instrumento para la medición de parámetros de un

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Ingeniería en Automatización Facultad de Ingeniería

5-19-2021

Instrumento para la medición de parámetros de un transformador Instrumento para la medición de parámetros de un transformador

monofásico de baja potencia monofásico de baja potencia

Luis Carlos Sarmiento Baez Universidad de La Salle, Bogota, [email protected]

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Instrumento para la medición de parámetros de un transformador monofásico de

baja potencia.

Luis Carlos Sarmiento Baez

UNIVERSIDAD DE LA SALLE

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA EN AUTOMATIZACIÓN

BOGOTÁ D.C.

2021

Instrumento para la medición de parámetros de un transformador monofásico de

baja potencia.

Luis Carlos Sarmiento Baez

Trabajo de grado presentado como requisito parcial para optar al título de

Ingeniero en automatización

Jorge Eliecer Rangel Díaz

Profesor Asociado

UNIVERSIDAD DE LA SALLE

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA EN AUTOMATIZACIÓN

BOGOTÁ D.C.

2021

Nota de Aceptación

Aprobado por

Jorge Eliécer Rangel, PhD. Director

José Luis Rubiano Fernández, Jurado

Diana Lancheros Cuesta, Jurado

Bogotá D.C. 19-05-2021

.

Dedicatoria…

A mi madre por ser un gran apoyo

en toda mi vida, su paciencia y amor

me ha permitido llegar ser lo que soy en día.

A mi padre por ser un gran apoyo durante la

realización de este trabajo.

AGRADECIMIENTOS

En este largo proceso que he vivido a lo largo de los años en la Universidad de la

Salle, me han ayudado muchas personas que han influido en mi desarrollo

profesional y como ser humano, es por ello que quiero agradecer a mis padres por

su apoyo y colaboración a lo largo de mi vida, a su vez al ingeniero Jaime

Cardona, al ingeniero José Quintero, también al ingeniero Hugo Velazco, al

ingeniero Andrés Panesso, a mi director de tesis el ingeniero Jorge Rangel, a mis

amigos y familia dado que sin su colaboración y apoyo hubiera sido muy difícil

cumplir está meta, resalto de cada uno la paciencia, comprensión y fe en mi para

apoyarme en este proceso en el cual he surgido como profesional y crecido como

persona.

CONTENIDO

Pág. 1. TRANSFORMADORES ............................................................................................................ 16

1.1 Generalidades ................................................................................................................... 16

2. Diseño del equipo de medición ................................................................................................. 34

2.1 Resumen: .......................................................................................................................... 34

2.2 Bases teóricas. .................................................................................................................. 34

2.3 Medición de tensión eléctrica ............................................................................................ 35

2.4 Medición de corriente ........................................................................................................ 39

2.5 Consideraciones importantes para los circuitos de instrumentación ................................ 43

2.6 Medición de factor de potencia ......................................................................................... 46

2.7 Medición de potencia ........................................................................................................ 47

2.8 Resultados de comparación entre el diseño teórico y simulación de los diseños ............ 51

2.9 Etapa de adquisición y transmisión de datos .................................................................... 52

2.10 Procesamiento de la información. ..................................................................................... 54

3. Construcción del equipo de medición ....................................................................................... 61

3.1 Resumen: .......................................................................................................................... 61

3.2 Construcciones y modificación de los circuitos: ................................................................ 61

3.3 Desarrollo de la caja de contención .................................................................................. 73

4. Pruebas y resultados ................................................................................................................ 78

4.1 Resumen: .......................................................................................................................... 78

4.2 Bases teóricas ................................................................................................................... 78

4.3 Protocolos de ensayos de calibración .............................................................................. 80

4.4 Pruebas de simulación realizadas .................................................................................... 84

4.5 Resultados de las simulaciones de prueba de corto circuito y de la prueba de vacío ..... 87

4.6 Análisis y discusión de resultados. ................................................................................... 89

4.7 Costos asociados al desarrollo del proyecto .................................................................... 89

5. Conclusiones ............................................................................................................................. 92

6. Recomendaciones y trabajos futuros ........................................................................................ 94

6.1 Trabajos futuros ................................................................................................................ 94

6.2 Recomendaciones ............................................................................................................ 94

BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................................. 95

7

LISTA DE FIGURAS

Pág.

Figura 1.Esquema de conexión teórico de los equipos prueba de corto circuito .............. 18

Figura 2. Esquema de conexión de los equipos usados para la prueba de corto circuito . 19

Figura 3. .Esquema de conexión teórico de los equipos prueba de vacío ........................ 20

Figura 4. Esquema de conexión de los equipos usados para la prueba de vacío ............ 20

Figura 5. Comparación de precios de los variac .............................................................. 25

Figura 6. Comparación de precios de los analizadores de red ......................................... 25

Figura 7. Comparación de precios de los voltimetros ....................................................... 26

Figura 8. . Comparación de precios de los amperímetros ................................................ 27

Figura 9. Comparación de precios de los vatimetros ..................................................... 28

Figura 10. Comparación de precios para los campos de pruebas .................................... 28

Figura 11. Transformador monofásico DL1093 ................................................................ 30

Figura 12 Modulo DL MAC-TT_EM. ................................................................................. 32

Figura 13. Divisor resistivo del medidor .......................................................................... 37

Figura 14. Pinza amperiometrica SCT-013-010 ............................................................... 41

Figura 15. Simulación del comportamiento de la onda del sensor ................................... 42

Figura 16. Amplificador de instrumentación para la pinza ................................................ 43

Figura 17. Rectificador de precisión ................................................................................. 44

Figura 18. Comportamiento de la rectificación de precisión ............................................. 44

Figura 19. Fuente de alimentación simétrica o dual ......................................................... 45

Figura 20. Convertidor Boost módulo XL6009 ................................................................. 46

Figura 21. Demodulador IQ ............................................................................................. 47

Figura 22. Señal teórica de la potencia ............................................................................ 49

Figura 23. Circuito empleado para la simulación de la potencia ....................................... 49

Figura 24. Simulación de la onda teórica ......................................................................... 50

Figura 25. Simulación teórica del algoritmo medidor de potencia .................................... 50

Figura 26. Casos de uso .................................................................................................. 56

Figura 27. Clase del medidor ........................................................................................... 57

Figura 28. Diagrama de secuencias ................................................................................ 58

Figura 29. Interfaz gráfica del medidor ............................................................................. 59

Figura 30. Interruptor Rotativo ......................................................................................... 63

Figura 31. Masa del circuito medidor de tensión .............................................................. 64

Figura 32.Circuito final de medición de corriente ............................................................. 65

Figura 33. Montaje de rectificadores y amplificadores de señal de corriente .................... 66

Figura 34.Atenuador de tensión ....................................................................................... 66

Figura 35. Reglas de diseño ............................................................................................ 67

Figura 36. Borneras de entrada del medidor .................................................................... 68

Figura 37. Modelo del interruptor rotativo ........................................................................ 68

Figura 38. Modelo de la PCB ........................................................................................... 69

Figura 39. Modelo 3D de la PCB ..................................................................................... 70

8

Figura 40. PCB del medidor ............................................................................................. 71

Figura 41. Soldadura de bases, borneras, diodos y resistores ......................................... 72

Figura 42. PCB soldada con todos los componentes ....................................................... 73

Figura 43. Medidas tentativas para el contenedor ............................................................ 74

Figura 44. Contenedor final cerrado ................................................................................ 75

Figura 45. Contenedor final con transparencia ................................................................ 76

Figura 46. Conexión para calibrar tensión ....................................................................... 82

Figura 47. Conexión para calibrar corriente ..................................................................... 83

Figura 48. Aplicación software in the loop ........................................................................ 86

9

LISTA DE ECUACIONES

Ecuación 1 Angulo de desfase ......................................................................................... 21

Ecuación 2. Impedancia prueba de corto circuito ............................................................. 21

Ecuación 3. Admitancia prueba de vacio ......................................................................... 21

Ecuación 4. Voltaje de salida a pequeña señal ................................................................ 41

Ecuación 5.Ganancia a a pequeña señal ......................................................................... 41

Ecuación 6.Resistencia de ganancia a pequeña señal .................................................... 42

Ecuación 7. Forma de onda corriente .............................................................................. 48

Ecuación 8. Forma de onda voltaje .................................................................................. 48

Ecuación 9. Error ............................................................................................................. 51

Ecuación 10.Condición de calibración ............................................................................. 79

Ecuación 11. Media aritmética voltaje .............................................................................. 82

Ecuación 12.Disperción de los valores para voltaje ......................................................... 82

Ecuación 13. Media aritmética corriente .......................................................................... 84

Ecuación 14.Disperción de los valores para corriente ...................................................... 84

10

LISTA DE ANEXOS

Pág.

Anexo 1. Plantilla de pruebas .......................................................................................... 97

Anexo 2. Datos de pruebas ........................................................................................... 101

Anexo 3. Planos del contendor ………………………………………………………………..112

LISTA DE TABLAS

Pág.

Tabla 1. Costos de los Variac .......................................................................................... 22

Tabla 2. Costos de los analizadores de red ..................................................................... 23

Tabla 3. Costos de los voltímetros ................................................................................... 23

Tabla 4. Costos de los amperímetros .............................................................................. 24

Tabla 5.Costos de los Vatímetros .................................................................................... 24

Tabla 6. Resumen de costos de una laboratorio .............................................................. 24

Tabla 7. Tabla de posibles equipos.................................................................................. 29

Tabla 8. Características técnicas del transformador DL1093 ........................................... 31

Tabla 9 Ensayos que realiza el modulo ........................................................................... 32

Tabla 10.Ensayos posibles a realizar al trasformador DL1093......................................... 33

Tabla 11. Comparación de divisores de tensión .............................................................. 36

Tabla 12. Caídas de tensión teóricas ............................................................................... 38

Tabla 13. Caídas de tensión simuladas ........................................................................... 38

Tabla 14. Potencias de las resistencias ........................................................................... 39

Tabla 15. Comparación de técnicas de medición de corriente ......................................... 40

Tabla 16. Error en el divisor resistivo ............................................................................... 51

Tabla 17. Cantidad de componentes para el medidor ...................................................... 61

Tabla 18.Trimmers para medidor de voltaje ..................................................................... 63

Tabla 19. Datos empleados para simulación obtenidos del anexo 2 .............................. 87

Tabla 20. Datos para la simulación en Matlab ................................................................. 87

Tabla 21. Resultados obtenidos en el software del medidor ............................................ 88

Tabla 22. Errores entre simulación y el software del medidor .......................................... 88

Tabla 23.Costo componentes .......................................................................................... 90

Tabla 24.Costos del equipo ............................................................................................. 91

GLOSARIO

Arduino: plataforma de electrónica abierta (open hardware) para la creación de

prototipos basados en software y hardware libre (Tojeiro Calaza, 2014).

Calibración: Conjunto de operaciones que establecen, en condiciones especificadas, la

relación entre los valores de una magnitud indicados por un instrumento de medida o un

sistema de medida, o los valores representados por una medida materializada o por un

material de referencia, y los valores correspondientes de esa magnitud realizados por

patrones. (CEM, Procedimiento EL-007 para la calibración de pinzas amperimétricas.,

2009).

Equipo patrón: en general equipo de la más alta calidad metrológica disponible en un

lugar dado o en una organización determinada, del cual se derivan las mediciones

realizadas en dicho lugar, como valor de referencia. (CEM, Procedimiento EL-007 para la

calibración de pinzas amperimétricas., 2009)

Medición directa: Son aquellas mediciones donde el resultado de la variable

medida es directamente entregado por el equipo utilizado. (Bolivar, 2001)

Medición indirecta: Son aquellas mediciones donde el resultado deseado no se

obtiene directamente por las lecturas realizadas con el instrumento, debido a que

es necesario tratar los datos por medio de cálculos para conocer el valor de la

medición deseada. (Bolivar, 2001)

Modelo equivalente de un transformador: circuito equivalente que toma en

cuenta las principales imperfecciones de los transformadores reales (…) los

principales aspectos a considerar son: perdidas de cobre, por corrientes parasitas

y por histéresis. (Chapman, 2012)

PCB: placas de sustrato no conductor que se emplean para el montaje e

interconexión de componentes electrónicos a través de rutas o pistas de un

material conductor grabadas sobre el sustrato. (Bellido Diaz, 2019)

Prueba de vacío: Ensayo empleado para medir las pérdidas del núcleo asociadas

a fenómenos magnéticos por la histéresis del hierro, a través de medir la tensión,

corriente y potencial. (MC Graw Hill, 2004)

13

Prueba de corto circuito: Ensayo que determina las pérdidas por efecto Joule en

los devanados, al aplicar corrientes nominales. (MC Graw Hill, 2004)

Raspberry pi: Es un minicomputador de pequeñas dimensiones destinado

principalmente al desarrollo de pequeños prototipos. Desarrollado en hardware libre

cuenta con sistemas operativos GNU/Linux como Raspbian.

Transformador: dispositivo que cambia el nivel de voltaje de potencia eléctrica

alterna a otro nivel de voltaje a potencia eléctrica mediante la acción de un campo

magnético. (Chapman, 2012)

RESUMEN

Las maquinas eléctricas poseen diversos parámetros eléctricos que son sumamente

importantes para la industria eléctrica, dado que el conocer los parámetros de las

maquinas permite realizar cálculos y estudios académicos e industriales relacionados con

la operación de sistemas eléctricos de transmisión, distribución u otros.

El presente documento describe un trabajo de diseño y construcción de un medidor de

parámetros para la operación de transformadores monofásicos de baja potencia. Con el

fin de tener una herramienta más que apoye la formación académica para futuros

ingenieros de la facultad de ingeniería, específicamente para los cursos de máquinas

eléctricas y/o maquinas electromecánicas. A lo largo del documento se detalla los

procesos de diseño, construcción, protocolos de calibración y costos asociados al

desarrollo del proyecto.

Palabras clave: Transformadores, modelo equivalente, parámetros eléctricos, medidor de

voltaje, medidor de corriente, protocolos de calibración.

INTRODUCCIÓN

Dentro de la operación del sistema eléctrico se utilizan diversos equipos como son:

motores eléctricos, generadores, transformadores entre otros; los equipos realizan

diversas funciones en los sistemas de potencia, una de las principales maquinas

empleadas son los transformadores eléctricos, puesto que “es un dispositivo que conecta

magnéticamente dos o más circuitos de voltaje y corriente variables en el tiempo”

(Whitaker, 2007). Permitiendo así reducir las pérdidas del sistema y mejora la eficiencia

del sistema eléctrico.

Para poder realizar un mejor análisis del sistema se realizan pruebas a las maquinas

eléctricas donde se usan sistemas de medición y adquisición de datos, dado que a partir

de estas mediciones se conoce modelos matemáticos que obtienen los parámetros

eléctricos de la máquina que facilitan el análisis de esta en el sistema para realizar

diversos estudios como son flujos de potencia, flujos óptimos de potencia, entre otros.

Por ello la sociedad ha desarrollado laboratorios de medición con el fin de determinan los

parámetros de los transformadores, que permiten al ingeniero conocer los modelos

equivalente de la máquina y con ello realizar actividades teórico prácticas. Este trabajo

muestra el diseño y construcción de un medidor de parámetros para la operación de

transformadores eléctricos de baja potencia, con el fin de ser una herramienta que apoye

el aprendizaje de los futuros ingenieros de los programas de ingeniería eléctrica e

ingeniería en automatización y control industrial.

El presente documento fue realizado en 5 capítulos donde se explican los siguientes

temas: En el capítulo uno se realiza un estado del arte para explicar que es un

transformador y que parámetros son de interés, para la operación del mismo. El capítulo

dos contempla todas las etapas de diseño a nivel software y hardware donde se detallan

las técnicas de medición directa e indirecta, junto con la arquitectura del software

desarrollado para esta tarea. El capítulo 3 se concentra en las etapas de construcción

relacionadas modificaciones necesarias en los circuitos de medición también al desarrollo

del PCB y el diseño del contenedor mecánico del medidor.

El capítulo 4 define los protocolos de calibración del medidor, realiza una simulación

basada en software in the loop para validar el funcionamiento del software y finalmente

analiza los resultados de este proyecto. En el capítulo 5 se muestran las conclusiones del

proyecto. Por otra parte, el documento considera temas relacionados con costos

empleados para campos de pruebas de transformadores y costos para el desarrollo del

proyecto.

1. TRANSFORMADORES

1.1 Generalidades

1.1.1. Características los transformadores

Los transformadores son máquinas eléctricas de alta eficiencia, pues de acuerdo con

(Chapman, 2012) se podrían considerar como dispositivos que cambian los niveles de

voltaje aumentando o disminuyéndolo la tensión a través de la acción de un campo

magnético. Su construcción puede ser tipo núcleo o tipo acorazado, pero un

transformador básicamente consta de dos o más bobinas de alambre conductor

enrolladas alrededor de un núcleo ferromagnético común, donde la única conexión entre

las bobinas se realiza por medio de los enlaces de flujo magnético común que fluyen al

interior del núcleo.

Típicamente se definen los devanados de la siguiente manera: el devanado del

transformador que se conecta a la fuente de potencia se conoce como devanado primario

mientras que el devanado que se conecta a la carga se le asigna el nombre de devanado

secundario. Este tipo de máquinas son una de las partes fundamentales del sistema de

potencia puesto que permiten aumentar o reducir tensiones y corrientes con el fin de

reducir pérdidas por efecto Joule en los conductores. Los transformadores no solo tienen

aplicaciones en sistemas de potencia, también se suelen aplicar como: elevadores de

tensión en generadores, elementos de alimentación en granjas, edificios, residencias, o

para grandes y/o pequeños consumidores, entre otros.

Existen gran variedad de transformadores pues dentro de ellos se encuentran los

transformadores de potencia, de potencial, de medida, de aislamiento, transformadores de

aplicaciones electrónicas, entre otros. Para este trabajo en particular se consideran

únicamente los transformadores de potencia analizados en cursos de la universidad de la

Salle como son: Maquinas eléctricas o Maquinas electromecánicas. Para este tipo de

transformadores se suelen clasificar en distintos tipos según su construcción como son:

los transformadores monofásicos los cuales se caracterizan por ser equipos que permiten

transferir tensión y corriente de un circuito a otro por inducción electromagnética.

También están los transformadores trifásicos que suelen ser usados para suministros de

energía en grandes distancias, debido a que su construcción cuenta con un núcleo

ferromagnético que contiene internamente 3 transformadores monofásicos, por ello su

construcción es más económica que la de un transformador monofásico. Por otra parte,

están los autotransformadores que son: transformadores de un solo devanado, donde el

devanado actúa tanto como devanado primario y como secundario, la transferencia de

potencia se realiza por acoplamiento magnético y la conexión galvánica de los dos

circuitos, todos estos tipos de transformadores son analizados por modelos circuitales

equivalentes que serán definidos a continuación.

17

1.1.2. Modelo equivalente del transformador

Como los transformadores no son máquinas ideales, poseen varios tipos de pérdidas

ocasionadas por diversos fenómenos eléctricos y magnéticos, como son el calentamiento

de los devanados, las histéresis o las corrientes parasitas, por tal motivo estas pérdidas

deben ser consideradas para sus distintas aplicaciones por ello se han desarrollados

diversos modelos matemáticos que permiten hacer análisis teóricos de los

comportamientos de la máquina de forma sencilla, para el caso en particular de los

transformadores de potencia que trabajan en la operación del sistema, se considera un

modelo matemático sencillo y simplificado el cual es el modelo equivalente del

transformador, este modelo contempla las pérdidas de los transformares reales donde de

acuerdo con (Martinez Velazco & De Leon, 2010) los modelos pueden ser vistos como,

circuitos que representan el comportamiento de un transformador monofásico o de

cualquier número de fases, tanto en régimen permanente como en procesos transitorios

de baja frecuencia.

Para el modelo circuital del transformador que opera en sistemas de potencia se utilizan

los parámetros de la rama serie y la rama paralelo, puesto que son usados en operación

de sistemas de potencia y en fenómenos transitorios como es el arranque de las

maquinas eléctricas; para este modelo equivalente del transformador de potencia la rama

serie está compuesto por dos parámetros Rp y Lp donde de acuerdo con (Martinez

Velazco & De Leon, 2010) representan los parámetros de los arrollamientos; los cuales al

ser sometidos a corriente generan pérdidas por efecto Joule en los devanados del

transformador, el parámetro Lp representa los flujos de dispersión de cada arrollamiento.

La rama serie tiene su principal aplicación en el modelamiento de un transformador en un

sistema eléctrico de potencia, a partir de estos parámetros es posible desarrollar cálculos

como flujos de potencia, OPF, CPF, entre otros.

Por otra parte el modelo también incluye los parámetros de la rama de magnetización la

cual es muy usada para considerar las ramas magnéticas que modelan el núcleo, según

(Martinez Velazco & De Leon, 2010) la rama de magnetización contiene los parámetros

Rm y Lm que modelan los comportamientos del núcleo del transformador; Rm representa

las pérdidas en el núcleo, mientras que Lm representa el flujo de magnetización confinado

en el núcleo y común a los dos arrollamientos del transformador, la importancia de estos

parámetros se basa en que están asociados con las corrientes de arranque del

transformador puesto que los modelos magnéticos son los que se asocian a los arranques

en la maquinas eléctricas.

En algunas ocasiones es de interés conocer los parámetros asociados a la corriente de

magnetización de la máquina, aunque de acuerdo con (Chapman, 2012), este parámetro

18

es omitido del modelo típico, puesto que aumenta la complejidad del análisis de la

máquina y a su vez, considera escenarios que no son analizados en condiciones

normales de operación como son: el efecto de los armónicos en la saturación del núcleo,

su comportamiento no sinusoidal o la operación en altas frecuencias, por ello los modelos

matemáticos usados para la operación no los considera. Por otra parte, los modelos

matemáticos son determinados por medio de pruebas específicas que modelan al

transformador, en la siguiente sección se muestra cuáles son las pruebas y la forma en

que se realizan estos ensayos.

1.1.3. Ensayos para determinación de parámetros

Para poder obtener un modelo matemático que represente el transformador se realizan

mediciones eléctricas que permiten determinar el modelo circuital, típicamente el modelo

se suele conseguir al realizar 2 pruebas específicas estas son: la prueba de vacío y la

prueba de corto circuito que entregan parámetros asociados con la rama paralelo y la

rama serie; en estos ensayos lo que se busca es realizar las mediciones de tensiones,

corrientes, factores de potencias y potencias activas, ya que a partir de estas mediciones

se pueden realizar cálculos que permiten obtener los parámetros del modelo equivalente

del transformador; para conseguir los parámetros de la rama serie se realiza el ensayo de

acuerdo con la metodología planteada por (Chapman, 2012):

Se hace un cortocircuito en las terminales de bajo voltaje del transformador y en las terminales de alto voltaje se conectan a una fuente de voltaje variable. Esta medición se hace normalmente en el lado de alto voltaje del transformador, ya que las corrientes serán más bajas en aquel lado y las corrientes más bajas son más fáciles para medir, posteriormente se ajusta el voltaje de entrada hasta que la corriente en los devanados en cortocircuito sea igual a su valor nominal, en este momento se miden el voltaje, la corriente, factor de potencia y la potencia de entrada, ya que toda la caída de voltaje en el transformador se puede atribuir a los elementos de la rama serie del modelo circuital, los esquemas de conexión de esta prueba y su aplicación en el transformador de baja potencia DL1093 son vistos en las figuras 1 y 2 .

Figura 1.Esquema de conexión teórico de los equipos prueba de corto circuito

Fuente: Maquinas eléctricas.

19

Figura 2. Esquema de conexión de los equipos usados para la prueba de corto circuito

Fuente: Universidad Distrital

Para realizar el ensayo de vacío se desarrolla con la metodología propuesta por (Chapman, 2012) en la cual se aplica un voltaje igual al valor nominal en el lado de bajo voltaje del transformador, posteriormente se miden el voltaje, la corriente, el factor de potencia y la potencia activa de entrada al transformador. Esta medición se hace normalmente en el lado de bajo voltaje del transformador, ya que los voltajes son más bajos lo cual facilita su medición, con esta información se puede determinar la impedancia de excitación. La cual está asociada con la rama de excitación y los fenómenos magnéticos que se generan en la operación del núcleo, los esquemas de conexión son vistos en las figuras 3 y 4, que muestran cómo se debe realizar la prueba y como conectarla al transformador DL1093.

20

Figura 3. .Esquema de conexión teórico de los equipos prueba de vacío

Fuente: Maquinas eléctricas.

Figura 4. Esquema de conexión de los equipos usados para la prueba de vacío


21

A partir de las mediciones realizadas en cada uno de los ensayos es posible determinar los parámetros del modelo circuital, para ello se utiliza el conjunto de mediciones obtenidas con ellas se determina el valor del ángulo del factor de potencia visto en la Ec.1, este dato es fundamental para realizar los cálculos de las Ec.2 y Ec.3, en la Ec. 2 se muestra la forma de calcular los parámetros de la rama serie. En la Ec. 3 se observa la forma de calcular los parámetros de la rama de magnetización del modelo estas ecuaciones serán mostradas a continuación:

𝜽 = 𝐚𝐜𝐨𝐬 (𝑷

𝑽𝑰) Ec.1

𝒁𝒔𝒄 =𝑽𝒄𝒄

𝑰𝑪𝑪< 𝜽 = 𝑹𝒑 + 𝒋𝑳𝒑 Ec. 2

𝒀𝒐𝒄 =𝑰𝒐𝒄

𝑽𝒐𝒄< −𝜽 = 𝑹𝒎 + 𝒋𝑳𝒎 Ec 3.

La importancia de tener estos parámetros radica en que es posible conocer los

comportamientos de la maquina eléctrica con base a los modelos matemáticos

equivalentes, que representan de forma realista el comportamiento de los

transformadores en el sistema. Estos modelos permiten tener un elemento para realizar

análisis de la maquina ante una aplicación específica del transformador. Con estos

parámetros por lo general se realizan diversos cálculos como son circuitos eléctricos

monofásicos, trifásicos, análisis de máquinas eléctricas, sobre cargas, flujos de potencia,

entre otros. A partir de estos modelos es posible entender y modelar las pérdidas de

potencia que ocurren en este tipo de máquinas eléctricas.

1.1.4. Pérdidas de los transformadores

Las pérdidas en los transformadores se dan por ciertos fenómenos como son las

corrientes de Foucault, que de acuerdo con (Pacheco & Alfonso Soto, 2008) son

corrientes inducidas en un conductor ante la presencia de un flujo de campo magnético

variable con el tiempo. Las cuales se disipan en forma de calor por tal motivo se desean

evitar, para ello se lamina el núcleo con el fin de reducirlas. También están los fenómenos

de histéresis en el núcleo, los cuales ocurren al recorrer el ciclo del flujo magnético

periódicamente, puestos estos modifican los dominios y almacenan energía la cual se

disipa como calor en el núcleo aumentando las pérdidas de la máquina. Para poder

determinar los comportamientos de la maquina se realizan ensayos con equipos

específicos y laboratorios especializados, que permiten obtener conjuntos de mediciones

que determinan los parámetros y a su vez los comportamientos de la máquina, para ello

se usan instalaciones, equipos y normas específicas que serán mostradas en la siguiente

sección

22

1.1.5. Laboratorios y normas para las pruebas de transformadores

Para poder realizar los ensayos previamente descritos se requiere el uso de laboratorios

especializados que permiten realizar este tipo de ensayos, por lo general este tipo de

laboratorios están compuestos por equipos como son : fuentes AC, las cuales están

compuestas generalmente por un Variac, un analizador de redes, 3 voltímetros, 3

amperímetros y un vatímetro con los cuales se hace posible medir la potencia activa, a su

vez a partir de esta última medida es posible estimar la potencia reactiva , en Colombia

los principales lugares donde se realizan estas pruebas son : en algunas universidades

como son la universidad Nacional de Colombia, junto a la universidad del Valle o las

principales fábricas de transformadores poseen sus propios laboratorios como son:

Siemens, ABB, Magnetron; Rimel entre otras.

Dado que el precio de los equipos usados es tan elevado para pequeños

microempresarios puesto que el costo aproximado promedio de un campo de pruebas es

de $ 68.692.939,81 millones, el costo aproximado de este tipo de laboratorios se detalla

en la tabla 6. Para hacer un análisis económico de los precios se basa en datos de los

equipos comerciales que podrían ser empleados para este tipo de ensayos. En las tablas

1, 2, 3, 4 y 5 se observan los precios de distintas referencias comerciales de cada uno de

los equipos necesarios junto con el precio promedio de cada equipo específico para el

campo de pruebas de transformadores, en las figuras 5, 6, 7, 8, 9 y 10 se observa la

comparación de costo de cada equipo junto con el precio promedio de ese tipo de

equipos. Por último, en la tabla 6 se observa el costo máximo, mínimo y promedio de

montar el laboratorio usando las posibles configuraciones vistas en la tabla 7.

Tabla 1. Costos de los Variac

Tipo de equipo Referencia del equipo Empresa Detalles Costo en $COPCosto en USD

o Euros

Variac

LET-400 Test

Equipment up to

2,500A Primary

Injection

SMC

Empleado para pruebas de medición y protección

dentro de sus principales características esta que

puede inyectar hasta 2500A, con una potencia

aparente de 1KVA

$ 19.560.000,00 $4.890,00

Variac

LET-400 RD test

Equipment Primary

Injection

SMC




aparente de 1KVA

$ 30.960.000,00 $7.740,00

Variac

LET-400 RDC test

Equipment Primary

Injection

SMC




aparente de 1KVA

$ 35.300.000,00 $8.825,00

Variac

PTE-100-C Pro

Secondary Injection

Test Set

SMC

Permite medir la corriente hasta 250A, opera en

rangos de 40 a 70,con resolución 0.1 grados,

cronometro digital y es empleado como

alimentación en pruebas

$ 39.332.000,00 $9.833,00

31.288.000,00$ 7.822,00$ Costo promedio de los variac

23

Tabla 2. Costos de los analizadores de red

Tabla 3. Costos de los voltímetros


o Euros

Analizador de

redTTS5M Phenix Tech

Empleado para medición, control y reparación de

transformadores, opera en 600V a 40A, con

operación sobre taps de transformadores, en

ensayos DC soporta en breves escalas de tiempo

75KV

$ 28.640.000,00 $7.160,00

Analizador de

red

HDPQ-P-

XAFLEX6KPKGDranetz

Empleado para medición se caracteriza por tener

comunicación Ethernet, wifi, Bluetooth y USB,

soporta 1000V y 6000A, permite hacer medición

de armónicos y compensación de factor de

potencia

$ 58.000.000,00 $14.500,00

Analizador de

redDM-5 Amprobe

Permite medir Tensión, corriente, frecuencia,

potencia activa, potencia reactiva, potencia

aparente, energía activa, energía reactiva, energía

aparente, factor de potencia (cos ø), corriente

neutra, demanda, armónicos, calidad

(hinchazón/bajada/interrupción,

transitorios/sobretensión, corriente de irrupción,

tasa de desequilibrio), cálculo de la capacidad

para la unidad de corrección del FP, parpadeo

$ 11.320.000,00 $2.830,00

Analizador de

redCW500 Yokogawa

Emplea sondas de corriente y módulos bluetooth,

mide hasta 1000V y 300 A $ 10.800.000,00 $2.700,00

27.190.000,00$ 6.797,50$ Costo promedio de los analizadores de red


o Euros

Voltímetros87-5 Digital

Multimeter (87-V)Fluke

Medidor de tensión y corriente con capacidad de

soportar sobre picos de 8000V, su corriente

máxima de medida es de 10A con una precisión

de 0.5%

$ 1.908.000,00 $477,00

VoltímetrosDigital 179

MultimeterFluke

Medidor de tensión, con capacidad máxima

1000V, con una corriente máxima de 400mA,

puede medir frecuencias, Capacitancias e

Inductancias

$ 1.292.000,00 $323,00

Voltímetros

117 Electrician's

Multimeter with Non-

Contact Voltage

Detection

Fluke

Permite detectar voltaje sin contacto, puede

medir voltajes fantasma, posee la capacidad de

medir cargas no lineales con precisión su rango es

de 600V a 10A con resolución de 0.5%

$ 1.080.000,00 $270,00

Voltímetros

289 True-RMS

Multimeter with

Trend Capture

Fluke

Medidor de tensión y corriente con escala de

600V a 10A, se caracteriza por permitir visualizar

las graficas como un osciloscopio, con una

capacidad de 15000 datos

$ 2.520.000,00 $630,00

1.700.000,00$ 425,00$ Costo promedio de los voltímetros

24

Tabla 4. Costos de los amperímetros

Tabla 5.Costos de los Vatímetros

Tabla 6. Resumen de costos de una laboratorio


o Euros

Amperímetros 323 True-RMS Clamp

MeterFluke

Pinza amperometrica con capacidad de medir

400,0 de corriente alterna y de voltaje de 600.0 V

c.a. y c.c., muy precisa para mediciones en

señales no lineales puede medir resistencias

hasta 40 kΩ con detección de continuidad

$ 460.000,00 $115,00


MeterFluke



c.a. y c.c.,permite leer temperaturas entre 14F a

752F capacitancias entre 100uF y 1000uF

$ 732.000,00 $183,00


MeterFluke




752F capacitancias entre 100uF y 1000uF, permite

medir con precisión cargas no lineales

$ 880.000,00 $220,00


MeterFluke



c.a. y c.c.,permite leer en ambientes con ruido

dada su capacidad de procesamiento de señales

$ 1.000.000,00 $250,00

768.000,00$ 192,00$ Costo promedio de los amperímetros


o Euros

Vatímetros PGR series Circuitor

Es instrumento electrónico de panel (96x96) que

sirve de protección y medición de sobrecarga y

potencia . Está compuesto por un convertidor de

potencia cuya salida analógica se conecta al

indicador de aguja . Mide continuamente la

potencia del sistema (medida en 4 cuadrantes) y

da una señal de alarma cuando la potencia

sobrepasa los valores de disparo ajustados.

$ 4.577.399,91 1.055,43 €

Vatímetros YMC-YTC Circuitor

Para la medida de potencia activa en circuitos

monofásicos y trifásicos equilibrados o

desequilibrados con una escala de medición de

400V a 5A

$ 1.948.440,62 449,26 €

Vatímetros WMC-WTC Circuitor




400V a 5A

$ 1.906.978,90 439,70 €

2.810.939,81$ 648,13$ Costo promedio de los vatímetros

Costo Máximo Total 112.469.399,91$

Costo Mínimo Total 36.886.978,90$

Costo Promedio Total 68.692.939,81$

Comprende 1 Variac, 1 analizador de red, 3

voltímetros, 3 amperímetros, 1 vatímetro

Posibles costos de laboratorio

25

Figura 5. Comparación de precios de los variac

Fuente: Elaboración propia

Figura 6. Comparación de precios de los analizadores de red


$ - $ 5.000.000,00

$ 10.000.000,00 $ 15.000.000,00 $ 20.000.000,00 $ 25.000.000,00 $ 30.000.000,00 $ 35.000.000,00 $ 40.000.000,00 $ 45.000.000,00

LET-400Test

Equipmentup to 2,500A

PrimaryInjection

LET-400 RDtest

EquipmentPrimaryInjection

LET-400RDC test

EquipmentPrimaryInjection

PTE-100-CPro

SecondaryInjectionTest Set

Costopromedio de

los variac

Variac

Variac

$ -

$ 10.000.000,00

$ 20.000.000,00

$ 30.000.000,00

$ 40.000.000,00

$ 50.000.000,00

$ 60.000.000,00

$ 70.000.000,00

Analizador de red

Analizador de red

26

Figura 7. Comparación de precios de los voltímetros


$ -

$ 500.000,00

$ 1.000.000,00

$ 1.500.000,00

$ 2.000.000,00

$ 2.500.000,00

$ 3.000.000,00

87-5 DigitalMultimeter

(87-V)

Digital 179Multimeter

117Electrician'sMultimeterwith Non-ContactVoltage

Detection

289 True-RMS

Multimeterwith Trend

Capture

Costopromedio de

losvoltímetros

Voltímetros

Voltímetros

27

Figura 8. . Comparación de precios de los amperímetros


$ -

$ 200.000,00

$ 400.000,00

$ 600.000,00

$ 800.000,00

$ 1.000.000,00

$ 1.200.000,00

Amperímetros

Amperímetros

28

Figura 9. Comparación de precios de los vatímetros


Figura 10. Comparación de precios para los campos de pruebas


$ -

$ 500.000,00

$ 1.000.000,00

$ 1.500.000,00

$ 2.000.000,00

$ 2.500.000,00

$ 3.000.000,00

$ 3.500.000,00

$ 4.000.000,00

$ 4.500.000,00

$ 5.000.000,00

PGR series YMC-YTC WMC-WTC Costopromedio de

los vatímetros

Vatímetros

Vatímetros

$ -

$ 20.000.000,00

$ 40.000.000,00

$ 60.000.000,00

$ 80.000.000,00

$ 100.000.000,00

$ 120.000.000,00

Costo MáximoTotal

Costo MínimoTotal

CostoPromedio Total

Posibles costos de laboratorio

Posibles costos delaboratorio

29

Tabla 7. Tabla de posibles equipos


o EurosSitio Oficial

Variac

LET-400 Test

Equipment up to

2,500A Primary

Injection

SMC




aparente de 1KVA

$ 19.560.000,00 $4.890,00

https://www.tequipment.net/SMC/LET-400/High-Current-Test-

Sets/, https://smcint.com/product/let-400-rd-primary-test-

equipment/

Variac

LET-400 RD test

Equipment Primary

Injection

SMC




aparente de 1KVA

$ 30.960.000,00 $7.740,00

https://www.tequipment.net/SMC/LET-400-RD/High-Current-

Test-Sets/, https://smcint.com/product/let-400-rd-primary-test-

equipment/

Variac

LET-400 RDC test

Equipment Primary

Injection

SMC




aparente de 1KVA

$ 35.300.000,00 $8.825,00

https://www.tequipment.net/SMC/LET-400-RDC/High-Current-

Test-Sets/, https://smcint.com/product/let-400-rdc-primary-test-

equipment/, https://smcint.com/product/let-400-rdc-primary-

test-equipment/

Variac

PTE-100-C Pro

Secondary Injection

Test Set

SMC

Permite medir la corriente hasta 250A, opera en

rangos de 40 a 70,con resolución 0.1 grados,

cronometro digital y es empleado como

alimentación en pruebas

$ 39.332.000,00 $9.833,00https://www.tequipment.net/SMC/PTE-100-C-Pro/Secondary-

Injection-Test-Equipment/

Analizador de

redTTS5M Phenix Tech

Empleado para medición, control y reparación de

transformadores, opera en 600V a 40A, con

operación sobre taps de transformadores, en

ensayos DC soporta en breves escalas de tiempo

75KV

$ 28.640.000,00 $7.160,00

https://www.phenixtech.com/Files/Admin/PDF/20106_Single_P

hase_Transformer_Test_Systems.pdf,

https://www.tequipment.net/Phenix4120-10.asp

Analizador de

red

HDPQ-P-

XAFLEX6KPKGDranetz

Empleado para medición se caracteriza por tener

comunicación Ethernet, wifi, Bluetooth y USB,

soporta 1000V y 6000A, permite hacer medición

de armónicos y compensación de factor de

potencia

$ 58.000.000,00 $14.500,00

https://www.dranetz.com/wp-content/uploads/2020/01/HDPQ-

Plus-Power-Quality-Packages_Q01.pdf,

https://www.tequipment.net/Dranetz/HDPQ-P-

XAFLEX6KPKG/Power-Quality-Analyzer/

Analizador de

redDM-5 Amprobe

Permite medir Tensión, corriente, frecuencia,

potencia activa, potencia reactiva, potencia

aparente, energía activa, energía reactiva, energía

aparente, factor de potencia (cos ø), corriente

neutra, demanda, armónicos, calidad

(hinchazón/bajada/interrupción,

transitorios/sobretensión, corriente de irrupción,

tasa de desequilibrio), cálculo de la capacidad

para la unidad de corrección del FP, parpadeo

$ 11.320.000,00 $2.830,00

http://content.amprobe.com/DataSheets/6007569A_DM-

5_DataSheet_w.pdf?_ga=2.161054965.952829118.1534782886-

2104297476.1526013252

https://www.tequipment.net/Amprobe/DM-5/Power-Quality-

Analyzer/

Analizador de

redCW500 Yokogawa

Emplea sondas de corriente y módulos bluetooth,

mide hasta 1000V y 300 A $ 10.800.000,00 $2.700,00

https://tmi.yokogawa.com/solutions/products/power-

analyzers/cw500-power-quality-analyzer/#Documents-

Downloads

Voltímetros87-5 Digital

Multimeter (87-V)Fluke

Medidor de tensión y corriente con capacidad de

soportar sobre picos de 8000V, su corriente

máxima de medida es de 10A con una precisión

de 0.5%

$ 1.908.000,00 $477,00 https://www.tequipment.net/FlukeDigital87VMultimeter.html

VoltímetrosDigital 179

MultimeterFluke

Medidor de tensión, con capacidad máxima

1000V, con una corriente máxima de 400mA,

puede medir frecuencias, Capacitancias e

Inductancias

$ 1.292.000,00 $323,00 https://www.tequipment.net/FlukeDigital179Multimeter.html

Voltímetros

117 Electrician's

Multimeter with Non-

Contact Voltage

Detection

Fluke

Permite detectar voltaje sin contacto, puede

medir voltajes fantasma, posee la capacidad de

medir cargas no lineales con precisión su rango es

de 600V a 10A con resolución de 0.5%

$ 1.080.000,00 $270,00 https://www.tequipment.net/Fluke117.html

Voltímetros

289 True-RMS

Multimeter with

Trend Capture

Fluke

Medidor de tensión y corriente con escala de

600V a 10A, se caracteriza por permitir visualizar

las graficas como un osciloscopio, con una

capacidad de 15000 datos

$ 2.520.000,00 $630,00 https://www.tequipment.net/Fluke289.html?v=130961


MeterFluke



c.a. y c.c., muy precisa para mediciones en

señales no lineales puede medir resistencias

hasta 40 kΩ con detección de continuidad

$ 460.000,00 $115,00 https://www.tequipment.net/Fluke323.html


MeterFluke




752F capacitancias entre 100uF y 1000uF



MeterFluke




752F capacitancias entre 100uF y 1000uF, permite

medir con precisión cargas no lineales



MeterFluke



c.a. y c.c.,permite leer en ambientes con ruido

dada su capacidad de procesamiento de señales

$ 1.000.000,00 $250,00 https://www.tequipment.net/Fluke373.html

Vatímetros PGR series Circuitor

Es instrumento electrónico de panel (96x96) que

sirve de protección y medición de sobrecarga y

potencia . Está compuesto por un convertidor de

potencia cuya salida analógica se conecta al

indicador de aguja . Mide continuamente la

potencia del sistema (medida en 4 cuadrantes) y

da una señal de alarma cuando la potencia

sobrepasa los valores de disparo ajustados.

$ 4.577.399,91 1.055,43 € https://www.directindustry.es/prod/circutor/product-11644-

1880260.html

Vatímetros YMC-YTC Circuitor




400V a 5A

$ 1.948.440,62 449,26 €

http://circutor.es/es/productos/medida-y-

control/instrumentacion-analogica/vatimetros-y-

varmetros/serie-ymc-ytc-detail#documentaci%C3%B3n

Vatímetros WMC-WTC Circuitor




400V a 5A

$ 1.906.978,90 439,70 €

http://circutor.es/es/productos/medida-y-

control/instrumentacion-analogica/vatimetros-y-

varmetros/serie-wmc-wtc-detail#documentaci%C3%B3n

Tabla de equipos

30

Debido a los elevados costos es poco viable que las microempresas o emprendedores

puedan tener en sus propias instalaciones y laboratorios de pruebas para el cálculo de

dichos parámetros, por esto se ve la necesidad de desarrollar equipos de medición que

permitan reducir los costos al realizar este tipo de ensayos, ya que son necesarios para

acreditar a un transformador en normas que garantizan la calidad y su correcto

funcionamiento como son las normas: NTC 380, NTC 3654, NTC818, NTC819 y la

NTC3445, con base a esto se procedió determinar las características de la maquina

eléctrica, junto al transformador al cual se le determinan los parámetros por medio de un

instrumento de medición desarrollado, estos datos serán mostrado en la siguiente

sección.

1.1.6. Equipos empleados para el desarrollo del equipo de medición

El equipo de medición para transformadores de baja potencia tiene su aplicación en el

instrumento DL1093 (transformador) visto en la figura 11, disponible en los laboratorios de

la Universidad de la Salle, el cual se caracteriza por ser un transformador y auto

transformador monofásico con núcleo de capa y devanados subdivididos y cuenta con las

características nominales vistas en la tabla 8:

Figura 11. Transformador monofásico DL1093


31

Tabla 8. Características técnicas del transformador DL1093

Características técnicas

Como transformador

Potencia nominal 500 VA

Voltajes primarios 220/380 V

Voltajes secundarios 2x110 V

Como autotransformador

Potencia nominal 500 VA

Voltaje 220/380 V

Frecuencia 50/60 HZ

Por otra parte, el fabricante de este tipo de máquinas dispone de un equipo de

alimentación para realizar distintos tipos de pruebas el cual es el módulo DL MAC-TT_EM

visto en la figura 12, este permite realizar distintos tipos de pruebas a varias máquinas

eléctricas como son: transformadores monofásicos, trifásicos, generadores, motor

síncrono, entre otros. Para el equipo empleado en el desarrollo del instrumento de

medición se usa este tipo de modulo pues permite realizar los siguientes ensayos: la

resistencia del devanado, la relación de transformación, las características de vacío /

cortocircuito / carga, la determinación de las polaridades y el grupo de conexión, entre

otros. (Lorenzo, 2017)

A continuación, se muestran el equipo y los ensayos que permite realizar a distintas

maquinas eléctricas y en específico al transformador monofásico DL 1093 vistos en las

tablas 9 y 10.

32

Figura 12 Modulo DL MAC-TT_EM.

Fuente: BANCO PARA EL ESTUDIO DE TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS Y

TRIFÁSICOS

Tabla 9 Ensayos que realiza el modulo

33

Tabla 10.Ensayos posibles a realizar al trasformador DL1093

2. Diseño del equipo de medición

2.1 Resumen:

El desarrollo del equipo de medición contempla el uso de una serie de elementos y el desarrollo de varias etapas que permiten realizar la medición de parámetros relevantes de un transformador monofásico de baja potencia. Para ello se diseñó circuitos de medición o acondicionamiento de señal basados en métodos de medición directa e indirecta. Por otra parte, se realizó el software que permitió usar las lecturas de las señales eléctricas de tensión y corriente, para determinar potencias y factor de potencia. En el desarrollo de este medidor fue fundamental el uso de la tarjeta de prototipo rápido Arduino Uno, junto con el uso de un microcomputador como es la Raspberry Pi 3B+, a continuación, se detalla los conceptos teóricos, circuitos, formas de medición del instrumento, simulaciones, entre otros.

2.2 Bases teóricas.

Este trabajo se basa en la instrumentación electrónica, la cual de acuerdo con (Moyan,

2005), se puede definir como la ciencia que se encarga de medir las magnitudes físicas

de un sistema externo, por medio del uso de diferentes tecnológicas. Por lo general se

suelen trabajar las mediciones a través del uso sistemas de señales eléctricas con varias

características físicas como son: el tiempo, tipo de transmisión (cables, radio o fibras

ópticas), rangos de la señal (nV a kV), entre otros. Se suelen emplear señales eléctricas

debido a su facilidad de ser tratadas con elementos electrónicos que determinan una

salida proporcional a la señal de entrada del fenómeno físico.

De acuerdo con (Perez P. F., 1999) los instrumentos usados en la medición pueden ser

de naturaleza análoga o digital, donde los instrumentos análogos realizan mediciones por

medio de una escala o indicador luminoso. Este tipo de dispositivos se basan en un

conjunto de piezas compuestas por elementos móviles y fijos las cuales operan con el

movimiento dado en la parte móvil, proporcional a la magnitud a medir. La parte estática

es la encarga de mostrar el valor de la medición a través de una escala, típicamente

giratoria o lumínica. Por lo general esta escala es dada por rayas divisorias, que se

gradúan por medio de la calibración del instrumento.

Por otra parte, también se tienen los medidores digitales que según (Perez P. F., 1999),

muestran la medición por medio de cifras numéricas. Estos instrumentos suelen introducir

un error de visualización, generado por los elementos usados para mostrar la medida. La

medición se da por valores discretos que representan un valor análogo, dando una unidad

de error de 1−+ unidad, este error se puede reducir subdividiendo la cuantificación por

medio de elementos electrónicos.

Para este trabajo, el instrumento es diseñado con tecnologías digitales, dado que

permiten ser portátiles, medir parámetros eléctricos por procedimientos electrónicos, sin

35

emplear piezas móviles dando más estabilidad y precisión a las mediciones. Los equipos

comerciales suelen medir tensiones y corrientes en DC o AC, sean valores eficaces o

pico. De acuerdo con (Perez P. F., 1999), estos instrumentos típicamente emplean

circuitos que convierten los parámetros medidos en voltajes DC, a través de atenuadores,

conversores análogo/digital, etc. Por otra parte, la visualización por lo general es con

Display, tecnologías led o cristales líquidos.

Los equipos comerciales suelen tener una llave de funciones o interruptor rotatorio, que

permiten dirigir las señales a los circuitos conversores para realizar la medición, por otra

parte, de acuerdo con (Perez P. F., 1999) el conversor A/D se podría definir como un

conjunto de instrumentos que atenúan una señal AC que por lo general trabaja con

valores eficaces, posteriormente se convierte en una señal de tensión DC, con la cual es

posible determinar el valor del parámetro medido. Al revisar distintos catálogos se observa

que los equipos comerciales suelen medir más parámetros que los considerados en este

trabajo, dado que pueden medir, temperatura, resistencia, frecuencias, etc.

Al analizar el transformador monofásico de baja potencia, junto con los parámetros

relevantes de la máquina visto en el capítulo 1, se logró determinar cuáles son las

variables necesarias a medir para determinar el modelo circuital equivalente, las cuales

son: tensión, corriente, factor de potencia y potencia activa. Para ello se realizó la lectura

de las señales de tensión y corriente a través de los circuitos del medidor por medio de

diferentes métodos con lo cual se calculó el modelo circuital, a continuación, se detallan

las técnicas implementadas para medir estas variables.

2.3 Medición de tensión eléctrica

En el caso de la tensión eléctrica, se usó un método de medición directo los cuales según

(Bolivar, 2001), se caracterizan por ser métodos que intervienen en el circuito eléctrico y

determinan la tensión directamente, por medio de un circuito o instrumento especializado.

Para determinar la forma de medición se consultó diversas formas de realizar la medida

de voltajes; todas estas técnicas se basan fundamentalmente en el rango de medición de

los equipos a usar.

En el caso de los transformadores por lo general se emplean voltímetros conectados al

lado de baja de un transformador, con el fin de medir la tensión en los rangos permitidos

por el instrumento. Cabe aclarar, que en el caso de que no se pueda medir la tensión en

el lado de baja de un transformador, se suele reducir la tensión del transformador por

medio del uso de otro transformador, para este caso en particular se evitó usar este

método, debido a que el coste de un transformador es mayor al de componentes

electrónicos como son: resistencias, capacitores, inductores, circuitos integrados, etc.

36

A su vez si los transformadores poseen una alta inductancia pueden desfasar las señales

de tensión en una cantidad de grados. Esto se evitó puesto que de acuerdo con (CEM,

PROCEDIMIENTO EL-020 PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DIGITALES

CON MÁS DE 5 1/2 DÍGITOS DE RESOLUCIÓN , 2011), el hacer esto implicaba

compensar las mediciones de las variables, pues el desfase generado por el

transformador modificaba los datos de las mediciones eléctricas, que determinan el

modelo del transformador monofásico de baja potencia.

Debido a que, en los transformadores monofásicos de baja potencia, la señal tensión es pequeña en comparación con los transformadores monofásicos de distribución, se decidió utilizar para la medición un divisor de voltaje. Al determinar el uso de un divisor de tensión se pudo definir los posibles tipos de divisores a emplear, para ello se determinó el divisor de tensión con base a algunas características de la carga como son: el voltaje, los rangos de frecuencias (baja o alta), impulsos en la máquina, entre otros. En la tabla 11 se muestra los tipos de divisores de voltaje a usar dependiendo de las características de la carga a medir.

Tabla 11. Comparación de divisores de tensión

Tipos de divisores de voltaje

Divisor Continuo 60Hz Opera con

Altas frecuencias Pulsos

Capacitivo puro No Si Si Si

Capacitivo amortiguado No Si Si Si

Resistivo puro Si Si No No

Resistivo compensado Si Si Si Si

2.3.1 Diseño del circuito medidor de voltaje

Para el diseño de este circuito se debió realizar algunas consideraciones importantes. La

primera consideración fue conocer los rangos en que varían los voltajes a medir, pues de

ello depende el tipo de divisor de tensión a usar, con base a la tabla 8, el fabricante

especifica que el transformador DL1093 tiene un rango de voltajes de 220/380V en el

primario y 2x110V en el secundario, aunque puede presentar sobre tensiones en el

arranque, por esto se definió un rango de 0V a 1.2kV, para el sistema electrónico de

medida de voltaje.

En el diseño del medidor se consideró las siguientes condiciones de operación para la

carga, donde opera a frecuencia nominal, no posee componentes en altas frecuencias o

pulsos en sus señales de entrada. Debido a estas condiciones se seleccionó un divisor de

voltaje resistivo puro. Al tener claro la técnica de medición se utilizó el circuito encontrado

en (Cooper & Helfrick, 1991). Se decidió usar este circuito dado que el rango y señales

del equipo no considera, fenómenos no lineales como es la curva de magnetización

37

donde la tensión puede llegar a rangos de tensión de 2kV para el transformador DL1093

por un corto tiempo.

Figura 13. Divisor resistivo del medidor


En la figura 13 se muestra se muestra el esquema final del divisor, a partir de estos se

puede calcular las potencias de los elementos, esto se hizo con el voltaje más alto a medir

en las pruebas específicas para el transformador DL1093, en este caso fue de 1.2 kV. Al

aplicar este valor de tensión al divisor de voltaje visto en la figura 13, se obtuvo la

corriente que pasa por la malla en cada resistencia es de 106.2 µA. Con ello se determinó

38

la potencia que requieren cada una de las resistencias, al realizar esta acción se observó

que las potencias requeridas no son superiores a un ¼ de vatio estos resultados son visto

en la tabla 14.

El motivo por el cual las resistencia tiene tan poca potencia se debe a que se tiene una

resistencia equivalente de gran valor aproximadamente 11.3 MΩ que genera una corriente

muy pequeña lo que implico que las potencias se redujeran, esta información se ve en la

siguientes tablas, donde en cada tabla se ve como la resistividad responde ante diversos

rangos de medición como son: 1.2Kv, 300v, entre otros. En las siguientes tablas se ve los

resultados de cómo opera el divisor de tensión para los valores teóricos de las caídas de

tensión teóricas en cada resistencia del divisor (tabla 12), también están los resultados de

la simulación de las caídas de tensión en cada resistencia del divisor (tabla 13), junto con

la potencia disipada por cada resistencia ante la mayor corriente posible (tabla 14), que

puede pasar por el instrumento.

Tabla 12. Caídas de tensión teóricas

Divisor de voltaje teórico

Variable Escala del voltaje Teórico

R 1.2kV 300V 120V 30V 12V 3V

3,3M 349,95 87,487 34,9947 8,7487 3,49947 0,874867

6M 636,27 159,07 63,6267 15,907 6,36267 0

1.2M 127,25 31,813 12,7253 3,1813 1,27253 0

600k 63,627 15,907 6,36267 1,5907 0,63627 0

120k 12,725 3,1813 1,27253 0,3181 0,12725 0

60k 6,3627 1,5907 0,63627 0,1591 0,06363 0

20k 2,1209 0,5302 0,21209 0,053 0,02121 0

Tabla 13. Caídas de tensión simuladas

Divisor de voltaje simulado

Variables Escala del voltaje simulado

R 1.2kV 300V 120V 30V 12V 3V

3,3M 353 88,2 35,4 8,82 3,53 0,88

6M 625 156 62,7 15,6 6,25 1,56

1.2M 131 32,8 13,1 3,28 1,31 0,33

600k 65,9 16,5 6,6 1,65 0,66 0,16

120k 13,2 3,31 1,33 0,33 0,13 0,03

60k 6,63 1,66 0,66 0,17 0,06 0,01

20k 2,21 0,55 0,22 0,05 0,02 0,00552

39

Tabla 14. Potencias de las resistencias

Potencia de las

resistencias

R P

3,3M 0,0371

6M 0,0675

1.2M 0,0135

600k 0,0067

120k 0,0013

60k 0,0007

20k 0,0002

El método para realizar mediciones con este diseño consistió en colocar las puntas del

circuito de medición en los extremos de la tensión a medir, conectándolo en paralelo con

el circuito, dado que según (Perez P. F., 199) al tener una alta impedancia en la entrada

en este caso 11,3𝑀Ω, se garantiza que el circuito casi no perturba la medición.

2.4 Medición de corriente

Al realizar una consulta sobre diversas formas de realizar esta medición. Se encontró que

dentro de las principales formas se encuentra el poner una pequeña resistencia en serie

con la corriente a medir, donde el voltaje en la resistencia es proporcional a la corriente,

aunque este tipo de técnica posee inconvenientes, como es que el circuito no es flotante

y se interfiere en la medición, por otra parte la potencia del elemento resistivo debe ser

con una gran potencia nominal si la corriente es elevada para no quemarse la resistencia,

ya que de acuerdo con (Perez P. F., 1999), estas resistencias son conocidas como shunt

y se suelen implementar por el uso de resistencias en paralelo para obtener valores

pequeños que no afectan la medición. Por esta razón se cambió el diseño a un circuito

flotante que permitiera medir la corriente sin intervenir en el circuito.

Para ello se desarrolló una tecnología de medición indirecta en la señal de la corriente,

dentro las técnicas encontradas se destaca algunas formas de medición de corriente

como son: sensores Hall, bobina Rogowsky y una pinza amperométrica. Estas técnicas

utilizan el mismo principio la medición indirecta que de acuerdo con (Bolivar, 2001) se

basan en obtener indirectamente el valor de la medición por medio de la medida de otra

variable, en este caso en particular se utiliza el campo magnético que produce la

corriente, que genera un voltaje, a partir de este voltaje medido es posible conocer el valor

de la corriente.

40

A continuación, se detalla en la tabla 15 como se comparan las técnicas previamente

descritas, con la cual es posible desarrollar la técnica seleccionada.

Tabla 15. Comparación de técnicas de medición de corriente

Tipos de medición indirecta de corriente

Criterio Bobina Rogowski Sensor Hall Pinza amperiometrica

Medición indirecta

Si Si Si

Rango de salida

Depende de las consideración de diseño

Depende de la sensibilidad del

sensor y la alimentación

0 a 1V

Dificultad de construcción

Elevada, porque implica construir bobinas, circuitos

electrónicos, fuentes de alimentación, entre otros

Ninguna el sensor solo debe ser

conectado

Ninguna el sensor solo

debe ser conectado

Facilidad de implementar

sobre el transformador

Depende de la forma de la bobina

Requiere de una fuente de

alimentación cerca al sensor

Sencilla solo debe ponerse con el cable al

interior

Incertidumbre Depende de las consideración de diseño

Dependiendo del sensor varia su

sensibilidad y su incertidumbre

−+1%

El sistema seleccionado fue un sensor de corriente (pinza amperiometrica), la cual por

medio de la acción de la intensidad del campo magnético determinaba una salida

proporcional de voltaje en función de la corriente. Para poder medir la corriente dentro del

instrumento se aprovechó la densidad del campo magnético generado por la corriente que

circula en el transformador en cada una de las pruebas y a partir de estas se puede medir

la señal eléctrica por medio de un dispositivo especializado.

2.4.1 Diseño de circuito medidor de corriente

2.4.1.1 Pinza amperimetrica

Con base a la tabla 15 se demostró que una forma eficiente de medir la corriente

indirectamente es por medio de la utilización de una pinza amperimetrica, la cual según el

fabricante utiliza el flujo magnético producido por la corriente para generar una tensión

inducida entre 0 1−+ 𝑉 en este caso se usó una pinza amperimetrica SCT-013-010 vista en

la figura 14

41

Figura 14. Pinza amperiometrica SCT-013-010

Fuente: Sigma Electrónica

Donde sus características técnicas son:

– Corriente de entrada: 0 ~ 10A AC /1V

– Modo de salida: 0 ~ 1V

– No linealidad: ± 1%

– Resistencia Grado: Grado B

– Temperatura de trabajo: -25 ° C ~ + 70 ° C

– Rigidez dieléctrica (entre la cáscara y la salida): 1000 V AC / 1min 5 mA

– Longitud del cable: 1m

– Tamaño: 13mm x 13mm

Debido a que la pinza entrega una señal de voltaje muy pequeña para las pruebas del

transformador y el rango de medida del instrumento es grande (de 0-10A) se debió usar

un amplificador de instrumentación para adecuar la señal a los rangos de medición, por

ello se usó la técnica de ganancia a pequeña señal descrita por las Ec. 4 y 5

𝑽𝒐 = 𝑽𝒊 ∗ 𝑮 Ec 4.

𝑮 =𝑽𝒐

𝑽𝒊 Ec 5.

Para determinar la ganancia fue necesario conocer las señales eléctricas a trabajar, por

ello se simulo la onda de corriente y la onda generada por el sensor con el fin de

determinar cuánto era el voltaje proporcional a 1 A. Este voltaje a pequeña señal es el

voltaje de entrada al amplificador, la tensión de salida fue por diseño de 3.5V, para dar un

rango de seguridad al instrumento y no superar los límites del microcontrolador que

42

realiza la medición, este proceso se observa en la figura 15, donde se simulo las señales

y se determinó el valor de la tensión proporcional a la señal de corriente.

𝐺 =3.5

0.1= 28.28

Figura 15. Simulación del comportamiento de la onda del sensor


Como la ganancia se obtiene por medio del cálculo de una resistencia entre los pines 1y 8

del amplificador AD620 y de acuerdo con el fabricante esta resistencia se obtiene por

medio de la siguiente expresión visto en la Ec. 6

𝑅𝑔 =49400

𝐺−1 Ec 6.

Dando que RG es igual a 1266 Ohm

Para verificar el comportamiento de la técnica, se simulo el circuito en el software Proteus,

donde la pinza es vistan en el esquema del circuito como una fuente AC, a continuación,

se muestra la simulación del sistema en la figura 16

43

Figura 16. Amplificador de instrumentación para la pinza


Al realizar la división entre el Vin (0.1414Vpp) y el Vout (3.5Vrms) se obtuvo que la

ganancia es de 24.2, a su vez se comprobó el funcionamiento del circuito de adecuación

de señal del medidor de corriente, pues la señal de tensión en la salida es cercana a los

3.5V.

2.5 Consideraciones importantes para los circuitos de instrumentación

Dado que los circuitos empleados para realizar las mediciones trabajan con señales A.C,

que poseen valores positivos y negativos en el tiempo. Debido a esto se requirió del uso

de Circuitos integrados que necesitan de alimentaciones con fuentes duales, por ello fue

necesario realizar el diseño de circuitos de rectificación y de alimentación dual, que serán

mostrados en las siguientes partes del documento.

2.5.1 Circuito de rectificación de las señales

Dado que el elemento seleccionado para realizar la adquisición de datos es el Arduino

Uno y este no permite realizar la medición por configuración diferencial, fue necesario

desarrollar una rectificación de señal. Puesto que por diseño los rangos de medida de las

señales de tensión y corriente están en rangos positivos y negativos ( 2,2V−+ para tensión y

3,5 V−+ para corriente) es necesario desarrollar un rectificador de onda completa de

precisión, ya que de acuerdo con (Roldan Arana, 2009) la caída de tensión en los diodos

introduce grandes errores en las mediciones. El circuito empleado para la rectificación es

visto en la figura 17 el cual tiene el comportamiento visto en la figura 18.

44

Figura 17. Rectificador de precisión


El funcionamiento del rectificador se basa en lo siguiente cuando la señal de tensión es

positiva no hay retroalimentación dado que el diodo se comporta como un circuito abierto,

lo cual hace que la tensión pase entre los componentes sin perdidas, pero cuando la

señal es negativa el diodo permite la retroalimentación y el amplificador operacional sirve

como inversor de la señal, lo cual permite una rectificación de la señal sin perdidas por la

caída de tensión en los componentes. Esto ocurre dado que según (Roldan Arana, 2009),

el uso de rectificadores activos basados en amplificadores operacionales evita las caídas

de tensión y no generar un error significativo en las señales a trabajar, la forma de la

rectificación es vista en la figura 18.

Figura 18. Comportamiento de la rectificación de precisión


45

2.5.2 Circuito de fuente de alimentación

Debido a que los circuitos de medición emplean el uso de amplificadores operacionales se

debió realizar el diseño de una fuente de alimentación simétrica con base a una fuente

simple para ello se usó el circuito visto en la figura 19.

Figura 19. Fuente de alimentación simétrica o dual


El comportamiento del circuito se basa en usar el amplificador operacional como

comparador, para ello se usa un divisor resistivo que garantiza tener la mitad de la tensión

en la entrada no inversora del amplificador, el cual sirve de referencia de 0V de la fuente

simétrica, la salida del amplificador operacional está conectada a unos diodos y

transistores que en caso de que la tensión de salida de alguno de los transistores sea

menor a la mitad del valor de la fuente de alimentación de entrada conduzcan y aumenten

la tensión. La entrada inversora se emplea como retroalimentación para mantener la

tensión en el valor deseado de la mitad de la tensión de la fuente deseada. El uso de

condensadores es para evitar fluctuaciones en la carga.

Como la fuente de alimentación es dada por unas baterías es necesario elevar la tensión

por ello se usó el módulo XL6009 que es un conversor boost DC/DC, que permite elevar

la tensión de entrada este componente es visto en la figura 20 y posee las siguientes

características técnicas:

46

Figura 20. Convertidor Boost módulo XL6009

Fuente: Sigma Electronica

• Voltaje de entrada 3.8 ~ 32VDC

• Voltaje de salida 1.25 ~ 35V

• Corriente de entrada hasta 3A.

• Consumo sin carga 18mA

• Frecuencia de trabajo 400KHz

• Rizado de salida: 50mV

• Regulación de carga: ±0.5%

• Regulación de voltaje: ±0.5%

• Dimensiones 48mm x 25mm x 14mm

2.6 Medición de factor de potencia

Una de las variables de interés es el factor de potencia según (Hayt & Kemmerly, 2012)

es la relación matemática que existe entre la potencia aparente y la promedio, este valor

se da debido a que en los circuitos A.C, la tensión y corriente son modelas por funciones

cosenoidales que al ser multiplicadas generan un término cosenoidal que relaciona el

ángulo que hay entre el adelanto o atraso de la corriente con respecto a la tensión, por

ello esta magnitud es adimensional, pero permite determinar la potencia activa la cual

determina cuanta potencia realmente es aprovechada.

2.6.3 Algoritmo medidor de factor de potencia

La medición de factor de potencia se puede realizar por diferentes métodos como son: el

cruce por cero con filtros, DPS o el demodulador IQ. Debido a la facilidad de

implementación del demodulador IQ en tecnologías como la Raspberry se seleccionó esta

técnica. Por otra parte, esta técnica es más eficiente que otras debido a que no es

sensible al ruido.

La técnica utilizada se basa en el trabajo de ( Velasco Peña, 2015), quien se basó en

(Jong, 1997). La técnica consiste en usar la multiplicación de dos señales, con respecto a

la señal que tiene un desplazamiento angular, estas señales están desfasadas 90 grados

47

entre sí, por ello es conveniente hacerlo por medio de señales seno y coseno. En la figura

21 se muestra el esquema básico para realizar las mediciones de factor de potencia por

demodulación IQ.

Figura 21. Demodulador IQ


Dado que el prototipo planteado contempla una Raspberry Pi, se realizó el cálculo del

factor de potencia por medio del siguiente algoritmo:

Algoritmo 1 Metodología

1: Definir el tiempo de muestreo

2: Realizar la adquisición de datos de las señales eléctricas

3: Enviar por comunicación serial los datos de la señal desfasada al programa

4: Por programa generar 2 señales de referencia desfasadas 90º una con respecto a la otra que están a la misma

frecuencia de la señal desfasada

𝑉𝑖𝑚 = 𝑉𝑑𝑒𝑠 ∗ 𝑆𝑖𝑛(2 ∗ 𝜋 ∗ 𝑓 ∗ 𝑡)

𝑉𝑞𝑚 = 𝑉𝑑𝑒𝑠 ∗ 𝐶𝑜𝑠(2 ∗ 𝜋 ∗ 𝑓 ∗ 𝑡)

5: Multiplicar la señal desfasada por cada una de las señales generadas en el paso 4

6: Realizar un filtro pasa bajas a cada una de las señales generadas por la multiplicación

𝑓𝑉𝑖𝑚 = 𝐹𝑖𝑙𝑡𝑟𝑜(𝑉𝑖𝑚)

𝑓𝑉𝑞𝑚 = 𝐹𝑖𝑙𝑡𝑟𝑜(𝑉𝑞𝑚)

7: Calcular los parámetros por medio de la siguiente formula

𝜃 = tan−1 (𝑓𝑉𝑞𝑚

𝑓𝑉𝑖𝑚)

8: Fin

2.7 Medición de potencia

La última variable de interés es la potencia activa que de acuerdo con (Alexander &

Sadiku, 2013), la potencia puede ser vista como el producto de los valores eficaces de la

tensión y la corriente instantáneas, en los terminales de un elemento. Estas señales son

48

descritas como una combinación arbitraria de los elementos del circuito al ser alimentados

por una señal cosenoidal .En los circuitos eléctricos A.C se manejan señales de tensión y

corriente modeladas por ondas cosenoidales, la multiplicación de estas señales

matemáticamente genera un factor cosenoidal que multiplica las magnitudes de tensión y

corriente, esta relación es lo que permite obtener la potencia activa o promedio de un

elemento especifico, por ende este valor es menor o igual a la potencia aparente del

sistema debido a esto se planteó un algoritmo que fuese capaz de medir la potencia

activa.

2.7.3 Algoritmo medidor de potencia

Para poder medir la potencia activa del transformador se hizo por medio de la utilización

de un programa que calcula la señal de potencia activa del sistema, pues con ello se logra

obtener el valor de la potencia y se aprovechar al máximo el uso de la Raspberry Pi, la

metodología desarrollada para medir la potencia es mostrada a continuación.


1: Definir el tiempo de muestreo

2: Realizar la adquisición de datos de las señales eléctricas

3: Enviar por comunicación serial los datos de ambas señales

4: Por programa multiplicar las señales

𝑝(𝑡) = 𝑣(𝑡) ∗ 𝑖(𝑡) 5: Por medio de la gráfica obtener el valor de la potencia activa

6: Fin

Para comprobar el desempeño del algoritmo se simulo un circuito con funciones de

tensión y corriente AC, este circuito fue extraído de (DeCarlo & Min Lin, 2009), donde se

definían las señales de tensión y corriente por las Ec. 7 y 8, a su vez mostraba el

comportamiento de estas señales en una gráfica junto con la gráfica de la potencia, estos

datos serán mostrados a continuación en las figuras 22, 23, 24 y 25:

𝑖(𝑡) = 10 cos(377𝑡) Ec 7.

𝑣(𝑡) = 2 cos(377𝑡 + 45º) Ec 8.

49

Figura 22. Señal teórica de la potencia

Fuente: Linear Circuit Analysis: Time Domain, Phasor, and Laplace Transform

Approaches

Figura 23. Circuito empleado para la simulación de la potencia


50

Figura 24. Simulación de la onda teórica


Figura 25. Simulación teórica del algoritmo medidor de potencia


51

2.8 Resultados de comparación entre el diseño teórico y simulación de los

diseños

Los resultados mostrados en esta sección corresponden a el error en la comparación

entre el valor teórico contra el valor simulado visto en la Ec 9, en el caso de la tensión se

comparó el divisor resistivo teórico, contra el simulado. Para la corriente se comparó la

ganancia teórica contra la simulada, en el caso del factor de potencia y potencia activa se

hizo una simulación de la técnica en el software Matlab, a continuación, se detalla los

procesos de validación de diseño.

%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 =|𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜−𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑆𝑖𝑚𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜|

𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜∗ 100% Ec 9.

2.8.3 Error en medición de voltaje

En esta sección se muestra los errores entre la tabla 12 y la tabla 13, para ello se aplicó la

Ec 9 a cada uno de los resultados de las tablas por medio del cálculo del error a parejas

ordenadas en el mismo rango de medición y al mismo valor de resistencia, esto

resultados son mostrados a continuación en la tabla 16:

Tabla 16. Error en el divisor resistivo

Error en el divisor de voltaje relativo

Vteo-Vsim Escala del voltaje simulado

R 2kV 1.2kV 300V 120V 30V 12V 3V

3,3M 0,0082 0,0087 0,0082 0,0116 0,0082 0,0087 0,0059

6M 0,0160 0,0177 0,0193 0,0146 0,0193 0,0177 0,0193

1.2M 0,0279 0,0294 0,0310 0,0294 0,0310 0,0294 0,0373

600k 0,0373 0,0357 0,0373 0,0373 0,0373 0,0373 0,0059

120k 0,0420 0,0373 0,0404 0,0452 0,0373 0,0216 0,0570

60k 0,0373 0,0420 0,0436 0,0373 0,0687 0,0570 0,3713

20k 0,0411 0,0420 0,0373 0,0373 0,0570 0,0570 0,0411

Media 0,0276 0,0276 0,0270 0,0305 0,0062 0,0557 0,0394

% 2,7615 2,7589 2,6977 3,0549 0,6152 5,5661 3,9437

Posteriormente se calculó el error como la media aritmética de todos los errores y con ello

se determina el valor porcentual del error estos datos son vistos en las 2 últimas filas de la

tabla 16.

2.8.4 Error en medición de corriente

Por diseño se calculó una ganancia de 28.28 visto en la Ec. 5, el valor de la ganancia

simulada se obtuvo al aplicar la Ec. 5 con los resultados vistos en la figura 16, donde se

52

obtuvo que la ganancia es de 24.2, con estos datos aplicando la Ec. 9 se obtuvo que el

porcentaje de error es:

%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 =|28.28 − 24.2|

28.28∗ 100% = 4.1%

2.8.5 Factor de potencia

Para corroborar el desempeño del algoritmo se encontró el ángulo de desfase por medio

de simulación, para ello se implementó el algoritmo 1, en el software Matlab, se modelo la

señal desfasada como una señal de la forma 𝑉𝑑𝑒𝑠 = 170 ∗ sin (2𝜋𝑓𝑡 + 270), al realizar la

prueba con el código basado en el algoritmo 1 se obtuvo que el desfase era de -90 o

descrita de otra forma 270 dando como resultado en error de:

%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 =|270 − 270|

270∗ 100% = 0%

2.8.6 Potencia activa

De acuerdo con la simulación realizada en el software Proteus visto en la figura 24 se

observa que el circuito posee una amplitud de 17W en la señal de potencia simulada, al

compararla con la señal de potencia teórica simulada en el software Matlab visto en la

figura 25 se obtuvo que la amplitud es de 17.0711W, al aplicar la Ec. 9 se obtiene que el

error es:

%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 =|17.0711 − 17|

17.0711∗ 100% = 0.416%

2.9 Etapa de adquisición y transmisión de datos

Los circuitos previamente desarrollados dan en sus salidas señales A.C rectificadas que

varían en el tiempo, es por ello que se debió considerar una etapa de adquisición que

fuese capaz de medir este tipo de señales, para ello se usó como base la tarjeta de

prototipado rápido de hardware abierto Arduino, según (Tojeiro Calaza, 2014) emplea el

circuito integrado Atmega328 el cual es un microcontrolador capaz de ser programado y

ejecutar tareas específicas usando sus unidades de procesamiento central, memoria

interna y periféricos de entrada y salida, entre otros. Esta tarjeta permite hacer

transmisiones serie de señales TTL a través de los pines de RX, TX que de acuerdo con

el fabricante el rango de estas señales es de 5V o 3.3V.

Según el fabricante esta tarjeta permite la adquisición de señales analógicas a través de

los pines A0, A1, A2, A3, A4, A5, en rangos de tensión de 0-5 V, para ello emplea un

53

conversor análogo digital (ADC), que convierte una señal análoga a una digital, para la

tarjeta seleccionada se posee un ADC de 10 bits que permite tener una resolución de

1024 permitiendo medir señales en un intervalo de 4.9mV ante una tensión de entrada

máxima de 5V. Al ser implementada en el diseño del instrumento de medición se

contempló que trabajan con señales de tensión que oscilan en un rango entre 2,2 V a

3.5V por lo cual se espera que con la resolución del microcontrolador para medir señales

en el rango previamente mencionado se pueden tener alrededor de 450 a 715 muestras.

Uno de los factores más importantes al tratar la reconstrucción de las señales es el tiempo

de muestreo, debido a que este parámetro determina que tan buena es la recreación de

las señales del sistema y es la medida que determina que tan cercana es la señal medida

a la señal real, fundamentalmente se basa en el teorema de Nyquist, pero de acuerdo con

(Franklin, Powel, & Workman, 1997), se sugieren que el tiempo de muestreo sea

aproximadamente unas 40 veces mucho más pequeño que el ancho de banda, para que

sea muy cercano a un sistema continuo, por ello se consideró un tiempo de muestreo de

416us dado que el ancho de banda de la red es de 60 Hz.

Para realizar él envió de la información al micro computador de las señales de tensión y

corriente, se empleó el puerto serie de la tarjeta Arduino Uno que usa los pines TX, RX

para la transmisión de información, la cual se basa en el dispositivo UART que controla

los puertos y dispositivos serie del microcontrolador dado que de acuerdo con (Instrument,

2020) el UART se encarga de realizar conversiones de serie a paralelo en los datos

recibidos de un dispositivo periférico y conversión de paralelo a serie en los datos

recibidos de la CPU. En el caso del medidor desarrollado se realiza una comunicación half

dúplex por medio del estándar USB, él envió de información incluyo un salto de línea

entre cada trama para que el software detecte en qué punto se cierra esa transmisión y

llega una nueva trama.

Una vez definidas todas las características de interés sobre la tarjeta Arduino y las

características de la comunicación serial se procedió a desarrollar un código que

permitiera hacer la adquisición y envió de datos al microcomputador el cual fue

desarrollado a través del siguiente algoritmo


1: Configurar el Arduino con las variables y pines a usar, configuración inicial y métodos a implementar

2: Realizar la adquisición de datos de las señales eléctricas por medio de la medición análoga a través de los

pines empleados en la configuración inicial

3: Enviar por comunicación serial los datos de ambas señales por medio de la codificación de la trama

implementada

4: Definir un retardo para hacer una buena adquisición de datos 5: Fin

La configuración del software se basó en la estructura típica de un programa en Arduino el

cual está compuesto de la siguiente forma, al inicio se declaran variables, constantes y

54

pines a usar, luego por medio del método void setup() se define la configuración de los

pines y la tasa de transmisión, posteriormente se declara el método void loop() que se

encarga de realizar la medición analógica y él envió de las señales analógicas por último

se declara el tiempo de muestreo para tener una buena reconstrucción de la señal, a

continuación en el siguiente pseudocódigo se muestra la estructura del programa.

Algoritmo 4 Estructura del programa

1: Definir de variables y pines

int sV=A0;

int sI=A1;

int v=0;

int i=0;

2: Configurar setup

void setup()

Serial.begin(9600);

pinMode(sV,INPUT)

pinMode(sI,INPUT)

3: Configurar loop()

void loop()

v=analogRead(sV);

i=analogRead(sI);

Serial.println(sV+’-’+sI);

delay(0.416);

4: Fin

2.10 Procesamiento de la información.

Al utilizar el microcomputador Raspberry Pi 3B+, como elemento de procesamiento de la

información dada por las etapas de alimentación, acondicionamiento y transmisión de

datos, se debió desarrollar un software que fuera capaz de recibir la información, tratarla y

determinar los parámetros del modelo circuital, el software implementado en el

microcomputador se basa en el siguiente algoritmo

Algoritmo 5 Procesamiento de la información

1: Inicio

2: Habilitar la comunicación serial

3: Recibir la trama de datos

4: Almacenar todos los datos en una sola variable para trabajarla

5: Implementar una técnica para la separación de la variable en múltiples vectores que contiene la

información de las señales eléctricas de tensión y corriente

6: Convertir datos a number

7: Reconstruir las señales de tensión y corriente

8: Calcular las variables y parámetros eléctricos del modelo

9: Visualizar los datos

10: Fin

55

Para implementar el algoritmo 5 se consideró dos etapas distintas una de desarrollo

grafico visual y otro donde se trabajó la lógica del sistema, junto con los métodos de

cálculo del modelo circuital en una capa invisible al usuario, para el desarrollo de la lógica

del sistema se desarrolla la siguiente metodología.

2.10.1 Desarrollo de la lógica del sistema

En esta etapa del desarrollo del instrumento se realizó los diagramas de clases, casos de

uso y diagramas de secuencias bajo la metodología UML, con el fin de determinar por

medio de una notación grafica como sería la estructura del software, las necesidades y

requerimientos del usuario o sistema, junto con las secuencias que determinan el

comportamiento del software, estos serán mostrados a continuación:

2.10.1.1 Casos de uso

En esta etapa se realizó los casos de uso del sistema que de acuerdo con (Pressman,

2001), permiten crear un conjunto de escenarios que identifican una línea de uso para el

sistema, o en otras palabras es la descripción de cómo se usa el sistema. En él se define

los actores y acciones que interactúan en el sistema, para este caso en particular se

identificó el entorno del software a desarrollar, al cual se le dio el nombre de Medidor.

La forma en que se pensó el software considera un solo actor el cual es el usuario, este

puede realizar los métodos de Calcular parámetros del modelo rama serie, Calcular

parámetros del modelo rama paralelo y Generar Reporte. Las dos primeras acciones

realizan la inclusión de métodos que permiten realizar la adquisición de información,

obtener las mediciones eléctricas tratadas, para reconstruir las ondas antes de ser

rectificadas, a su vez contemplan los métodos para realizar los cálculos de las variables

eléctricas como son obtener la tensión, corriente, potencia, factor de potencia y visualizar

la información.

Por otra parte, el método de generar reporte incluye las acciones de calcular los

parámetros eléctricos (rama serie y rama paralelo), el sistema se diseñó como un sistema

donde las acciones son síncronas, ya que debido a la forma en que opera el sistema le es

imposible realizar procesos asíncronos que permita la resolución del mismo. A su vez la

construcción del modelo circuital requiere que cada prueba sea realizada de forma

independiente lo cual hace que sea imposible realizar las mediciones de forma asíncrona.

El modelo de los casos de uso es visto en la figura 26

56

Figura 26. Casos de uso


2.10.1.2 Diagrama de clases

De acuerdo con (Pressman, 2001), el diseño de software de calidad implica el uso de

clases que pueden ser vistas como una descripción generalizada de una colección de

objetos similares; estos objetos heredan atributos y métodos generalizados, que permiten

la manipulación de datos de los atributos de la clase. Para el desarrollo del software se

considera solo una clase, dado que esta clase no se relaciona con más clases en el

equipo de medición, y debido a la forma en que se realiza los cálculos no hay

polimorfismo, esta clase posee el nombre de medidor, el cual tiene como atributos las

variables eléctricas necesarias para calcular el modelo circuital del transformador, a su

vez contiene los métodos del sistema, que tomaron como base las acciones de los casos

de uso, previamente vistos en la figura 26, a continuación se detalla el esquema de la

clase del sistema implementado visto en la figura 27.

57

Figura 27. Clase del medidor


2.10.1.3 Diagrama de secuencias

La forma lógica en que opera el sistema es descrita a través del diagrama de secuencias,

según (Pressman, 2001), es una diagrama de notación UML que permite relacionar

objetos en un sistema, para este caso en particular se considera un actor y dos

subsistemas los cuales son la interfaz gráfica (GUI) y la lógica interna. Por medio de la

GUI el usuario, interacciona con el sistema permitiéndole obtener los parámetros del

transformador, en el diagrama visto en la figura 28 se muestra la forma lógica en que el

sistema Medidor funciona.

58

Figura 28. Diagrama de secuencias


2.10.2 Desarrollo de la interfaz grafica

Para el diseño de la interfaz gráfica, lo primero que se realizo fue un proceso de

aprendizaje, sobre las formas en que se realizan las pruebas específicas para

transformadores, en este aprendizaje se logró obtener el algoritmo que describe como se

realizan las pruebas, el cual es visto en el algoritmo 6

Algoritmo 6 Realización de ensayos

1: Inicio

2: Averiguar las características nominales del transformador

3: Ubicar los equipos de medición en los rangos nominales de la máquina y dejar en la fuente de alimentación

los valores nominales de entrada para la prueba especificas en cuanto a tensión o corriente

4: Realizar conexiones específicas de la prueba y de los instrumentos de medición con la maquina apagada

5: Energizar la maquina

6: Realizar mediciones de tensión, corriente, potencia activa y factor de potencia

7: Almacenar resultados de la medición

8: Calcular los parámetros eléctricos del modelo

9: Fin

59

Con base a este algoritmo se logro identificar que desde el paso 2 hasta el paso 5 son

tareas que debe realizar el usuario antes de usar el medidor para calculo de parametros,

por ello solo se considero los pasos 6, 7 y 8 para el desarrollo de la interfaz, donde se

realizo lo siguiente: en el paso 6 se diseño una interfaz que permite obtener y visualizar

todas las mediciones requeridas para las pruebas sin necesidad cambiar de pantalla con

el fin de visualizar facil y rapidamente los datos de interes. En el paso 7 y 8 se hizo en una

capa logica invisible al usuario, dado que el usuario no requiere de realizar acciones

previas como almacenar la informacion de los datos de las graficas, dado que el software

lo hace de manera automatica. Con base a lo planteado el diseño final de la interfaz es

mostrado en la figura 29

Figura 29. Interfaz gráfica del medidor


Al desarrollar el medidor se buscó tener un sistema que fuera intuitivo para el usuario,

debido a esto se consideró el diseño de una interfaz fácil y simple de utilizar, la primera

consideración fue hacer que los botones tengan mensajes claros de la tarea que realizan,

sean visualizar gráficas u otros métodos.

También se realizó botones con nombre de métodos concisos como son realizar prueba

de corto circuito, dado que estos métodos involucran usar otros métodos vistos en la parte

lógica que son observan en la figura 26, con base a lo planteado por (Pressman, 2001)

se sugiere hacer la interfaz gráfica de forma que no obliguen al usuario a hacer acciones

innecesarias, es por esto que se colocó un botón que se encarga de realizar la totalidad

60

de la prueba sin que el usuario tenga que preocuparse por llamar métodos como hacer

mediciones, adquirir información, reconstruir señales, entre otros.

Por otra parte, la forma en que se organizó la información se basó en lo planteado por

(Pressman, 2001) donde se organizó de forma consecuente y lógica para el usuario, dado

que las variables calculadas para el modelo son ubicadas en una zona específica de la

interfaz gráfica perteneciente a la prueba realizada esto es visible en la figura 29.

La interfaz es sencilla de usar debido a que el proceso de obtener el modelo circuital del

transformador ejecuta métodos que están ocultos al usuario como son: la adquisición de

datos, el cálculo de la medición de tensión, corriente, potencia activa y factor de potencia.

A su vez en cada ensayo se guarda la información de la variable de interés y con ello se

calcula el modelo, que están organizados de forma clara y concisa en la interfaz gráfica

dentro del espacio que se designó para cada prueba en la GUI.

Para la parte visual se usaron colores que no afectan la percepción visual como son el

blanco, verde o negro, al seleccionar estos colores se planteó tener un fondo blanco que

descanse la vista, unos botones de color verde para dar contraste y una variación de

negro, que se deriva de un verde muy oscuro, esto se hizo para que se tuviera armonía

en la paleta de colores. Para la selección de la tipografía se analizaron las principales

tipografías usadas, como son Helvética, Sans-Serif o Arial, para la interfaz se seleccionó

la letra Arial dado que esta tipografía se usa en gran variedad de aplicaciones como

publicidad, libros, revistas u otros, además es fácil de entender en variedad de tamaños.

61

3. Construcción del equipo de medición

3.1 Resumen:

Luego de haber diseñado cada uno de los circuitos de medición, junto con los circuitos de

alimentación, se procedió a implementar los diseños por medio de componentes

electrónicos y físicos, en este caso en particular se intentó realizar la integración de todos

los circuitos a través del montaje en Protoboard y luego se desarrolló la PCB, con la cual

se construyó el prototipo y se dejó listo para realizar calibraciones al instrumento.

En esta etapa también se realizó el diseño de un contenedor que permitió incorporar

todos los circuitos y tarjetas desarrolladas para operar en conjunto como medidor de

parámetros del transformador; estos resultados y actividades serán mostrados a lo largo

del capítulo iniciando con las modificaciones necesarias para realizar el montaje del

circuito.

3.2 Construcciones y modificación de los circuitos:

Para iniciar la construcción del prototipo lo primero a realizar fue definir la cantidad de

componentes a usar, pues algunos de los circuitos emplean varios amplificadores

operacionales (opams), pero estos pueden venir incorporados en menos chips. Por ello se

definió las cantidades y materiales requeridos para la construcción del medidor que es

visto en la tabla 17:

Tabla 17. Cantidad de componentes para el medidor

Componentes Cantidad

Interruptor rotativo 1

Capacitor 220uf 2

Bornera de 2 3

Bornera de 3 1

Resistencias 22

Trimmers 4

Diodo 1N4007 4

TIP31 1

TIP42 1

AD620 1

LM358N 3

Total 43

62

Al definir todos los componentes electrónicos del medidor, se empezó a modificar los

circuitos para poder evitar algunos problemas relacionados con referencias de masas y

alimentaciones en los circuitos integrados, en este proceso se dio especial énfasis a la

tierra del circuito, puesto que se usó una medición indirecta por medio de elementos

alimentados con baterías externas, dado que con este método se evitan problemas de

masas en el medidor, que pueden generar cortos al realizar la medición.

Por otra parte, el diseño contempla el uso de diversas tecnologías de bajo coste, como

son: resistencias, capacitores, circuitos integrados, etc. Pero muchos de estos valores no

son de fácil de obtener en el mercado, pues los valores comerciales encontrados en

algunos casos no coinciden con los valores de diseño en el circuito. Por ello se determinó

que elementos no se conseguían en el mercado al momento de construir el instrumento.

A partir de esto se determinó todos los elementos que debían ser cambiados para poder

construir el medidor, en este caso se encontró que los elementos no encontrados eran

resistencias no comerciales, utilizadas para los circuitos de medición de tensión y de

corriente. Para solucionar este inconveniente se plantearon dos alternativas, la primera

consistió en realizar resistencias equivalentes que permitieran obtener el valor deseado

para ese componente, pero esta opción fue descartada dado que aumentaba el tamaño

de la PCB e incrementaba la cantidad de componentes en el diseño. La segunda opción

consistió en el cambio de resistencias por trimmers que permitieran obtener estos valores

de manera cercana al valor real, disminuyendo la cantidad de componentes y a su vez el

tamaño del PCB.

Por otra parte, se solucionó problemas de integración con respecto a las tierras y

referencias del sistema, cabe aclarar que todos los circuitos integrados empleados para

medir tensión, corriente o rectificar la señal, utilizaron como tierra la referencia central del

circuito de fuente simétrica. Por tal motivo se hizo que la última resistencia del medidor de

tensión (20kΩ) se conecte a la referencia de la fuente simétrica para tener un punto en

común con los opam y de ahí realizar la medición de dicha variable por medio del circuito

empleado para dicha tarea.

Para poder dar diferentes rangos de medición en la tensión se requirió del uso de un

interruptor rotativo, pues esta consideración permite seleccionar en que rango de

medición se trabaja y con ello proteger el circuito de sobre tensiones que dañen

componentes del medidor. Se seleccionó un interruptor rotativo dado que un dip switch u

otro tipo de interruptor por su construcción es susceptible al desgaste mecánico, por esta

razón se utilizó el interruptor rotativo de 6 posiciones y 2 estados el cual será mostrado en

la figura 30.

63

Figura 30. Interruptor Rotativo


3.2.3 Construcción y modificación del circuito de Tensión

Como previamente se menciono hubo problemas en la construcción del medidor por los

valores de algunas resistencias en diseño de circuito medidor de tensión. Debido a esto

se usó trimmers para cambiar resistencias no comerciales a valores de trimmers

comerciales y con ello obtener los valores de diseño, estos cambios serán mostrados a

continuación en la tabla 18, cabe aclarar que de acuerdo con el fabricante los resistores y

trimmers poseen una incertidumbre o tolerancia del 5 al 10%.

Tabla 18.Trimmers para medidor de voltaje

Resistencia del circuito en

diseño

Resistencia no encontrada para el

diseño

Trimmer empleado para cubrir el valor

no encontrado

6MΩ 40kΩ 50kΩ

600kΩ 40kΩ 50kΩ

60kΩ 4kΩ 5kΩ

20kΩ 20kΩ 20kΩ

Otro problema que se solucionó al momento de construir el equipo fue la referencia a

masa para el medidor de tensión, dado que el equipo requiere de una etapa de

rectificación de señal de precisión, por ello se unió la referencia de los opam del

rectificador de señal con el punto más bajo de la señal donde se obtuvo lo visto en la

figura 31:

64

Figura 31. Masa del circuito medidor de tensión


3.2.4 Construcción y modificación del circuito de Corriente

En el diseño del medidor de corriente se encontró 2 problemas, el primero fue con la

resistencia de ganancia de baja señal, pues este valor es generado por diseño y de

acuerdo con la Ec. 6 este valor es de 1266Ω. Para obtener este valor se usó trimmer de

2kΩ que se varió con el fin de obtener este valor de resistencia y garantizar el

funcionamiento del circuito. Por otra parte, como todo el circuito opera con opams y sus

corrientes son tan pequeñas se debió consultar cual corriente se usaría para los anchos

de pistas de la PCB, de acuerdo con ( Velasco Peña, 2015), como los valores de corriente

son tan pequeños se puede asumir que están en el rango de uA, se puede usar un ancho

de pista de 0.5mm, al realizar estas modificaciones se obtuvo el siguiente circuito visto en

la figura 32.

65

Figura 32.Circuito final de medición de corriente


3.2.5 Montaje en Protoboard del circuito

Esta etapa fue pensada para verificar el funcionamiento de los circuitos antes de diseñar

el PCB, puesto que con ello se comprueba el funcionamiento del medidor de manera

experimental y se verifica el diseño. Para realizar esta tarea lo primero que se realizo fue

definir la cantidad de materiales y con ellos realizar un montaje en Protoboard debido a

que eran 43 componentes visto en la tabla 17, se realizó el montaje por etapas donde se

inició con el montaje de la fuente simétrica pues esta permitió, determinar en qué puntos

estaba la referencia a masa y la fuente de alimentación simétrica que emplean los

circuitos integrados, que permitían acondicionar las señales de tensión y corriente del

medidor.

Posteriormente se realizó el montaje de los rectificadores de precisión y la etapa de

amplificación del circuito de corriente, en este punto se debió usar otro protoboard puesto

que el circuito de atenuación de señal de tensión posee muchos componentes y fue

imposible colocar de forma ordenada el circuito dentro de la misma Protoboard. Debido a

la problemática actual fue imposible realizar estos ensayos experimentales y por ello se

asume que el diseño no posee errores y se procedió con el diseño de PCB por otra parte,

los montajes en protoboard son vistos en las figuras 33 y 34.

66

Figura 33. Montaje de rectificadores y amplificadores de señal de corriente


Figura 34.Atenuador de tensión


67

3.2.6 Diseño de la PCB

Para esta etapa se consideró las siguientes recomendaciones dadas por (Technologies,

2017), verificar que todas las pistas de la PCB tuvieran ángulos diferentes a 90 grados y

que las reglas de diseño tuvieran determinado que el valor mínimo de las pistas era de

0.5mm, esto es visto en la figura 35.

Figura 35. Reglas de diseño


Posteriormente se empezó a poner todos los elementos del circuito en un área aleatoria

para la PCB, donde se cambiaron las fuentes de tensión y corriente por borneras para

realizar la conexión con las puntas del voltímetro, entrada de las baterías y la pinza

amperiometrica esto se puede observar en la figura 36.

68

Figura 36. Borneras de entrada del medidor


Por otra parte, se debió diseñar el modelo del interruptor rotativo ya que este no se

encontraba en las librerías del software y era de vital importancia en el desarrollo del

circuito, para ello se realizó el diseño de la pieza con base a las mediciones del elemento

y se le definió un pad de C-120-60, el cual es visto en la figura 37.

Figura 37. Modelo del interruptor rotativo


69

Ya teniendo todas las modificaciones de los circuitos se procedió a determinar un área

final del PCB, para ello se incorporó todos los elementos en un área aleatoria, esta área

luego fue reducida para no usar, más espacio del requerido dando como resulta que las

medidas del PCB fueron de 14.0cm de alto x 7.6 cm ancho. El PCB final es visto en las

figuras 38 y 39.

Figura 38. Modelo de la PCB


70

Figura 39. Modelo 3D de la PCB


3.2.7 Implementación y construcción de la PCB

Lo primero que se realizo fue determinar qué tipo de componentes son empleados en el

PCB para este caso se tenían 2 opciones si son Through-Hole conocidos también como

THT, que son los componentes tradicionales, que se caracterizan por tener agujeros

pasantes en la PCB para conectar elementos en el circuito, donde de acuerdo con

(Nebrija, 2002), los elementos se conectan por ambos lados de la PCB por un agujero

pasante que incrementa el tamaño pero los hace más robustos mecánicamente; este tipo

de componentes se caracterizan por ser más resistentes, y con mejor desempeño para

soportar mayores corrientes. Por otra parte, están los smd que son componentes que se

soldán directamente a la superficie del circuito de la PCB, de acuerdo con (Bellido Diaz,

2019) sus principales ventajas radican en que requieren menos espacio, minimizan las

longitudes de pista, soportan distintos tipos de ácido, disolventes o limpiadores, entre

otros.

71

En este equipo se utilizaron componentes Through-Hole, la razón fue que muchos de los

elementos empleados como resistencias de valores de MΩ solo se consiguieron en el

mercado como Through-Hole y no fueron encontradas como smd. Por otra parte, los

elementos como trimmers, interruptor rotativo, u otros empleados en este equipo, solo se

encontraron en el mercado como componentes Through-Hole. A su vez estos

componentes facilitaron la implementación del circuito en PCB, por la forma de soldadura

para estos los elementos.

Como todos los componentes utilizados en el diseño del medidor son Through-Hole se

realizó una soldadura típica. La soldadura se realizó de la siguiente manera, se inició con

las bases de los circuitos integrados, luego con diodos, borneras y trimmers,

posteriormente resistencias y transistores, por último, se realizó la soldadura del

interruptor rotativo. La forma en que se realizó la soldadura de los componentes fue con

base a la complejidad que implicaba soldar el componente en el PCB el proceso de

soldadura es visto en las figuras 40, 41 y 42.

Figura 40. PCB del medidor


72

Figura 41. Soldadura de bases, borneras, diodos y resistores


73

Figura 42. PCB soldada con todos los componentes


3.3 Desarrollo de la caja de contención

Para integrar todos los elementos del medidor como son: baterías, tarjetas, módulos, etc.

Se desarrolló una estructura que permitiese guardar en su interior todos estos elementos,

para ello se consideró diversas formas de hacerlo como fue: desarrollarla en láminas de

acero, buscar un contenedor en el mercado y por último crear el modelo en SolidWorks e

imprimirlo en 3D.

La primera alternativa fue descartada por la portabilidad del instrumento, dado que al ser

un medidor debe ser portable y este material lo dificultad, ya que agrega más peso al

equipo que las otras alternativas, a su vez es más difícil realizar las labores de

mecanizado para la TFT (pantalla de visualización) y el interruptor rotativo. Por otra parte,

la segunda alternativa también fue descartado pues los componentes como el interruptor

74

rotativo o la Raspberry Pi tienen una altura siempre elevada y las alternativas encontradas

en el mercado, no son de dimensiones cercanas tanto en ancho y alto lo cual hacía que el

contenedor no fuese el óptimo para el medidor, dado que los componentes no quedaban

bien ubicados y/o no quedaba espacio para realizar las conexiones eléctricas de las

tarjetas, módulos, etc. Por ello se decido descartarla.

Debido a los problemas previamente mencionados se procedió a realizar el contenedor

por medio de un software CAD. Para el diseño de la estructura se usó el software

SolidWorks donde se tuvo en cuenta las siguientes consideraciones para el diseño del

contenedor, lo primero fue definir la altura que requiere el equipo, junto con la ubicación

de los agujeros para poder manipular la TFT del medidor, los bornes de conexión y el

interruptor rotativo.

El proceso de diseño se inició con definir la forma que tendría el contenedor en este caso

una caja rectangular, debido a la facilidad que presenta para guardar los componentes del

medidor en su interior, a su vez también permite definir la altura para ubicar los

componentes como la TFT y el interruptor rotativo. Posteriormente se realizó un boceto

para obtener las medidas aproximadas del contenedor, para ello se realizó un montaje en

hoja cuadriculada de todos los elementos que incorpora el medidor, con ello se pudo

definir las distancias mínimas de ancho, largo y alto dando como resultado los siguientes

valores 18.5cm, 23cm y 4.5cm respectivamente, esto es visto en la figura 43.

Figura 43. Medidas tentativas para el contenedor


75

Luego de haber definido las ubicaciones tentativas de los componentes se procedió a

dibujar el contenedor con las medidas propuestas en el boceto, esto se realizó en el

software SolidWorks, en esta parte se re definió donde se ubica cada elemento para dejar

un espacio vacío que permita hacer la conexión de cables entre elementos, a este archivo

se le genero el archivo STL, esto se hizo con el fin de poder realizar el proceso de

impresión 3D, el elemento es visto en las figuras 44 y 45. El detalle de los planos del

contenedor es visto en el anexo 3.

Figura 44. Contenedor final cerrado


76

Figura 45. Contenedor final con transparencia


Para el proceso de impresión 3D del contenedor se hizo una cotización en el mercado,

donde se encontró que los costes de la impresión oscilan entre 110.000 a 200.000 pesos,

por consejo de los fabricantes el material que debe ser usado para este tipo de proyectos

es el PLA de resolución media alta, dado que posee buenas características de IP e IK

junto con un mejor acabado superficial. Cabe aclarar que el PLA es un polímero cuyas

sus características mecánicas son:

– Densidad: 1,25 g/cm3

– Módulo de elasticidad (Young): 3.5 GPa – Elongación a la rotura: 6% – Módulo de flexión: 4 GPa – Resistencia a la flexión: 80 MPa – Temperatura de transición vítrea: 60ºC – Temperatura de deflexión del calor (a 455 kPa): 65ºC – Comienzo de fusión: 160ºC – Módulo de corte: 2,4 GPa – Capacidad calorífica específica: 1800 J/kg-K

77

– Relación fuerza-peso: 40 kN-m/kg – Resistencia a la tracción (UTS): 50 MPa – Conductividad térmica: 0,13 W/m-K

Una vez realizado todo lo relacionado con el diseño del contenedor mecánico, se dejó pendiente realizar la impresión 3D con los equipos de la universidad, pues debido a la contingencia actual no fue posible realizar la impresión del contenedor en la universidad.

3.4 Apantallamiento

Con el fin de evitar perturbaciones electromagnéticas que afecten el comportamiento de los componentes del medidor se debió realizar el diseño de un sistema de equipotencialidad, que según (Electropol, 2019) busca poner todos al mismo potencial para evitar y proteger de campos y descargas, la forma en que se logra es poner los elementos en contacto e interconectarlos, en instalaciones eléctricas se emplea el uso del DPS (dispositivo de protección contra rayos y sobretensiones), pero para este trabajo se debe realizar lo siguiente:

Pintar el interior de la caja con pintura electrostática para evitar que el medidor se vea afectado por campos eléctricos del exterior dado que al estar con esta pintura y unir las caras del contenedor se crea un solo punto que esta corto circuiteado, lo que implica que el medidor está en equipotencialidad que de acuerdo con (R, M, & R, 1956) evita mediciones falsas por fenómenos de compatibilidad electromagnética, al realizar esto se obtuvo una jaula de Faraday que protege de campos eléctricos estáticos y mantiene nulo el campo en su interior.

La jaula de Faraday de acuerdo (Muñoz Herrerias, 2021) es una caja metálica cuya finalidad es proteger de campos eléctricos estáticos, dado que el campo es nulo en su interior, se basa en el equilibrio electrostático, dado que si entra en contacto con un campo eléctrico externo, las cargas se posiciones fuera de la red, si se inician a desplazar cargas dentro de la jaula se crea un campo eléctrico de sentido contrario al campo externo, haciendo que el interior quede nulo e impidiendo que las cargas puedan atravesarla.

78

4. Pruebas y resultados

4.1 Resumen:

En esta etapa del proyecto se determinó el protocolo de calibración del instrumento para

cada uno de los circuitos de medición, en donde se abarco temas teóricos de la

calibración de instrumentos, errores que pueden ocurrir en los ensayos, fórmulas

matemáticas para la calibración, entre otros.

Por otra parte debido a que no se tuvo acceso a laboratorios, equipos e instalaciones

eléctricas requeridas para la calibración, fue necesario validar el comportamiento del

software del medidor, por medio de una simulación a través de la técnica software for the

loop, que demostró que el software tiene un 94% de eficiencia en el total de ensayos. A su

vez se determinó los costos del desarrollo del medidor.

4.2 Bases teóricas

Los procedimientos de calibración de acuerdo con (CEM, PROCEDIMIENTO EL-020

PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DIGITALES CON MÁS DE 5 1/2 DÍGITOS

DE RESOLUCIÓN , 2011) son todos aquellos métodos o sistemas desarrollados para

hacer metrología de forma eficiente, donde se busca medir las variables físicas de un

proceso, a través de diversos métodos y equipos. Estos métodos y equipos requieren de

calibración que en esencias es comparar los resultados de las mediciones con respecto a

los resultados de un equipo o sistema de medición definido como equipo patrón que esta

calibrado y certificado; al realizar estos procesos es posible determinar el valor de la

medición de la variable, incertidumbre entre otros.

De acuerdo con (CEM, PROCEDIMIENTO EL-020 PARA LA CALIBRACIÓN DE

MULTÍMETROS DIGITALES CON MÁS DE 5 1/2 DÍGITOS DE RESOLUCIÓN , 2011),

que es el ente gubernamental de España se definen los conceptos básicos para realizar

calibración de medidores estos son la incertidumbre, que es la desviación de la media

aritmética en cada medición. También está el ajuste que es descrito como las operaciones

requeridas para relacionar los datos obtenidos con los datos de variable física, a su vez

definen el error como la diferencia que hay entre el valor medido y el valor real.

A partir de estos datos y con el fin de determinar experimentalmente el correcto

funcionamiento del medidor se procedió a definir el protocolo de calibración para el

medidor donde se dio énfasis en determinar la precisión y exactitud del instrumento,

partiendo del concepto que de acuerdo con (Cooper & Helfrick, 1991), la exactitud es la

aproximación de la medición con el valor real y la precisión es vista como la repetitividad

del mismo valor de la medición, al realizar diferentes ensayos consecutivamente.

Por otra parte, según (Cooper & Helfrick, 1991) la sensibilidad del instrumento está

relacionada con la unidad mínima que puede medir el instrumento al variar la entrada está

79

estrechamente relacionada con la resolución que, es la unidad más pequeña que puede

medir el instrumento en este caso en concreto es de 4.9mV visto en el capítulo 2. A partir

de estas definiciones es posible determinar el error que es visto como desviación entre la

medición y el valor real.

En calibración de instrumentos o sistemas de medición se debe definir por diseño los

diferentes rangos en que va a operar el equipo, pues determinan las limitantes del equipo

en este caso en concreto el equipo puede medir tensiones AC en un rango de 0 a 1000V

y el rango de corriente admisible al circuito es de 0 a 1A AC que son medidos de forma

indirecta a través del acondicionamiento del sensor SCT-013-010, a partir de estos datos

fue posible determinar los ensayos a realizar para calibrar el equipo donde se busca

cumplir con lo previsto en la Ec. 10 .

𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 < 𝑡𝑜𝑙𝑒𝑟𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 Ec 10.

Con base a lo anterior se puede definir una metodología que permita calibrar de forma

eficiente un medidor eléctrico, para ello con base a lo planteado en las guías de

calibración del (CEM, PROCEDIMIENTO EL-020 PARA LA CALIBRACIÓN DE

MULTÍMETROS DIGITALES CON MÁS DE 5 1/2 DÍGITOS DE RESOLUCIÓN , 2011), se

define el siguiente algoritmo con el cual se es capaz de calibrar un instrumento de

medición para variables eléctricas

Algoritmo 6 Calibración de medidores eléctricos

1: Ingresar los equipos patrón y el instrumento a calibrar por lo menos 24 horas antes de realizar las pruebas para llegar a equilibrio térmico antes de la prueba, a su vez definir las referencias para los equipos empleados en el proceso de calibración.

2: Verificar las condiciones de todos los equipos empleados para las pruebas, que estén calibrados, que

tengan buena trazabilidad, no presenten golpes, entre otras condiciones específicas para los equipos a

realizar las pruebas

3: Verificar las condiciones ambientales del laboratorio de pruebas, garantizando que no tenga humedad

significativa y que las temperaturas estén en un rango normal (temperatura ambiente)

4: Conectar los equipos a la misma red, por lo menos media hora antes para llegar a equilibrio térmico

5: Iniciar las pruebas basándose en la condición de la Ec 10

6: while e < tolerancia do

7: Fije un rango de valores para calibración con base a la variable que desea calibrar

8: Determine los puntos dentro del rango donde va a calibrar el instrumento

9: for Todos los datos do

10: Realice al menos 10 veces la medición al mismo valor y determine con ellos la media aritmética y la desviación de la media

11: Almacene todas las desviaciones de la media

12: end for

13: Compruebe que todas las desviaciones sean menores a la tolerancia del equipo

14: if Las desviaciones son < a la media

15: Instrumento calibrado

16: else

17: Desconecte los instrumentos deje enfriar y luego repita la calibración desde el paso 4

18: end if

19: end while

80

4.3 Protocolos de ensayos de calibración

Para realizar la calibración de equipos se plantea por medio del algoritmo 6 que se basa

en documentos tomados del CEM y la IEEE488, los procesos de calibración por lo general

tienen el siguiente orden. Se inicia con una etapa de definición de equipos y materiales,

seguidos por operaciones y condiciones previas en las que se realizan acciones como

numerar los equipos, verificar las condiciones iniciales de los equipos tanto a nivel físico

(sin golpes, sin rayones, etc.) y a nivel ambiental (temperaturas, humedad, etc.),

posteriormente se realiza los ensayos respectivos a la medición de cada variable y con

base a los resultados se realiza la calibración de los mismo.

Otras consideraciones importantes para realizar calibraciones según lo que menciona él

(CEM, PROCEDIMIENTO EL-020 PARA LA CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS

DIGITALES CON MÁS DE 5 1/2 DÍGITOS DE RESOLUCIÓN , 2011) son: verificar la

longitud de los cables de los contactos, a su vez que sean del mismo material, también

para el caso específico de la metrología eléctrica es necesario determinar el tipo de

señales a medir pues en mediciones DC, es posible necesitar realizar ajustes previos para

tener el equipo sin magnetizaciones, o que el equipo inicie mediciones en el punto de

inicio de la escala. Algunos de los problemas más comunes en la instrumentación en

máquinas eléctricas están relacionados con fenómenos de fuentes de señal no deseada

que serán mencionados a continuación:

Los principales fenómenos de señal no deseada son las fuerzas electromotrices, estas se

originan por el uso de diferentes cables para los contactos o variaciones de temperatura

en el medidor, también están las interferencias electromagnéticas que se originan por

campos magnéticos o altos niveles de radio frecuencia, estos pueden ser evitados si se

usan cables o cámaras apantallados, para conseguir una equipotencialidad del

instrumento. Otro problema común son los lazos a tierra pues si el equipo y el patrón

están a diferentes puntos de tierra puede generar problemas de instrumentación.

Otros problemas típicos que suelen ocurrir al trabajar con instrumentación son las fugas

de aislamientos, que se previenen verificando el estado de los conductores, también están

los problemas de impedancia por la longitud de los conductores, que generan

inductancias y capacitancias pero de acuerdo con (CEM, PROCEDIMIENTO EL-020


DE RESOLUCIÓN , 2011), se solucionan usando cables cortos con longitud menor a 1

metro. Por último, en ocasiones se puede tener problemas ruido en máquinas rotativas,

pero para este tipo de problemas se pueden solucionar al alejar el medidor de la fuente de

ruido.

La calibración entrega errores, que deben ser menores a las tolerancias del equipo, si no

cumple este criterio se debe considerar cambiar el equipo. Para este trabajo en específico

81

se desarrolló unas tablas para calibración de instrumentos de medición de variables

eléctricas AC, que se encuentran en el anexo 1. Por otra parte para todo ensayo de

calibración emplea un equipo patrón como elemento de comparación, pero como en este

caso en la investigación no se encontró un equipo que mida de forma automática los

parámetros de transformadores monofásicos para operación, se debe utilizar como

equipos patrones los multímetros digitales que miden tensión AC y las pinzas amperio

métricas que miden corrientes AC, a continuación se detallan los protocolos de calibración

para los en ensayos de tensión y corriente.

4.3.3 Protocolo de calibración de tensión

El protocolo de calibración del circuito medidor de tensión se basó en aplicar el algoritmo

6 junto con condiciones específicas de los ensayos de calibración de tensión de

multímetros con señales AC, donde de acuerdo con (CEM, PROCEDIMIENTO EL-020


DE RESOLUCIÓN , 2011) para calibración de multímetros digitales AC no es necesario

realizar una verificación de que el equipo se encuentre en el 0V o al inicio de su rango

antes de iniciar las pruebas. En términos generales la calibración se realiza aplicando lo

visto en el anexo 1, a su vez se verifica el rango en el que opera el equipo y con ello se

define el tipo de calibración a realizar. Para este tipo de medidor se definió que se debe

realizar una calibración de puntos de medida específicos, para el rango de 120V a 300V

pues en este rango es donde se espera que opere el equipo.

Las pruebas de calibración se deben hacer realizando las operación previas vistas en el

anexo 1 y realizando las conexión del medidor como es visto en la figura 46,

posteriormente se procede a llevar los equipos a equilibrio térmico dejándolos conectados

a la red por media hora, este proceso se debe hacer con el equipo patrón y el medidor

desarrollado, luego se realizan los ensayos de calibración basados en la metodología del

algoritmo 6 en puntos específicos del rango del medidor, los cuales fueron previamente

mencionados. En las pruebas de calibración se debe usar como equipo patrón un

multímetro AC que tenga un rango de medición superior a 300V, luego se debe realizar

una serie de mediciones con al menos 10 puntos de tensión diferentes en un rango de

120V – 300V.

Por la naturaleza de los equipos se debe realizar a través de una medición directa con la

fuente de tensión, estos resultados entregan una serie de mediciones de tensión para el

equipo patrón y el medidor desarrollado. Las mediciones del equipo patrón son usadas

como valor real de la medición, a partir de estos datos se realizan los pasos 6 al 18 del

algoritmo 6, y con ellos se determina si el equipo cumple o no la calibración.

82

Figura 46. Conexión para calibrar tensión


Para determinar el valor de la calibración del instrumento desarrollado, se debe conocer

su precisión y para ello se calcula la media aritmética de las mediciones y la dispersión

del instrumento que es dada por las Ec. 11 y 12 que se observan en las siguientes

ecuaciones:

𝑉𝑎𝑐 = ∑𝑉𝑎𝑐(𝑖)

𝑛

𝑛𝑖=1 Ec11.

𝑺 = √∑(𝑽𝒂𝒄(𝒊)−𝑽𝒂𝒄 )𝟐

𝒏−𝟏

𝒏𝒊=𝟏 Ec 12.

Este proceso se debe realizar con ambos equipos (equipo patrón y medidor desarrollado),

para verificar los errores en las mediciones y determinar la precisión y exactitud del

medidor de tensiones AC. Debido a los problemas actuales fue imposible determinar

estos valores pues no se cuenta con las instalaciones y equipos necesarios para realizar

este protocolo de calibración.

83

4.3.4 Protocolo de calibración de corriente

El protocolo de calibración del circuito de corriente se basó en aplicar el algoritmo 6 junto

con condiciones específicas de los ensayos de calibración de pinzas amperio métricas AC

donde de acuerdo con (CEM, Procedimiento EL-007 para la calibración de pinzas

amperimétricas., 2009) se debe usar un equipo patrón calibrado al cual se le conozca su

trazabilidad, a su vez debido a la naturaleza de los instrumentos se sugiere realizar una

medición de corriente de forma indirecta que, consiste en realizar una medición de la

variable de interés de forma indirecta, al medir una variable que es más sencilla de

obtener, para este caso se mide la tensión AC dado que para este medidor la salida de la

señal de corriente está en un rango de 0 a 3.5V equivalentes a 0 a 1A, a través de un

circuito de medición indirecta y flotante.

En las pruebas de calibración se deben realizar las operaciones previas vistas en el anexo

1 y realizando las conexiones del medidor como es visto en la figura 47, posteriormente

se procede a realizar los ensayos de calibración en los rangos de interés para el medidor.

Como el medidor opera en un rango de 0 a 1 A, se puede definir los puntos de calibración

en valores que abarquen todo el rango del medidor desarrollado.

El ensayo de calibración debe realizarse implementando el algoritmo 6 y las condiciones

previamente mencionadas, donde se debe garantizar al menos 10 puntos de calibración

con los cuales se les debe realizar las mediciones de corriente empleando el equipo

patrón y el medidor desarrollado. Las mediciones del equipo patrón son usadas como

valor real de la medición.

Figura 47. Conexión para calibrar corriente


84

Para determinar el valor de la calibración del instrumento desarrollado, se debe conocer

su precisión con el fin de calcular la media aritmética de las mediciones para la

determinación y la dispersión del instrumento que es dada por las Ec. 13 y 14 que se

observan en las siguientes ecuaciones:

𝐼𝑎𝑐 = ∑𝐼𝑎𝑐(𝑖)

𝑛

𝑛𝑖=1 Ec. 13.

𝑺 = √∑(𝑰𝒂𝒄(𝒊)−𝑰𝒂𝒄 ) 𝟐

𝒏−𝟏

𝒏𝒊=𝟏 Ec. 14.

Este proceso se debe realizar con ambos equipos (equipo patrón y medidor desarrollado),

para verificar los errores en las mediciones y determinar la precisión y exactitud del

medidor de corrientes AC. Debido a los problemas actuales fue imposible determinar

estos valores pues no se cuenta con las instalaciones y equipos necesarios para realizar

este protocolo de calibración.

Dado a que el equipo utiliza como base los datos de las señales tensión y corriente para

calcular las mediciones de potencia y de factor de potencia, su calibración se realiza por

medio de aplicar los pasos 5 a 18 del algoritmo 6, al tener los resultados que entregan

estos paso se calcula el error y la tolerancia con las fórmulas de dispersión y media

aritmética.

Debido a la contingencia actual junto con el hecho de que la universidad no posee los

equipos necesarios para realizar la calibración de las variables de potencia y factor de

potencia, no se pudo realizar ensayos de calibración para este tipo de variables. Por ello

se procede a realizar pruebas de simulación para ver el comportamiento del algoritmo 5

que involucra la medición de parámetros, este proceso será mostrado a continuación.

4.4 Pruebas de simulación realizadas

Debido a que no se contaban con los equipos patrón y las instalaciones eléctricas

necesarias para realizar la calibración del instrumento, se definió el protocolo de

calibración del instrumento junto con una simulación para evaluar el desempeño del

software empleado para determinar los parámetros del transformador de forma autónoma.

Para validar el software desarrollado se hizo por medio del error generado entre

simulación y el software desarrollado para el medidor. En este caso se usó como base los

resultados obtenidos de diversas pruebas a transformadores que se cumplen con la

NTC3445, que es la norma técnica colombiana que especifica los valores máximos para

corrientes y tensiones en cada uno de los ensayos planteados para este proyecto. Cabe

85

aclarar que estos datos usados son de transformadores de distribución que pasaron las

pruebas técnicas requeridas en la NTC3445.

Los datos usados para la simulación son vistos en el anexo 2, en el cual se observa todas

las pruebas realizadas para estos transformadores, de cada ensayo se extrajo los datos

del ensayo sin carga (prueba de vacío) y del ensayo de corto (prueba de corto circuito),

estos resultados fueron usados para simulación donde se obtuvo los datos de tensión,

corriente y potencia activa de los cuales se despejo el factor de potencia. A partir de estos

datos y empleando el algoritmo 7 se obtuvo las señales de tensión y corriente de cada

prueba aplicada al transformador.

Algoritmo 7 Simulación de ensayos

1: Inicio del algoritmo.

2: Obtener todos los datos de las pruebas de tensión y corriente para ensayos de transformadores.

3: Para todos los datos haga.

4: Tome los resultados de tensión, corriente y potencia de las pruebas que realiza el medidor.

5: Cree el vector de tiempo donde defina el tiempo de estabilización se sugiere 5 veces el

Periodo, a su vez defina el tiempo de muestreo como es mencionado previamente en el capítulo 2.

6: Calcule el factor de potencia y el ángulo de desfase entre la tensión y corriente como es

visto en la Ec. 1

7: Cree las funciones matemáticas de las señales de tensión y corriente de los transformadores

e incluya en ellas el ángulo de desfase.

8: Almacene los datos de las señales, tenga en cuenta de que deben ser datos con una parte

entera y máximo 4 decimales, para evitar problemas de simulación.

9: Calcule los parámetros de los transformadores con base a las ecuaciones vistas en el

capítulo 1.

10: Trate los datos para poder enviarlos desde el Arduino a el software del medidor por medio

de vectores.

11: Simule las pruebas con los datos previamente tratados.

12: Almacene los resultados de las pruebas en simulación.

13: Calcule los errores en cada prueba y analice estos resultados.

14: Fin del para.

15: Fin del algoritmo.

Este algoritmo se implementó en el software Matlab, a partir de él se obtuvo los vectores

de prueba de tensión y corriente para los ensayos de corto y vacío, que fueron cargados

en el Arduino pues debido a los problemas para realizar las pruebas en los laboratorios

de la universidad, se usó como base la técnica de Simulation for the loop que de acuerdo

con (Technologies, 2021) consiste en hacer una simulación del comportamiento de un

código, para ver cómo responde a una planta digital en sustitución a un sistema de

prototipo y bancos de pruebas costo, para este trabajo se aplicó esta técnica con el fin de

ver cómo reacciona el software del medidor con señales de prueba para tener un

referente de cómo sería la operación del software ante la entrada de señales de tensión y

corriente adquiridas por la tarjeta desarrollada vista en las figuras 39 y 42 por medio de

las conexiones vistas en las figuras 46 y 47.

86

En el software obtuvo los siguientes resultados con señales de prueba, que permitieron

ser correlacionadas con los datos de simulación en Matlab los cuales serán mostrados a

continuación en las tablas 19 y 20, donde Vo, Io, Po son los datos de la prueba de vacío y

Vc, Ic, Pc son los resultados de la prueba de corto los parámetros rm, lm son asociados a

la rama magnética del transformador y rs, ls a la rama serie del transformador, a

continuación en la figura 48 se ve como se aplicó la técnica software in the loop.

Figura 48. Aplicación software in the loop


87

Tabla 19. Datos empleados para simulación obtenidos del anexo 2

Trafo

Vacío Corto

S(kva) Vo Io Po Angulo Vc Ic Pc Angulo

1 45 214 4,23 300 1,907 517 2,28 465 1,1655

2 150 214 9,08 675 1,924 714 7,6 1567 1,2779

3 150 214 13,4 675 1,8072 523 7,6 1561 1,1671

4 225 214 9,35 900 2,0357 603 11,4 2138 1,2543

5 300 226 14,1 1120 1,9286 669 13,1 2743 1,253

6 400 214 18,3 1360 1,9241 767 17,5 3484 1,3082

7 400 480 8,45 1310 1,8981 760 17,5 3799 1,2811

8 630 214 20,2 1870 2,0156 556 31,9 4033 1,3414

9 1000 214 24,8 2600 2,081 672 50,6 7036 1,3625

10 500 226 17,1 1600 1,9963 798 21,9 4351 1,3189

Tabla 20. Datos para la simulación en Matlab

Trafo

Datos simulación en Matlab

Vc Ic Vo Io Pc Po rs ls rm lm

1 573,13 2,3 214 4,23 471 292,65 91 208 0,01 0,019

2 714 7,6 214 9,08 1607 664,83 28 89,7 0,01 0,04

3 522,9 7,6 214 13,38 1587 650 27 63,1 0,01 0,061

4 602,6 11 214 9,35 2166 895,82 17 50,2 0,02 0,039

5 669 13 226 14,09 2766 1089,4 16 48,4 0,02 0,059

6 766,8 18 214 18,29 3590 1339,2 12 42,2 0,03 0,08

7 760 18 480 8,45 3813 1272,8 12 41,6 0,01 0,017

8 555,7 32 214 20,24 4056 1861 4 17 0,04 0,085

9 672 51 214 24,81 7120 2588 2,8 13 0,06 0,101

10 798,2 22 226 17,09 4501 1572 9,4 35,3 0,03 0,069

4.5 Resultados de las simulaciones de prueba de corto circuito y de la prueba

de vacío

Aplicando la técnica software for the loop se tuvo los datos vistos en la tabla 21, que son

los resultados obtenidos por medio del software desarrollado

88

Tabla 21. Resultados obtenidos en el software del medidor

Trafo

Resultados del software del Medidor

Vc Ic Vo Io Pc Po rs ls rm lm

1 517,2 2,28 214 4,23 468,29 319,6 90,16 208,28 0,007 0,0185

2 714 7,6 214 9,08 1555,56 721,6 26,95 90,03 0,0158 0,0394

3 522,8 7,6 213,97 13,37 1578,23 677,83 27,33 63,14 0,0148 0,0607

4 602,6 11,39 214 9,35 2076,49 1017,96 16 50,42 0,0222 0,0391

5 669 13,16 225,97 14,09 2662,84 1182,54 15,38 48,45 0,0232 0,0579

6 766,7 17,5 214 18,29 3397,63 1453,76 11,1 42,39 0,0317 0,0793

7 759,9 17,5 480 8,45 3569,09 1397,42 11,66 41,83 0,0061 0,0165

8 555,7 31,9 214 20,23 3768,28 2126,62 3,7 17,02 0,0464 0,0823

9 672 50,64 213,97 24,8 6711,18 2987,44 2,62 13,01 0,0653 0,0958

10 798 21,86 226 17,08 4283,13 1765,42 8,96 35,38 0,0346 0,0672

Para poder analizar y obtener resultados del medidor se procedió a calcular los errores

entre el valor de simulación contra el valor del software del medidor dando como resultado

lo visto en la tabla 22, este error es tomado como referencia para analizar la exactitud de

los medidores y con ello la calibración de medidores de parámetros de transformadores

monofásicos de baja potencia.

Tabla 22. Errores entre simulación y el software del medidor

Error Vc Ic Vo Io Pc Po rs ls rm lm

1 9,7535 0 0 0 0,554 9,209 0,49 0,1303 6,061 0,538

2 0 0 0 0 3,201 8,539 3,16 0,3455 8,966 1,253

3 0,0134 0 0,014 0,075 0,553 4,2815 0,51 0,111 4,225 0,328

4 0 0,088 0 0 4,133 13,634 3,96 0,5183 13,27 0

5 0 0,3049 0,013 0 3,73 8,5497 4,29 0,124 8,92 1,195

6 0,0078 0 0 0 5,353 8,5544 5,29 0,4027 8,562 1,245

7 0,0145 0 0 0 6,404 9,791 6,35 0,5529 10,91 1,198

8 0 0,031 0 0,049 7,094 14,273 7,04 0,413 14,29 3,63

9 0 0 0,014 0,04 5,742 15,434 5,64 0,2589 15,58 5,336

10 0,0251 -0,046 0 0,059 4,84 12,304 4,77 0,356 12,34 2,75

89

4.6 Análisis y discusión de resultados.

Al observar la tabla 22 se observa que se cumplió con la condición de que el error sea

menor a la tolerancia del equipo usando como base que la tolerancia está relacionada con

la tolerancia de las resistencias que para este caso es del 10%, esto ocurre en 94 datos

pues solo en 6 datos no cumple en los cuales son relacionados con la potencia en vacío y

la resistencia en la rama magnética.

Con base a la observación anterior se presume lo siguiente:

1. El software funciona de forma eficiente pues en el 94% de los casos el error

cumple con la condición de ser menor a la tolerancia.

2. Se presume que la variación entre los valores de simulación y del medidor ocurre

por la cantidad de decimales de cada posición del vector que se emplean al enviar

los datos simulados al software pues el Arduino posee problemas de memoria al

tratar con datos de más de esta longitud lo cual hace que por cifras significativas

se presente estas variaciones.

3. Se presume que en los datos que superan la tolerancia se debió a dos problemas

la longitud de los vectores de prueba pues se debía tener varios ciclos de la onda

de tensión y corriente para este caso se tomó 5 ciclos, pero con un tiempo de

muestreo que permitiera tomar 81 muestras pues experimentalmente se observó

que más muestras generaban problemas de memoria en las variables globales del

Arduino.

4. Los datos de simulación también se pueden ver afectados por los valores

obtenidos de las pruebas de tensión y corriente, pues no se conoce la trazabilidad

de los instrumentos empleados para los ensayos vistos en el anexo 2.

4.7 Costos asociados al desarrollo del proyecto

Por otra parte, para finalizar el capítulo se hace un análisis de cuanto se gastó en el

diseño y construcción del equipo, la tabla 23, muestra cuánto dinero se gastó en

componentes electrónicos en pesos colombianos para construir el prototipo del medidor,

por otra parte, en la tabla 24 se observa el costo total que incluye servicios, equipos,

mano de obra, etc.

90

Tabla 23.Costo componentes

Componentes Cantidad Precio Unitario Precio total

Interruptor rotativo o perilla rotativa 1 $ 2.941 $ 2.941

Capacitor 220uf 2 $ 168 $ 336

Perilla interruptor rotativo 1 $ 1.261 $ 1.261

Bornera 2 pos 3 $ 336 $ 1.008

Bornera 3 pos 1 $ 833 $ 833

Resistencias comerciales 22 $ 294 $ 6.468

Trimmers Comerciales 4 $ 2.698 $ 10.792

Diodo 1N4007 4 $ 84 $ 336

TIP31C 1 $ 872 $ 872

TIP42C 1 $ 672 $ 672

AD620 1 $ 16.600 $ 16.600

LM358 3 $ 672 $ 2.016

XL6009 1 $ 12.000 $ 12.000

SCT-013-010 1 $ 41.650 $ 41.650

Manos libres para trabajos soldadura 1 $ 28.560 $ 28.560

Cautín 1 $ 16.065 $ 16.065

Tubo estaño 1 $ 4.998 $ 4.998

Pasta para soldadura 1 $ 2.023 $ 2.023

Jumpers 1 $ 2.500 $ 2.500

Pila 1 $ 1.800 $ 1.800

Arduino Uno 1 $ 27.900 $ 27.900

Porta pila 1 $ 2.200 $ 2.200

Puntas multímetro 1 $ 14.000 $ 14.000

Cable USB a microusb 1 $ 10.500 $ 10.500

Raspberry pi 3b,carcasa,sd32gb,adaptador de corriente, disipadores. Pantalla tft 3,5

1 $ 230.555 $ 230.555

Power Bank 1 $ 45.000 $ 45.000

PCB 1 $ 59.900 $ 59.900

Bornera para acometidas 1 $ 1.500 $ 1.500

Cortafríos 1 $ 11.900 $ 11.900

Cable utp 1 $ 714 $ 714

Protoboard 1 $ 11.900 $ 11.900

Domicilios 3 $ 10.000 $ 30.000

Impresión 3d 1 $ 200.000 $ 200.000

Total 67 $ 763.096 $ 799.800

91

Tabla 24.Costos del equipo

Precio días Horas Total

Componentes $ 799.800 1 1 $ 799.800

Luz $ 496 180 2 $ 178.560

Internet $ 112 180 2 $ 40.320

PC $ 2.000.000 1 1 $ 2.000.000

Escritorio $ 350.000 1 1 $ 350.000

Mano de obra $ 12.500 180 2 $ 4.500.000

Total $ 3.162.908 543 9 $ 7.868.680

Al analizar los costos para el desarrollo del proyecto, se observa que en un lapso de 6

meses se gastó alrededor de 7.868.680 vistos en la tabla 24, pero con base a los costos

vistos en la tabla 6 se observa que si se redujo considerablemente el costo de los

laboratorios para este tipo de pruebas, pues los costos aproximados de una laboratorio de

pruebas en el mejor de los casos es de 36.886.978, aunque cabe aclarar que en este

equipo no se consideraron las fuentes de alimentación para los ensayos ni los diseños de

instalaciones eléctricas necesarias para el desarrollo de este tipo de pruebas para

transformadores.

Por otra parte con base a los vistos en las tablas 3, 4 y 5 se observa que el medidor es

más costos que algunos equipos comerciales necesarios para el campo de pruebas, esto

ocurre dado que estos costos son tomados para el desarrollo de una sola unidad del

equipo de medida, en vez de una producción en masa, que reduce los costos asociados a

los componentes electrónicos, y mano de obra, dado que en producciones en masa los

costos de los componentes se suelen reducir en gran medida haciendo más rentable el

desarrollo de productos electrónicos.

92

5. Conclusiones

A partir de las pruebas de cortocircuito y de vacío de un transformador monofásico, se

pudo determinar los parámetros requeridos para el modelo convencional de esta

máquina eléctrica. Cabe aclarar que este trabajo no considero los parámetros

asociados a la corriente de magnetización, pues de acuerdo con Chapman (2012), se

incrementa la complejidad del análisis teórico de la máquina, por otra parte, tampoco

se consideraron escenarios que no son comunes en la operación de estas máquinas

como son: el efecto de los armónicos en la saturación del núcleo, su comportamiento

no sinusoidal o la operación en altas frecuencias.

Con base en la consulta presentada en el capítulo 1, se determinó que los parámetros

de la rama serie y paralelo modelan el comportamiento de los transformadores reales;

estos relacionan las pérdidas y flujos de dispersión en los arrollamientos, junto con los

parámetros de pérdidas de magnetización del núcleo, dado que estas determinan los

parámetros del modelo practico para contrastarlos con su equivalente teórico.

Cabe mencionar con respecto a la construcción del prototipo presentada en el capítulo

3, que se consideraron las condiciones de operación del instrumento de medición

dado que estas determinan aspectos importantes en el diseño y desempeño del

mismo, como son: las corrientes máximas de las pistas del PCB, cambio de elementos

por referencias de elementos no comerciales, equipotencialidad, entre otros. Es

importante añadir que el contenedor no fue posible implementarlo debido a la

contingencia del SARS-CoV-2 dado que no fue posible realizar la impresión del

contenedor en los laboratorios de la universidad, por ello se dejó claro el diseño del

contenedor y como se debe desarrollar la equipotencialidad para evitar que se vea

afectado por campos o alteraciones electromagnéticas durante su utilización.

En el transcurso de esta investigación no se encontraron protocolos de calibración

para instrumentos de medición como el presentado, resaltando la importancia de

literatura especializada en formas de calibrar instrumentos para la obtención

automática de parámetros del transformador. Por otra parte, y como se muestra en la

tabla 22, el software desarrollado presento una aproximación a los parámetros reales

relevantes de la maquina el 94% de las veces; además con base a la tabla 24, se

logró demostrar que es posible obtener una aproximación automática a los parámetros

de una maquina en funcionamiento empleando equipos electrónicos con tecnologías

de bajo costo.

93

Finalmente, al analizar los resultados se puede concluir que se logró cumplir con el

objetivo de esta investigación pues se pudo desarrollar un instrumento de medición

para transformadores monofásicos de baja potencia por medio de tecnologías

asequibles, a través del uso de diversos circuitos de medición. A su vez se pudo

reducir el número de circuitos por la implementación del software que calculó

indirectamente la señal de potencia, junto con los parámetros del modelo circuital,

demostrando que es posible diseñar y construir instrumentación electrónica de bajo

costo que, de una buena aproximación a los parámetros de un transformador, esto se

deduce de los resultados vistos en la tabla 24 donde se observó una respuesta

favorable en el medidor en el 94% de los veces.

94

6. Recomendaciones y trabajos futuros

6.1 Trabajos futuros

La instrumentación electrónica, es un campo con grandes aplicaciones a nivel industrial,

en este trabajo se realizó el diseño y construcción de un medidor, aunque se deja abierta

la posibilidad de continuar el trabajo con pruebas de calibración en laboratorios, ya que

por diversas condiciones fue imposible validar el diseño, con ensayos realizados en las

instalaciones de la universidad; a su vez, debido a que el software emplea un sistema de

adquisición de datos se puede pensar a futuro en continuar este trabajo implementando

más pruebas específicas para maquinas eléctricas estáticas y rotativas.

6.2 Recomendaciones

Se recomienda que, al momento de validar experimentalmente el diseño con pruebas de

laboratorio, se debe verificar el voltaje entre tierra y neutro dado que en algunos casos

pueden tener un valor diferente a 0V, lo cual es dañino para el equipo dado que el

medidor podría quemarse en algunos casos. Para ello se sugiere que usando otro equipo

de medición que tenga auto escala se verifique la tensión entre estos dos puntos, antes

de conectar el equipo

Se debe tener especial cuidado con el acople de tierras, ya que el acople puede cambiar

la referencia sobre el sistema medido, esto generaría tensiones superiores a los rangos

permitidos de medición por el elemento de adquisición, lo cual dañaría los puertos de

lectura perjudicando el funcionamiento del equipo, por ende, se sugiere que conecta la

tierra , del sistema a medir (si el sistema tiene tierra) con los bornes de entrada, esta

consideración solo aplica para la señal de tensión.

Se recomienda que antes de conectar las etapas atenuadoras a la etapa de adquisición

vista en la PCB figura 39, se verifique que la tensión en las borneras de salida está en un

rango de 0 -3.5 [Vac] para proteger el equipo medición, es importante verificar que este el

interruptor rotativo en la posición indicada para el rango de medición, por ello se sugiere

medir la tensión entre los pines de señal y de tierra antes de conectar la PCB vista en la

figura 39, con el elemento de adquisición de datos.

95

BIBLIOGRAFÍA

1. Velasco Peña, H. F. (2015). Estudo topológico de escoamento trifásico óleo-água-

ar através de sensor de impedância de resposta rápida do tipo "wire-mesh". São

Carlos: Universidad de São Paulo.

2. Alexander, C. k., & Sadiku, M. (2013). Fundamentos de circuitos eléctricos.

Mexico: McGRAW HILL.

3. Bellido Diaz, M. J. (6 de 11 de 2019). Componentes electronicos para PCBs.

Sevilla, Sevilla, España.

4. Bolivar, U. S. (03 de 05 de 2001). Laboratorio Universidad Simon Bolivar. Obtenido

de Laboratorio Universidad Simon Bolivar:

http://www.labc.usb.ve/paginas/mgimenez/Lab_Circ_Electronicos_Guia_Teorica/C

ap1.pdf

5. CEM. (1 de Enero de 2009). Procedimiento EL-007 para la calibración de pinzas

amperimétricas. Metrologiá Procedimiento de Calibracíon. Sevilla, Sevilla, España

: CEM.

6. CEM. (15 de Abril de 2011). PROCEDIMIENTO EL-020 PARA LA CALIBRACIÓN

DE MULTÍMETROS DIGITALES CON MÁS DE 5 1/2 DÍGITOS DE RESOLUCIÓN

. Metrología Procedimiento de Calibración. Sevilla, Sevilla, España: CEM.

7. Chapman, S. J. (2012). Maquinas eléctricas. Mc Graw Hill.

8. Cooper, W. D., & Helfrick, A. D. (1991). Instrumentación electrónica moderna y

técnicas de medición. Mexico: Prentice Hall.

9. DeCarlo, R., & Min Lin, P. (2009). Linear Circuit Analysis: Time Domain, Phasor,

and Laplace Transform Approaches. Dubuque: Kendall Hunt Publishing.

10. Electropol. (19 de Junio de 2019). Electropol. Obtenido de

https://www.electropol.com.co/:

https://www.electropol.com.co/articulos/Equipontencialidad.pdf

11. Franklin, G., Powel, J., & Workman, M. (1997). Digital Control of Dinamic Systems.

San Francisco: Addison-Wesley.

12. Hayt, W., & Kemmerly, J. (2012). Análisis de Circuitos en Ingeniería. Mexico:

MCGRAW-HILL.

13. Instrument, T. (9 de Agosto de 2020). https://www.ti.com/. Obtenido de

https://www.ti.com/: https://www.ti.com/

14. Jong. (1997). FPGAs Implementation of a digital IQ demodulator using VHDL.

Springer.

15. Lorenzo, D. (2017). BANCO PARA EL ESTUDIO DE TRANSFORMADORES

MONOFÁSICOS Y TRIFÁSICOS. De Lorenzo.

16. Martinez Velazco, J. A., & De Leon, F. (2010). Circuito equivalente de un

transformador con regulacion. Revista Chilena de ingenieria.

96

17. MC Graw Hill. (07 de Septiembre de 2004).

https://www.mheducation.es/universidades. Obtenido de

https://www.mheducation.es/universidades:

https://www.mheducation.es/bcv/guide/capitulo/8448141784.pdf

18. Moyan, M. D. (09 de 2005). UNIVERSIDAD DE CANTABRIA. Obtenido de

UNIVERSIDAD DE CANTABRIA:

https://www.ctr.unican.es/asignaturas/instrumentacion_5_it/iec_1.pdf

19. Muñoz Herrerias, O. A. (15 de Febrero de 2021). Universidad Autonoma del

estado de hidalgo. Obtenido de Universidad Autonoma del estado de hidalgo:

https://www.uaeh.edu.mx/scige/boletin/prepa4/n10/r3.html

20. Nebrija, U. A. (3 de Marzo de 2002). Circuitos impresos (PCB). Madrid, Madrid,

España.

21. Pacheco , C., & Alfonso Soto, J. (2008). Corrientes de Foucault, Medida de

conductividad electrica por induccion electromagnetica. sf, 1.

22. Perez, P. F. (sf de sf de 199). tester3. Obtenido de Universidad Tecnológica

Nacional Regional Mendoza:

http://www1.frm.utn.edu.ar/medidase2/varios/tester3.pdf#page=1&zoom=auto,-

99,792

23. Perez, P. F. (sf de sf de 1999). Universidad Tecnológica Nacional Regional

Mendoza. Obtenido de Universidad Tecnológica Nacional Regional

Mendoza: http://www1.frm.utn.edu.ar/medidase2/

24. Pressman, R. (2001). Ingenieria De Software, Un Enfoque Practico. Madrid:

MCGRAW HILL.

25. R, W., M, W., & R, R. (1956). Neutral Grounding in High-Voltage Transmission .

Lansing: Elsevier Publishing Company.

26. Roldan Arana, A. (5 de Marzo de 2009). Universidad de Granada. Obtenido de

Universidad de Granada: http://electronica.ugr.es/~amroldan/asignaturas/curso08-

09/ftc/temas/Tema_01F_AO_Rectificador.pdf

27. Technologies, A. (10 de Enero de 2017). LOS 10 ERRORES MÁS COMUNES EN

EL RUTEADO O TRAZADO DE LAS PISTAS DE UN CIRCUITO IMPRESO O

PCB. Bogota, Bogota, Colombia.

28. Technologies, O.-R. (2 de Febrero de 2021). www.opal-rt.com. Recuperado el 2 de

Febrero de 2021, de www.opal-rt.com: https://www.opal-rt.com/software-in-the-

loop/

29. Tojeiro Calaza, G. (2014). Taller de arduino un enfoque práctico para principiantes.

Mexico: Alfaomega.

30. Universidad Distrital. (22 de Noviembre de 2000). Universidad Distrital Francisco

Jose de Caldas. Obtenido de Universidad Distrital Francisco Jose de Caldas:

http://www1.udistrital.edu.co:8080/c/document_library/get_file?uuid=03c20db0-

b675-418c-a9d7-e8e2c4d5c8c2&groupId=42573

31. Whitaker, J. C. (2007). AC Power Systems Handbook Third Edition. California:

CRC Press.

97

Anexo 1. Plantilla de pruebas

Plantilla para pruebas Nombre de la prueba a

realizar

Descripción

Equipos y materiales

Operaciones previas

Identificación de los equipos

Código equipos Marca Modelo No serie Código interno

Comentarios

Conectividad y características

Criterio Si No No aplica Comentarios

El equipo tiene fusibles

98

Estado del equipo

Sin Golpes

Sin Rayones

Se ve en buen estado

Comentarios

Condiciones ambientales

Criterio Si No No aplica Rango Comentarios

adicionales

La temperatura está en

un rango deseado

La humedad está en un

rango deseado

Pruebas

Si

No

Lo realizo

Comentarios

adicionales Si No Es posible realizar test

funcional

Es posible realizar auto

calibración

Se verifico el estado de

los equipos extras

necesarios para la

realización de los

ensayos como fuentes,

u otros

Conecto el equipo a la

red para la estabilidad

térmica en un rango de

30 min a 4 h

Conecto el cable a tierra

para evitar sobre

tensiones

Verifico que los

contactos no estén

accesibles

El equipo requiere baño

de aceite

Conoce la tolerancia del

equipo

99

Calibración

Tipo de calibración Si No Comentarios

Va a realizar una

calibración general

Va a realizar una

calibración en puntos

específicos

Toma de datos

Nombre de quien realiza

la prueba

Cargo

Fecha de la prueba

Condiciones

ambientales de la

prueba

Equipos empleados

Nombre de la prueba

Cantidad de muestras

tomadas

Ensayo

No ensayo

Valor del

equipo

patrón

Valor del

equipo

para

calibrar

Error

Comentarios

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Media

Desviación

100

No ensayo Valor de la desviación

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Criterio Final Si No Comentarios

El error es menor a la

tolerancia del equipo

101

Anexo 2. Datos de pruebas

CERTIFICADO Nº

CLIENTE: HOSPITAL

No. SERIE

POTENCIA (kVA) 75

FRECUENCIA

60z

DEVANADOS TENSIÓN (V) DESPACHO (V)DERIVACIONES

PRIMARIO 480 480 ,+ - 2 x 2.5 %

SECUNDARIO 220 220

RESULTADOS DE ENSAYO A: 32 °C

X

2)RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN : POLARIDAD : Dyn5

POSICIÓN CONEXIONESTENSIÓN DERIV. FASE U. FASE V. FASE W NOMINAL MÁXIMA

1 1-2 504 3,9759 3,9760 3,9735 3,9680 3,9878

2 2-3 492 3,8905 3,8918 3,8900 3,8735 3,8929

3 3-4 480 3,8072 3,8077 3,8072 3,7790 3,7979

4 4-5 468 3,7244 3,7234 3,7237 3,6845 3,7030

5 5-6 456 3,6411 3,6409 3,6409 3,5901 3,6080

DEVANADO U - V V - W W - U PROMEDIO

PRIMARIO 66,2400 66,0200 66,1800 66,1467

SECUNDARIO 2 2 2 2,00

TENSIÓN: 440 V TIEMPO: 18 Seg.

TENSIÓN (V) Iu (A) Iv (A) Iw (A) PROM EDIO %GARANTIZADASPo.M EDIO (W)Po. GARANTIZADAS

220 6,32 7,69 1,99 5,91 5,5 364 370

MEDIDAS R EF ER ID A S A 145 145

948

924

Vcc = 5,05 1,1

7) REGULACIÓN A PLENA CARGA F.P. 0.8 9) EFICIENCIA A PLENA CARGA Y F.P. 0,8 98,25

9) DIMENSIONES APROXIMADAS SIN ENCERRAMIENTO 12) PINTURA COLOR : ESPESOR :

Rojo Texturizado EG 009 B Gris Ral 7032 70 Micras

PROVEEDOR / CONTROL DE CALIDAD

MATRICULA No. CN 205-1321 FECHA : 07/12/2020

Matricula No.

FIRMA: ___________________________________

PR-14 V3 26/05/2011

FIRMA ______________________

71300 25000TIEMPO DE LECTURA: 1 MIN

TENSIÓN PRUEBA

5000

PERDIDAS (W)

4) ENSAYOS DE

AISLAMIENTO

OBSERVACIONES:

CERTIFICADO DE PRUEBAS PARA

TRANSFORMADOR NORMA NTC

3445

CLIENTE / INTERVENTOR

8) CARATERÍSTICAS MECÁNICAS Masa total: 68 Kg

1,3

I2R (W)

IMPEDANCIA (%) 5,0

AT CONTRA BT Y TIERRA : 3 KV

COBRE

3) RESISTENCIA ENTRE

TERMINALES

TENSIÓN INDUCIDA

FRECUENCIA: 400 Hz

877

14121332

GARANTIZADAS

A:6) ENSAYO DE

CORTOCIRCUITO

FASE - NEUTRO

FASE-FASE

AT CONTRATIERRA

93700

5) ENSAYO SIN CARGA

Largo: 370 mm Anch/Diam.: 230 mm Alto: 330 mm Grado: IP 00

MATERIAL FABRICACIÓN

COBRE

TENSIÓN APLICADA EN 60 SEGUNDOS

BT CONTRA AT Y TIERRA : 3 KV

MÍNIMA

3,9481

3,8541

POSICION DEL CONMUTADOR: 3

DESPACHO (A)

1)RESISTENCIA DE

AISLAMIENTO

90,2

196,8

VAL0RES NOMINALES

GRUPO DE

CONEXIÓN

NO TA: SIEMPRE Q UE UN EQ UIPO NO S DE EN I2R CERCANO A CERO O Q UE LAS PÉRDIDA REFERIDAS NO S DEN PO R DEBAJO DE LAS

MEDIDAS ES NECESARIO REVISAR LA FÓ RMULA DE I2R

TENSIÓN SERIE KV

1.2 / 1.2

CONTRATO: TRANSF. FABRICACIÓN FABRICANTE : TRANSFORMADORES GVR

ALTURA DE DISEÑO

1000 msnm

CALENT. DEVANADO

125 C

BT CONTRA TIERRA AT - BT Y TIERRA

90,2

3,7601

3,6661

3,5721

196,8

CORRIENTE (A)

FASES 3 2020-12

CLASE DE AISLAM.

H

NBA AT/BT

10/10

REFRIGERACIÓN

AN

®

102

No.

CLIENTE PEDIDO No. DISEÑO No.

CIUDAD Bogotá TRANSFORM ADOR Seco clase H FABRICANTE SERIE No.

POTENCIA FRECUENCIA 60 HZ TENSIÓN SERIE 15/1.2 KV CALENTAM IENTO DEVANADO 145 oC. ALT. DISEÑO

FASES 3 REFRIGERACIÓN NBA AT/BT 60/10 KV CLASE DE AISLAM IENTO FECHA FAB.

,+1 -3 x 2.5%

RESULTADO DE ENSAYOS A °C POSICIÓN DEL CONMUTADOR 2

1) LIQUIDO AISLANTE : REFERENCIA TENSIÓN DE RUPTURA Kv. MÉTODO ASTM D877

2) RESISTENCIA DE AISLAM IENTO

Tiempo de lectura 1 minuto. Kv. Moh Moh Moh

3) RELACIÓN DE TRANSFORM ACIÓN POLARIDAD Sust. GRUPO DE CONEXIÓN Dyn5 FASE - FASE FASE-NEUTRO X

FASE U FASE V FASE W NOM INAL M ÍNIM A M ÁXIM A

1 1- 2

2 2- 3

3 3- 4

4 4- 5

5 5- 6

4) RESISTENCIA Material de Fabricación

ENTRE Ohm Cobre

TERM INALES mohm Cobre

5) PRUEBA DE AISLAM IENTO

BT contra AT y tierra Kv Tensión V Tiempo Seg.

AT contra BT y tierra Kv Frecuencia Hz

6) PRUEBA DE VACIO

7) PRUEBA DE CORTO Pérdidas (W)

Icc = (A) I2R = (W)

Vcc = (V) Impedancia %

8) Regulación a plena carga y F.P. 0.8 = % 9) Eficiencia a plena carga y F.P. 0.8 =

10) Corriente de corto circuito B.T. (.kA) = 11) Tiempo de duración corto circuito (seg) =

12) Características mecánicas Masa Total Kgs. Volumen del líquido aislante. Lts.

13) Dimensiones aproximadas del tanque principal (mm) 12) Pintura Color Espesor

Largo Ancho Alto Rojo Texturado EG 009 B Gris Ral 7032 100 micras

14) Refrigeración Número de elementos: Largo: m. Ancho: m.

Observaciones:

Cliente/Interventor Proveedor / Control de Calidad Fecha:

Matrícula No. Matrícula No. 2522867089 CND

Firma. ______________________________ Firma ______________________

20


TRANSFORMADOR NORMA NTC 3445ARMTRANSFORMADORES S.A.S.

Carrera 69 Nº 24 - 26 Sur Barrio Carvajal - Bogotá D. C. - Colombia

Telefonos: (0571) 414 32 53 - 406 07 99 Fax: 260 89 69 Cel.: 311 262 49 75

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN ROZO HOYOS

042.PRO.2012

[email protected] Nit. 830130520 - 7

DEVANADOS

Primario

214

Iy (A)

918

DERIVACIONES

5,0

89.933

92.258

12030928-S

1000 msnm

TENSIÓN (V)

11400

AN H

11400

2012-04

ARM TRANSFORM ADORES S.A.S

DESPACHO (A)

2,28

CORRIENTE (A)

Tensión secundaria 214-123V. en vacío. (208-120V. a plena carga), perforación entre centros para pararrayo 820 mm

340

870

4,35

6

N.AN.A

4,9517,3

NA

96,8%

Iz (A)

465

4,5

Promedio %

214

2,6

2,28

Po garantizado (W)

6,39

600 820

AT CONTRA TIERRA AT-BT Y TIERRA

92.260

95,048

89.940

94.577

N.A

934

Medidas Garantizadas a 145 oC.

87.630

2,5

85.303

88,093

6,4

85,348

89.886

92.246

94.563

200.000 200.000

DESPACHO (V)

121,41 121,41

TENSIÓN DE PRUEBA

214

Secundario 6,39

BT CONTRA TIERRA

200.000

2,28

45,0 41,7

89,51289,961

85.311

V - W

85.655

87,655

DEVANADOS U - V

Primario

PROMEDIO

87.624

Tensión (V)

Referenciadas a 145 oC.

3,134,23

Ix (A)

92,729

90,411

85,775

U - W

87,216

300

TENSIÓN APLICADA DURANTE 60 SEGUNDOS

42831

400

290

10

Io garant. %

3,553,62

11400

94,10294,575

92,268 91,807

Po medido (W)

11115

10830

10545

6,33

PR-13 V6 17/12/2011

18

4,5

84,921

14/04/2012

87.619

800

39,0

TENSION INDUCIDA

41,0

Secundario

94.568

VALORES

45

POSICIÓN CONEXIÓNES

11685

TENSIÓN DE

DERIVACIÓN

kVA

NOMINALES

®

103

No.





,+1 -3 x 2.5%







1 1- 2

2 2- 3

3 3- 4

4 4- 5

5 5- 6


ENTRE Ohm Cobre





6) PRUEBA DE VACIO


Icc = (A) I2R = (W)








Observaciones:



Firma. ______________________________ Firma ______________________

20





ILUMINACIÓN Y REDES NACIONALES LTDA

020.PRO.2012


DEVANADOS

Primario

214

Iy (A)

1740

DERIVACIONES

5,0

90.050

92.343

11020718-S

1000 msnm

TENSIÓN (V)

11400

AN H

11400

2012-01


DESPACHO (A)

5,70

CORRIENTE (A)

Tensión secundaria 214-123V. en vacío. (208-120V. a plena carga), perforación entre centros para pararrayo 630 mm,

691

1000

3,28

6

N.AN.A

3,7404,7

N.A.

97,6%

Iz (A)

1188

3,6

Promedio %

214

1,6

5,70

Po garantizado (W)

3,525

640 1060


92.355

95,048

90.056

94.635

N.A

2041


87.781

8,2

85.475

88,093

3,5

85,348

90.065

92.337

94.627

100.000 200.000

DESPACHO (V)

303,51 303,51

TENSIÓN DE PRUEBA

214

Secundario 3,525

BT CONTRA TIERRA

200.000

5,70

14,4 14,4

89,51289,961

85.486

V - W

95.487

87,655

DEVANADOS U - V

Primario

PROMEDIO

87.771

Tensión (V)


1,294,44

Ix (A)

92,729

90,411

85,775

U - W

87,216

550


42831

400

450

10

Io garant. %

3,663,68

11400

94,10294,575

92,268 91,807

Po medido (W)

11115

10830

10545

3,492

PR-13 V6 17/12/2011

18

3,6

84,921

16/02/2012

87.763

1140

14,5

TENSION INDUCIDA

14,4

Secundario

94.637

VALORES

112,5


11685

TENSIÓN DE

DERIVACIÓN

kVA

NOMINALES

®

104

No.





,+1 -3 x 2.5%







1 1- 2

2 2- 3

3 3- 4

4 4- 5

5 5- 6


ENTRE Ohm Cobre





6) PRUEBA DE VACIO


Icc = (A) I2R = (W)








Observaciones:



Firma. ______________________________ Firma ______________________





041.PRO.2012


DEVANADOS

Primario

214

Iy (A)

2528

DERIVACIONES

5,0

90.058

92.258

11080809-S

1000 msnm

TENSIÓN (V)

11400

AN H

11400

2012-03


DESPACHO (A)


570

1100

4,05

6

N.AN.A

4,8522,9

NA

97,4%

Iz (A)

1561

4,6

Promedio %

214 650

2,6

7,60

Po garantizado (W)

2,45

600 960


2,9113,38

Ix (A)


92.318

95,048

89.994

94.599

200.000

92.337

94.592

150.000

N.A

2579


8.778

8,5

85.532

88,093

2,4

85,348

11,1

DESPACHO (V)

404,68 404,68

TENSIÓN DE PRUEBA

214

7,60

CORRIENTE (A)

20

7,60

11,1

89,51289,961

85.511

90.047

11,1

PROMEDIO

87.724

Secundario 2,45

BT CONTRA TIERRA

200.000

11115

10830

10545

11,1

10,74

Tensión (V) Po medido (W)

92,729

90,411

85,775

U - W

87,216

V - W

Primario

2,41

675


42831

400

TENSION INDUCIDA

10

Io garant. %

11,23

11400

94,10294,575

92,268 91,807

85.451

87,655

DEVANADOS U - V

NOMINALES

PR-13 V6 17/12/2011

18

3,5

84,921

04/04/2012

87.799

1860

ESCUELA DE CADETES FRANCISCO DE PAULA SANTANDER

Secundario

94.522

VALORES

150


11685

TENSIÓN DE

DERIVACIÓN

kVA

®

105

No.





,+1 -3 x 2.5%







1 1- 2

2 2- 3

3 3- 4

4 4- 5

5 5- 6


ENTRE Ohm Cobre





6) PRUEBA DE VACIO


Icc = (A) I2R = (W)








Observaciones:



Firma. ______________________________ Firma ______________________

Secundario

94.880

VALORES

225


11685

TENSIÓN DE

DERIVACIÓN

KVA

NOMINALES

PR-13 V6 17/12/2011

18

2,9

84,921

20/01/2012

87.635

2690

6,1

TENSION INDUCIDA

6,2

11400

94,10294,575

92,268 91,807

Po medido (W)

11115

10830

10545

1,66

900


42831

400

820

10

Io garant. %

7,857,6

Tensión (V)


1,369,35

Ix (A)

92,729

90,411

85,775

U - W

87,216

V - W

85.451

87,655

DEVANADOS U - V

Primario

PROMEDIO

87.784

Secundario 1,71

BT CONTRA TIERRA

200.000

11,40

6,2 6,2

89,51289,961

85.302

89.963

92.301

94.634

100.000 100.000

DESPACHO (V)

607,03 607,03

TENSIÓN DE PRUEBA

214

N.A

3583


87.635

11,1

85.302

88,093

1,7

85,348

Po garantizado (W)

1,71

630 1160


92.304

95,048

90.342

94.628

602,6

N.A.

97,6%

Iz (A)

2138

5,3

Promedio %

214

3,5

11,40

11,40

CORRIENTE (A)


965

1200

4,41

6

N.AN.A

5,4

11110882S

1000 msnm

TENSIÓN (V)

11400

AN H

11400

2012-01


DESPACHO (A)DEVANADOS

Primario

214

Iy (A)

3559

DERIVACIONES

5,0

89.972

92.410

20





DISTENERG LTDA

004.PRO.2012


®

106

No.





,+1 -3 x 2.5%







1 1 2

2 2- 3

3 3- 4

4 4- 5

5 5- 6


ENTRE Ohm Cobre





6) PRUEBA DE VACIO


Icc = (A) I2R = (W)








Observaciones:



Firma. ______________________________ Firma ______________________

Secundario

103.800

VALORES

300


13530

TENSIÓN DE

DERIVACIÓN

kVA

NOMINALES

PR-13 V6 17/12/2011

18

2,8

93,109

25/01/2012

96.168

3190

6,5

TENSION INDUCIDA

6,6

13200

103,175103,693

101,164 100,658

Po medido (W)

12870

12540

12210

1,177

1120


45231

400

1090

10

Io garant. %

11,6311,39

Tensión (V)


1,6114,09

Ix (A)

101,670

99,128

94,045

U - W

95,625

V - W

93.722

96,106

DEVANADOS U - V

Primario

PROMEDIO

96.275

Secundario 1,203

BT CONTRA TIERRA

200.000

13,12

6,6 6,5

98,14298,635

93.575

98.636

101.220

103.760

50.000 100.000

DESPACHO (V)

766,39 766,39

TENSIÓN DE PRUEBA

226

N.A

4561


96.109

14,7

93.626

96,586

1,2

93,577

Po garantizado (W)

1,203

710 1150


101.170

104,212

98.728

103.710

669

N.A.

97,8%

Iz (A)

2743

5,1

Promedio %

226

3,2

13,12

13,12

CORRIENTE (A)


940

1200

4,18

6

N.AN.A

5,2

12010898S

1000 msnm

TENSIÓN (V)

13200

AN H

13200

2012-01



Primario

226

Iy (A)

4390

DERIVACIONES

5,0

98.684

101.260

20





MELEXA S.A.

011.PRO.2012


®

107

No.





,+1 -3 x 2.5%







1 1- 2

2 2- 3

3 3- 4

4 4- 5

5 5- 6


ENTRE Ohm Aluminio





6) PRUEBA DE VACIO


Icc = (A) I2R = (W)








Observaciones:



Firma. ______________________________ Firma ______________________

20


TRANSFORMADOR NORMA NTC 3445ARM

Telefonos: (0571) 8941066 - Telefax: 8941073 - 8941076 Cel.:311 262 49 75 Colombia - Sur América

INGENIERÍA MYM LTDA.

115.PRO.2012

DEVANADOS

Primario

214

Iy (A)

5805

NA.

DERIVACIONES

5,0

104.170

106.820

12071005-S

1000 msnm

TENSIÓN (V)

13200

AN H

13200

2012-07


DESPACHO (A)

Tensión secundaria 214-123V. en vacío. (208-120V. a plena carga), perforación entre centros para pararrayos 13250 mm

1113

1400

4,63

6

N.AN.A

5,9766,8

N.A.

97,8%

Iz (A)

3484

5,8

Promedio %

214

4,2

17,50

Po garantizado (W)

0,4

700 1110


106.180

110,055

104.180

109.460

N.A

5820


101.550

18,2

98.914

102,002

0,4

98,824

109.450

70.000 200.000

DESPACHO (V)

1079,16 1079,16

TENSIÓN DE PRUEBA

214

17,50

CORRIENTE (A)

BT CONTRA TIERRA

200.000

17,50

6,1 6,1

103,645104,166

98.915

104.180

106.820

DEVANADOS U - V

Primario

PROMEDIO

101.550

Secundario 0,4


1,4918,29

Ix (A)

107,371

104,687

99,318

U - W

100,987

V - W

1270

10

Io garant. %

15,3114,66

Tensión (V) Po medido (W)

12870

12540

12210

0,4

1360


42831

400

6,0

TENSION INDUCIDA

6,1

13200

108,960109,508

106,837 106,303

98.916

101,495

TENSIÓN DE

DERIVACIÓN

kVA

NOMINALES

PR-14 V4 07/09/2012

18

2,8

98,330

28/07/2012

101.540

4320

Av. Troncal de Occidente No. 18 – 76 Prq. Ind. Santo Domingo Int. L2 Mosquera -

Cundinamarca

Nit. 830130520 - 7 [email protected]

TRANSFORMADORES S.A.S.

Secundario

109.450

VALORES

400


13530

®

108

No.





,+2 -2 x 2.5%







1 1- 2

2 2- 3

3 3- 4

4 4- 5

5 5- 6


ENTRE Ohm Alumnio





6) PRUEBA DE VACIO


Icc = (A) I2R = (W)








Observaciones:



Firma. ______________________________ Firma ______________________

Secundario

50.027

VALORES

400


13860

TENSIÓN DE

DERIVACIÓN

kVA

NOMINALES

PR-13 V6 17/12/2011

18

2,8

45,024

28/07/2012

46.443

3940

5,6

TENSION INDUCIDA

6,4

13530

49,76350,013

48,822 48,578

Po medido (W)

13200

12870

12540

2,85

1360


96031

400

1310

10

Io garant. %

7,847,74

Tensión (V)


1,668,45

Ix (A)

49,066

47,870

45,476

U - W

46,208

V - W

45.253

46,441

DEVANADOS U - V

Primario

PROMEDIO

46.497

Secundario 2,82

BT CONTRA TIERRA

200.000

17,50

6,4 6,1

47,39347,631

45.245

47.631

48.831

50.021

60.000 150.000

DESPACHO (V)

481,13 481,13

TENSIÓN DE PRUEBA

480

N.A

5820


46.436

8,2

45.251

46,673

2,8

45,250

Po garantizado (W)

2,82

650 1400


48.821

50,263

47.639

50.016

760,6

N.A.

97,8%

Iz (A)

3799

5,8

Promedio %

480

4,2

17,50

17,50

CORRIENTE (A)


1180

1400

4,59

6

N.AN.A

5,9

12071004-S

1000 msnm

TENSIÓN (V)

13200

AN H

13200

2012-07



Primario

480

Iy (A)

5813

NA.

DERIVACIONES

5,0

47.636

48.831

20





INGENIERÍA MYM LTDA.

114.PRO.2012


®

109

No.





,+1 -3 x 2.5%







1 1- 2

2 2- 3

3 3- 4

4 4- 5

5 5- 6


ENTRE Ohm Cobre





6) PRUEBA DE VACIO


Icc = (A) I2R = (W)








Observaciones:



Firma. ______________________________ Firma ______________________

20





INGAR DE COLOMBIA S.A.S.

022.PRO.2012


DEVANADOS

Primario

214

Iy (A)

6914

DERIVACIONES

5,0

89.909

92.264

12010904S

1000 msnm

TENSIÓN (V)

11400

AN H

11400

2012-02


DESPACHO (A)

31,91

CORRIENTE (A)


1771

1460

3,80

6

N.AN.A

5555,7

N.A.

98,3%

Iz (A)

4033

4,9

Promedio %

214

3,0

31,91

Po garantizado (W)

0,403

750 1540


92.251

95,048

89.924

94.594

N.A

8350


87.584

34,2

85.243

88,093

0,4

85,348

89.919

92.253

94.578

70.000 100.000

DESPACHO (V)

1699,68 1699,68

TENSIÓN DE PRUEBA

214

Secundario 0,403

BT CONTRA TIERRA

200.000

31,91

1,5 1,5

89,51289,961

85.245

V - W

85.252

87,655

DEVANADOS U - V

Primario

PROMEDIO

87.593

Tensión (V)


1,0520,24

Ix (A)

92,729

90,411

85,775

U - W

87,216

1870


42831

400

1830

10

Io garant. %

16,916,27

11400

94,10294,575

92,268 91,807

Po medido (W)

11115

10830

10545

0,401

PR-13 V6 17/12/2011

18

2,3

84,921

21/02/2012

87.575

5330

1,5

TENSION INDUCIDA

1,5

Secundario

94.591

VALORES

630


11685

TENSIÓN DE

DERIVACIÓN

kVA

NOMINALES

®

110

No.





,+1 -3 x 2.5%







1 1- 2

2 2- 3

3 3- 4

4 4- 5

5 5- 6


ENTRE Ohm Cobre





6) PRUEBA DE VACIO


Icc = (A) I2R = (W)








Observaciones:



Firma. ______________________________ Firma ______________________

20





INELMEC LTDA.

005.PRO.2012


DEVANADOS

Primario

214

Iy (A)

12279

DERIVACIONES

5,0

89.854

92.017

11110883S

1000 msnm

TENSIÓN (V)

11400

AN H

11400

2012-01


DESPACHO (A)

50,64

CORRIENTE (A)

Tensión secundaria 214-123V. en vacío. (208-120V. a plena carga)

2484

1420

4,52

6

N.AN.A

6672

N.A.

98,2%

Iz (A)

7036

5,9

Promedio %

214

4,3

50,64

Po garantizado (W)

0,33

850 1810


92.602

95,048

89.814

94.979

N.A

12292


88.246

45,0

85.401

88,093

0,3

85,348

90.647

92.090

94.329

40.000 50.000

DESPACHO (V)

2697,90 2697,90

TENSIÓN DE PRUEBA

214

Secundario 0,33

BT CONTRA TIERRA

100.000

50,64

0,900 0,9

89,51289,961

86.950

V - W

85.419

87,655

DEVANADOS U - V

Primario

PROMEDIO

87.599

Tensión (V)


0,8224,81

Ix (A)

92,729

90,411

85,775

U - W

87,216

2600


42831

400

2050

10

Io garant. %

21,5720,11

11400

94,10294,575

92,268 91,807

Po medido (W)

11115

10830

10545

0,322

PR-13 V6 17/12/2011

18

2,3

84,921

10/05/2012

87.624

9700

0,900

TENSION INDUCIDA

0,900

Secundario

94.260

VALORES

1000


11685

TENSIÓN DE

DERIVACIÓN

KVA

NOMINALES

®

111

No.





,+1 -3 x 2.5%







1 1- 2

2 2- 3

3 3- 4

4 4- 5

5 5- 6


ENTRE Ohm Alumnio





6) PRUEBA DE VACIO


Icc = (A) I2R = (W)








Observaciones:



Firma. ______________________________ Firma ______________________

Secundario

103.560

VALORES

500


13530

TENSIÓN DE

DERIVACIÓN

kVA

NOMINALES

PR-13 V7 07/09/2012

18

2,3

93,109

06/10/2012

95.775

4920

3,2

TENSION INDUCIDA

3,2

13200

103,175103,693

101,164 100,658

Po medido (W)

12870

12540

12210

0,82

1600


45231

400

1490

10

Io garant. %

14,1613,68

Tensión (V)


1,1717,09

Ix (A)

101,670

99,128

94,045

U - W

95,625

V - W

93.627

96,106

DEVANADOS U - V

Primario

PROMEDIO

96.137

Secundario 0,85

BT CONTRA TIERRA

200.000

21,87

3,2 3,2

98,14298,635

93.612

98.595

100.760

103.280

30.000 100.000

DESPACHO (V)

1277,32 1277,32

TENSIÓN DE PRUEBA

226

N.A

6949


96.106

20,8

93.282

96,586

0,8

93,577

Po garantizado (W)

0,85

700 1190


101.080

104,212

98.609

103.590

798,2

N.A.

97,9%

Iz (A)

4351

6,0

Promedio %

226

4,6

21,87

21,87

CORRIENTE (A)

Tensión secundaria 226-130 V. en vacío. (220-127V. a plena carga), perforación entre centros para pararrayos 1250 mm

1232

1460

4,72

6

N.AN.A

6,1

12091045-S

1000 msnm

TENSIÓN (V)

13200

AN H

13200

2012-09



Primario

226

Iy (A)

6911

NA.

DERIVACIONES

5,0

98.266

101.020

20



Av. Troncal de Occidente No. 18 – 76 Prq. Ind. Santo Domingo Int. L2 Mosquera - Cundinamarca

Telefonos: (0571) 8941066 - Telefax: 8941073 - 8941076 Cel.:311 262 49 75 Colombia - Sur América

INGELCARIBE S.A.S

144.PRO.2012


®

112

Anexo 3. Planos del contendor

90,00

60,

00

230,00

70,00

20,

00

9,00

73,78

28,

83

305

,00

25,00

Tapa del contenedor

PLA

Luis Sarmiento Luis SarmientoA A

B B

C C

D D

E E

F F

G G

H H

J J

K K

L L

M M

N N

P P

R R

T T

24

24

23

23

22

22

21

21

20

20

19

19

18

18

17

17

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SI NO SE INDICA LO CONTRARIO:LAS COTAS SE EXPRESAN EN MMACABADO SUPERFICIAL:TOLERANCIAS: LINEAL: ANGULAR:

ACABADO: REBARBAR Y ROMPER ARISTAS VIVAS

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MATERIAL:

NO CAMBIE LA ESCALA REVISIÓN

TÍTULO:

N.º DE DIBUJO

ESCALA:1:1 HOJA 1 DE 1

A0

PESO:

tapa

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,00

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Contenedor de tarjetas

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1

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DIBUJ.

VERIF.

APROB.

FABR.

CALID.



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TÍTULO:

N.º DE DIBUJO


A0

PESO:

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60,

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Contenedor del medidor

PLA


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DIBUJ.

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FABR.

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NOMBRE FIRMA FECHA

MATERIAL:


TÍTULO:

N.º DE DIBUJO


A0

PESO:

final