DISEÑO DE SISTEMA DE MONITOREO DE LA ESTACION DE AGUAS INDUSTRIALES Y CONTRA INCENDIOS DE ACIDOS Y...

7/23/2019 DISEO DE SISTEMA DE MONITOREO DE LA ESTACION DE AGUAS INDUSTRIALES Y CONTRA INCENDIOS DE ACIDOS

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DISEO DE SISTEMA DE MONITOREO DE LA ESTACIN DE

AGUAS INDUSTRIALES Y CONTRA INCENDIOS DE CIDOS Y

MINERALES DE VENEZUELA, C.A.

Realizado por:

Br. Ovalle B. Jos A.

V. 19.095.642

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITECNICAANTONIO JOSE DE SUCRE

VICE-RECTORADO PUERTO ORDAZDEPARTAMENTO DE INGENIERIA ELECTRONICA

PRCTICA PROFESIONAL DE GRADO

CIUDAD GUAYANA, JUNIO DE 2013


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AUTOR:

Br. Ovalle B. Jos A.

TUTOR INDUSTRIAL:

Ing. Mildred Chacn

TUTOR ACADEMICO:

Ing. Charlo Gonzlez

Trabajo que se presenta para cumplir con

los requisitos de aprobacin de la PrcticaProfesional de Grado y para optar al ttulo

de Ingeniero Electrnico.




CIUDAD GUAYANA, JULIO DE 2013


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Ovalle Bastardo, Jos A.

DISEO DE SISTEMA DE MONITOREO DE LA ESTACIN DE AGUASINDUSTRIALES Y CONTRA INCENDIOS DE CIDOS Y MINERALESDE VENEZUELA, C.A.

Informe de Prctica Profesional de Grado

Universidad Nacional Experimental PolitcnicaAntonio Jos de Sucre

Vice-Rectorado Puerto Ordaz.Departamento de Ingeniera Electrnica.

AO: 2013 PGINAS: 178

Datos de catalogacin bibliogrfica


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ACTA DE APROBACIN

Quienes suscriben, miembros del Jurado Examinador designados por

el Comit de Prctica Profesional de Grado del Departamento de Ingeniera

Electrnica de la Universidad Nacional Experimental Politcnica Antonio

Jos de Sucre Vice-Rectorado Puerto Ordaz, para evaluar el informe

presentado por el Bachiller: Jos Antonio Ovalle Bastardo, portador de la

cdula de identidad nmero: V-19.095.642, titulado: DISEO DE SISTEMA

DE MONITOREO DE LA ESTACIN DE AGUAS INDUSTRIALES Y

CONTRA INCENDIOS DE CIDOS Y MINERALES DE VENEZUELA, C.A.,

consideramos que dicho trabajo cumple con los requisitos exigidos por el

reglamento vigente de la asignatura, y de acuerdo con los criterios

establecidos para la evaluacin lo declaramos: APROBADO.

En Puerto Ordaz, a los ___________ das del mes de

______________ de 2013.

__________________ ____________________

Ing. Antonio Pateti Ing. Manuel Gragirena

Jurado Coordinador Jurado Secretario

__________________ ____________________

Ing. Charlo Gonzlez Ing. Mildred Chacn

Tutor Acadmico Tutor Industrial





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ACTA DE EVALUACIN FINAL DE LA PRCTICA PROFESIONAL DE GRADO

Hoy _________________, reunidos en el ___________________ Presidido por elProfesor: _________________________________, se dio inicio al acto depresentacin Oral y Pblica de la Prctica Profesional de Grado titulada: DISEODE SISTEMA DE MONITOREO DE LA ESTACIN DE AGUAS INDUSTRIALES YCONTRA INCENDIOS DE CIDOS Y MINERALES DE VENEZUELA, C.A. .

Presentada por el Br. Ovalle Bastardo, Jos Antonio, C.I. V-19.095.642.Una vez realizada la presentacin oral y concluido el ciclo de preguntas, el JuradoEvaluador emiti su veredicto de ____________________________, con unacalificacin de ____________ puntos en la escala del 1 al 9, de acuerdo a lasiguiente distribucin:

Miembros Informe Nota Presentacin Nota Nota por jurado NotaCoordinador Mximo (20) Mximo (10) Mximo (30)Secretario Mximo (20) Mximo (10) Mximo (30)

Tutor Acadmico Mximo (15) Mximo (5) Mximo (20)Tutor Industrial Mximo (15) Mximo (5) Mximo (20)

Nota definitiva (Mxima 100 puntos)

Nota definitiva ( escala del 1 al 9)Se emite la presenta acta, quedando asentada en el Departamento de IngenieraElectrnica, a los ____________ das del mes ___________ de ____________.

Observaciones:__________________________________________________________________________________________________________________________

FIRMA DE LOS MIEMBROS DEL JURADO

MiembrosNombre y Apellido N C.I. Firma

Coordinador Antonio Pateti

Secretario Manuel Gragirena

Tutor Acadmico Charlo Gonzlez

Tutor Industrial Mildred Chacn

Avalado por el Coordinador del Comit de Prctica Profesional de Grado:

_________________________Ing. Sergio Velzquez

Coordinador de Prctica Profesional de Grado





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DEDICATORIA

A Dios todo poderoso, quien gua mi vida y me brinda oportunidades cadada.

A mis queridos padres, Yudeima y Jos, quienes me dan su apoyo y amor

todos los das y me recuerdan que siempre debo seguir hacia delante. Para

ellos, todo lo que hago.

A mis hermanos, Mariagnys y Julio, mis compaeros de toda la vida,

quienes espero que estn conmigo siempre y apoyarlos en sus futurosproyectos.

A mis abuelos, quienes siempre han querido lo mejor para m y han hecho

todo para que yo alcance mis metas.

A mi familia, mis tos y primos, quienes me brindan su apoyo incondicional

siempre, adems de ayudarme siempre que los necesito.

A mis amigos, quienes han estado en las buenas y malas conmigo y hansido mi segunda familia.

A mi bella novia, Elimar quien me brinda su amor y compaa, y me ha

apoyado en todo momento.


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iv

AGRADECIMIENTOS

A Dios, por permitirme llegar hasta este punto de mi vida y por guiarmesiempre por el camino del bien y mantenerme enfocado en la meta.

A mis padres, quienes siempre me han apoyado en todo lo que hago y

han hecho todo lo posible por lograr mis objetivos.

A mis abuelos quienes me han brindado su apoyo y me han ayudado a lo

largo de la vida en distintos aspectos.

A mis dems familiares, quienes me han ayudado a lo largo de la carrera ya lo largo de toda mi vida.

A mi tutora industrial Ing. Mildred Chacn, por brindarme la oportunidad de

realizar el presente proyecto y de apoyarme y guiarme en todo momento.

A mi tutor acadmico Ing. Charlo Gonzlez, por guiarme en la realizacin

del trabajo.

Al profesor Ing. Henry Romero, por bridarme su ayuda para poder realizarel presente proyecto.

A mi novia, quien me apoyo durante la realizacin del proyecto hasta la

culminacin del presente trabajo.

A mis amigos y compaeros, quienes me han apoyado y ayudado endistintos aspectos.


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Ovalle Bastardo, Jos Antonio. (2013). DISEO DE SISTEMA DE

MONITOREO DE LA ESTACIN DE AGUAS INDUSTRIALES Y CONTRA

INCENDIOS DE CIDOS Y MINERALES DE VENEZUELA, C.A..

Departamento de Ingeniera Electrnica de la Universidad Nacional

Experimental Politcnica Antonio Jos de Sucre, Vice-Rectorado Puerto

Ordaz. Prctica Profesional de Grado. Tutor Industrial: Ing. Mildred Chacn.

Tutor Acadmico: Ing. Charlo Gonzlez.

RESUMEN

En cidos y Minerales de Venezuela, C.A. (AMV, C.A.), la estacin de aguasindustriales y contra incendio juega un papel muy importante, ya que para laproduccin del sulfato de aluminio se requiere el uso de agua en distintosprocesos. Es por esto que es importante que se lleve a cabo un monitoreodel estado de las bombas de agua y de los valores de presin de lasdescargas de estas mismas. Debido a que la estacin de aguas industrialesy contra incendios se encuentra lejos de la planta de sulfato de aluminio, seplantea un sistema de monitoreo de dicha estacin para poder observar losestados de las bombas y valores de presin sin tener que desplazarse desdela planta hasta la ubicacin de la bombas. Para cumplir dicho objetivo, serealiz una comunicacin inalmbrica, entre un mdulo de transmisin y unode recepcin, mediante dispositivos RF Xbee. El mdulo receptor dispone desalidas de 4 a 20 mA y salidas de Rel para una futura conexin a un PLC.

Palabras claves:Presin, Monitoreo, Transmisin, Recepcin, Inalmbrico,

RF, Xbee.





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INDICE GENERAL

ACTA DE APROBACIN ............................................................................... I

ACTA DE EVALUACIN FINAL DE LA PRCTICA PROFESIONAL DEGRADO .......................................................................................................... II

DEDICATORIA .............................................................................................. III

AGRADECIMIENTOS ................................................................................... IV

RESUMEN ...................................................................................................... V

INDICE GENERAL ........................................................................................ VI

INDICE DE FIGURAS .................................................................................... IX

INDICE DE TABLAS .................................................................................... XII

NDICE DE ECUACIONES .......................................................................... XIII

INTRODUCCIN ............................................................................................ 1

CAPITULO I.................................................................................................... 3

EL PROBLEMA .............................................................................................. 3

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.......................................................................................... 3OBJETIVO GENERAL............................................................................................................ 5OBJETIVOS ESPECFICOS .................................................................................................... 5

ALCANCE........................................................................................................................... 6LIMITACIONES .................................................................................................................... 7DELIMITACIONES ................................................................................................................ 8JUSTIFICACIN................................................................................................................... 8

CAPITULO II................................................................................................... 9

MARCO REFERENCIAL ................................................................................ 9

UBICACIN ........................................................................................................................ 9DESCRIPCIN DE LA EMPRESA ........................................................................................... 10DESCRIPCIN DEL DEPARTAMENTO .................................................................................... 10

Funciones especficas ................................................................................................ 11MISIN ............................................................................................................................ 12VISIN ............................................................................................................................ 12POLTICA DE CALIDAD........................................................................................................ 12FUNDAMENTACIN TERICA............................................................................................... 13

Estacin de aguas industriales y contra incendios de AMV, C.A. ................... ............. 13Sensores .................................................................................................................... 16Dispositivos Xbee ....................................................................................................... 17


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CAPITULO III................................................................................................ 21

MARCO METODOLGICO.......................................................................... 21

TIPO DE INVESTIGACIN.................................................................................................... 21

DISEO DE INVESTIGACIN................................................................................................ 22TCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIN DE DATOS..................................................... 22PROCEDIMIENTO DE RECOLECCIN DE DATOS...................................................................... 27PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIN................................................................................ 28

CAPITULO IV ............................................................................................... 29

DESCRIPCIN DEL DISEO ...................................................................... 29

DESCRIPCIN GENERAL DEL DISEO................................................................................... 29FASES DEL DISEO ........................................................................................................... 30

Diseo del mdulo transmisor ........................ .......................... .......................... ......... 31Circuitos de acondicionamiento de sensores ............ ............. ............ .............. ............. ........ 31

Circuito de la tarjeta de transmisin ............. ............. ............. ............. ............ ............. ......... 35Circuito de la tarjeta Xbee regulated ............ ............. ............. ............. ............. ............ ......... 38Diseo del mdulo receptor ........................................................................................ 39

Circuito de la tarjeta de recepcin ............ .............. ............ .............. ............ ............. ........... 39Circuito de la tarjeta de salida de rel ............ ............. ............. ............. ............. ............. ...... 41Circuito de la tarjeta de salida analgica ............ ............. ............. ............. ............. ............. .. 42Panel de monitoreo.............................................................................................................. 45

Codificacin de los mdulos ....................................................................................... 46Codificacin del mdulo transmisor ............. ............. ............. ............. ............ ............. ......... 46Codificacin del mdulo receptor ......................................................................................... 52

CAPITULO V ................................................................................................ 66

ANLISIS DE RESULTADOS...................................................................... 66CONFIGURACIN DE LOS MDULOS XBEE............................................................................ 68PROTOTIPO DEL MDULO TRANSMISOR............................................................................... 72

Tarjetas de los sensores ........................ .......................... ......................... .................. 72Tarjeta Transmisora ................................................................................................... 75

Xbee regulated .......................... ......................... ......................... .......................... ..... 78Mdulo transmisor ...................................................................................................... 80

PROTOTIPO DEL MDULO RECEPTOR.................................................................................. 83Tarjeta de salidas lgicas ........................................................................................... 83Tarjeta de salida analgica ......................................................................................... 85Tarjeta receptora ........................................................................................................ 87Mdulo receptor y panel de monitoreo ........................................................................ 89

PRUEBAS A LOS PROTOTIPOS............................................................................................. 92Prueba 1: Prueba de comunicacin ............................................................................ 93Prueba 2: Prueba de las tarjetas de salidas lgicas ............................... ..................... 94Prueba 3: Prueba de visualizacin de los valores de corriente .................................... 96Prueba 4: Prueba de visualizacin de los valores de presin .................... .................. 98

ANLISIS DE ERRORES .................................................................................................... 100Anlisis de errores para los valores de corriente ........................... .......................... .. 101


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Anlisis de errores para los valores de presin ........................ .......................... ....... 104ANLISIS DE COSTOS ...................................................................................................... 106

CONCLUSIONES ....................................................................................... 112

RECOMENDACIONES ............................................................................... 114

REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS .......................................................... 115

ANEXOS ..................................................................................................... 118

CDIGOS DE LOS MICROCONTROLADORES........................................................................ 118Cdigo del mdulo transmisor .................................................................................. 118Cdigo del mdulo receptor ....................... .......................... .......................... ........... 120

PLANOS DE LOS DISPOSITIVOS......................................................................................... 130HOJAS DE DATOS DE LOS SENSORES................................................................................ 148

Sensor de corriente ECS1030-L72 ........................................................................... 148Sensor de presin MPX5700AP................................................................................ 151

HOJAS DE DATOS ADICIONALES........................................................................................ 157Pantalla LCD serial ................................................................................................... 157


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INDICE DE FIGURAS

Figura 1. Ubicacin de cidos y Minerales de Venezuela, C.A. ................................ 9Figura 2. Estacin de aguas industriales y contra incendios de AMV, C.A. ............. 13Figura 3. Esquema estacin de aguas industriales y contra incendio de AMV, C.A. 14Figura 4. Sensor de corriente no invasivo ECS1030-L72. ....................................... 16Figura 5. Sensor de Presin Mpx5700a. ................................................................. 17Figura 6. Dispositivos Xbee y Xbee PRO series 2. ................................................. 18Figura 7. Esquema general del diseo. ................................................................... 30Figura 8. Circuito recomendado por el fabricante. ................................................... 32Figura 9. Resistencia recomendada a la salida del sensor por el fabricante. .......... 32Figura 10. Curva de entrada del sensor vs voltaje de salida. .................................. 33Figura 11. Circuito rectificador para los sensores de corriente. ............................... 33

Figura 12. Regulador de 5 V. .................................................................................. 35Figura 13. Conectores de la tarjeta de transmisin para los sensores. ................... 36Figura 14. Arreglo de resistencias para reduccin de voltaje. ................................. 37Figura 15. Circuito de la tarjeta de transmisin. ...................................................... 37Figura 16. Esquema circuital de la tarjeta Xbee regulated. ..................................... 38Figura 17. Amplificador de 3.3 V a 5 V. ................................................................... 40Figura 18. Circuito de la tarjeta de recepcin. ......................................................... 40Figura 19. Esquema circuital de la tarjeta de salida lgica o salida de rel. ............ 42Figura 20. Divisor de tensin para voltaje de referencia del DAC. .......................... 43Figura 21. Circuito convertidor de voltaje a corriente. ............................................. 43

Figura 22. Circuito de salida analgica. .................................................................. 44Figura 23. Diseo del panel de monitoreo. .............................................................. 45Figura 24. Diagrama de flujo del mdulo transmisor. .............................................. 47Figura 25. Variables y configuraciones iniciales del programa del transmisor. ........ 48Figura 26. Procesamiento de las seales de los sensores. ..................................... 49Figura 27. Lectura y envo de las seales lgicas. .................................................. 50Figura 28. Envi de las seales analgicas. ........................................................... 51Figura 29. Diagrama de flujo del programa principal del mdulo receptor. .............. 52Figura 30. Variables del programa del mdulo receptor. ......................................... 53Figura 31. Configuraciones iniciales del programa del mdulo receptor.................. 55Figura 32. Instrucciones para las salidas lgicas. ................................................... 57

Figura 33. Ejemplo de instrucciones para las salidas analgicas. ........................... 58Figura 34. Diagrama de flujos de la interrupcin por recepcin del UART2. ........... 59Figura 35. Funcin para la recepcin de los datos. ................................................. 59Figura 36. Funcin pantalla(k). ............................................................................... 60Figura 37. Funcin change_font( ). ......................................................................... 61Figura 38. Funciones de pantalla. ........................................................................... 62Figura 39. Diagrama de flujo de la funcin timer1. .................................................. 63


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Figura 40. Funcin timer1. ...................................................................................... 63Figura 41. Funciones INT0 e INT1. ......................................................................... 64Figura 42. Circuitos del mdulo transmisor y del mdulo receptor respectivamente................................................................................................................................ 67

Figura 43. Pantalla inicial del X-CTU. ..................................................................... 69Figura 44. Configuracin del mdulo Xbee mediante el software X-CTU. ............... 70Figura 45. Ubicacin de los cdigos de direccin de los Xbee. ............................... 71Figura 46. Diseo de la tarjeta de los sensores de presin. .................................... 73Figura 47. Diseo de la tarjeta de los sensores de corriente. .................................. 73Figura 48. Visualizacin 3D de la tarjeta de los sensores de presin. ..................... 74Figura 49. Visualizacin 3D de la tarjeta de los sensores de corriente. ................... 74Figura 50. Tarjeta para los sensores de presin. .................................................... 74Figura 51. Tarjeta para los sensores de corriente. .................................................. 75Figura 52. Diseo de la tarjeta transmisora. ............................................................ 76Figura 53. Visualizacin 3D de la tarjeta transmisora. ............................................. 76

Figura 54. Tarjeta transmisora. ............................................................................... 77Figura 55. Diseo de la tarjeta Xbee regulated. ...................................................... 78Figura 56. Visualizacin 3D del diseo de la tarjeta Xbee regulated. ...................... 78Figura 57. Tarjeta Xbee regulated........................................................................... 79Figura 58. Tarjeta Xbee regulated con base para mdulo Xbee. ............................ 79Figura 59. Mdulo transmisor. ................................................................................ 80Figura 60. Montaje del mdulo transmisor. ............................................................. 81Figura 61. Conexiones de los contactores y sensores de corriente (abajo). ............ 82Figura 62. Caja elctrica del mdulo transmisor. .................................................... 82Figura 63. Diseo de la tarjeta de salidas lgicas. .................................................. 83

Figura 64. Modelo 3D de la tarjeta de salidas lgicas. ............................................ 84Figura 65. Tarjeta de salida lgica o salida de rel. ................................................ 84Figura 66. Diseo de la tarjeta de salida analgica. ................................................ 85Figura 67. Visualizacin 3D del diseo de la tarjeta de salida analgica. ................ 86Figura 68. Tarjeta de salida analgica. ................................................................... 86Figura 69. Diseo de la tarjeta receptora. ............................................................... 87Figura 70. Visualizacin 3D del diseo de la tarjeta receptora. ............................... 88Figura 71. Tarjeta receptora.................................................................................... 88Figura 72. Mdulo receptor con todos sus elementos. ............................................ 89Figura 73. Mdulo receptor con todos sus elementos. ............................................ 90Figura 74. Mdulo receptor con todos sus elementos. ............................................ 91

Figura 75. Panel de monitoreo del sistema. ............................................................ 92Figura 76. Visualizacin de parmetros en pantalla. ............................................... 93Figura 77. Encendido de los motores 1 y 4. ............................................................ 95Figura 78. Encendido de las seales de falla de los motores 3 y 4. ........................ 95Figura 79. Encendido de los motores 2 y 4. ............................................................ 96Figura 80. Visualizacin de la corriente del motor 1. ............................................... 97


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Figura 81. Visualizacin de la corriente del motor 2. ............................................... 97Figura 82. Visualizacin de la corriente del motor 4. ............................................... 97Figura 83. Visualizacin de la presin 1. ................................................................. 99Figura 84. Visualizacin de la presin 2. ................................................................. 99

Figura 85. Visualizacin de la presin 2 con la tubera descargada (sin presin). ... 99Figura 86. Transmisor universal I/O XYR 6000. .................................................... 110


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INDICE DE TABLAS

Tabla 1. Comparacin entre Xbee series 1 y series 2. ............................................ 19Tabla 2. Descripcin de las variables del mdulo transmisor. ................................. 48Tabla 3. Descripcin de las variables del mdulo receptor. .................................... 54Tabla 4. Parmetros para la configuracin de los mdulos Xbee. ........................... 71Tabla 5. Clculo de errores para los valores de corriente. .................................... 103Tabla 6. Clculo de errores para los valores de presin. ...................................... 105Tabla 7. Lista de componentes y costo total. ........................................................ 107


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NDICE DE ECUACIONES

Ecuacin 1. Relacin de ganancia del circuito ........................................................ 34Ecuacin 2. Ecuacin para calcular R5 34Ecuacin 3. Media ............................................................................................... 101Ecuacin 4. Desaviacion estandar ........................................................................ 102Ecuacin 5. Error absoluto. ........................................... 103Ecuacin 6. Error relativo porcentual. .......................................... 103


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INTRODUCCIN

El presente trabajo investigativo expone los resultados del diseo eimplementacin de un Sistema de Monitoreo de la Estacin de Aguas

Industriales y Contra Incendios. Dicha estacin se encarga de distribuir agua

hacia las plantas de acido sulfrico y sulfato de aluminio, para los procesos

de produccin, adems de distribuir agua al sistema de duchas contra

incendio de la empresa.

El sistema se basa en la transmisin y recepcin de seales de

corriente, presin y de estados de manera inalmbrica usando dispositivos

de comunicacin RF Xbee. El objetivo de dicha investigacin consiste en

disear e implementar un sistema de monitoreo de la estacin de aguas

industriales y contra incendio mediante comunicacin inalmbrica. Dicho

trabajo fue realizado para el Departamento de Mantenimiento de cidos y

Minerales de Venezuela, C.A.

Para el cumplimiento del objetivo se ha desarrollado una metodologa

de tipo proyectiva, en donde se describe y explica el diseo propuesto y

adems se muestran los prototipos construidos. Adems se exponen los

resultados obtenidos una vez implementado el sistema y el anlisis de

errores de este mismo.

La estructura realizada para el desarrollo del presente trabajo se bas

fundamentalmente en cinco captulos:


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Captulo I, donde se plantea el problema que motiv a la realizacin

del presente trabajo, as como el objetivo general y los objetivos especficos

a cumplir para solventar la problemtica, justificando y delimitando el

proyecto a realizar.

Captulo II, contiene el marco referencial del trabajo, distintos aspectos

de la empresa y del departamento donde se desarrolla el trabajo; adems, se

muestra la base terica del trabajo y los trminos bsicos relacionados con

esta.

Captulo III, explica la metodologa utilizada para la realizacin del

diseo determinando, el tipo de diseo e investigacin usada; as como los

instrumentos, herramientas y programas que fueron necesarios para la

recoleccin de datos, culminacin del prototipo y la redaccin del presente

informe.

Captulo IV, presenta la descripcin del diseo del sistema de

monitoreo, las propuestas para la realizacin de los prototipos, las

simulaciones necesarias para algunos circuitos y pruebas preliminares antes

de construir los prototipos definitivos.

Capitulo V, muestra los resultados del sistema propuesto una vezimplementado, as como el anlisis de errores de este mismo y los anlisis

de todos los resultados.


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CAPITULO IEL PROBLEMA

El presente captulo muestra la problemtica que se presenta en

cuanto a la obtencin de informacin de la estacin de aguas industriales y

contra incendio de AMV, C.A., y como puede solucionarse dicha

problemtica.

Planteamiento del Problema

cidos y Minerales de Venezuela, C.A. (AMV, C.A.) es una empresa

productora de sulfato de aluminio grado A, AL2 (SO4)3, utilizado

principalmente como coagulante y floculante en el proceso de tratamiento de

aguas potables y residuales, en la industria de pulpa y papel, en la industria

petrolera, entre otros usos.

Esta empresa cuenta con dos plantas, una para la produccin de

acido sulfrico necesario en el proceso de elaboracin del sulfato de

aluminio, y otra para la produccin de este ltimo.

La planta de sulfato de aluminio necesita agua para diversas etapas

del proceso de produccin, por esto es indispensable que, tanto las bombas

de aguas industriales como las bombas de agua contra incendio funcionen


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correctamente. Por esto, es necesario monitorear las seales de encendido,

corriente y presin de las bombas para verificar el correcto funcionamiento de

las mismas, ya que para la produccin es necesario el uso de agua en

distintas reas.

Es importante verificar que las presiones de las bombas estn en el

rango ideal para todo el proceso de produccin, ya que de no encontrarse

dentro del rango, varios equipos pueden dejar de funcionar, lo cual traera

como consecuencia fallas en la produccin del producto.

Adems de las seales de presin, el monitoreo de las seales de

corriente y de encendido tambin es muy importante, ya que ayudara a

determinar las posibles fallas que ocurran con el sistema de agua.

Debido a que la estacin de agua industrial y contra incendios se

encuentra aproximadamente a 60 metros de la planta de sulfato, resulta

difcil determinar la causa de algn problema con el agua, ya que de ocurrir

algn problema, alguien debe trasladarse hasta las bombas y verificar si

alguna de ellas est fallando. Al hacer la verificacin de esa manera se

pierde tiempo, lo cual hace el proceso ineficiente.

Ante esta problemtica originada al momento de verificar el correctofuncionamiento de las bombas de agua, surgen la siguiente serie de

interrogantes:


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Cmo pueden monitorearse las seales de corriente y presin desde

la planta de sulfato de aluminio? Qu tipo de comunicacin debe usarse

para llevar las seales desde la estacin de agua hasta la planta? Cules

son las ventajas de usar el sistema de comunicacin planteado para elmonitoreo de las seales?

Objetivo General

Disear e implementar un sistema de monitoreo de la estacin de

aguas industriales y control de incendios de cidos y Minerales deVenezuela, C.A.

Objetivos Especficos

Estudiar el sistema de aguas industriales y contra incendio de

cidos y Minerales de Venezuela, C.A.

Definir los dispositivos elctricos y/o electrnicos a utilizar de

acuerdo al sistema planteado.

Disear circuitos de acondicionamientos para los sensores a

utilizar.

Codificar los programas de los microprocesadores del emisor y del

receptor.


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6

Establecer la conexin mediante comunicacin inalmbrica

usando mdulos Xbee.

Disear e implementar los prototipos funcionales para el sistema

de monitoreo.

Disear e implementar un panel para el monitoreo de las seales

en la planta de sulfato de aluminio.

Analizar el error en la medicin de los parmetros requeridos,

hacer ajustes finales.

Alcance

Este proyecto tiene como propsito generar prototipos funcionales, loscuales solventen la problemtica que se presenta para monitorear las

seales de corriente y presin de la estacin de aguas industriales y contra

incendio desde la planta de sulfato de aluminio. Durante el proceso de diseo

se busca hacer el sistema lo ms eficiente posible.

Los prototipos sern instalados y puestos en funcionamiento, tanto en

la estacin de aguas industriales y contra incendio (dispositivo emisor) como

en la planta de sulfato de aluminio (dispositivo receptor). De esta manera,

una vez concluido el proyecto, los prototipos quedarn en funcionamiento

para ser utilizados en el proceso de produccin.


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La comunicacin se realizar con mdulos de comunicacin

inalmbrica RF (mdulos Xbee) permitir que a futuro se pueda crear una red

de comunicacin entre los prototipos a disear y nuevos dispositivos que

utilicen los mdulos Xbee.

Se construir un panel, ubicado en la planta de sulfato de aluminio,

donde se podr monitorear la informacin enviada desde la estacin de

aguas industriales y contra incendio, en el cual se mostrar por medio de una

pantalla LCD los valores de corriente de cada bomba de la estacin y los

valores de presin de los puntos de descarga y succin de las bombas.

Tambin se mostrar en el panel por medio de lmparas indicadores los

estados de encendido y seales de falla de cada una de las bombas.

Limitaciones

Las posibles limitaciones para la realizacin del trabajo son de

disponibilidad de componentes, ya que de momento pueden encontrarse

agotados en el stock de los proveedores nacionales. Otra limitacin puede

ser el tiempo, ya que debido a lo antes expuesto, se debe esperar a que

haya disponibilidad de componentes o tambin esperar a que estos sean

enviados (en caso de un pedido fuera de la ciudad), lo que puede ocasionar

que el tiempo definido para la realizacin del trabajo no es suficiente.

El alcance de las de la seal RF podra ser una limitacin, ya que la

distancia para una comunicacin estable depender de la potencia de los

mdulos RF.


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8

Delimitaciones

Este proyecto se desarrollar en la empresa cidos y Minerales de

Venezuela C.A. (AMV, C.A.), especficamente en el departamento de

mantenimiento, estacin de agua industriales y contra incendio y en la planta

de sulfato de aluminio, siendo estas dos ltimas donde se pondrn los

prototipos en funcionamiento. Este trabajo se llevar a cabo en un perodo de

16 semanas.

Justificacin

Desde hace un tiempo cidos y Minerales de Venezuela, C.A. ha

venido mejorando sus procesos, por medio de la actualizacin de equipos y

sistemas de control. Sin embargo, todava existen aspectos que mejorar para

tener procesos ms eficientes.

El monitoreo de las seales de presin y corriente de las bombas de

agua industriales y contra incendios es de suma importancia, ya que estas

son necesarias para el proceso de produccin de sulfato de aluminio, y

mediante el monitoreo de dichas seales se puede determinar si existe algn

problema en el sistema de aguas, lo cual puede incurrir en una falla de

produccin.

Al usar un medio de comunicacin inalmbrico, se reducen costos encuanto al cableado y construccin de vas por donde colocar dicho cableado.

Adems, un sistema de comunicacin inalmbrico usando los mdulos de

comunicacin RF, permite tener la comunicacin entre distintos equipos, con

lo cual se pueden crear redes de trabajo inalmbricas.


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CAPITULO II

MARCO REFERENCIAL

En este captulo se presentaran diversos aspectos de la empresa

cidos y Minerales de Venezuela, C.A., en la cual se desarrolla el presente

trabajo, adems de las bases tericas para el desarrollo del mismo.

Ubicacin

AMV, C.A. se encuentra ubicada en la ciudad de Puerto Ordaz,

tambin conocida como Ciudad Guayana, en la unin de los ros Caron y

Orinoco, 100 kilmetros aguas abajo de Ciudad Bolvar, a 800 kilmetros de

Caracas, tal como se muestra en la figura 1.

Figura 1. Ubicacin de cidos y Minerales de Venezuela, C.A.Fuente: Recuperado de http://www.amv.com.ve
http://www.amv.com.ve/sites/default/files/Ubicacion%20AMV.jpg


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Descripcin de la empresa

cidos y minerales de Venezuela, C.A. (AMV, C.A.) es una empresa

venezolana con ms de 17 aos de exitosa trayectoria en la produccin de

sulfato de aluminio grado A, AL2 (SO4)3, utilizado principalmente como

coagulante y floculante en el proceso de tratamiento de aguas potables y

residuales, en la industria de pulpa y papel, en la industria petrolera, entre

otros usos.

Su ubicacin al sur del pas, adyacente a la Refinera de Almina,garantiza un suministro seguro y confiable de materia prima.

Cuenta con un rea industrial con todos los servicios necesarios para

la recepcin de materias primas y despacho de productos, incluyendo una

unidad de control de calidad con un laboratorio propio y moderno en el cual

se monitorean de forma constante las materias primas y el proceso

productivo, adems cuenta con un recurso humano altamente capacitado y

motivado, lo que contribuye a una produccin de alta calidad.

Descripcin del departamento

El departamento de mantenimiento de AMV, C.A. tiene como

funciones generales planificar, programar y realizar los trabajos de

mantenimiento tanto preventivos, correctivos, predictivos e inspecciones de

los equipos, y maquinarias.


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Funciones especficas

Planificar los recursos necesarios (repuestos, equipos, materiales,

consumibles y personal) para acometer las labores de

mantenimiento preventivo y reparaciones; manteniendo un stock

mnimo de materiales y repuestos.

Elaborar anlisis de riesgos de los trabajos previstos y

posteriormente orientar a los trabajadores bajo su cargo sobre los

procedimientos de trabajos seguros.

Llevar registros de fallas de equipos y/o maquinarias.

Disear, elaborar, implementar y realizar un plan de mantenimientopara los equipos y maquinarias de planta, equipos mviles y de

servicios.

Documentar y archivar los mantenimientos y reparaciones

realizadas.

Inspeccionar los equipos y/o maquinarias con herramientas

especiales, visual y sonoramente a fin de detectar fallas incipientes

y programar actividades que correspondan. Realizar peridicamente inventario de herramientas, con la

finalidad de evaluar su estado de deterioro, y reponerlas si es

necesario.

Controlar materiales consumibles (aceites, grasas, combustibles,

desengrasantes, filtros, electrodos, trapos y otros), mantener un

stock minino necesario.

Control de entrada y salida de materiales, repuestos y equipos por

alcabala.

Elaborar requisiciones de materiales y /o repuestos, y realizar

seguimiento de las mismas. Las requisiciones sern revisadas


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previamente por el superintendente de produccin antes que se

elabore la orden de compra.

Recepcin y conformacin de materiales y repuestos proveniente

de compras o servicios prestados.

Control de garantas de servicios prestados y/o adquisiciones de

equipos, repuestos y/o materiales.

Cumplir con las polticas, normas y procedimientos establecidas

por la Empresa.

Misin

Producir sulfato de aluminio grado a y cido sulfrico, bajo el

cumplimiento de normas, reglamentos de calidad, higiene y medio ambiente.

Visin

Ser referencia confiable y competitiva en la produccin de productos

qumicos, operando con un mnimo de impacto al medio ambiente y alta

responsabilidad social.

Poltica de calidad

Proveer productos y servicios que superen las expectativas de

nuestros clientes garantizndoles calidad, entrega oportuna, seguridad,

conformidad y proteccin ambiental mediante su personal calificado y

comprometido con el mejoramiento e innovacin de nuestros productos.


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Fundamentacin terica

Estacin de aguas industriales y contra incendios de AMV, C.A.

Esta estacin cuenta con cuatro bombas de agua, dos para el sistema

de aguas industriales y dos para el sistema de aguas contra incendio, como

se muestra en la figura 2. Para ambos sistemas existe una misma entrada de

agua, la cual proviene de un tanque de almacenamiento, el cual es llenado

por una tubera principal suministrada por Hidrobolivar. Cada sistema de

aguas posee una sola salida de descarga, es decir cada par de bombas

provee una sola descarga de agua para cada sistema.

Figura 2. Estacin de aguas industriales y contra incendios de AMV, C.A.Fuente: Fotografa (propia).


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Figura 3. Esquema estacin de aguas industriales y contra incendio de AMV, C.A.Fuente: Elaboracin propia

El sistema de aguas industriales es utilizado para realizar distintos

procesos de produccin, tanto en la planta de acido sulfrico como en la

planta de sulfato de aluminio. Como se observa en la figura 3, este sistema

cuenta con 2 bombas de agua, de las cuales una (motor 4) funciona

normalmente, mientras la otra (motor 2) funciona como bomba de respaldo

del sistema.

Por su parte, el sistema de aguas contra incendios se utiliza, como su

nombre lo indica, en caso de incendios, aunque tambin sirve como sistema

de aguas de respaldo en caso de que el sistema de aguas industriales falle.

En la figura 3 se muestra como est compuesto el sistema de aguas contra

incendios, donde se observan 2 bombas, que al igual que en el sistema de

aguas industriales, existe una bomba en normal funcionamiento y otra de


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respaldo, pero en este caso ambas bombas permanecen apagadas, a menos

que ocurra un incendio o se requiera del uso del sistema para los procesos.

Por lo expuesto anteriormente, es importante que dichos sistemas de

agua se encuentren funcionando y que tengan los niveles de presin

correctos para su utilizacin en los distintos procesos.

Es por ello que consideraron como seales a monitorear las

siguientes:

3 seales de presin: Una correspondiente a la descarga de la

tubera de agua suministrada por Hidrobolivar, y las otras dos

correspondientes a las descargas del sistema de aguas

industriales y el sistema de aguas contra incendio

respectivamente.

4 seales de corriente: Correspondientes con las cuatros

seales de corriente de las bombas de la estacin. 4 seales de estado de encendido: correspondientes con los

estados de encendido de las cuatro bombas de la estacin.

4 seales de falla: seales correspondientes con los

indicadores de falla de los cuatro motores de las bombas de la

estacin.

Con esto se tiene un total de 15 seales a ser transmitidas desde la

estacin de aguas industriales y contra incendio hacia la planta de sulfato de

aluminio. Es importante tener en cuenta que dicha planta se encuentra a

unos 60 metros aproximadamente de la estacin.


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Sensores

En esta seccin se muestran los sensores a utilizar en el sistema, los

cuales no se encuentran normalmente en la empresa. Los tipos de sensores

escogidos para el sistema de monitoreo son sensores de corriente no

invasivos y sensores de presin absoluta.

El sensor de corriente elegido fue el sensor de corriente no invasivo

ECS1030-L72 (figura 4), el cual posee un rango de 0 a 30 A de entrada para

una salida de 0 a 15 mA en corriente alterna. En los anexos se puedeobservar la hoja de datos del sensor en la seccin Hojas de datos de los

sensores.

Figura 4. Sensor de corriente no invasivo ECS1030-L72.Fuente: Recuperado de http://electronicamagnabit.com/tienda/sensores/838-sensor-de-

corriente-alterna-no-invasivo-30a.html.

Este sensor fue elegido debido a que, adems de poseer un rango de

corriente mayor al de los motores de las bombas de agua, es de tipo no

invasivo lo que es favorable, ya que no se necesita alterar el circuito para

realizar la medicin.


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Para los sensores de presin se escogi el sensor MPX5700ap (figura

5), el cual posee un rango de presin de 0 a 700 Kpa de presin absoluta (0

a 7 BAR) para una salida en voltaje de 0,2 a 4,7 V. En la hoja de datos del

sensor se puede observar la curva caracterstica del dispositivo. Dicha hojade datos se encuentra en los anexos en la seccin Hojas de datos de los

sensores.

Su fcil conexin y el ser el nico sensor disponible en el mercado

nacional, con un mximo de 6 BAR relativos (valor mximo de presin que

pueden alcanzar los puntos de descarga), fueron los aspectos por los cuales

se eligi este sensor para obtener los valores de presin requeridos.

Figura 5. Sensor de Presin Mpx5700a.Fuente: Recuperado de http://octopart.com/mpx5700gp-freescale+semiconductor-34098

Dispositivos Xbee

XBee es el nombre comercial de Digi International para una familia de

mdulos de radio. Las radios XBee primero se introdujeron bajo la marca

MaxStream en 2005 y se basa en el estndar 802.15.4-2003 diseado para

aplicaciones punto a punto y punto a multipunto comunicaciones a


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velocidades de transmisin de 250 kbit / s. Los XBee se pueden usar con el

mnimo de cuatro nmeros de conexiones -. Potencia (3,3 V), tierra, datos de

entrada y salida (UART), con otras lneas recomendadas como Reset y

Sleep.

Los mdulos Xbee proveen 2 formas amigables de comunicacin:

Transmisin serial transparente (modo AT) y el modo API que provee

muchas ventajas. Los mdulos Xbee pueden ser configurados desde el PC

utilizando el programa X-CTU o bien desde el microcontrolador. Los Xbee

pueden comunicarse en arquitecturas punto a punto, punto a multi punto o en

una red mesh. La eleccin del mdulo XBee correcto pasa por escoger el

tipo de antena (chip, alambre o conector SMA) y la potencia de transmisin

(2 mW para 300 pies o 60 mW para hasta 1 milla).

Figura 6. Dispositivos Xbee y Xbee PRO series 2.Fuente: XBee/XBee-PRO ZB RF Modules. 2010 Digi International, Inc.

Existen dos tipos de mdulos Xbee, como se muestra en la figura 6,

los Xbee y Xbee PRO. La diferencia entre estos est en la potencia de

transmisin, siendo los modelos PRO los que mayor alcance poseen.

Tambin existen 2 series de estos mdulos. La serie 1 y la serie 2 o tambin

conocida como 2.5. Los mdulos de la Serie 1 y la Serie 2 tienen el mismo


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pin-out, sin embargo, no son compatibles entre s ya que utilizan distintos

chipset y trabajan con protocolos diferentes.

La serie 1 est basada en el chipset Freescale y est pensado para

ser utilizado en redes punto a punto y punto a multipunto. Los mdulos de la

serie 2 estn basados en el chipset de Ember y estn diseados para ser

utilizados en aplicaciones que requieren repetidores o una red mesh. Ambos

mdulos pueden ser utilizados en los modos AT y API.

En la siguiente tabla se comparan los principales aspectos de las dos

series de los mdulos Xbee:

Tabla 1. Comparacin entre Xbee series 1 y series 2.Fuente: Recuperado de http://www.digi.com/support/kbase/kbaseresultdetl?id=2213

XBee Series 1 XBee Series 2

Rango con obstculos Hasta 100 ft. (30m) Hasta 133 ft. (40m)

Rango en lnea de vista Hasta 300 ft. (100m) Hasta 400 ft. (120m)

Potencia de

Transmisin1 mW (0dbm) 2 mW (+3dbm)

Velocidad de datos 250 Kbps 250 Kbps

Sensibilidad de

Recepcin -92dbm (1% PER) -98dbm (1% PER)

Voltaje de alimentacin 2.8 - 3.4 V 2.8 - 3.6 V

Corriente de 45 mA (@ 3.3 V) 40 mA (@ 3.3 V)


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transmisin (tpica)

Corriente de recepcin

(tpica)50 mA (@ 3.3 V) 40 mA (@ 3.3 V)

Corriente de apagado 10 uA 1 uA

Frecuencia ISM 2.4 GHz ISM 2.4 GHz

Dimensiones 0.0960" x 1.087" 0.0960" x 1.087"

Temperatura de

operacin-40 a 85 C -40 a 85 C

Tipos de antenas

PCB, Integrated Whip, U.FL,

RPSMA

PCB, Integrated Whip, U.FL,

RPSMA

Topologas de red Punto a punto, estrellaPunto a punto, estrella o

malla

Nmeros de canales 16 canales directos 16 canales directos

Opciones de filtradoPAN ID, Canal y

Fuente/Destino

PAN ID, Canal y

Fuente/Destino


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CAPITULO III

MARCO METODOLGICO

En este captulo se muestran los aspectos metodolgicos utilizados

para la realizacin del diseo de un sistema de monitoreo de la estacin de

aguas industriales y contra incendio de cidos y Minerales de Venezuela,C.A.

Tipo de Investigacin

De acuerdo a lo planteado en el presente trabajo, esta investigacin

es de tipo proyecto factible. Al respecto la Universidad ExperimentalLibertador (1998) manifiesta que: El proyecto factible consiste en la

elaboracin de una propuesta de un modelo viable, o una solucin posible a

un problema para satisfacer necesidades de una institucin o grupo social.

La propuesta debe tener apoyo, bien sea en una investigacin de tipo

documental y debe referirse a la formulacin de polticas, programas,

mtodos y procesos.

La investigacin planteada consiste en el diseo e implementacin de

un sistema de monitoreo de seales de presin y corriente de la estacin de

aguas industriales y contra incendio usando la comunicacin inalmbrica por


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medio de los dispositivos de radiofrecuencia Xbee. Por lo propuesto

anteriormente, se estudia la investigacin de tipo proyecto factible.

Diseo de Investigacin

Para la UPEL (1998) la investigacin documental es: El estudio de una

problemtica con el propsito de ampliar y profundizar el conocimiento de su

naturaleza, en trabajos previos, as como informacin y datos divulgables por

medios impresos.

De acuerdo con esta definicin, para realizar el presente trabajo de

investigacin, se debe emplear una investigacin documental, ya que deben

estudiarse distintos aspectos como el funcionamiento de los dispositivos

Xbee y los microprocesadores utilizados para el procesamiento de las

seales, as como los distintos aspectos para la comunicacin y tratamiento

de las seales a enviar.

Tcnicas e instrumentos de recoleccin de datos

Es importante utilizar tcnicas e instrumentos para la recoleccin de

datos, ya que esto permite realizar una investigacin confiable. Fidias (2006)

expresa que: Se entiende por tcnica, el procedimiento de obtener datos o

informacin. La aplicacin de una tcnica conduce a la obtencin de

informacin, la cual debe ser guardada en un medio material de manera que

los datos puedan ser recuperados, procesados, analizados e interpretados.


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Un instrumento de recoleccin de datos es cualquier recurso que se utiliza

para obtener, registrar o almacenar informacin.

Teniendo esto en cuenta y de acuerdo a lo planteado en esta

investigacin, a continuacin se muestran tcnicas e instrumentos

necesarios para llevar esta labor a cabo.

Para la obtencin de datos:

Revisin bibliogrfica y documental: Comprende

todas las actividades relacionadas con la bsqueda de

informacin escrita relacionada con el tema de

investigacin. Pueden ser libros, manuales, documentos

web, entre otros.

Para la observacin directa:

Pantalla LCD serial: Es una pantalla delgada y plana

formada por un nmero de pxeles en color o

monocromos colocados delante de una fuente de luz o

reflectora. Mediante esta se observan los valores de

presin y corriente que se quieren monitorear.

Lmparas indicadoras: Son dispositivos generadores

de luz. Son necesarios para indicar los estados de

encendido y falla de las bombas de agua.

Tester: Equipo capaz de medir corriente y tensin.

Utilizado para medir la corriente en las bombas y la


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tensin en distintos puntos de los circuitos y salidas de

los sensores.

Para la observacin sistemtica:

Xbee Pro 50 mW series 2: Dispositivos de

comunicacin inalmbrica basados en el estndar IEEE

802.15.4 de redes inalmbricas de rea personal

(WPAN). Estos equipos sirven para enviar los datos

requeridos de manera inalmbrica, tales como son los

valores de presin, corriente y estados de las bombas.

DSPIC30f4011: Procesador digital de seales

programable en lenguaje C. Mediante este es posible

convertir seales analgicas (seales de los sensores de

corriente y presin) a digitales, procesar dichas seales y

enviarlas mediante el protocolo UART hacia el

dispositivo Xbee para su envo de manera inalmbrica.

Tambin puede recibir las seales para ser mostradas yposteriormente tratadas para ser convertidas a

analgicas por medio de un convertidor digital analgico.

TLC5615: Es un convertidor digital analgico serial, el

cual convierte seales digitales de 10 bits a seales

analgicas de 0 a 5 volt mediante el protocolo de

comunicacin SPI. Se utiliza para convertir las seales

de corriente y presin, enviadas de manera digital, a

analgicas para tener salidas de 4 a 20 mA.

Computador personal: Equipo electrnico de gran

capacidad de cmputo, capaz de realizar distintas tareas


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a la vez. Se usa para realizar la interfaz grfica para

controlar el analizador de espectros.

X-CTU: software creado por Digi (fabricante del Xbee)

utilizado para la configuracin y comunicacin dedispositivos Xbee mediante el computador.

MikroC for Dspic:Software creado por Mikroelektronika

utilizado para configurar y codificar los dispositivos

Dspic30f4011.

Pickit 2: Programa que se utiliza para cargar la

configuracin y los programas a los Dspic.

Protoboard:Es una especie de tablero con orificios, enla cual se pueden insertar componentes electrnicos y

cables para armar circuitos. Es utilizado para probar los

circuitos de los prototipos antes de ser construidos en

tarjetas PCB.

MPX5700AP: Sensor generador de presin el cual

posee un rango de presin de entrada de 0 a 700 Kpa y

una salida de 0.2 a 4.7 volt. Es utilizado para obtener los

valores de presin requeridos.

ECS1030-L72:Es un sensor de corriente no invasivo de

0 a 30 A con una salida en corriente alterna de hasta 15

mA. Necesario para medir la corriente de las bombas de

la estacin de aguas sin necesidad de interferir con el

cableado de estas.

TLC272: Amplificador operacional de alimentacin

simple (0v +12v). Utilizado para acondicionamiento de

seales de los sensores de corriente y circuito

convertidor de voltaje a corriente de 4 a 20 mA.


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Reguladores de Tensin: Utilizados para regular

tensin a 5 volt y 3.3 volt para trabajar con dispositivos

que poseen dichos niveles de voltaje.

Rel: Dispositivo electromecnico. Funciona como un

interruptor controlado por un circuito elctrico en el que,

por medio de una bobina y un electroimn, se acciona un

juego de uno o varios contactos que permiten abrir o

cerrar otros circuitos elctricos independientes.

Necesario para activar las lmparas indicadoras de

estados.

Componentes pasivos:Son aquellos que no necesitanuna fuente de energa para su correcto funcionamiento.

Son las resistencias y capacitores utilizados para

completar el correcto funcionamiento de los circuitos.

Para asesora del sistema a implementar:

Entrevista:Es el acto de comunicacin entre dos o ms

personas, de manera oral o escrita, con el fin de obtener

informacin o una opinin acerca de uno o ms temas.

Para este trabajo se realiza la entrevista oral al tutor

industrial de temas relacionados al funcionamiento de las

bombas de agua industriales y contra incendio, con la

manera de procesar los datos y la construccin de los

prototipos. Adems se realizan entrevistas a

trabajadores de la empresa con respectos a diversostemas, as como al tutor acadmico y profesores de la

universidad.


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Procedimiento de recoleccin de datos

El procedimiento para la recoleccin de datos est estructurado de la

siguiente manera:

Primero, mediante consulta con el tutor industrial, se busca conocer el

funcionamiento de la estacin de aguas industriales y contra incendio, el

papel que desempea y su importancia, a fin de saber que seales

importantes se debern monitorear y as disear el sistema y saber que

dispositivos son necesarios para llevar este sistema a cabo.

Una vez que se tienen claro los dispositivos a utilizar, se procede a

buscar informacin acerca estos. En este caso se busca informacin acerca

de los dispositivos de comunicacin inalmbrica Xbee, con la finalidad de

determinar cual dispositivo es el indicado para el presente trabajo. Tambin

es importante recolectar informacin acerca de cualquier otro equipo con el

cual se trabajar, como son los sensores. Dicha informacin se consigue en

el internet, en las pginas web de los fabricantes y dems pginas.

Una vez obtenida esta informacin se procede a buscar informacin

acerca del funcionamiento de los Xbee, su configuracin y como se

comunican entre ellos y otros dispositivos. Adems, se busca informacin de

cmo tratar las seales de los sensores, como realizar la comunicacin entre

los Dspic30f4011 y otros dispositivos como los DAC seriales (tlc5615) y la

pantalla LCD serial. Para esto se puede buscar en internet artculos o

bibliografa relacionada con el tema, como tambin consultarse con


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profesores o personas que tengan conocimientos acerca del funcionamiento

del equipo y como comunicarse con este.

Procesamiento de la informacin

Una vez obtenida toda la informacin posible acerca de los aspectos a

trabajar en la investigacin, se procede a tomar la informacin ms

importante de manera manual. Con la informacin obtenida es posible

desarrollar el trabajo, diseando los circuitos y los programas necesarios

teniendo en cuenta las bases de la informacin recolectada.

Es importante destacar que una vez que se tienen los diseos

bsicos, la informacin necesaria para la mejora de estos se encontrar

mayormente al utilizar la entrevista como mtodo de recoleccin de

informacin.


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CAPITULO IV

DESCRIPCIN DEL DISEO

En este captulo se muestran los diseos de los prototipos, para el

sistema de monitoreo de la estacin de aguas industriales y contra incendios

de AMV, C.A., divididos en fases y tomando en cuenta ciertos aspectosbsicos.

Descripcin general del diseo

Teniendo en cuenta los aspectos expuestos en la seccin anterior, se

realiz una propuesta para el diseo del sistema de monitoreo, el cual sebasa en tomar las seales de presin y corriente por medio de sensores,

manipularlas por medio de un mdulo transmisor, ubicado cerca de la

estacin, el cual se encargar de enviar las seales de manera inalmbrica

hasta un mdulo receptor ubicado en la planta de sulfato de aluminio.

Las seales obtenidas por el mdulo receptor sern procesadas y

mostradas en un panel de monitoreo, el cual contar con una pantalla,

lmparas indicadoras de estados y botones de navegacin para la

visualizacin en la pantalla. En la figura 7 puede apreciarse el esquema

general del diseo planteado:


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Figura 7. Esquema general del diseo.Fuente: Elaboracin propia.

Una vez que se tuvo claro el esquema general del diseo, se procedi

a definir los elementos no definidos que componen el diseo general, comoson el mdulo transmisor, mdulo receptor, panel de monitoreo y

convertidores digital-analgico. Para esto se plantearon fases para el diseo

del sistema de monitoreo.

Fases del diseo

En esta seccin se muestran las fases del diseo que se cumplieron

para lograr el diseo final del sistema de monitoreo.


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El diseo general del sistema, se dividi en tres grandes fases: diseo

del mdulo transmisor, diseo del mdulo receptor y codificacin de los

mdulos. En estas fases se definen los bloques presentados en el esquema

del diseo general del sistema de monitoreo de la estacin de aguasindustriales y contra incendios de AMV, C.A.

Diseo del mdulo transmisor

El mdulo transmisor est comprendido por los sensores y la tarjeta

de transmisin. Es por esto que esta fase se divide en dos fases mspequeas, las cuales son: diseo de circuitos de acondicionamiento para

sensores y diseo de la tarjeta de transmisin.

Circuitos de acondicionamiento de sensores

Los sensores utilizados necesitan de circuitos adicionales para poderutilizar sus seales y procesarlas por el DSP. Dichas seales deben ser

seales de voltaje DC, las cuales comprenden un rango de 0 a 5 V

generalmente.

Para el caso de los sensores de presin Mpx5700a, solo fue

necesario colocar un circuito comprendido de capacitores conectados a lospines del sensor, el cual es un circuito recomendado por el fabricante del

sensor (figura 8).


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Figura 8. Circuito recomendado por el fabricante.Fuente: Freescale Semiconductor. MPX5700. Rev 10, 10/2012.

Para los sensores de corriente, fue necesario un circuito para convertir

la seal de corriente AC a voltaje, luego convertirlo a DC y amplificarlo.

La salida mxima del sensor de corriente es de 15 mA en AC. El

fabricante recomienda una resistencia a la salida del sensor de 10 Ohm(figura 9), para su conversin a voltaje (de 0 a 150 mV), y a su vez se

mantenga la linealidad de este (figura 10).

Figura 9. Resistencia recomendada a la salida del sensor por el fabricante.Fuente: ECHUN Electronic Co., Ltd. Split Core Current Transformer ECS1030-L72.


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Figura 10. Curva de entrada del sensor vs voltaje de salida.Fuente: ECHUN Electronic Co., Ltd. Split Core Current Transformer ECS1030-L72.

Es necesario tener una seal de salida de 0 a 5 V en DC, ya que se

requiere para procesar la seal por medio del DSP. Por esto, se debe

rectificar la seal para convertirla a DC y luego amplificarla. En la siguiente

figura se muestra un circuito para rectificar seales de transformadores de

corriente.

Figura 11. Circuito rectificador para los sensores de corriente.Fuente: Elaboracin propia.


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Para este circuito se utiliza una resistencia (R1) de 10 , la cual es la

recomendada por el fabricante, a la salida del sensor. Luego, esta seal es

rectificada por el primer amplificador operacional (tlc272) de ganancia 1, para

luego ser amplificado por el segundo operacional, el cual tiene una gananciade 1+(R5/R4), siendo R4 1k y R5 un potencimetro para ajustar la

ganancia y as amplificar la seal a un mximo de 5 V.

Ecuacin 1Despejando la resistencia R5 de la ecuacin 1, obtendremos el valor

de de R5 para cumplir la relacin de entrada-salida deseada.

Ecuacin 2

Por ltimo, se utiliza un circuito RC para el filtrado de la seal y as

convertirla en una seal DC. Este circuito debe tener una constante de

tiempo 10 veces mayor a la frecuencia de la seal obtenida por el sensor, la

cual es de 60 Hz, por esto la constante de tiempo debe ser de 0,166 seg.

Teniendo esto en cuenta, y sabiendo que la constante de tiempo () es

=RC, se eligen los valores para la resistencia y el capacitor tal que: R.C =

0,166.


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Usando componentes con valores comerciales, R= 33 k y C = 470

uF, tenemos que la constante de tiempo es = 0.1551 seg, lo cual es

cercano al valor recomendado.

Circuito de la tarjeta de transmisin

La tarjeta de transmisin, el cual es el corazn del mdulo de

transmisin, es donde est ubicado el microprocesador encargado de recibir

las seales de los sensores y contactores, para procesarlas y luego

enviarlas.

Debido a que los circuitos de acondicionamiento de los sensores de

corriente requieren de una alimentacin de 12 V, y tanto los sensores de

presin, el DSP y la tarjeta Xbee regulated para el mdulo Xbee necesitan

5 V de alimentacin, se utiliza un regulador de 5 V alimentado con 12 V

suministrados por una fuente de voltaje DC externa. En la figura 12 semuestra el circuito regulador.

Figura 12. Regulador de 5 V.Fuente: Elaboracin propia.


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Tambin dispone de entradas para los sensores y los contactores, los

cuales a su vez poseen salidas de voltaje dependiendo de a que sensores

correspondan. En la figura 13 se muestran los conectores que corresponden

a los sensores. As mismo se puede apreciar en dicha figura el circuito dereset del DSP y el cristal de 20 MHz utilizado para poder realizar la

comunicacin a 9600 baudios.

Figura 13. Conectores de la tarjeta de transmisin para los sensores.Fuente: Elaboracin propia.

Adicional a lo anterior, la tarjeta dispone de un arreglo de resistencias

(figura 14) que regula el voltaje de 5 V a 3.3 V de la salida del puerto Uart delDSP a la entrada de data del Xbee regulated.

Finalmente, se tiene el circuito final de la tarjeta de transmisin, comose muestra en la figura 15. Esta tarjeta posee un fusible para proteccin de


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sobre-corriente y un conector de alimentacin PCB tipo Jack para la fuentede 12 V.

Figura 14. Arreglo de resistencias para reduccin de voltaje.Fuente: Elaboracin propia.

Figura 15. Circuito de la tarjeta de transmisin.Fuente: Elaboracin propia.


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Circuito de la tarjeta Xbee regulated

La tarjeta Xbee regulated planteada en el presente trabajo es una

adaptacin de la tarjeta Xbee regulated creada por Sparkfun Electronics, porlo que el circuito es similar a excepcin de los componentes utilizados. En lafigura 16 se muestra el circuito diseado.

El circuito consta de dos conectores de 10 pines lineales, conectadosde forma paralela en los cuales se conectar la base donde estar colocadoel mdulo Xbee. Adems, cuenta con un regulador de 3.3 V para laalimentacin y LEDs indicadores, de color verde para el pin de dato de

entrada y otro de color amarillo para el pin de dato de salida.

Figura 16. Esquema circuital de la tarjeta Xbee regulated.Fuente: Elaboracin propia.


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Diseo del mdulo receptor

El mdulo de recepcin consta de la tarjeta de recepcin, tarjetas de

salida lgica (salidas de rel), tarjetas de salidas analgicas de 4 a 20 mA, el

mdulo de recepcin Xbee, una pantalla LCD, dos pulsadores y 8 lmparas

indicadoras de estado de encendido y falla.

Circuito de la tarjeta de recepcin

La tarjeta de recepcin del sistema de monitoreo est constituida por

un mdulo Xbee conectado a una tarjeta Xbee regulated, al igual que en la

tarjeta de transmisin, la cual recibe los datos y lo transmite hacia un

microcontrolador Dspic30f4011, el cual se encarga de enviar los datos va

UART hacia una pantalla LCD y adems enviar las seales analgicas va

SPI hacia convertidores DAC para la conversin digital-analgica.

Al igual que la tarjeta de transmisin, la tarjeta de recepcin cuenta

con un regulador de 5 V, una entrada de alimentacin de 12 V y un fusible

de 1 A para la proteccin contra sobre-corriente. Adicional a esto, cuenta con

un conector de 4 pines para la pantalla LCD serial, dos conectores de dos

pines para pulsadores de navegacin de pantalla y dos amplificadores de 3,3

V a 5 V (figura 17), construido con transistores, para aumentar el nivel devoltaje de la seal de datos enviada desde el mdulo Xbee hacia el puerto

UART del microcontrolador.


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Figura 17. Amplificador de 3.3 V a 5 V.Fuente: Elaboracin propia.

Figura 18. Circuito de la tarjeta de recepcin.Fuente: Elaboracin propia.


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En la figura 18, se muestra el esquema circuital de la tarjeta de

recepcin, donde adems de lo antes mencionado, cuenta con 8 conectores

de 3 pines, los cuales sern conectados a las tarjetas de salida de rel, y

tambin cuenta con 8 conectores de 6 pines, los cuales sirven para lastarjetas de salidas analgicas, las cuales reciben las seales de DO, SCK y

CS del SPI, donde CS es diferente para cada una, y las otras tres seales

son de 12 V, 5 V y tierra, para la alimentacin del DAC y el amplificador

operacional que utiliza cada tarjeta.

Circuito de la tarjeta de salida de rel

La tarjeta de salida de rel o salida lgica, se utiliza para encender las

lmparas indicadoras de encendido y falla de los motores de las bombas de

la estacin de aguas industriales y contra incendio de AMV, C.A., adems de

disponer de una salida adicional para una futura conexin a un PLC.

Esta tarjeta est compuesta por un conector de tres pines, por el cual

se reciben las seales de 12 V, tierra y la seal lgica, que indicara el

encendido o apagado, proveniente de la tarjeta de recepcin. Esta ltima

seal va hacia la base de un transistor y este va conectado a un rel de

doble contacto abierto, del cual se tienen dos salidas, una para la lmpara y

otra para la salida disponible para una futura conexin.

En la figura 19, se muestra el esquema de la tarjeta lgica o de salida

de rel, en la cual se observan los elementos antes mencionados.


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Figura 19. Esquema circuital de la tarjeta de salida lgica o salida de rel.Fuente: Elaboracin propia.

Circuito de la tarjeta de salida analgica

Este circuito consta de un conector de 6 pines, un convertidor DAC

serial tlc5615, un amplificador operacional de alimentacin simple tlc272,

resistencias y un conector PCB de dos posiciones.

Esta tarjeta tiene como funcin convertir la data recibida por el

microcontrolador, va SPI, y convertirla en una seal analgica de 4 a 20 mA.

Para esto se utiliza el convertidor DAC, el cual convierte la data recibida demanera serial de 0 a 1023 bits, a valores de voltaje de 0 a 5 V. Este ltimo

requiere de un voltaje de referencia de 2.5 V, el cual es proporcionado por un

divisor de voltaje con dos resistencias de 1 K, como se muestra en la figura

20.


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Figura 20. Divisor de tensin para voltaje de referencia del DAC.Fuente: Elaboracin propia.

Aunque el convertidor DAC provee un rango de salida de 0 a 5 V DC,

en este caso se requiere un rango de 1 a 5 V, esto es debido a que luego

dicho rango de voltaje ser convertido en un rango de corriente de 4 a 20

mA, y siguiendo lo planteado en el circuito de conversin de voltaje a

corriente que se muestra en la figura 21, el rango necesario para esto es el

ultimo rango de voltaje mencionado.

Figura 21. Circuito convertidor de voltaje a corriente.Fuente: Recuperado de http://www.allaboutcircuits.com/vol_3/chpt_8/7.html


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Para poder tener una salida de 1 a 5 V, el DAC debe recibir un rango

de valores de 207 a 1023, ya que la alimentacin proporcionada por el

regulador de tensin de la tarjeta de recepcin es de 4.93 V, por lo que

realmente se tendr una salida de 1 a 4.93 V.

Finalmente, tenemos en la figura 22, el circuito de la tarjeta de salida

analgica, en el cual del conector de 6 pines se reciben los niveles de voltaje

de 12V y 5 V para la alimentacin del operacional y el DAC respectivamente

y las seales SCK, DO y CS provenientes del DSP. Adems, se puede

apreciar el conector de dos posiciones, el cual representa la resistencia de

carga del circuito de conversin de voltaje a corriente. Cabe destacar, que

dicho convertidor de corriente es con carga flotante, es decir, la carga

conectada a ese conector no debe conectarse a la tierra del circuito.

Figura 22. Circuito de salida analgica.Fuente: Elaboracin propia.


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Panel de monitoreo

El panel de monitoreo se ubica en la planta de sulfato de aluminio y

representa el bloque final del sistema de monitoreo de la estacin de aguasindustriales y contra incendio de AMV, C.A.

Como se aprecia en la figura 23, las lmparas indicadoras se

encuentran agrupadas en pares, para indicar encendido y falla de cada

motor. Posee dos pulsadores para la navegacin de pantalla, indicndose la

direccin de cada pulsador y la pantalla LCD grafica donde se indican los

valores antes mencionados. Por ltimo presenta textos indicadores como: el

nombre completo del sistema, nombres de los motores e indicadores, y

adems un esquema de la estacin de aguas industriales y contra incendio,

indicando los puntos de presin y la identificacin de los motores.

Figura 23. Diseo del panel de monitoreo.Fuente: Elaboracin propia


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Codificacin de los mdulos

Cada mdulo del sistema de monitoreo, posee un microcontrolador el

cual se encargara de procesar las seales y enviarlas (en caso del mdulo

transmisor) o recibirlas (en caso del mdulo receptor), por lo que es

necesario codificar los microcontroladores, con tal de que los mdulos

cumplan con lo que se requiere para el funcionamiento del sistema.

Adems de la codificacin de cada DSP, es necesario realizar unacodificacin para la pantalla LCD serial, la cual recibe los comandos de

manera serial.

Codificacin del mdulo transmisor

El mdulo transmisor se encarga de procesar las seales analgicasde los sensores y las seales lgicas provenientes de los contactores de

estado de encendido y falla de los motores de la estacin de agua

industriales y contra incendio, para luego enviarlas hacia el mdulo de

recepcin a travs del mdulo RF Xbee.

En la figura 24 se muestra el diagrama de flujo del programa del

modulo transmisor. Donde se muestra de manera general la programacin

del modulo transmisor. Luego se muestran al detalle las funciones utilizadas

para la transmisin de los datos, as como la trama de datos enviada.


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Figura 24. Diagrama de flujo del mdulo transmisor.Fuente: Elaboracin propia,

La trama de datos que se enva desde el modulo transmisor,

comprende un dato de inicio de trama (254), el envo de los valores

correspondientes a los sensores, enviados en dos partes cada uno, valores

lgicos (0 o 1) correspondientes a los estados de los contactores y por ltimo

un dato para indicar fin de trama.

Para procesar las seales analgicas y lgicas es necesario configurarlos puertos del microcontrolador como entradas analgicas, para leer las

seales de los sensores, y como entradas digitales, para leer las seales

lgicas de los contactores. En la figura 25 se aprecia la configuracin de los

puertos analgicos mediante la variable ADPCFG.


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Figura 25. Variables y configuraciones iniciales del programa del transmisor.Fuente: Elaboracin propia.

Al asignar el valor 0x0000 a la variable ADPCFG se configura el

puerto B del DSP como entradas analgicas, de esta manera se puede

utilizar los convertidores analgicos digitales de cada pin para procesar las

seales de los sensores.

Tambin puede observarse en la figura anterior (figura 25), que seconfiguran los puertos E y F del Dspic30f4011 como entrada, lo cual permite

leer las seales lgicas de los contactores de los motores, y la inicializacin

del puerto UART1, con una velocidad de comunicacin de 9600 baudios.

Adems, puede apreciarse en la figura la declaracin e inicializacin de

variables. En la tabla 2 se describe el uso cada variable.

Tabla 2. Descripcin de las variables del mdulo transmisor.

Fuente: Elaboracin propia.

Variables Descripcin

adcRes(n) Variable que recibe el valor de cada convertidor analgico digital.

corr(n) Parte alta de la conversin de cada presin.

press(n) Parte alta de la conversin de cada presin.

7/23/2019 DIS

DISEÑO DE SISTEMA DE MONITOREO DE LA ESTACION DE AGUAS INDUSTRIALES Y CONTRA INCENDIOS DE ACIDOS Y...

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