolución de la señal, estos

valores muestreados son discretos y tiene un rango cuantización, esto se realiza a

través de un circuito muestreado-retenedor. (Valencia, 2009).

La señal es muestreada en un periodo de tiempo constante, la amplitud de cada

muestra es cuantificada con valores, n depende de la resolución del sistema

digital o micro controlador utilizado, siendo el número de bits que permite

representar cada muestra, siendo cada bit la resolución mínima de cada muestra

en el sistema de A/D. (Valencia, 2009).

El proceso de digitalización de las señales puede producir un fenómeno llamada

aliacing o distorsión por solapamiento y este produce distorsión en la señal digital.

(Valencia, 2009).

28

Gráfico 1: Ejemplo de una señal continua y una señal discreta con un tiempo T de muestreo.

Fuente: (Valencia, 2009, pág. 6).

para poder reprecentar una señal continua con una señal discreta se debe tomar

en cuenta la frecuencia de muestreo con la que se toman las muetras de la señal

continua, esta debe ser por lo menos el doble de la maxima componente de

frecuencia precente en la señal analogica.

Ecuación 3. Teorema de Nyquist.

Fuente: (Valencia, 2009).

Esta representación se conoce como el teorema de Shannon, “el cual establece

que cuando la frecuencia de muestreo es más grande que el doble de la máxima

componente de frecuencia que contiene la señal analógica, la señal original puede

ser reconstruida a partir de la correspondiente señal en tiempo discreto” (Valencia,

2009, pág. 64).

El micro-controlador tiene conversores análogo digitales (ADC), los cuales

convierten una señal analógica en un valor digital. Todos estos siguen los

parámetros ya mencionados, cada uno tiene diferentes valores, rangos, resolución

y velocidad de muestreo. (Valencia, 2009).

29

2.4.1. Teoría de micro controlador.

En Mc Electronics®(2007) se define que, el único lenguaje que entiende el micro

controlador es el lenguaje máquina, el cual está conformado de ceros y unos del

sistema binario. El lenguaje maquina es difícil de utilizar para las personas, por

eso se utiliza lenguajes de programación, estos se encargan de traducir todos los

nemónicos que se encuentran en el programa escrito.

Para la programación de estos el micro controlador se tiene diversas herramientas

de desarrollo, como son los Code editor, croos compiler, assemblers, simuladores,

debugger en circuito, emuladores y programadores entre muchas otras

herramientas.

Como se indica en el documento (Microchip Technology Incorporated, 2007) todo

micro controlador tiene una unidad de procesamiento central, este para el

procesamiento de los datos se asiste de la unidad aritmética y lógica (ALU), para

esto se necesitan tres registros fundamentales, el registro de trabajo, de estado y

opciones.

En el documento (Microchip Technology Incorporated, 2007) se indica que todo

micro controlador necesita un reloj con el cual trabajar. Una memoria de programa,

las cuales son no volátiles en formato OTP (One Time Programe), que solo se

pueden grabar una vez o las volátiles como ser las memorias flash con cien mil

(100000) programaciones. Una memoria de datos volátil, en la cual se guardan los

resultados de datos o variables. La memoria de programa es en la cual se

almacena el código fuente y la capacidad de almacenamiento depende del

dispositivo. La memoria de datos está dividida en bancos, el cual es el registro de

funciones específicas (SFR) y el registro de propósito general (GPR), la cual esta

implementada en una memoria volátil.

30

2.4.2. El dsPic30f.

La arquitectura de los dispositivos sdPIC30 es similar a la de los dispositivos de la

familia PIC24f, con ligeras reformas, siendo que la memoria en los dispositivos

más chicos es de 12KB y en los dispositivos más grandes es de 144KB, la

memoria de datos es de 0.5KB hasta 8KB y también posee una memoria

EEPROM de 1KB en los dispositivos más chicos a 4KB en los dispositivos más

grandes.

En el núcleo o procesador esta un ALU de 16 bits un multiplicador de 17X17 bits,

la interface JTAG y un registro de 16X16 bits.

Esta familia de dispositivos tiene un generador de direcciones el cual es dual con

lo que dsPIC divide la memoria en dos bloque X y Y, a los cuales puede acceder

de forma paralela en al caso de operaciones MAC en un solo siclo, también tiene

la máquina de DSP con funciones de procesamiento digital de señales y un

acumulador doble de cuarenta bits. (MC electronics®, 2007).

Gráfico 2: Familia dsPIC30F.

Fuente: MC electronics®, 2007, pág. 9.

31

2.4.3. Serie ATMEGA 32 de AVR.

La serie ATMEGA de los micro controladores AVR tiene memorias flash en un

rango de 8 a 256KB, una memoria RAM en el rango de 1 a 4KB, una memoria de

programa EEPROM de 0.5K a 4KB, al igual que los sdPIC una interface JTAG, 4

Timers , 27 interrupciones, un multiplicador en hardware, trabaja con 8 a 16 bits,

poseen un máximo de tres canales PWM, 10 bits de resolución para la conversión

análogo/digital, puertos UART, USART e interface de Interface I2C o TWI y una

frecuencia máxima de trabajo de 20MHz a diferencia de los sdPIC que trabajan a

una frecuencia de 120MHz con PLL a 30 MIPS, con una frecuencia de trabajo real

de 40MHZ.

La arquitectura de este micro controlador es Harvard, tiene en la memoria flash

Los programas el direccionamiento por palabra en el almacenamiento en la Flash

con:

Rango de Direccionamiento de palabra 0000-1FFF (PC es de 13 bits).

Rango de Direccionamiento Byte 0000-3FFF (0x4000=16K).

Instrucciones de 16 y 32-bits.

Todas las instrucciones de 6-bits son ejecutadas en un simple ciclo de reloj.

2.4.4. Características del SDPIC30f4013.

Este micro-controlador es la herramienta más adecuada para este proyecto, de

acuerdo con sus características en memoria, desempeño, arquitectura y

características de funcionamiento.

El sdPIC30f4013 tiene una arquitectura Harvard modificada de 16 bits e

instrucciones que soportan el procesamiento digital de señales con su máquina

MAC.

32

El CPU del micro-controlador maneja instrucciones de 24 bits y una longitud

variable de acuerdo al tipo de instrucción. Una memoria ROM de 48 KB tipo flash,

2 KB de memoria RAM y 1KB de memoria EEPROM, opera a 30 MIP con una

frecuencia de reloj máxima de 40 MHz real.

La entrada de oscilador externo permite un cristal de DC de 40 MHz como

máximo.

Si se usa el PLL interno se admite osciladores externos de 1 a 10MHz y un PLL de

4x, 4x8, 16x. Posee 33 interrupciones, dos bancos de memoria, una para

instrucciones normales y otra para instrucciones DSP(Procesamiento Digital de

Señales), 40 bits operacionales para acumulación en caso de desborde, todas las

instrucciones DSP se ejecutan en un ciclo de maquina gracias a su máquina MAC,

conversores análogo digitales de 12 bits de resolución.

2.4.5. Lenguaje de programación.

Se utiliza el compilador MikroC para dsPIC de Mikroelectronica, por su versatilidad

por manejar diversos proyectos dentro de la familia de dsPIC 30/33 y 24, librerías

en lenguaje c considerado del alto nivel siendo un compilador oficial de Microchip.

Brindando la capacidad de desarrollar programas complejos debido a la

programación en lenguaje c considerado de alto nivel, asistente de código e

indicador de sintaxis y auto corrección.

La utilización de las librerías que permiten manejar distintos tipos de periféricos

(esta característica lo hace versátil) como pantallas LCD, manejo de los distintos

puestos de comunicación, como se SPI, I2C, Uart, CAN. Manejo de los

conversores ADC (conversor análogo digital) y DAC (conversor digital análogo)

mediante dispositivos externos y filtros digitales, un software de simulación

(debager), manejo de las memorias internas y externas de los micro-

controladores.

33

El proyecto realizado con MikroC tiene una extensión *.dpc y un archivo fuente en

el que se encuentra el código del programa con extensión *.c.

2.4.6. Introducción al procesamiento digital de señales.

Existen tres tipos de señales, las señales continuas, las señales discretas y las

señales digitales, las señales continuas tienen un rango infinito de valores, sobre

las cuales se puede hacer un filtrado, ecualizar o sumar las señales con

componentes electrónicos analógicos pasivos o activos. (Valencia, 2009).

Las señales en tiempo discreto están definidas dentro de un tiempo determinado

por lo que se representa con una secuencia de números con un rango continuo en

amplitud. Las señales digitales tienen valores discretos, tanto en tiempo como en

amplitud, lo que permite que sean procesadas en micros controladores. (Valencia,

2009).

El procesamiento digital de señales es la representación digital de las señales y el

uso de esta información para analizar, modificar, almacenar o extraer información

de estas señales mediante el hardware PDS (procesamiento digital de señales).

(Valencia, 2009).

Los sistemas PDS tienen varias características y ventajas, las cuales son:

Flexibles, reproducibles, confiables, complejos, además el avance en

semiconductores permite tener sistemas con mejor capacidad a un bajo costo y en

tiempo real.

Tiene un error cuantizable, pero los sistemas analógicos tiene mejor prestación o

resultados por el manejo de toda la señal sin pérdida de información. (Valencia,

2009).

34

2.4.7. La transformada de Fourier.

La transformada de Fourier es una herramienta matemática que descompone las

componentes sinusoidales de una señal en el dominio del tiempo y las pasa al

dominio de frecuencia lo cual es útil en el procesamiento digital de señales y

sistemas lineales invariantes en el tiempo. (Valencia, 2009).

“Cuando se trabaja con señales periódicas, la descomposición de dicha señal se

conoce como serie de Fourier; mientras que cuando se tienen de energía finita, la

descomposición de dicha señal se conoce como transformada de Fourier.”

(Valencia, 2009).

En este trabajo se ocupara de la transformada de Fourier, pues la entrada es

periódica al ser una señal muestreada. La transformada discreta de Fourier es una

aplicación particular de la transformada de Fourier cuando se trabaja con señales

muestreadas a intervalos iguales de tiempo, porque se aplica sobre una secuencia

de longitud finita que se encuentra en donde N es el número total

de muestras. (Valencia, 2009).

Las aplicaciones más comunes de la transformada discreta de Fourier (DFT) son:

La estimación espectral de las frecuencias contenidas en la señal muestreada.

Estimación espectral y filtrada de señales contaminadas por ruido o

interferencia.

Desenmascarado de tramas de datos digitales.

Identificación de la función de transferencia de sistemas lineales e invariantes

en el tiempo a partir de su respuesta en frecuencia.

El desarrollo matemático de la transformada de Fourier discreta parte de la

transformada de Fourier para señales discretas que permiten describir el espectro

de las señales de longitud finita. La deducción de DFT se consigue a partir de la

definición de la convolución discreta entre dos señales cualesquiera para un

intervalo de tiempo definida como:

35

Ecuación 4. Convolución discreta.

[ ] [ ] [ ] ∑ [ ] [ ]

Fuente: Valencia, 2009, pág. 19.

Donde n y k son números enteros. (Valencia, 2009).

La convolución discreta se aplica de mejor manera con la siguiente figura:

Gráfico 3: Convolución gráfica de señales.


Si se tiene una señal de entrada armónica [ ] , la respuesta ante

una entrada h[n] será la siguiente:

Ecuación 5. Respuesta ante una entrada armónica.

[ ] ∑ [ ] [ ]

[ ] ∑ [ ] [ ]

[ ]

36


“Donde H (f) es la transformada de Fourier de la señal discreta h[n]. Hay que

tener en cuenta que la función H (f) es periódica debido a que h[n] es una señal

muestreada a intervalos iguales de tiempo.” (Valencia, 2009, pág. 20).

2.4.8. Análisis de la señal de FFT.

La implementación del algoritmo de FFT (Fast Fourier Transfer) es mediante las

instrucciones del micro-controlador la cual sigue la siguiente formula:

∑ [ ] (

)

Ecuación 6: Transformada discreta de Fourier.

Fuente: Elaboración Propia.

Donde

K = orden del armónico a calcularse

N = es el número total de muestras

I = número de elementos del arreglo de muestras de la señal de entrada

J = factor imaginario

De donde sacamos el módulo de cada componente de frecuencia.

√ [ ] [ ]

Ecuación 7: Módulo de la componente de frecuencia.

Fuente: Elaboración Propia

37

En el muestreo de la señal se arma un vector con los datos reales e imaginarios

intercaladamente Re, Im, Re, Im, … , Re, Im donde el componente Im siempre es

cero.

Fuente externa para adquisición de datos cuando la señal eléctrica es cero (corte

de energía)

2.4.9. Fuentes de alimentación para sistemas digitales.

Todo sistema micro controlado necesita una fuente de alimentación, esta no solo

alimenta al micro controlador, también alimenta a todos sus componentes

analógicos, con los cuales realizan funciones para acondicionar la señal que será

procesada.

Las fuentes de alimentación pueden ser implementadas usando reguladores de

voltaje como los LM78XX.

Al diseñar una fuente de voltaje normalmente se ven dos aspectos, que son la

tensión y la corriente de salida, pero hay más parámetros como, la caída de

voltaje, el voltaje máximo de entrada, el tipo de encapsulado. (Reguladores de

voltaje, 2010).

2.4.10. Reguladores de voltaje.

Estos reguladores de voltaje pueden ser variables como el LM317 con una

corriente de salida de 1.5amperios o fijos como el LM7805 con una salida de 5

voltios y una corriente de 1 amperio. (Reguladores de voltaje, 2010).

En la siguiente tabla se ven los reguladores más comunes, con las características

más importantes. (Reguladores de voltaje, 2010).

38

Tabla 2. Reguladores de voltaje de 5v.

Modelo Fabricante Tensión Máx.Ent.

Corriente salida

Dropout voltage

Otras tensiones

LM1084-5.0 National 30V 5ª 1.3V 1.5V

3.3V, 12V, ADJ

LM1085-5.0 National 30V 3ª 1.3V 1.5V

3.3V, 12V, ADJ

LD1085xx50 ST 30V 3ª 1.3V 1.5V

ADJ

LM1086-5.0 National 30V 1.5ª 1.3V 1.5V

3.3V, 12V, ADJ

L4940V5 ST 17V 1.5ª 0.5V 0.9V

8.5V

µA7805 Texas Instruments

25V 1.5ª 2V 8V, 10V, 12V, 15V, 24V

LM7805 LM340-5.0

National 35V 1ª 2V 12V, 15V

LM7805 Fairchild 35V 1ª 2V 6V, 8V, 9V, 12V, 15V, 18V, 24V

L7805 ST 35V 1ª 2V 6V, 8V, 8.5V, 9V, 12V, 15V, 18V, 24V

LM2940-5.0 National 26V 1ª 0.5V 0.8V

8V, 9V, 10V, 12V, 15V

LF50 ST 16V 0.5ª 0.4V 0.7V

1.5V, 1,8V, 2.5V, 3.3V, 6V, 8V, 9V, 12V

Fuente: (Reguladores de voltaje, 2010).

Como se ve en la tabla el regulador más usado es el LM7805, para alimentar a los

micros controladores, pero este tiene a su reemplazo que es el LM2940-5.0 el cual

tiene la misma disposición de pines y misma corriente, tiene una tolerancia menor

de voltaje (26v LM2940-5.0 contra 35v del lm7805), siendo que el LM2940-5.0

tiene una menor caída de tensión. (Reguladores de voltaje, 2010).

39

2.4.11. Opto acopladores.

Los opto acopladores son componentes de luz infra roja, por lo general son diodos

infrarrojos, con su respectivo emisor y receptor, los con los cuales se aíslan

circuitos eléctricamente, pasando la información de un circuito a otro de forma

óptica.

Los opto acopladores LED son diodos emisores de luz comunes los cuales emiten

luz infrarroja, por lo que tienen las mismas características que los diodos emisores

de luz convencionales, con un consumo de corriente máximo de 20 miliamperios

comúnmente, esto depende de su potencia.

Los receptores infrarrojos son LEDs que según la luz que reciban, en la siguiente

configuración:

Gráfico 4: Circuito LED.

Fuente: Elaboracion propia.

La salida de voltaje según la luz infrarroja que recibe se encuentra entre la

resistencia, o entre el cátodo y tierra.

Es lineal la relación del voltaje con la luz que recibe el receptor infrarrojo.

40

2.5. SISTEMAS DE COMUNICACIÓN DIGITAL.

En MC Electronics® , (2007b) se describe los periféricos que existen en micro

controladores, entre estos están, los puertos de entrada salida (I/O), Timers,

conversores análogo digitales (ADC), puertos seriales (AUSART), puerto serial

síncrono master I2C, SPI, salidas con modulación por ancho de pulso (CCP-

capture /compare/PWM), modulo comparador, puerto Ethernet, entre muchos

otros.

Gráfico 5: Opciones de red.

Fuente: Mc Electronics®, 2008, pág. 5.

En la figura superior se puede observar las distintas opciones que se tiene para

redes de comunicación.

En Mc Electronics® (2008) La comunicación serie es la más simple que tenemos,

en el cual no se utiliza un protocolo de conectividad si no un protocolo para

articular la conexión punto a punto, cuando es necesario transferir gran cantidad

de datos en un ambiente industrial y la conexión contempla varios puntos se

puede utilizar una conexión del tipo CAN.

41

De los documentos desarrollados por Mc Electronics® (2008) se describe que

para una conexión más rápida, con velocidades que van desde 1Mb/s hasta los

400Mb/s se utiliza una conexión USB 2.0, en casos que ser requieran conexiones

inalámbricas se puede implementar módulos WiFi (b/g) con velocidades que van

desde los 12 Mb/s hasta 100Mb/s. Con una conexión del tipo Ethernet se pueden

llegar hasta velocidades de 1Gb/s.

2.5.1. Ethernet.

Es una tecnología que permite una un enlace de banda ancha en una red con

velocidades que van desde 1Mbps a más de 10Gbps.

En este protocolo de comunicación se puede montar más de un dispositivo sobre

la línea, con lo que se puede hacer una red de conexión (varios dispositivos

montados sobre una misma línea donde pueden intercambiar información)

El estándar utilizado IEEE 802.3, las cuales tiene diversos tipos de revisiones,

sobre el tipo de cableado y señalización.

Este protocolo se basa en la transferencia de tramas de datos o FAME’s. Ethernet

es interoperable con estándares abiertos, pudiendo exceder a la información del

estándar con especificaciones.

Ethernet es escalable, con partes de muy bajo costo, una distancio de 100 metros

por cada segmento sin repetidor, contiene acceso a internet.

2.5.2. Topología básica de comunicación Ethernet.

42

La topología o conexión más común en Ethernet es el árbol de conexión, en toda

topología de conexión Ethernet se tiene dispositivos que permiten interconectar a

los dispositivos a la red estos son el Hab, switch y Router.

Gráfico 6: Topología Ethernet Básica.


2.5.3. Introducción a nerworking.

Se señala en (Mc Electronics®, 2008) que dentro de las redes de internet una de

las más populares es Ethernet, este protocolo de comunicación tiene topologías

básicas, y direcciones IP y MAC como las características más importantes.

Para conectar a los dispositivos dentro de una red, estos deben ser diferenciados

de otros dispositivos, con una dirección MAC (fija y asignada por fabrica), la MAC

está formada por seis bytes, son reglamentadas y asignadas por IEEE ya que no

pueden existir dos dispositivos con la misma MAC (IEEE 802) y una dirección IP

dinámica, son asignadas por software, en una red LAN no pueden existir dos

direcciones IP, estas son cuatro bytes separados por puntos, la extensión de IP

(IPV6) tiene 48 bits debido al crecimiento de las redes IP.

43

2.5.4. El protocolo TCP/IP de microchip.

En el documento (Mc Electronics®, 2008) señala que el protocolo TCP/IP de

microchip es una serie de librerías que microchip nos ofrece para el desarrollo una

aplicación del tipo TCP/IP con micro controladores. Microchip ofrece el código

fuente de manera abierta y completa, listo para trabajar con micro controladores

PIC y DSPIC. El modelo TCP/IP de microchip soporta todo el modelo de capas

que tiene cualquier aplicación TCP/IP, básicamente soportado por el modelo

siguiente:

Gráfico 7: Protocolo del TCP/IP de Microchip’s.


Según especifica (Mc Electronics®, 2008) está dividida en capas, las cuales son:

La capa física, la capa de acceso o red, programas de administración la conexión

de internet, la capa de transporte del tipo UDP o TCP y la capa de aplicación con

sus diferentes aplicaciones, esta pila es totalmente libre.

Puede trabajar con: PIC18, PIC24, dsPIC, PIC32.

Y con los siguientes compiladores: MPLAB C18, C30, C32, HI-TECH PICC18.

44

El stack de microchip tiene un diseño modular, el cual nos permite compilar solo lo

que se necesita.

Cada capa maneja una función específica, son independientes una de la otra,

tiene funcionalidad compartida, es decir que cada una depende del funcionamiento

de la otra, y cada capa solo se puede comunicar con la capa de abajo.

2.6. SERVIDORES WEB PARA MICRO CONTROLADOR.

Según (Mc Electronics®, 2008) para la implementación de un servidor web en un

micro controlador, se puede usar una estructura de edificación HTTP2 con

variables dinámicas, control vía GET y POST.

Según la capa de transporte podemos elegir dos tipos de comunicación, la UDP y

la TCP, la UDP es un protocolo sin recuse de datos, no se recuperan los datos

perdidos, es más rápido y usado generalmente para comunicaciones de voz en

tiempo real. La comunicación TCP tiene recuse de datos y se asegura que toda la

información llegue de manera completa, esta es usada para el manejo de datos.

Gráfico 8: La capa de aplicación.


45

En el documento (Mc Electronics®, 2008) se señala que el HTTP2 es usado para

el web sever estándar, lo cual nos permite realizar múltiples conexiones y nos

permite tener un contenido global en la aplicación.

Sus características son, contenido dinámico, formato de entrada, autenticación,

cookies, cachinng y compresión GZIP.

El archivo del sistema que microchip proporciona es el MPFS2, para la

implementación web, el cual se puede grabar en la memoria flash interna o en una

memoria EEPROM externa.

Para el desarrollo de la aplicación web microchip tiene dos librerías, la

CustomHTTPAppp.c con la cual se personaliza la aplicación web y la librería

HTTPPrint.h la cual personaliza el índice de archivos de la página principal o

índex.

Gráfico 9. Descripción del HTTP2.


En (Mc Electronics®, 2008) se señala que en esta imagen se ve el diagrama de

funcionamiento que tiene un web server, con la posibilidad de usar la memoria

46

interna del micro controlador o una memoria externa, con el cual se usa los

utilitarios MPFImg2.c para grabar en la memoria interna y el HTTPPrint.h. Todos

estos utilitarios se deben incluir en el proyecto para generar el software que se

guardara en el micro controlador.

En la siguiente imagen tenemos un ejemplo de aplicación.

Gráfico 10: Variables dinámicas.


Como se vio en (Mc Electronics®, 2008) las variables dinámicas externas se

combinan con la página web y son enviadas a través de una conexión al buscador.

Estas variables dinámicas se encuentran en la función CustomHTTPApp.c. Esta

función soporta vectores, cadenas, con 16 bytes libres de información dentro de la

aplicación. También se puede tener un control a través de internet, con salidas por

la página web.

47

Gráfico 11:Control en internet.


3. MARCO PRÁCTICO.

3.1. INFORMACIÓN SOBRE EL SISTEMA DE SERVICIO

ELÉCTRICO DOMICILIARIO.

En Bolivia existe un reglamento de calidad de distribución eléctrica, el cual fue

implementado mediante decreto supremo Nº 26607, esto considerando que la ley

Nº1604 del 21 de diciembre de 1994, de electricidad, norma las actividades de la

industria eléctrica y que dicha tarea debe regirse por principios de eficiencia,

transparencia, calidad, continuidad, adaptabilidad u neutralidad.

Que el principio de calidad obliga a observar los requisitos técnicos que

establezcan los reglamentos.

3.1.1. Niveles de calidad.

Existen tres niveles de calidad en la distribución de energía en Bolivia, esto es

según el número de usuarios conectados.

48

Tabla 3: Niveles de calidad.

Nivel de calidad Número de consumidores

Calidad 1 Mayor o igual a 10000

Calidad 2 Menor a 10000

Calidad 3 -

Fuente: Adecuación (Republica de Bolivia, 2002).

El trabajo se enfocará al nivel de calidad 1, ya que tiene los niveles más exigentes.

El Decreto Supremo establece como se debe realizar las medidas de los

parámetros de calidad, para determinar la calidad del sistema. El Decreto

Supremo establece en su artículo 8 de fiscalización que, el cumplimiento de los

parámetros será fiscalizado por la superintendencia mediante los índices de

calidad. Los parámetros en el artículo 9 son:

Tabla 4: Parámetros de calidad

Calidad de producto

técnico

Calidad de servicio

técnico

Calidad de servicio

comercial

Nivel de tensión Frecuencia de

interrupción

Reclamo de los

consumidores

Desequilibrio de tensiones Tiempo de interrupción Facturación

Perturbaciones Atención al consumidor

Oscilaciones rápidas de

tensión

Distorsión de armónicos

Interferencias en sistemas

de comunicación

Fuente: Adecuación (Republica de Bolivia, 2002).

49

3.1.2. Producto técnico.

El producto técnico consta del nivel de tensión, desequilibrio de tensión,

perturbaciones, oscilaciones rápidas de tensión, distorsión de armónicos e

interferencia en sistemas de comunicación.

3.1.3. Nivel de tensión.

En el artículo 13 se considera que si no se cumple con el nivel de tensión durante

el tres (3%) por ciento o más del periodo de medición establecido en el punto “e”

del artículo 38 se considera que el distribuidor no cumple con los niveles de

tensión.

En el punto “d” del artículo 38 establece que se debe hacer un registro mensual

del nivel de tensión en el 0,005% de los consumidores de baja tensión, siendo que

esa cantidad no puede ser menor a 4 muestras mensuales y que los puntos de

medición deben ser fijados por la superintendencia.

En el punto “e” el mismo artículo establece que se deberá registrara la potencia

entregada y todas las mediciones no deben tener un tiempo menor a 7 días

continuos.

Los niveles de tensión definidos para baja tensión son:

Tabla 5: niveles de tensión definidos para baja tensión

Cuatro hilos Tres hilos Dos hilos

Tensión 200/380 220 220

Fuente: adecuación (Republica de Bolivia, 2002).

50

El proyecto contempla solo la red monofásica de 2 hilos y 230 voltios (230 voltios

voltaje RMS distribuido en la ciudad de La Paz).

La frecuencia de interrupción es la sumatoria de las veces en las que el suministro

de energía domiciliaria es suspendido.

3.1.4. Desequilibrio de tensión.

El desequilibrio de tensión no será tomado en cuenta para este proyecto ya que se

tomara una corriente monofásica de 230 voltios, el desequilibrio de tensión se

toma entre dos fases del suministro eléctrico. En sistemas monofásicos no existe

desequilibrio de tensión.

3.1.5. Perturbaciones e interferencias.

Los aspectos que se controlarán son las oscilaciones de tensión, las distorsiones

armónicas y el nivel de interferencia en sistemas de comunicación.

El Distribuidor bajo tuición de la Superintendencia y cuando ésta considere

pertinente, procederá a su cuantificación y a establecer las metodologías de

medición y registro.

El método que el prototipo utilizara es el de la transformada rápida de Fourier

(FFT), con lo cual se puede identificar las oscilaciones de tensión y las

distorsiones de armónicos en un rango de frecuencias que posteriormente se

mencionará.

Los niveles de interferencia en los sistemas de comunicación no serán tomados en

cuenta, como se mencionan en los límites del proyecto.

51

3.1.6. Servicio técnico.

El servicio técnico contempla el tiempo de interrupción total y la frecuencia de

interrupción.

Frecuencia Media de Interrupción (Fs).

Es el número de interrupciones que en promedio, cada Consumidor del sistema en

análisis sufrió en el semestre de control.

Tiempo Total de Interrupción por Consumidor (Ts)

Es el período de tiempo que en promedio, cada consumidor del sistema en

análisis queda privado del suministro de energía eléctrica en el período semestral

de evaluación.

3.1.7. Los niveles admitidos.

Para el nivel de calidad 1 en la tensión de 230 voltios se tiene como valor máximo

241,5 y como valor mínimo 215,5.

Los índices de continuidad admitidos en baja tensión son para el nivel de calidad 1

para Fs = 7 y para Ts=6 horas.

52

3.2. Parámetros necesarios para el sistema de distribución

eléctrica domiciliaria.

3.2.1. Norma NB 499.

La norma NB 499 establece las condiciones generales para la aprobación de los

medidores de energía eléctrica, alterna de inductancia monofásica de dos o tres

hilos. Es aplicable únicamente a medidores nuevos de uso interno.

Los aspectos más importantes después del análisis de la norma son las

características técnicas de estos.

La tensión nominal.

Frecuencia de trabajo.

Corriente nominal y máxima.

Diámetro mínimo de los bornes determinados por la corriente.

Solo se tomaran los parámetros necesarios para el desarrollo del trabajo, los

cuales están en la siguiente tabla.

Tabla 6: Valores de los parámetros de trabajo.

Tensión Corriente Diámetro de borne Frecuencia

Nominal Nominal Máxima 75<Imax<101 nominal

230v 15 A 5× I nominal 8.5mm 50 Hz

Fuente: Adecuación (IBNORCA, 1983).

53

Solo se toman en cuenta los medidores monofásicos de dos hilos.

3.2.2. Norma NB 777.

Esta norma rige las conexiones de los medidores monofásicos, con esto se ve el

grosor del cable, tipo de cable, longitud de cable, altura mínima a que debe estar,

la puesta a tierra, el tipo de caja que debe tener el medidor y como se lo debe

instar, tomando en cuenta el número de medidores, altura y accesibilidad de este.

Según esta norma, el grosor necesario del cable para el desarrollo del proyecto,

se recomienda un cable número 10 AWG para instalaciones monofásicas y una

longitud menor a 40 metros. No se debe vulnerar ninguna instalación antes del

medidor, el medidor debe estar en una caja sellada, de placa metálica o plástico

poliéster reforzado con fibra de vidrio, a una altura aproximada de 1,8 metros de

altura.

Tomando en cuenta estos aspectos el sistema debe estar inmediatamente

después del medidor para que la señal sea lo menos distorsionada por alguna

carga domiciliaria.

El sistema debe tener dos hilos, uno de voltaje 230 y otro de tierra, en los cuales

se realizara la conexión del sistema.

No se puede tener el sistema entes del medidor de energía ya que las normas

prohíben estas instalaciones particulares.

54

3.3. ALGORITMO PARA ADQUISICIÓN, PROCESAMIENTO Y

ENVÍO DE DATOS PARA MICRO-CONTROLADOR SEGÚN

NORMAS BOLIVIANAS.

El presente proyecto tiene varias partes, las principales son la adquisición de la

señal eléctrica, posteriormente el procesamiento de esta señal, para su análisis y

por último el despliegue y envío de estos datos a través de una interface Ethernet.

3.3.1. Adquisición de la señal eléctrica.

El objetivo principal de este proyecto es el análisis de la señal eléctrica domiciliaria

haciendo un análisis de esta, con ello prevenir problemas, el primer paso es la

adquisición de la señal eléctrica, que la usaremos para la alimentación del

prototipo y el análisis de la misma.

Para el análisis de la señal eléctrica se debe acondicionar la misma, según los

parámetros de un sistema micro-controlado.

3.3.2. Diagrama de interconexión de la señal eléctrica.

Para la alimentación del prototipo se usara dos fuentes de alimentación, una

fuente de propósito común y otra fuente de respaldo, esto para poder analizar los

tiempos de interrupción, el instante en el que la energía sufre un corte, el instante

en el que retorna y el tiempo que estuvo el suministro interrumpido.

El tiempo de interrupción del suministro de energía eléctrica debe ser menor al

tiempo de autonomía de la batería, el cual se calculara más adelante.

El diagrama lógico de interconexión de la señal eléctrica está a continuación:

55

Gráfico 12: Diagrama de conexión de la línea eléctrica.

Fuente: Elaboración propia.

La señal eléctrica se conecta a un transformador que reduce el voltaje de línea,

del cual se tienen dos salidas.

La primera es para el desacoplamiento de la señal eléctrica por medio de un opto

acoplador para el posterior muestreo de la señal.

La segunda salida se divide en dos entradas, la primera para una fuente de

alimentación de propósito común y la segunda es una fuente de carga para la

fuente de respaldo que serán baterías.

A la salida de estas dos fuentes, la fuente de alimentación y la fuente de respaldo,

se encuentra el circuito de conmutación que estará controlado por el micro-

controlador, el cual conmutara las fuentes según el voltaje de línea.

Conexión de la línea doméstiaca

al prototipo.

Reducción de voltaje de línea

Desacoplamiento de la impedancia

Muestreo de la señal, por el

micro-controlador

Fuente de carga para fuente de

respaldo

Fuente de respaldo

Fuente de alimentación

Circuito de conmutación

Entrada de alimentación del

prototipo

56

3.3.3. Procesamiento de la señal eléctrica.

La señal eléctrica después de ser acondicionada es muestreada por el micro-

controlador, con un cierto tiempo de muestreo según el teorema de Nyquist, según

la frecuencia de línea que en este caso es de 50 Hz, el sistema tendrá un rango de

frecuencias, la frecuencia máxima posible contemplada en la línea determina la

frecuencia de Nyquist que debe ser dos veces la frecuencia máxima muestreada.

La señal eléctrica posterior al muestreo está sometida al algoritmo de FFT

(transformada rápida de Fourier) la cual determina los armónicos desde la

componente DC (corriente continua) hasta la frecuencia máxima contemplada, que

para el sistema será 70 Hz.

Gráfico 13: Proceso del algoritmo FFT (Fast Furier Transfer).


Muestreo de la señal a 6ms

≈160Hz

Llenado del vector de

muestreo de 256 muestras

Algoritmo de FFT

Determinación de todos las

frecuencias y frecuencia

máxima

57

La frecuencia de muestreo es de 166 Hz esto representa una frecuencia

reproducible de 83 Hz, pero por efectos de seguridad en la medida, por las

pequeñas oscilaciones de frecuencia, se toma un margen de 0 a 70 Hz, con 63

valores en este intervalo, lo cual representa una resolución de 1,1 Hz.

3.3.4. Datos de día y hora de muestreo.

Según las normas bolivianas es necesario tener el día y la hora de muestreo de la

señal eléctrica, para lo cual se utiliza el Timer 1 del micro-controlador con la

configuración RTC (Reloj de Tiempo Real) el cual provoca una interrupción interna

que es totalmente independiente a los procesos del micro-controlador, esta

interrupción funciona en forma paralela con un reloj externo de 32 KHz.

3.3.5. Almacenamiento de datos.

El almacenamiento de los datos se realizará en una memoria SD (Secure Digital)

la cual es de la familia de las memorias MMC (Multi Media Card) las cuales tiene

una comunicación SPI (Serial Periferical Interfce).

Se guardaran los datos de frecuencia máxima, voltaje RMS y el día y la hora de

muestreo.

3.3.6. Envió de datos.

El envío de datos se realizara mediante una interface Ethernet, la cual desplegará

datos por medio de una página web, estos datos serán la frecuencia de línea,

voltaje RMS, día y hora en el cual se están haciendo el muestreo de la señal

eléctrica domiciliaria.

58

3.4. INTERFACE DE ADQUISICIÓN DE DATOS.

La interface de adquisición de datos se realizará con resistores y opto

acopladores.

3.4.1. Reducción de voltaje y desacoplamiento de la señal.

Para la adquisición de la señal de 230 voltios RMS en los sistemas de

procesamiento digital de señales, se debe reducir este voltaje, los armónicos de

esta.

Para ello se utiliza un transformador que reduce el voltaje de 230 voltios AC

(corriente alterna) RMS a 20 voltios AC.

El circuito armado es el siguiente:

Gráfico 14: Reducción de voltaje.


El LED (Diodo emisor de luz) consume un voltaje de 1.4 a 1.6 voltios, en este

rango el LED está totalmente prendido o prácticamente apagado.

59

El LED es el que consume en forma práctica consume toda la corriente, ya que el

LED usado consume 20 miliamperios y las resistencias limitan la corriente a esta

valor, es la corriente máxima que se consumirá.

Cuando este se considere como apagado a 1.4 voltios consumirá una corriente

menor a 0.9 miliamperios.

La señal eléctrica en nivel de voltaje se la transformo en nivel de luz, esta señal

lumínica infrarroja será captada por un diodo receptor infrarrojo.

Mediante este método, la señal eléctrica esta eléctricamente separada, con lo que

no existen problemas de acoplamiento de impedancias entre la señal eléctrica y el

micro-controlador.

Gráfico 15: Circuito de desacoplamiento eléctrico.


Como se observa en la anterior imagen, el circuito de adquisición de la señal está

totalmente separado.

A la derecha se encuentra la señal que ira al micro-controlador y a la izquierda

está el circuito que adquiere la señal del suministro eléctrico.

60

Los resistores usados son un potenciómetro que tiene un rango de 10k ohm a 0

ohm y una resistencia de protección de 1k ohm.

Tomando la caída de voltaje de los diodos como mucho menor al voltaje de

entrada:

Todo valor “X” 10 veces mayor a un valor “Y” se tomara como mucho mayor:

Si “X” 10 veces mayor a “Y” entonces X>>Y.

Caso potenciómetro al 100%.

Caso potenciómetro al 0%.

El circuito de recepción se armó según la hoja de datos del diodo infrarrojo

receptor.

61

Gráfico 16: Receptor infrarrojo.


3.5. PROCESADO Y ALMACENAMIENTO DE LA SEÑAL

ELECTRICA.

En la construcción del prototipo se tiene la adquisición de datos y el

procesamiento de los mismos por medio de un micro-controlador. Para procesar e

interpretar estos datos se usa la herramienta de la transformada rápida de Fourier

(FFT), los conversores análogo digitales y el almacenamiento de estos datos.

El primer paso es escoger la herramienta con la que se realizara este trabajo. En

este caso se escoge el micro-controlador dsPIC30f4013, para digitalizar las

señales y anualizarlas mediante la FFT implementada mediante el software

MikroC de la compañía Milroelectonika. La cual permitirá tratar la señal en el

dominio de la frecuencia.

62

3.5.1. Organización y almacenamiento de datos.

Los datos que se recolecten estarán sincronizados el reloj de tiempo real (RTC-

Real time clock) que se encuentra en el micro-controlador, este funciona con un

cristal oscilador de 32,7KHz y el Timer 1 de interrupción. Este reloj es totalmente

independiente de toda función del micro-controlador, el programa principal en esta

función RTC no sufre interrupciones, es decir es un proceso independiente del

programa principal, para ello se deben activar los fusibles de configuración

correspondientes del RTC del micro-controlador

Este reloj trabaja con el Timer 1 de interrupción, el cual se activa según

configuración cada segundo, así obteniendo el dato exacto del tiempo.

Gráfico 17: Circuito recomendado en la hoja de datos.

Fuente: Microchip, 2004.

Recolección y almacenamiento de datos

Los datos recolectados ya con la fecha, hora y amplitud de armónicos se realizará

en una memoria SD de comunicación SPI, estos datos solo serán guardados en

formato ASCII, y posteriormente si se desea revisarlos se los puede descargar a

un computador, el cual reconocerá los datos en formato TXT (texto) con lo que se

podrá manipular los datos e interpretarlos.

63

3.5.2. Diagrama de interconexión de la memoria SD (Secure

Digital).

Las tarjetas SD son tarjetas de memoria que están en la categoría de las

memorias MMC (Multi Media Card), estas memorias tiene una comunicación SPI,

las librerías en el compilador de Mikroelectronica soportan solo tarjetas SD y

tarjetas SDHC (Secure Digital High Capacity).

Gráfico 18: Memorias MMC/SD.

Fuente: Elaboración propia

El siguiente circuito se usara en el proyecto para la lectura y escritura de la

memoria SD:

Gráfico 19: Circuito para memoria MMC/SD.

Fuente: Mikroelectronica, 2007.

64

Los pines de comunicación SPI (Serial Periferical Inteface) pertenecientes a la

memoria SD (Secure Digital) irán al puerto SPI del micro-controlador, el protocolo

SPI puede soportar varios componentes y manejar la comunicación de los mismos

según el pin CS (Chip Select) de activación de la comunicación.

Esta tarjeta de memoria tiene formato FAT 16 y una capacidad de 64 MB.

Gráfico 20: Circuito MMC/SD.

Fuente: Propia.

65

3.5.3. Desarrollo del programa

El ancho de banda de los analizadores de armónicos está definido por la

atenuación de la señal, el límite del ancho de banda se encuentra en el punto en el

que la señal tiene una atenuación de 29%.

El ancho de banda de los analizadores de armónicos se relaciona con el límite de

la frecuencia cuando la señal tiene una atenuación de 3dB (decibelios).

Las señales de entrada al micro-controlador son de 0 a 5 voltios después de su

respectivo condicionamiento (provenientes de la entradas de 230 voltio y 50Hz).

El conversón análogo digital será programado a una frecuencia de muestreo de

21Ksps (kilos siclos por segundo) con una resolución de = 4096 niveles con un

valor de voltios.

Siendo el diagrama de conexión el siguiente.

Señal de

voltaje

acondicionada

Micro-controlador Salida de la

información

Gráfico 21: Lógica de conexión.

Fuente: Elaboración propia

66

3.5.4. Análisis de la señal

La implementación del algoritmo de FFT (Fast Fourier Tansfer) es mediante las

instrucciones del micro-controlador.

En el muestreo de la señal se arma un vector con los datos reales e imaginarios

intercaladamente Re, Im, Re, Im, … , Re, Im donde el componente Im siempre es

cero.

Los módulos de cada componente se calcula con la siguiente formula:

√ [ ] [ ]

Ecuación 8: Módulo de la componente de frecuencia.

Fuente: Valencia, 2009.

La fuente externa se activa para adquisición de datos cuando la señal eléctrica es

cero (corte de energía).

3.5.5. Diagrama de flujo

En la primera función se tiene el muestreo de la señal como principal objetivo,

configurando esta con una frecuencia de 21Kbps.

En el diagrama se inicia la adquisición de los datos configurando la frecuencia de

muestreo, después se realiza la conversión análoga digital de los datos, este

proceso se realiza hasta que concluyan todas las muestras requeridas de la señal,

posteriormente se ordenan los datos en elementos reales e imaginarios y con ese

proceso concluye el ciclo de esta función.

67

Gráfico 22: Función de muestreo.


La función de inicialización, es la encargada de configurar e inicializar todos los

recursos a ser utilizados en el micro-controlador, como ser los puertos, en función

analógica o digital según se requiera, prepara las funciones de ADC (conversón

análogo digital) e inicializar la función de lectura de datos.

68

Gráfico 23: Función inicialización.


La configuración del puerto analógico se realiza una vez al iniciar el programa, con

esto se eligen los puestos a ser usados en la conversión análoga digital a

diferencia de la función de muestreo que se utiliza en cada requerimiento de

conversión análoga digital.

69

Gráfico 24: Configuración de ADC.


La función de escritura de datos inicializa las variables auxiliares a utilizar para

desplegar los datos y las variables de las componentes reales e imaginarias,

identifica cada componente de frecuencia, calcula el módulo de cada una y las

prepara para el despliegue de la información.

El despliegue de la información es mediante caracteres ASCII, se convierten los

datos de formato binario a formato ASCII y se manda esta información por el

puerto serial previamente inicializado y configurado.

70

Gráfico 25: Función escritura de datos.


La función de FFT (Fast Fourier Transfer), es una orden DSP (procesamiento

digital de señales) propia del lenguaje de programación, que utiliza la maquina

DSP del micro-controlador, para ello se debe usar la sección de memoria Y, para

analizar los datos y guardar el vector de datos muestreados, se debe usar un

vector llamado twiddle, el cual está dispuesto en la librería del lenguaje de

programación.

El vector de datos muestreados debe tener un dato real seguido de un dato

imaginario (los componentes imaginarios deben ser cero) para el análisis de la

señal.

71

Estructura de la function FFT

FFT (unsigned log2N, const unsigned twiddle, unsigned sample)

Unsigned log2N

Debe ser el factor con el que será el logaritmo en base dos del total de muestras,

si tenemos 128 muestras unsigned log2N debe ser 7.

TwiddleCoeff_

Es un vector que se encuentra en la librería del lenguaje de programación el cual

debe estar relacionado al número de muestras, si el número de muestras es 128 la

orden a llamar será TwiddleCoeff_128

Sample

Es el vector de muestras reales e imaginarios que es el resultado de la conversión

análoga digital de la señal.

Este vector tiene que tener la siguiente estructura simple [N]= {Re, Im, Re, Im, ….

Re, Im} donde todo componente imaginario debe ser cero.

El número de muestras son el número de pares entre muestras imaginarias y

reales, por ejemplo si se tiene la siguiente función

FFT(7, TwiddleCoeff_128, sample);

Sample tiene q ser un vector de longitud 255 con 128 pares de reales e

imaginarios.

En el proyecto se tendrá la siguiente orden:

FFT(6, TwiddleCoeff_64, sample);

Por lo que se trabajara con un 64 pares de muestras imaginarias y reales, con

N=64.

72

Esto nos da un ancho de banda de 77,5 Hz con 64 armónicos, lo cual nos brinda

una resolución de 1.2 Hz entre cada armónico.

Gráfico 26: Función FFT.


73

En la función RMS se toman los módulos de cada una de las componentes.

Siendo la formula la siguiente:

Ecuación 9: Calculo del RMS.

Fuente: Valencia, 2009.

Despejando:

√

Ecuación 10: formula despejada del cálculo del RMS.

Fuente: (Valencia, 2009).

A si obtenemos el valor RMS de la señal completa.

Para obtener el valor RMS de casa una de las componentes se debe dividir cada

módulo entre

√ .

Posteriormente se ordenan los datos, se los lleva a un formado ASCII y se los

envía de forma serial al componente encargado de la comunicación.

74

Gráfico 27: Función RMS.


La función principal

En la función principal se hace el llamado de todas las otras sub funciones, el

programa está dividido en varias sub rutinas ya presentadas, lo que hace una

programación más ordenada y fácil dividiendo el proceso en varios procesos más

pequeños.

75

Gráfico 28: Función principal.

Fuente: elaboración propia.

76

Algoritmo del servidor web es el siguiente:

Gráfico 29: Algoritmo del servidor web.


77

3.6. SUMINISTRO DE ENERGÍA DEL PROTOTIPO.

El prototipo según el algoritmo de procesamiento de datos, existirán dos fuentes

de alimentación, una fuente alterna con baterías de 7,5 voltios y otra fuente de 12

voltios de uso general.

El suministro de energía consta de las siguientes partes:

Fuente de propósito general de 12 voltios y 2 amperios de corriente máxima.

Baterías de 7.5 voltios y 950 miliamperios de corriente máxima.

Circuito de carga para las baterías.

Circuito de conmutación entre la fuente de respaldo (baterías) y la fuente de

propósito general.

La fuente de propósito general será la fuente de carga de las baterías, con un

resistor 50 ohm que limite su corriente de carga a 240 milis amperios.

3.6.1. Diseño del circuito de conmutación.

El circuito de conmutación de fuente de energía según el diagrama de

procesamiento de datos, conmutara la fuente de propósito general por la fuente de

baterías en el momento que la red de suministro eléctrico tenga un voltaje de 200

voltios RMS, esto para asegurar la energía en el procesamiento de datos.

El circuito consiste en dos SCR (Silicon Controled Rectifier), que activan y

desactivan dos relays, los cuales hacen el relevo de fuente.

78

Primera parte

Gráfico 30: Primera parte circuito de conmutación.


Definición de entradas:

En la primera parte del circuito se observan dos conmutadores de estados lógicos

que representan las salidas lógicas del micro-controlador. La salida lógica que

está en la parte izquierda activa el SCR en estado lógico alto, el cual alimenta al

primer relay, la salida lógica de la parte derecha desactiva al SCR con un flanco

de bajada (transición de estado lógico alto a estado lógico bajo).

79

Segunda parte

Gráfico 31: Segunda parte circuito de conmutación.


La segunda parte del circuito utiliza la misma lógica que la primera parte del

circuito, se activa el SCR con un estado alto de la salida de la izquierda y se lo

desactiva con un flanco de bajada de la salida lógica de la derecha.

80

Tercera parte

Gráfico 32: Tercera parte circuito de conmutación.


Un relay está conectado a la fuente de uso común en su borne comúnmente

cerrado, esto representa que la fuente primaria alimentara al prototipo si no existe

ninguna transición lógica alta.

La fuente de respaldo (baterías) están conectadas por otro relay en el borne

normalmente abierto, si no ocurre ninguna transición lógica de estado alto esta

fuente estará desconectada del circuito.

81

Diagrama de tiempos:

Gráfico 33: Diagrama de tiempos del circuito de conmutación.


Las variables son:

OUT 1 es el estado de la primera salida lógica.

OUT 2 es el estado de la segunda salida lógica.

OUT 3 es el estado de la tercera salida lógica.

OUT 4 es el estado de la cuarta salida lógica.

RL1 es el paso de energía por el relay 1.

RL2 es el paso de energía por el relay 2.

BATT 1 representa el uso de la fuente 1.

BATT 2 representa el uso de la fuente 2.

VOUT representa el estado del suministro de energía de prototipo.

82

Gráfico 34: Diagrama de tiempos del circuito de conmutación en tiempo 1.


En el instante 441ms (mili segundo) marcado con la línea, se observa que con

OUT1 en alto se activa el uso de la fuente 2 de energía, que está funcionando en

paralelo con la fuente de energía 1, OUT1 activa el relay 2.



83

En el instante 741 ms que marca la línea, se observa que OUT2 está en estado

alto lo que pone en activa RL1 y con ello desactiva el uso de la fuente 1,

quedando solo la fuente 2 en uso.



El flanco de bajada de OUT3 desactiva a RL1 y con ello se activa de nuevo el uso

de la fuente 1 quedando fuente 1 y 2 otra vez en paralelo.



84

En el flanco de bajada de OUT4 se desactiva RL2 y con ello el uso de la fuente 2

de alimentación.

Como se puede observar en todas las transiciones, el nivel de voltaje de

alimentación del prototipo no varía.

A la salida del circuito de conmutación se encuentra un regulador de voltaje

lm7805, el cual entrega al prototipo un voltaje constante de 5 voltios y una

corriente máxima de 1 amperio.

3.6.2. Diseño de la fuente de alimentación de respaldo

La fuente de alimentación de respaldo será una batería de 7,5 voltios y 950 mili

amperios hora, con lo que se alimentara el circuito que requiere un voltaje de 5

voltios.

El micro-controlador tiene un consumo máximo de 300mA según el fabricante y

una salida de 200mA por cada puerto y 25mA por cada pin, tomando en cuenta

que se utilizan dos micro-controladores, dos puertos SPI, dos puestos de micro-

controlador para la comunicación (el puerto de recepción no consume energía),

una entrada de conversión AD, alimentación de 2 relay de 125 ohm de resistencia,

un módulo de comunicación Ethernet y una memoria SD, se detalla el balance de

energía en la siguiente tabla.

Los puertos de comunicación por ser solo señales (no prenden LEDs ni tienen

señales de control) tienen un consume de 25 mili amperios.

85

Tabla 7: Consumo de corriente.

Dispositivo Consumo Consumo total

Micro-controlador

(proceso interno)

100 mA x 2 200 mA

SPI 50 mA X 2 100 mA

Puerto A 25 mA X 1 25 mA

Puerto D 25 mA X 1 25 mA

Total 350 mA


El consumo en corriente es calculado como el consumo máximo, en el supuesto

que todos los puertos estén usados paralelamente.

Con una batería de 950mAh y un sistema que consume 350mA según la siguiente

formula se tiene una autonomía de 3.32 horas.

Ecuación 11: Tiempo de carga de una batería.

Fuente: (ncalculators, 2012).

Ecuación 12: cálculo de duración de baterías.


Las baterías que se usaran son lite-on, comúnmente usadas en celulares, estas

baterías son inmunes al efecto memoria, por lo cual pueden estar cargando por un

86

tiempo indefinido sin afectar su capacidad de carga. Por lo que el circuito descarga

de las baterías estará siempre conectado a este.

3.7. INTERFACE DE MICRO-CONTROLADOR ETHERNET.

La interface de micro-controlador Ethernet es mediante el integrado ENC28j60 de

Microchip, el cual es un integrado de 28 pines con las siguientes características

Cumple la norma IEEE 802.3 de Ethernet.

Se puede programar una dirección MAC en el componente.

Tiene un circuito de detección de recepción y colisión de paquetes.

Soporta una velocidad de 10Mbps (10BASE-T) con detección de polaridad

automática y corrección.

Soporta un protocolo de comunicación full y half dúplex.

Retransmisión programable en las colisiones.

Paddin y generación CRC programables.

Regeneración programable de errores de paquetes.

Una interface SPI de 10Mb/s

Contiene un buffer de:

8KB de transmisión y recepción

El tamaño del buffer es configurable en la recepción y transmisión.

Tiene un circuito que controla la recepción de datos con la lógica FIFO.

Tiene una revisión en hardware de IP.

MAC (Medium Acsses Controlles).

Soporte unicast, multicast y broadcast de paquetes.

Filtro programable de Recepción de paquetes y activación del host con la

lógica AND u OR.

87

Su forma física.

Es un integrado de 28 pines que tiene la presentación SSOP, SPDIP, SOIC, QNF.

Reloj de 25 MHz dos pines que controla el link, él envió de datos en modo full

dúplex y half dúplex, dos pines de interrupciones, un pin de salida de reloj.

Rango de voltaje de trabajo es entre 3.14 voltios y 3,45 voltios,

Niveles TTL de entrada.

Temperatura de trabajo entre -40ºc a +80ºc solo en la versión industrial SSOP y

en la versión comercial de 0ºc a +70ºc.

Gráfico 38: Disposición de los pines del integrado ENC28j60.

Fuente: (Microchip, 2004).

Su circuito de conexión según el fabricante es el siguiente

88

Gráfico 39: Diagrama de conexión ENC28j60.

Fuente: Microchip, 2004.

Las dos partes más importantes de este circuito son la conexión del componente

al micro-controlador y la conexión del componente RJ45 a las bobinas de

adaptación de impedancia, siendo esta última parte la más crítica ya que si no se

tiene una correcta adaptación de impedancias no se reciben ni mandan datos.

Donde se conecta a un micro-controlador de propósito general con puerto SPI

(Serial Port Interface) y más de 4Kb de memoria de programa, para soportar la pila

TCP/IP, los datos que van del ENC28j60 al micro-controlador deben tener un

integrado que asegure los niveles lógicos de trabajo a 5 voltio, los datos que se

envíen del micro-controlador al ENC28j60 no requieren asegurar los niveles

lógicos ya que el micro-controlador asegura los niveles lógicos.

En la parte de la derecha se ven las bobinas de adaptación de impedancias, estas

bobinas son de un uso crítico ya que sin ellas no se reciben los datos

correctamente, son especiales para el protocolo Ethernet.

El circuito usado es el siguiente (se usó el modulo Ethernet board de

Mikroelectronica):

89

Gráfico 40: Módulo controlador Ethernet (con el integrado ENC28j60) Ethernet board.

Fuente: Mikroelectronica, 2012.

90

Donde los pines que se encuentran a la izquierda van al puerto del micro-

controlador de propósito general con puerto SPI y memoria mayor a los 4Kb para

soportar el protocolo TCP/PI.

3.7.1. Comunicación Ethernet.

Los datos se visualizaran a través de Ethernet, el protocolo a ser utilizado es UDP

(User Datagram Protocol) y la principal característica de este es que en la parte de

transporte no utiliza el recuse de los datos (Request) siendo un protocolo usado

generalmente para aplicaciones de control y aplicaciones en tiempo real.

Las principales características de UDP son que encapsula los datos en IP, con

datagramas orientados a la no conexión (por no tener recuse de datos), los datos

enviados por la aplicación UDP tienen la siguiente cabecera añadida a cada dato:

Tabla 8: Cabecera UDP.

Fuente: Universidad técnica nacional R.F.C.

El puerto utilizado en el desarrollo de este proyecto es el 80 de las páginas HTML

que es soportado por el protocolo UDP y TCP, por el cual se reciben y manda los

data-gramas del protocolo UDP.

El algoritmo de comunicación es mediante el protocolo serial hacia el componente,

por el protocolo SPI (Serial Protocol Interface) el cual contiene tres hilos de

comunicación que son el de CLK reloj, MOSI (Master Out Slave In) y MISO

(Master In Salave Out), las líneas MISO y MOSI son de transmisión de datos y el

91

reloj se encarga de la sincronización de estos, el puerto transmite 8 bits con una

velocidad de 0 Megas por segundo hasta 1 Mega por segundo, este puerto puede

manejar varios dispositivos, multiplexado su funcionamiento.

3.7.2. Servidor web en un micro-controlador donde se visualizara

los parámetros.

El servidor es el micro-controlador, el cual provee los datos a mostrar, estos datos

se los guarda y ordena según las especificaciones en la ley.

La aplicación final en la que se tienen todos los datos, esta aplicación extrae los

datos del micro-controlador para posteriormente ser desplegados los datos.

La interface de usuario está desarrollada una pag HTML, con la siguiente interface

gráfica:

Gráfico 41: Interface usuario.


92

Donde se visualizan los datos de frecuencia, RMS y la hora, el IP del servidor web

es estático para efectos de prueba se utilizó el IP 192.168.1.4, este IP solo se

puede cambiar mediante programa. Los datos a visualizar tienen un tiempo

aproximado de un segundo de actualización y la latencia del sistema en una red

LAN (Local Área Network) es oscila entre un promedio de 1ms (milisegundos) y

6ms.

La página web debe estar enlazada con los datos de frecuencia, voltaje y la hora,

esto se hace con el script y al método jet del lenguaje HTML, se enlaza cada

variable a con un Script (variable dinámica embebida en otro lenguaje de

programación para aumentar las funcionalidades de la página HTML) al dato

correspondiente.

3.7.3. Diagrama del circuito armado.

El circuito armado consta de la parte de adquisición de datos de la señal eléctrica,

la parte del muestreo, el análisis de la señal mediante el algoritmo de FFT, la

conmutación de fuentes (según el nivel de voltaje), el servidor web y la interface

Ethernet del prototipo, estos diagramas de circuitos se presentarán en esta

sección más su diagrama de conexión.

El circuito armado, se encuentra en una placa de prototipo, este diagrama de

circuito impreso se encuentra en los anexos. El primer diagrama, es el de la placa

de adquisición y procesamiento de la señal eléctrica y envío de datos por la

interface Ethernet.

El primer diagrama es de la adquisición de la señal.

93

Gráfico 42: Adquisición de la señal por medio de un opto acoplador.


El segundo diagrama es el de la memoria SD.

Gráfico 43: Circuito de Memoria SD.


94

El tercer diagrama es el de la alimentación de la memoria SD con el regulador

LM317.

Gráfico 44: Fuente de volteje para la memoria SD 3 voltios.


Después el diagrama del circuito de re inicialización (Recet), los dos micro

controladores tienen la re inicialización al mismo tiempo, también se muestra el

LED que indica si el sistema esta prendido (Encendido).

95

Gráfico 45: Circuito de Recet y LED de encendido.


El siguiente diagrama pertenece el primer micro controlador, pero este diagrama

está dividido, para su visualización en el circuito de cristal, comunicación y micro

controlador.

96

Gráfico 46: Circuito de Cristales y conexión de datos para el primer micro controlador.


Este micro controlador tiene dos cristales, uno es para el funcionamiento normal

del micro controlador y el segundo de 32KHz es para el funcionamiento del modo

RTC (Reloj de Tiempo Real) con el Timer 1 del micro controlador, tambien el

zolcalo de 10 pines corresponde a la cominicación que existe entre los dos micro

controladires.

A continuación está el diagrama del primer micro controlador.

97

Gráfico 47: Circuito del primer micro controlador.


A continuación tenemos el diagrama de conexión del segundo micro controlador,

con su respectivo cristal puerto de comunicación SPI para el módulo de

comunicación Ethernet y al módulo de comunicación entre los micro controladores.

98

Gráfico 48: Circuito del segundo micro controlador.


Y por último los capacitores que se tienen en la placa para evitar ruido y la pérdida

de los datos.

Gráfico 49: Circuito de capacitores.


99

Para la placa de conmutación de fuentes se tuene el siguiente diagrama:

Gráfico 50: Circuito de conmutación de fuentes parte 1.


100

Gráfico 51: Circuito de conmutación de fuentes parte 2.


El modulo Ethernet usado para el desarrollo del prototipo, fue desarrollado por

Mikroelectronica, este dispositivo tiene la posibilidad de usar una alimentación de

5 voltios o 3,3 voltios, usa el integrado ENC 28j60 ya mencionado anteriormente,

su diagrama de circuito está a continuación.

101

Gráfico 52: Circuito del módulo Ethernet.

Fuente: MikroElektronika, 2007.

102

4. EVALUACIÓN DEL PROYECTO.

El siguiente proyecto tiene dos tipos de evaluación, la evaluación técnica en la

cual se evalúa los parámetros técnicos de cada parte o modulo del proyecto, y la

evaluación económica en la que se hace una sumatoria de todos los costos del

proyecto y con ello se saca el costo final de este.

4.1. EVALUACIÓN TÉCNICA.

La evaluación técnica se realizará para cada uno de los componentes en el

prototipo.

4.1.1. Evaluación del circuito de adquisición de la señal eléctrica.

La señal eléctrica se toma a través de un circuito opto acoplador, con el cual se

desacopla de forma eléctrica al prototipo de la línea eléctrica.

Para el diseño de este circuito se tomaron tres opciones.

Conexión con amplificadores operacionales.

Conexión directa.

Conexión con opto acopladores.

Los amplificadores operacionales trabajan muy bien en frecuencias bajas y tienen

una gran ganancia, por lo que los hace una de las mejores opciones, pero para su

uso es necesaria una alimentación simétrica, con lo cual se tiene un circuito

mucho más grande, y su característica de una impedancia alta a la entrada los

hace ideales para el acondicionamiento y reducción de voltaje.

Otra opción es la conexión directa, esta es la opción más sencilla, pero se tiene el

riesgo de que una corriente parásita de alto voltaje entre al capacitor, lo cual

103

provocaría que todo el prototipo se dañara o este fuera de funcionamiento

permanentemente.

Se tomó como la mejor opción la conexión por medio de un opto acoplador, ya que

el prototipo no tiene contacto eléctrico, con lo que se pierde el peligro de una

sobre pico de voltaje dañe algún componente, también con ello se tiene el

desacople total de impedancias sobre la red eléctrica, reduciendo a cero el riesgo

de introducir una frecuencia parasita el sistema eléctrico muestreado.

El circuito armado para la adquisición y acondicionamiento de la señal tiene un

LED infrarrojo el cual consume una corriente de 20 mili amperios como máximo, a

diferencia de los circuitos operacionales que tienen un consumo de 100 mili

amperios en el caso de máximo consumo.

4.1.2. Evaluación técnica del procesado de los datos de la señal

eléctrica.

La señal eléctrica se muestrea con una frecuencia de 160 Hz aproximadamente,

con lo cual podemos muestrear una señal de 80 Hz como máximo, para evitar

distorsiones en los límites de frecuencia (cercanos a 80 Hz) se limitó en el

programa la frecuencia máxima de muestreo a 70 Hz, si se sobre pasa esta

frecuencia los datos obtenidos serán erróneos.

El sistema al ser digital tiene una resolución en su espectro de frecuencias

muestreado de 1,2 Hz.

Al sistema no le afecta la introducción de una señal seno o coseno o una señal

atrasada o adelantada 45 grados, ya que el algoritmo es la transformada rápida de

Fourier, el cual detecta todas las frecuencias existentes en una señal cualquiera,

en un espectro de 0 a 70 Hz.

104

4.1.3. Evaluación del almacenamiento de los datos obtenidos.

Los datos obtenidos de la señal eléctrica, son almacenados en una memoria SD,

la cual puede ser de cualquier tamaño de almacenamiento dentro del rango de 0 a

32 GB (Giga Bytes), esto hace que los datos estén almacenados en un sistema de

almacenamiento seguro, listos para ser leídos y analizados.

4.1.4. Evaluación del sistema de envío de datos.

El sistema de envío de datos es por medio de una comunicación Ethernet, el cual

se visualiza a través de una página web, usando cualquier explorador de internet,

esto dentro de una red local, si se realiza una configuración de un red local e

internet con un DDNS o un IP público, se puede tener acceso al servidor web y

visualizar la página desde cualquier lugar con una conexión a internet, con lo que

el prototipo puede brindar la información de la red eléctrica las 24 horas del día y

los 7 días de la semana, dentro de los límites de alimentación en caso de un corte

de suministro muy prolongado.

El sistema de envío de datos se conecta a cualquier red LAN, previamente se

deben configurar las direcciones IP, puerta de enlace, mascara de sub-red, y DNS.

El prototipo tiene una comunicación Ethernet de 10 Mbps, suponiendo que el

prototipo tiene la velocidad de comunicación más baja, la red tendrá una velocidad

de 10Mbps en una red gobernada por un HUB. En una red gobernada por un

switch o un enrutador, el cual conmuta los paquetes de forma virtual, no habrá

este problema y la red trabajara con cada host de forma directa e independiente.

La latencia que tiene el prototipo en una red LAN es de 1 mili segundo y un tiempo

de TTL de 120.

105

4.1.5. Evaluación del sistema de alimentación de voltaje.

La fuente de usada es una fuente de 7,5 voltios y una corriente máxima de 2

amperios, con lo que se alimenta de forma normal al prototipo (si el suministro de

energía no sufre cortes).

La fuente de respaldo es una batería de 7,5 voltios y una corriente máxima de 950

mili amperios, esta batería es cargada por la misma fuente de uso general, la

fuente de respaldo tiene una duración de 1,9 horas.

4.2. EVALUACION ECONOMICA.

En esta parte se hará una sumatoria de todos los precios de cada uno de los

componentes usados en el prototipo y el costo de horas hombre trabajadas, para

sacar un precio estimado del prototipo.

La siguiente tabla muestra el detalle del costo de la realización del proyecto en su

parte de software.

Tabla 9: Coste del desarrollo del software.

Desarrollo de software del sistema

Descripción Cantidad Costo unitario (Bs) Costo total (Bs)

Proteus 1 5 5

Pic Kit 2 1 0 0

MikroC 1 5 5

Horas de trabajo 100 20 2000

Programación 1 450 450

total 2460 Fuente: Elaboración propia.

Costo del armado de la placa de adquisición procesamiento, envío de datos y

conmutación de fuente.

106

Tabla 10: Costos de todos los componentes usados.

Componente Costo (Bs)

Cantidad Costo total Bs

Resistor ¼ watt 0.2 20 4

Capacitor electrolíticos 1,5 11 16,5

Capacito cerámico 0,5 15 7,5

Oscilador (cristal) 7 3 21

Diodos 0,5 2 1

Diodos Zener 1 1 1

Transistor BC548 2 4 8

Relay 12 2 24

T Block 2 3 6

Tic 106D 9 2 18

LM7805 5 1 5

Disipador de calor 3 1 3

LED verde 0,5 1 0,5

Opto acoplador 22 1 22

Potenciómetro 10 K ohm 2 1 2

Adaptador para tarjeta SD 15 1 15

Zócalos 40 pines 5 2 10

Lm 317 3,5 1 3,5

Tira pines DIP 7 2 14

Cable X metros 3,5 3 10,5

Fuente de 7,5 voltios 2 amperios 50 1 50

Baterías 7,5 voltios 80 1 80

Memoria DS 1GB 60 1 60

Modulo Ethernet 420 1 420

sdPic30F4013 90 2 180

Placa de circuito impreso 30 1 30

Acido para placa 20 1 20

Estaño x metro 5 2 10

Implementos para creación de placa de circuito impreso

40 1 40

Sumatoria total de los componentes 1082,5 Bs


El costo total del proyecto es de 2460+1082,5=3542,5 Bs

107

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

5.1. CONCLUSIONES

Como resultado de la etapa de recopilación de la información del servicio eléctrico

domiciliario, se tiene que existe una ley que norma todos estos procedimientos,

para el servicio, y la forma trabajo del distribuidor.

En la etapa de identificación de parámetros para el sistema se tiene que según las

normas NB 499, NB 777 y la ley de electricidad, se tiene los siguientes

parámetros:

Producto técnico, calidad de producto y calidad de servicio comercial.

De los cuales para el desarrollo del prototipo se toman en cuenta la calidad de

producto técnico y calidad de producto, estos dos parámetros a su vez constan de

otros parámetros, de los cuales son seleccionados para el desarrollo del prototipo

los siguientes:

Frecuencia de interrupción, tiempo de interrupción, desequilibrio de tensión y

distorsiones armónicas.

En la etapa de elaboración del algoritmo de adquisición se elabora la forma de

trabajo los diferentes módulos del prototipo y las etapas que se tiene para logra el

objetivo del prototipo, estas etapas son:

Adquisición de la señal eléctrica

Diagrama de interconexión de la señal eléctrica

Procesamiento de la señal eléctrica.

Datos de día y hora de muestreo.

Almacenamiento de datos.

Envió de datos.

108

En la etapa de diseño y establecimiento de la interface para la adquisición de los

datos de la señal eléctrica domiciliaria, se estableció como el mejor método para la

adquisición de la señal a través de un opto acoplador, diseñando este circuito

según los requerimientos del micro controlador.

Para el procesamiento de los datos de la señal eléctrica se utilizó el algoritmo de

la transformada rápida de Fourier, con ello obteniendo un análisis de frecuencias

de un espectro de 0 a 70 Hz con la amplitud de cada frecuencia. Para el

almacenamiento de estos datos se utilizó una memoria SD.

Para el diseño del suministro de energía para el prototipo, se utilizó dos fuentes,

una fuente de propósito general de 7,5 voltios y una batería de 7,5 voltios de

respaldo, esto para que el prototipo siga en funcionamiento después de un corte

del suministro de energía.

Para establecer la comunicación Ethernet se utilizó un módulo de Mikroelectronica

que contiene el integrado ENC28j60 de Microchip, el cual tiene una comunicación

de 10 Mbps y con ello se estableció un servidor web en el micro controlador, el

cual se puede acceder mediante un explorador web, en el cual mediante una

página web se visualizan todos los datos del sistema eléctrico.

5.2. RECOMENDACIONES.

Para el uso prototipo se recomienda una conexión a la salida del medidor de

energía eléctrica para evitar ruido o perturbaciones producidas por equipos

domésticos, esto no es estrictamente necesario.

Para establecer la red LAN se recomienda previamente dar al prototipo una

dirección IP estática, utilizar un cable UTP o FTP categoría 5e o superior, no

mayor a 100 metros.

109

Para la visualización de la página web se recomienda tener la versión 8 del

explorador de Windows o posteriores.

Para la conexión de red LAN del prototipo se recomienda realizarla mediante un

cable cruzado, un switch o mediante un enrutador.

El prototipo tiene las direcciones web por defecto 192.168.1.4 una máscara de

sub-red de 255.255.255.0 por si se utiliza un enrutador con una red WAN y una

dirección de puerta de enlace 192.168.1.1, la cual tiene que ser la dirección del

enrutador, si se requiere cambiar esta dirección de debe ser mediante

programación del micro controlador.

Para la conexión a internet mediante una IP publica o una dirección DDNS se

tiene las direcciones IP del servidor web estáticas y se recomienda asignar un

puerto estático del enrutador.

Para la conexión del prototipo se recomienda un borne de tomacorriente fijo (no

suelto) el cual tenga una buena conexión (que no provoque chispas ni

desconexiones) para que no se tomen datos errores debido a las malas

conexiones.

1

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estadistico 2010.

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2

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3

Anexos

5

Parámetros de control del sistema de distribución eléctrica.

Figura 1: Frecuencia y tiempo de interrupciones ELECTROPAZ.

Fuente: (Autoridad de fiscalización y control social de electricidad , 2010).

6

Diagrama del circuito armado

Gráfico 53: Placa de conmutación de fuentes parte inferior.

Fuente: Elavoración propia.

7

Gráfico 54: Placa de conmutación de fuentes parte superior.


8

Gráfico 55: Placa de conmutación de fuentes vista 3D parte superior.


9

Gráfico 56: Placa de conmutación de fuentes 3D parte inferior.


10

Gráfico 57: Placa de adquisición, procesamiento y envío de datos vista inferior.


11

Gráfico 58: Placa de adquisición, procesamiento y envío de datos vista superior.


12

Gráfico 59: Placa de adquisición, procesamiento y envío de datos vista 3D superior.


Gráfico 60: Placa de adquisición, procesamiento y envío de datos vista 3D inferior.


13

Diagrama de tiempos del circuito de conmutación general

Gráfico 61: Diagrama de tiempos de la conmutación de fuentes.


14

TÍTULO II METODOLOGÍA DE CONTROL

CAPÍTULO I PRODUCTO TÉCNICO

ARTÍCULO 37.- (ALCANCE). Los aspectos de calidad del producto técnico que se controlarán son: el nivel de tensión, desequilibrio de tensiones, perturbaciones e interferencias. El Distribuidor será el responsable de efectuar las mediciones correspondientes y el procesamiento de los datos. Los períodos de control serán semestrales. El alcance del control incluye el seguimiento personalizado de la solución de un reclamo por desviaciones a los límites admitidos. ARTÍCULO 38.- (REGISTRO DEL NIVEL DE TENSIÓN). Son obligaciones del Distribuidor:

a) Efectuar registros mensuales de las tensiones en los puntos de suministro de todos los suministros en Alta Tensión.

b) Efectuar mensualmente el registro de tensión en los puntos de suministro del 1% de los suministros en Media Tensión, exceptuando suministros en Media Tensión alimentados con transformadores MT/BT de propiedad particular que atiendan a más de un suministro para pequeñas demandas en baja tensión con medición individual, no pudiendo resultar esta cantidad menor a 3 barras. La selección de los puntos de suministro a los cuales se efectuarán las mediciones deberá ser definida por la Superintendencia, misma que 174 establecerá un cronograma de registros de tensión por nivel de calidad en función de una base de datos con las características y ubicación física de los mismos, que el distribuidor remitirá en forma semestral a la Superintendencia.

c) Efectuar mensualmente el registro de tensión en las barras de Baja Tensión

(BT) del 0.15% de los centros de transformación MT/BT del Distribuidor, no pudiendo resultar esta cantidad menor a 4 centros de transformación. La selección semestral de los centros de transformación MT/BT sobre los cuales se efectuarán las mediciones deberá ser definida por la Superintendencia, misma que establecerá un cronograma de registros de tensión por nivel de calidad en función de una base de datos con las características y ubicación física de los mismos, que el Distribuidor pondrá a disposición de la Superintendencia.

d) Efectuar un registro mensual del nivel de tensión en el punto de medición del 0.005% de los Consumidores de Baja Tensión de su área de prestación, no pudiendo resultar esta cantidad inferior a 4 registros mensuales. Los puntos de medición deberán ser definidos por la Superintendencia, misma

15

que establecerá un cronograma de registros de tensión por nivel de calidad en unción de una base de datos con las características y ubicación física de los mismos, que el Distribuidor pondrá a disposición de la Superintendencia.

e) Conjuntamente con el registro de tensión, deberá registrar la potencia entregada, de forma tal que permita la determinación de la energía suministrada en condiciones de tensión deficientes. El período de medición en todos los casos no podrá ser inferior a 7 días continuos. Para suministros en Alta y Media Tensión con transformadores de propiedad del usuario, donde el punto de medición está ubicado en el lado secundario del transformador, los registros mensuales de tensión serán referidos al lado primario en base a metodología establecida por la Superintendencia. Se adoptan los siguientes niveles de tensión de referencia para las redes de distribución secundaria: 380/220 Voltios (V) redes trifásicas de 4 hilos. 220 Voltios (V) redes monofásicas de 2 hilos y trifásicas de 3 hilos. Se podrán considerar otras tensiones nominales comúnmente utilizadas por el Distribuidor, en obras de refuerzo y ampliación del sistema eléctrico ya existente, con la debida justificación técnica y económica y con la autorización expresa de la Superintendencia. Las variaciones de tensión admitidas, con respecto al valor de la tensión nominal se indican en el punto 2 del Anexo al presente Reglamento. MARCO LEGAL DEL SECTOR ELÉCTRICO BOLIVIANO La Superintendencia establecerá una metodología procedimental para reclamos individualizados por variaciones de tensión y desequilibrio de tensiones, misma que determinará el curso del reclamo hasta la solución del problema tomando en cuenta el registro, los índices y reducciones establecidos en el presente Reglamento. ARTÍCULO 39.- (DESEQUILIBRIO DE TENSIONES). El Distribuidor deberá efectuar mensualmente el registro de tensión en los puntos de medición del 10% de suministros que posean medición en media tensión, no pudiendo resultar esta cantidad menor a tres barras, con el objeto de verificar el desequilibrio de tensión. La selección de los puntos de suministro sobre los cuales se efectuarán las mediciones deberá ser definida por la superintendencia, misma que establecerá un cronograma de registros de tensión por nivel de calidad en función de una base de datos con las características y ubicación física de los consumidores, que el Distribuidor pondrá a disposición de la Superintendencia. La medición a suministros con una potencia contratada igual o superior a 30 KW se efectuará con equipos adecuados que permitan en forma directa o indirecta la medición de

16

las componentes directa o inversa de la tensión de alimentación por un período no menor a siete (7) días consecutivos .Si se verifica que el desequilibrio de tensiones está fuera del valor permitido, el Distribuidor deberá solucionar el inconveniente en el plazo establecido en el punto 2 del Anexo al presente Reglamento. Una vez solucionado el problema de desequilibrio de tensiones o finalizado el plazo establecido, el Distribuidor deberá efectuar una nueva medición de desequilibrio de tensiones, pero en este caso simultáneamente con el registro de tensión deberá efectuar el registro de potencia activa por un período no inferior a siete (7) días consecutivos. Si como consecuencia de la nueva medición se verifica que el desequilibrio de tensiones está fuera del valor permitido, el Distribuidor se hará pasible a las reducciones en su remuneración establecidas en el Título III del presente Reglamento, hasta que demuestre que el inconveniente ha sido solucionado. Si se verifica que el desequilibrio de tensiones está fuera del valor permitido y el Distribuidor demuestra técnicamente que este desequilibrio es causado por un desequilibrio en la corriente de carga, el Distribuidor no se hará pasible a reducciones en su remuneración. ARTÍCULO 40.- (PERTURBACIONES E INTERFERENCIAS). Los aspectos que se controlarán son las oscilaciones rápidas de tensión, las distorsiones armónicas y el nivel de interferencia en sistemas de comunicación. El Distribuidor bajo tuición de la Superintendencia y cuando ésta considere pertinente, procederá a su cuantificación y a establecer las metodologías de medición y registro. Los valores definitivos serán aprobados mediante Resolución Ministerial a solicitud de la Superintendencia previa justificación técnica. El Distribuidor deberá:

a) Proponer a la Superintendencia los límites de emisión (niveles máximos de perturbación e interferencias) que un dispositivo puede generar o inyectar en el sistema de distribución; y

b) Controlar a los Consumidores No Regulados, a través de límites de emisión fijados por contrato.

ARTÍCULO 41.- (TENSIÓN ADMITIDA). Corresponde al límite de variación de tensión de operación establecida en el punto 2 del Anexo.

CAPÍTULO II SERVICIO TÉCNICO

ARTÍCULO 42.- (ALCANCE). La calidad del servicio técnico se controlará por medio de índices definidos en el artículo 43 del presente Reglamento. El período de control será semestral. ARTÍCULO 43.- (ÍNDICES DE CONTROL). Los índices de continuidad de suministro a calcular, son los siguientes:

17

Consumidores con suministro en Alta y Media Tensión:

a) Frecuencia Individual de Interrupción (F) Es la cantidad de interrupciones que sufrió el Consumidor en el semestre de control.

b) Tiempo total Individual de las Interrupciones (T) Representa el tiempo total de interrupciones que sufrió el Consumidor, acumulados en el período de un semestre. Consumidores con suministro en Baja Tensión c) Frecuencia Media de Interrupción (Fs) Es el número de interrupciones que en promedio, cada Consumidor del sistema en análisis sufrió en el semestre de control. d) Tiempo Total de Interrupción por Consumidor (Ts) Es el período de tiempo que en promedio, cada consumidor del sistema en análisis queda privado del suministro de energía eléctrica en el período semestral de evaluación. Para suministros en Alta y Media Tensión, los índices de frecuencia semestral de interrupción y la duración media de las mismas se establecen en el punto 3 del Anexo al presente Reglamento. ARTÍCULO 44.- (METODOLOGÍA DE CÁLCULO). Los índices deberán ser informados a través de formularios estándares a ser definidos por la Superintendencia, los cuales serán calculados en forma semestral. Las interrupciones que se deben incluir en los cálculos de los índices generales de interrupciones del sistema son todas aquellas con duración igual o superior a tres (3) minutos. El Distribuidor sólo debe considerar las interrupciones de origen interno, es decir, todas las interrupciones ocurridas en los componentes pertenecientes al Distribuidor según la siguiente clasificación:

a) Distribución secundaria (Baja Tensión), comprende todos los materiales y equipos desde los centros de transformaciones MT/BT, incluidos los transformadores de distribución hasta el punto de medición del Consumidor.

b) Distribución primaria (Media Tensión), comprende todos los materiales y equipos desde las subestaciones de distribución incluidos los transformadores de potencia de responsabilidad del Distribuidor hasta los centros de transformación MT/BT.

c) Todas las líneas de sub-transmisión, pertenecientes al Distribuidor.

No serán consideradas las interrupciones:

a) Provocadas por los dispositivos de protección del Consumidor que no afecten a otros Consumidores.

b) De origen externo, causadas por los sistemas de generación, transmisión u otros que no son de responsabilidad del Distribuidor.

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c) Provocadas por terceros en forma accidental, intencional o premeditada

(vandalismo, sabotaje, terrorismo, colisión de vehículos y caída accidental de árboles a instalaciones del Distribuidor).

d) Debidas a situación climática grave que alcance carácter de catástrofe,

tales como: terremoto, tifón, huracán, inundación, vientos superiores a los valores máximos de diseño de líneas.

e) Debidas a racionamiento de energía eléctrica determinado por autoridad

competente.

En el cálculo de los índices se aplicará la clasificación según la causa de las interrupciones, considerando tanto las programadas como las forzadas. Se controlará la calidad mediante índices individuales por Consumidor en Media Tensión para cada nivel de calidad. Para los suministros en Baja Tensión, se controlará la calidad del servicio técnico mediante índices globales por nivel de calidad que reflejen la frecuencia y tiempo total de las interrupciones de suministro. Los Distribuidores harán presentaciones semestrales a la Superintendencia dentro de los veinte (20) días hábiles administrativos posteriores al semestre de control, especificando las interrupciones y los índices de continuidad resultantes. Para suministros en Baja Tensión, los índices de continuidad de suministro se calcularán de acuerdo a las siguientes expresiones:

1) Frecuencia Media de Interrupción (Fs) Se calcula mediante la siguiente expresión:

∑

Dónde: Ca (i) Número de consumidores con suministro en baja tensión afectados por la interrupción (i) Cs Promedio aritmético del número de Consumidores con suministro en BT al final de cada mes del período en evaluación del sistema de nivel de calidad en análisis.

(i) Interrupciones que varían de 1 a n.

2) Tiempo Total de Interrupción (Ts) Se calcula mediante la siguiente expresión.

∑

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Dónde: Ts Tiempo total de Interrupción en horas T (i) Tiempo de duración de la interrupción (i), en horas. Los otros componentes de la expresión matemática son los mismos definidos anteriormente. El Distribuidor para efecto de obtener los índices Fs y Ts puede correlacionar el número de suministros en Baja Tensión con la potencia en KVA de los transformadores de distribución que alimentan las redes de baja tensión. El índice de correlación obtenido debe ser aprobado por la Superintendencia. Los índices deberán ser informados a través de formularios estándares a ser definidos por la Superintendencia, los cuales serán calculados en forma semestral. Para la determinación de los índices de continuidad de suministro, se debe tomar en cuenta la clasificación de las interrupciones establecidas a continuación:

2) Clasificación Según su Origen

Las interrupciones según su origen se clasificarán en: Origen interno Son todas las interrupciones ocurridas en los componentes del sistema de distribución pertenecientes o de responsabilidad del Distribuidor, y subdivididos en: Distribución secundaria (Baja Tensión). Toda interrupción originada en la red secundaria, todos sus materiales y equipos, tales como conductores, aisladores, herrajes, postes, etc., inclusive la estructura de los centros de transformación MT/BT (transformadores, puentes de conexión de los seccionadores fusibles a los bornes primarios de los transformadores, seccionadores fusibles) hasta el punto de suministro A los Consumidores, y que hubiese ocasionado la salida de servicio de un transformador MT/BT. Distribución primaria (Media Tensión). Comprende la red primaria, todos sus materiales y equipos a partir de los seccionadores de llegada a las Subestaciones de distribución AT/MT o MT/MT (incluidos los transformadores de potencia) pertenecientes o de responsabilidad del Distribuidor, abarcando equipos, estructuras, postes, herrajes, crucetas, aisladores, conductores, equipos de maniobra y protección, bancos de capacitores, etc., hasta los puntos de conexión con los consumidores de media tensión, y los puentes de conexión a los seccionadores fusibles de los centros de transformación MT/BT que alimentan las redes secundarias.

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Sub-transmisión Corresponde a las líneas de sub-transmisión en Alta y/o Media Tensión, incluidas las Subestaciones de transformación y de maniobras pertenecientes o de responsabilidad del distribuidor, que abastecen las Subestaciones de distribución. Comprende los materiales y equipos a partir de los seccionadores de la línea de alimentación hasta los seccionadores de llegada a las Subestaciones de Distribución. Origen Externo Son todas aquellas interrupciones de suministro ocurridas en los sistemas de generación, transmisión, interconectados y otros no pertenecientes al Distribuidor o que no son de su responsabilidad, que afectan el servicio suministrado a los consumidores conectados al sistema de distribución.

3) Clasificación Según Causa

Las interrupciones de suministro según la causa se clasifican en programadas y forzadas. Interrupciones programadas son aquellas interrupciones que resultan de retirar deliberadamente del servicio un componente del sistema, por un tiempo preestablecido, normalmente con fines de construcción, remodelación, operación y/o mantenimiento. Los consumidores afectados por este tipo de interrupciones deberán ser previamente avisados con una anticipación no menor a 48 horas, por medios de comunicación escrita y oral, salvo las interrupciones por situaciones de emergencia debidamente justificadas. Interrupciones forzadas Son todas aquellas interrupciones que no encuadran en la definición de programadas, generalmente provocadas por condiciones climáticas, medio ambiente, propias del sistema, terceros y otros. ARTÍCULO 45.- (CÁLCULO DE LA ENERGÍA NO SUMINISTRADA). a) Consumidores con Suministro en Alta y Media Tensión La energía no suministrada a los Consumidores, se calculará mediante las siguientes ecuaciones, cuando se exceda el tiempo total individual interrumpido, o la frecuencia total interrumpida:

1) Si F > Fc y T < Tc entonces:

ENSUc = (F-Fc)*T/F*ETFc/(4380-T) [kWh] 2) Si F < Fc y T > Tc entonces:

ENSUc = (T-Tc)* ETFc /(4380-T) [kWh]

3) Si F > Fc y T >Tc entonces:

Si T/F < Tc/Fc entonces: ENSUc = (F-Fc)*T/F*ETFc/(4380-T) [kWh]

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Si T/F > Tc/Fc entonces: ENSUc = (T-Tc)* ETFc /(4380-T) MARCO LEGAL DEL SECTOR ELÉCTRICO BOLIVIANO Dónde: ENSUc Energía no suministrada al Consumidor en el semestre de control en kWh. ETFc Energía total facturada al Consumidor, en el semestre de control en kWh. F Indicador de frecuencia individual de interrupción para el semestre de control T Indicador de tiempo total individual de interrupción, en horas, para el semestre de control Fc Indicador admisible de frecuencia media de interrupción al Consumidor. Tc Indicador admisible de tiempo total de interrupción, en horas, al consumidor.

b) Consumidores con Suministro en Baja Tensión

La energía no suministrada al conjunto de Consumidores afectados, se calculará mediante las siguientes ecuaciones, cuando se exceda el tiempo total interrumpido por nivel de calidad, o la frecuencia de interrupción por nivel de calidad.

1) Si Fs > Fc y Ts < Tc entonces:

ENSUc = (Fs -Fc)*Ts/Fs*ETFc /(4380-Ts)[kWh]

2) Si Fs < Fc y Ts > Tc entonces:

ENSUc = (Ts-Tc)* ETFc /(4380-Ts) [kWh]

3) Si Fs > Fc y Ts >Tc entonces:

Si Ts/Fs < Tc/Fc entonces: ENSUc = (Fs -Fc)*Ts/Fs*ETFc /(4380-Ts)[kWh] Si Ts/Fs > Tc/Fc entonces: ENSUc = (Ts-Tc)* ETFc /(4380-Ts) Dónde: ENSUc Energía no suministrada al conjunto de Consumidores en el semestre de control en kWh. ETFc Energía total facturada al conjunto de Consumidores, en el semestre de control en kWh. Fs Indicador de frecuencia media de interrupción por nivel de calidad para el semestre de control Ts Indicador de tiempo total de interrupción por nivel de calidad, en horas, para el semestre de control Fc Indicador admisible de frecuencia media de interrupción por nivel de calidad.

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Tc Indicador admisible de tiempo total de interrupción, en horas por nivel de calidad.

Partes de las hojas de datos de los integrados usados.

DSPIC30f4013, ENC28j60.

Borrador Final

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