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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA
ADMINISTRACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
TESIS PREVIA PARA LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO EN
INGENIERÍA ELÉCTRICA EN LA ESPECIALIZACIÓN
DE ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
GUSTAVO ADOLFO LOZA ALMEIDA
QUITO ABRIL, 1997
CERTIFICACIÓN
Certifico que, la presente Tesis de Grado ha sidodesarrollada en su totalidad por el Autor.
Ing. Oswaldo Buitrón B.DIRECTOR
AGRADECIMIENTO
A la Escuela Politécnica Nacional y sus profesores por la formación recibida
a lo largo de mi carrera universitaria.
A Un especial reconocimiento al Ing. Oswaldo Biutrón por la acertada dirección
- técnica y por todo el apoyo brindado, los cuales constituyeron la base
fundamental para la elaboración del presente trabajo.
A todas las personas que de una u otra manera apoyaron a la culminación de
la presente Tesis y de la carrera en general.
DEDICATORIA
A mis padres, Adolfo Loza Arguello y Teresa Almeida de Loza, que conamor y sabiduría han sabido guiarme por la vida, brindándome su totalapoyo y confianza, sin los cuales hubiera sido imposible cumplir uno auno mis objetivos. A mi hermano Francisco Loza Almeida, por sucomprensión, solidaridad y amor fraterno.
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMWISTRÁCIQN DE CARCAS ELÉCTRICAS
CONTENIDO
Dedicatoria í
Agradecimiento , ii
Contenido iii
1. ESTUDIO TÉCNICO
1. 1.1. Conceptos básicos de control de cargas 2
1.2. Necesidades y posibilidades de manejo de la demanda .. 5
1.3. Modificaciones en los calentadores de agua 8
1.3.1. Calibración de los termostatos 9
1.3.2. Mejoras en el aislamiento 10
1.4. Conclusiones 11
2. DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE CONTROL
2. 2.1. Características circuitales 17
2.2. Diagrama de bloques 19
2.3. Diseño por etapas 20
2.3.1. Microcontrolador 8748 20
2.3.2. Reloj - calendario en tiempo real DS1202 21
2.3.3. Circuito de oscilación local 23
2.3.4. Circuito de señalización y muestra de datos 23
CONTENIDO iii
Drsposrnvo DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
2.3.5. Circuito de acoplamiento óptico 27
2.3.6. Circuito de ON / OFF del tanque 27
23.7. Circuito de teclado 28
2.3.8. Fuente de energía de +5 voltios DC 29
2.3.9. Versión reducida del dispositivo de control 32
2.4. Desarrollo del software 34
2.4.1. Programación del microcontrolador 8748 34
2.4.2. Descripción general del programa 35
2.4.2.1. Programa principal 3 7
2.4.2.2. Subrutinas del programa principal 41
2.5. Desarrollo de las subrutinas 42
2.5.1. Subrutinas de trabajo del DS1202 42
2.5.1.1. Subrutina CLKJNIT 42
2.5.1.2. Subrutina INICIO_1 44
2.5.1.3. Subrutina CLK_CONT 44
2.5.1.4. Subrutina SACARJDATI 45
2.5.1.5. Subrutina CLKJJBE 46
2.5.1.6. Subrutina LEERJD ATI 47
2.5.1.7. Subrutina CLK_HORON1 48
2.5.1.8. Subrutina CLK_MTNON1 49
2.5.1.9. Subrutina CLK_HOROFF1 50
2.5.1.10. Subrutina CLKJMINOFF1 51
2.5.1.11. Subrutina SACA_SEG 52
2.5.1.12. Subrutina SACA_MIN 53
CONTENiDO iü
DISPOSrnVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRA CíON DE CARGAS ELÉCTRICAS
2.5.1.13. Subrutina SACAJÍOR 54
2.5.1.14. Subrutina SACA_HORON1 55
2.5.1.15. Subrutina SACA_MINON1 56
2.5.1.16. Subrutina SACA_HOROFF1 57
2.5.1.17. Subrutina SACAJvflNOFFl 58
2.5.1.18. Subrutina QUITA_RST 60
2.5.1.19. Subrutina RST_CLK 60
2.5.2. Subrutinas de control 60
2.5.2.1. Subrutina COMPARAR 60
2.5.2.2. Subrutina CEROCARRY 62
2.5.2.3. Subrutina APAGAR 63
2.5.3. Subrutinas de manejo del display 63
2.5.3.1. Subrutina DISPLAY 63
2.5.3.2. Subrutina TIMER 65
2.5.3.3. Subrutina NUMERO 65
2.5.3.4. Subrutina RETARDO 65
J. PRUEBAS EXPERIMENTALES
3. 3.1. Equipos de registro 73
3.2. Determinación de usuarios y prueba 74
3.2.1. El muestreo como método para investigación de la carga . 75
3.2.2. Instalación del equipo y toma de datos 77
3.2.3. Pruebas de instalación del dispositivo de control 79
CONTENIDO «i
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA ^ADMINISTRACIÓN VE CARGAS ELÉCTRICAS
3.3. Resultados de uso sin el equipo de control 81
3.4. Resultados de uso con el «equipo de control 97
4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
4. 4.1. Breve estudio económico 114
4.2. Conclusiones 116
4.3. Recomendaciones 118
BIBLIOGRAFÍA 121
ANEXOS
A. Gráficos de las curvas de demanda. 123
Á.l. Gráficos de las curvas de demanda sin control de carga 125
A.2. Gráficos de las curvas de demanda con control de carga 195
B. Diagramas circuitales. 240
C. Manual del usuario. 244
D. Referencias técnicas. 252
E. Programas desarrollados.
E.l. Tanquel a.asm 3
E2. Tanquelb.asm 22
CONTENIDO
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
.
»
CAPITULO 1.
ESTUDIO TÉCNICO.
1.1. Conceptos básicos de control de cargas.
1.2. Necesidades y posibilidades de manejo de la demanda.
1.3. Modificaciones en los calentadores de agua.
1.4. Conclusiones.
CAPITULO 1. ESTUDIO TÉCNICO.
Dzsposrrrvo DE CONTROL PARA LA ADMINISTRARON DE CARCAS ELÉCTRICAS
CAPITULO 1.
1. ESTUDIO TÉCNICO
1.1. CONCEPTOS BÁSICOS DE CONTROL DE CARGAS
Considerando que la energía eléctrica en nuestro país es escasa, la misma que en un 90% es
generada por centrales hidráulicas cuyos sectores geográficos donde se encuentran
instaladas están sujetos a la presencia de variaciones hidrológicas estacionales que traen
como consecuencia largos períodos de estiaje durante el año, se hace necesario implantar
medidas para el uso racional y ahorro de la energía eléctrica.
Cabe indicar que el INECEL realizó estudios en Quito y Guayaquil entre noviembre de
1993 y abril de 1994 con el fin de establecer la conveniencia de implantar en el País un
programa de Administración de la Demanda y Uso Racional de la Energía Eléctrica
(AD&UEEE) en el Ecuador. Como resultado de dicho estudio se propuso iniciar la
implantación de medidas AD&UREE en áreas piloto, fundamentalmente aquellas que tienen
que ver con la caracterización de la carga y el comportamiento de la composición de la
curva de demanda a nivel nacional.
CAPITULO 1, ESTUDIO TÉCNÍCO P"8- 2
DtSPOSmVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
Considerando esta sugerencia, se plantea en este trabajo como objetivo fundamental el
conocer el comportamiento de la curva de demanda de usuarios residenciales, mediante una
serie de muestras para un determinado nivel económico poblacional de la ciudad de Quito y
luego contrastar estos resultados con la determinación de una nueva curva de demanda pero
utilizando un aparato de control de carga que permita disminuir el uso de la energía
eléctrica en las horas picos y aportar de manera efectiva a la implantación futura de un
programa de (AD&UREE) en nuestro País.
En el estudio realizado se recomienda la implantación de diferentes medidas en el sector
residencial, en particular en lo que se refiere al calentamiento de agua propone las siguientes
acciones:
1. Mejoras en la operación de los tanques de acumulación (empleo de cobijas
aisladoras y "timers") y tanques eficientes.
2. Sustitución de calentamiento de agua por calentadores solares.
3. Desarrollar normas de construcción más adecuadas que incluyan aspectos
referentes a calentamiento de agua1.
El alcance del presente trabajo será el desarrollar el punto 1 antes mencionado, en el sentido
de implantar un circuito de control en tiempo real para la operación de tanques de agua en
residencias donde dispongan de este artefacto eléctrico. Se diseñara y construirá el circuito
de control y se realizará el estudio de la curva de demanda de usuarios residenciales sin el
control de carga y luego con control de carga, para al final hacer una contrastación de
1 Programa de administración de la demanda y uso racional de la energía eléctrica en el Ecuador. Informe frnaí. Quito,mayo de 1994.
CAPÍTULO 1. ESTUDIO TÉCNICO Pag. 3
PUSPOSrnvo DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
resultados y determinar la utilidad de esta medida dentro de los proyectos y programas
AD&UREE.
Si logramos disminuir la carga y racionalizar el uso de la energía eléctrica en los momentos
de los picos de carga de la curva de demanda empezando por el sector residencial,
habríamos logrado aportar positivamente a reducir el esfuerzo de la generación de energía
en los momentos de'mayor consumo.
En el capítulo 1 de esta Tesis se describen brevemente los aspectos que determinan la
importancia de medidas AD&UREE.
En el capítulo 2, se realiza el diseño circuital del dispositivo de control, describiendo sus
características circuitales, microcontrolador, periféricos, etc. y la descripción del software
desarrollado en lenguaje de bajo nivel o ensamblador, explicado en diagrama de flujo sus.
rutinas y subrutinas.
El capítulo tercero se refiere a las características del equipo de registro para la toma de
mediciones de demanda, las características de su software tanto en bajo nivel corno en alto
nivel, las características de su instalación en casas residenciales y la descripción de la técnica
en la toma de datos. Se realizan también las correspondientes contrastaciones y análisis de
las medidas tomadas sin el equipo de control y utilizando el equipo de control.
En el capítulo 4, se realiza un breve estudio económico del costo del equipo de control de
carga, así como de costos de instalación y posibilidad de difusión en el mercado para
CAPÍTULO í. ESTUDIO TÉCNICO Pag. 4
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
utilización general de usuarios residenciales que dispongan de tanque de calentamiento de
agua.
1.2. NECESIDADES Y POSIBILIDADES DE MANEJO DE LA DEMANDA
La administración de la demanda y el uso racional de la energía aparece en los países en
desarrollo como una respuesta a la necesidad de aprovechar en forma óptima los sistemas
eléctricos actuales., puesto que en estos países la expansión del sector eléctrico requiere de
grandes capitales, acciones conjuntas del Estado, empresas eléctricas y sus clientes y el
sector privado en general, acciones que a su vez deben ser respaldadas por códigos y leyes
que normen dichas acciones.
Por otro lado es importante señalar que en países como el nuestro el precio de la
electricidad para el usuario es subsidiado por el Estado, lo que trae como consecuencia que
el usuario catalogue al servicio como barato y por lo tanto haga un uso ineficiente de la
energía eléctrica, lo que redunda en serios problemas financieros a las empresas eléctricas.
Cabe mencionar también que la producción, conversión y distribución de energía ya no es
un factor solamente de progreso, sino que por los tipos de generación existentes es un
problema desde el punto de vista del cuidado del medio ambiente. La responsabilidad del
sistema energético en el efecto invernadero va a crecer sustancialmente en el futuro
CAPITULO I. ESTUDIO TÉCNICO Pag. 5
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
cercano, tal es así que, Actualmente los países industrializados emiten más del 70 % de las
emisiones de dióxido de carbono, principal causa del calentamiento global de la atmósfera, y
más del 90% de las emisiones de cloro_floruro_carbonos destructores de la capa de ozono.
América Latina es responsable del 4 % de las emisiones de dióxido de carbono, porcentaje
que se incrementará a medida que crezca la demanda de energía y por lo tanto aumentará su
responsabilidad en la emisión de contaminantes. Por ello la necesidad de que los programas
de expansión energética en nuestros países cuenten con medidas AD&UREE y en particular
aquellas que tienen que ver con el manejo de la curva de demanda.
Partiendo del marco general en que se desarrolla el sector eléctrico ecuatoriano y las nuevas
restricciones ambientales, la opción de implantación de proyectos AD&UREE se muestra
como el medio más eficaz, desde el punto de vista técnico, social y económico para
contribuir en gran medida a las soluciones del sector eléctrico a corto y mediano plazo, en
perspectiva de mejorar o al menos mantener la calidad del servicio eléctrico y la vida de la
población.
El manejo de la curva de demanda tiene que ver con la establecimiento de medidas
tendientes a achatar el pico de la curva de demanda, entre las que se pueden mencionar para
el sector residencial, motivo del presente estudio, las siguientes:
1. Medidas de uso racional de energía eléctrica; y
2. Medidas tarifarias por el uso de la electricidad.
" Organización Latinoamericana de Energía - OLADE. Sistema de Información Económica-Energética - SIEE. Quito,Ecuador, Diciembre 1993
CAPÍTULO 1. ESTUDIO TÉCNICO Pag. 6
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
De entre las primeras podemos mencionar a las siguientes:
• Mejoras en la operación de refrigeradoras (ubicación de los equipos, calidad de
aislamientos, ajuste de termostatos, etc.).
• Sustitución de refrigeradoras deterioradas y que hayan cumplido su vida útil por
otras más eficientes y en buenas condiciones.
• Mejoras en la operación de sistemas de iluminación existentes (ubicaciones
apropiadas, independización de los circuitos, etc.).
• Sustitución de lámparas incandescentes por luminarias o bombillos de menor
potencia.
• Desarrollar normas de construcción más adecuadas que incluyan aspectos referentes
a iluminación.
• Mejoras en la operación de los tanques de calentamiento de agua (utilización de
equipos de programación de encendido y apagado).
• Apoyar el uso de cobijas aislantes.
• Sustitución de los tanques eléctricos calentadores de agua por calentadores de agua
a gas licuado de petróleo.
• Sustitución de los tanques eléctricos por calentadores solares.
• Mejoras en la operación de los equipos de aire acondicionado (ubicación de los
equipos, limpieza interna y externa, etc.).
• Sistemas de acumulación de calor y frío.
• Mejoras en la operación de cocinas y hornos eléctricos.
CAPÍTULO 1, ESTUDIO TÉCNICO Pag. 7
Disposrnvo DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
En cuanto a las medidas que implican un cambio en el sistema de tarifación de la energía
eléctrica se puede mencionar la necesidad de incorporar cambios en nuestro País.
Los cambio de la estructura tarifaria pueden estar orientados a establecer tarifas
diferenciadas de acuerdo a costos marginales, incremento del precio de la energía en horas
pico, incentivar la utilización de la energía en horas valle mediante la rebaja del precio con
respecto a las horas pico, tarifas de acuerdo al tiempo de uso, etc..
1.3. MODIFICACIONES EN LOS CALENTADORES DE AGUA
Como se mencionó anteriormente., todo el presente trabajo estará orientado a la
implantación práctica de una medida AD&UKEE que básicamente tiene que ver con las
mejoras que se pueden realizar en la operación de los tanques calentadores de agua, que
usan como fuente de energía la electricidad.
En lo referente a los calentadores de agua se puede mencionar, que en el Ecuador, la
mayoría de los calentadores de agua usan como fuente de energía la electricidad o gas y en
el caso industrial el diesel. Este tipo de calentadores de agua ejecutan dos funciones para
proporcionar agua caliente:
1. Calientan el agua que está total o parcialmente fría; y
2. Almacenan el agua caliente hasta que es consumida.
CAPÍTULO 1. ESTUDIO TÉCNICO Pag. 8
Disposrnvo DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
Existen varías investigaciones cuyo propósito ha sido analizar el flujo del calentamiento
de agua en sistemas de uso residencial, (forma de manejo del calentador de agua). Los
resultados obtenidos muestran que las pérdidas térmicas en el consumo de la energía son
aproximadamente del 30% y 50% tanto para calentadores eléctricos y a gas
respectivamente. De hecho, éstas pérdidas pueden ser reducidas substancialmente
mediante el rediseño y modificación de las condiciones de operación, obteniéndose como
resultado una mejora en la eficiencia de trabajo y reducciones netas en el consumo
energético total para el calentamiento de agua.
A continuación, se evaluarán las diferentes modificaciones que se pueden hacer a los
calentadores de agua para reducir las pérdidas de energía eléctrica en el calentamiento y
en el uso de la energía. Entre las opciones de ahorro de energía se mencionan las
siguientes:
• Calibración de termostatos;
• Mejorar aislamientos térmicos;
1.3.1. CALIBRACIÓN DE LOS TERMOSTATOS
La mayoría de los tanques termostatos son equipados con termostatos ajustables, sin ningún
costo extra o modificación del calentador de agua, se puede obtener ahorros de energía
CAPÍTULO I. ESTUDIO TÉCNICO Pag. 9
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
calibrando los termostatos para operación normal y apagando a los calentadores de agua
durante períodos de demanda largos.
1.3.2. MEJORAS EN EL AISLAMIENTO
Pérdidas térmicas en el agua caliente ocurren en todos los tipos de calentadores de agua.
Dichas pérdidas ocurren continuamente y constituyen la mayor fuente de ineficiencia del uso
de la energía. Realizando mejoras en el aislamiento de los calentadores de agua vía aumento
en el grosor del aislante, o mejorando la calidad del aislante, éstas pérdidas pueden ser
reducidas substancialmente.
El grosor del aislante puede ser incrementado, ya sea diseñando aislante después de la
instalación del calentador de agua, o usando un aislante más grueso en la manufactura del
calentador de agua. Esta modificación puede ser fácilmente realizada por el dueño, usando
los aislantes disponibles en el comercio o por el fabricante en el momento de la
construcción. Esta substitución del aislante no requiere cambios de dimensión o diseño del
calentador de agua, es simple y a un bajo costo. Varios fabricantes de calentadores de agua
ofrecen ahora modelos eficientes con aislamiento mejorado para conservar la energía. El
uso de aislantes de baja conductividad o un gran grosor ofrecen grandes ahorros de energía.
Sin embargo de las modificaciones anteriores que tienen que ver con la conservación de la
energía, su aporte en la disminución de la curva de demanda es inferior a aquella opción de
incluir en los tanques calentadores de agua temporizadores que manejen los horarios de
CAPÍTULO 1. ESTUDIO TÉGV/CO Pag. 20
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
operación del tanque e impidan el trabajo eléctrico del mismo en las horas pico, objetivo del
presente estudio.
1.4. CONCLUSIONES
De hecho que una investigación sobre la estructura del consumo para usos finales permite
determinar la responsabilidad de cada uso final de la electricidad (refrigeración de alimentos,
iluminación, aire acondicionado, calentamiento de agua, fuerza motriz, etc.) en la
composición del consumo de energía eléctrica y de acuerdo a esa referencia seleccionar una
serie de medidas AD&UREE en cada sector y estrato de consumo del mercado atendido
por las empresas eléctricas.
Según el INECEL el consumo de energía eléctrica del sector residencial representa el 39%
de la energía eléctrica final, siendo el principal uso final en este sector la refrigeración de
alimentos, cuyo estimado es el 47 y 32% del consumo residencial en la Costa y Sierra
respectivamente, en 1993.
El segundo uso final de la energía eléctrica en orden de importancia en el sector residencial
es la iluminación, con un consumo estimado de 17 y 20% del consumo residencial en la
Costa y Sierra respectivamente, en 1993.
El uso final ubicado en el tercer lugar en el sector residencial es el calentamiento de agua en
la Sierra y el aire acondicionado en la Costa. Se ha estimado que en 1993 fueron
consumidos 28% del consumo residencial en la Sierra en tanques de acumulación y duchas
CAPÍTULO 1. ESTUDIO TÉCNICO Pag. 11
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
eléctricas combinados. Ello corresponde a un consumo promedio mensual por abonado de
aproximadamente 27 Rwh (329 Kwh/año - cliente). Entre otras de las principales medidas
para reducir el consumo en calentamiento de agua, el Estudio sugiere las siguientes:
• Mejoras en la operación de los tanques de acumulación (utilización de "timers")
• Conservar los empaques de los tanques, llaves y grifos en buenas condiciones.
• Evitar utilizar el agua caliente para fines innecesarios.
• Ajuste de los termostatos, por ejemplo, a un máximo de 45 grados centígrados,
donde sea posible.
Los resultados del Estudio, referentes a la caracterización de la carga indican que también
un número reducido de usos finales contribuyen de manera prioritaria a las demandas pico
del sistema. En términos de la responsabilidad de los usos finales que se le de a la
electricidad en el Ecuador en el período de carga pico también se destaca la iluminación con
el 34% y el 46% de la demanda máxima coincidente en la Costa y Sierra respectivamente; le
sigue la fuerza motriz con el 35% y el 29% de la demanda máxima coincidente en la Costa y
Sierra respectivamente.
Del análisis de la demanda de potencia residencial por usos finales se concluye que la mayor
responsabilidad en la punta le corresponde el sector residencial (43%). En éste sector se
destaca la iluminación tanto en la Costa (con el 43% de la demanda coincidente del sector),
como en la Sierra (con el 55% de la contribución del sector).
CAPÍTULO 1. ESTUDIO TÉCNICO Pag. 12
orsposrnvo DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
El segundo uso más importante en términos de incidencia en la punta residencial es la
refrigeración de alimentos, tanto en la Costa (23% de la demanda coincidente) como en la
Sierra (14%). El tercero más importante en la Costa en lo que se refiere a la demanda de
potencia en la punta del sistema nacional es el are acondicionado (13%), mientras que en la
Sierra esta ubicación se debe al uso de radio/TV (11%) y el calentamiento de agua (7%).
Entre las posibles medidas tendientes a reducir el uso de la energía en el pico de demanda se
ha considerado como la más conveniente el implantar equipos de control temporizados a
aquellos artefactos eléctricos que no es imprescindible su utilización en las horas pico,
impidiéndoles energizarse en dichas horas.
Al respecto, se estima que es la mejor alternativa desde el punto de vista práctico y
económico, ya que el poder instalar otro tipo de medidores en los usuarios residenciales,
que permitan el registro del consumo y posterior tarifación de acuerdo a la hora, va a ser
muy difícil de tenerla en funcionamiento en el corto plazo.
La presente Tesis versará sobre la implantación de un circuito electrónico de control para
analizar el efecto de la curva de demanda de usuarios residenciales que dispongan de
tanques eléctricos calentadores de agua en situaciones en que se evita energizar el tanque en
la "horas pico" nocturna de la curva de demanda cuyo horario está comprendido entre las
18h30y21hOO.
La curva de demanda de cada usuario se obtendrá captando el consumo de potencia media
cada 15 minutos durante las 24 horas del día y en un período de 7 días. Las siete curvas de
CAPÍTULO 2. ESTUDIO TÉCNICO Pag. 13
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARGAS ELECTRJC/IS
demanda obtenidas sin el control de carga serán contrastadas con aquellas que se obtengan
con el circuito de control implantado por el mismo período de tiempo y así hacer la
comparación día por día y obtener las conclusiones respectivas.
CAPITULO i. ESTUDIO TÉCNICO pag. 14
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
CAPITULO 2.
DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE CONTROL.
2.1. Características circuitales.
2.2. Diagrama de bloques.
2.3. Diseño de cada una de las etapas.
2.4. Diagramas de flujo.
2.5. Desarrollo del programa principal y subrutinas.
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE CONTROL.
DISPOSITIVO DE CONTROL PA RA LA ADMINISTRACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
CAPITULO 2
2. DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE CONTROL
El circuito a ser diseñado va a permitir implantar un pequeño sistema de gestión de cargas
eléctricas, con el fin de administrar el consumo de la energía eléctrica residencial. Este
dispositivo es un controlador de encendido y apagado de tanques eléctricos calentadores de
agua, cuyas características generales se detallan a continuación.
El sistema electrónico es de tecnología analógica y digital, lo que nos facilita la
incorporación de muchas funciones ciertamente útiles a la hora de controlar el consumo de
energía, tal es así que se ha propuesto que el equipo permita controlar el encendido y
apagado de un tanque de calentamiento de agua de uso residencial; mismo que por su alto
consumo de energía eléctrica, normalmente requiere que se le dedique un cableado aparte
por las altas corrientes que por él circulan.
En la figura -2.1-. se muestra el diagrama en bloques general de cada una de las etapas de
todo el proceso del sistema de gestión de carga que se pretende diseñar, en el mismo se
especifican en forma física y lógica la relación que existe entre cada una de las partes que lo
conforman.
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE CONTROL Pag. 16
Dispositivo DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
CIRCUITO DECONTROL
SEÑAL
LÓGICA
SEÑAL
LÓGICA
CIRCUITO DECONTROL
'SENSOR.TRIAC)
ACo DC
POWER
SALIDA CARGA
Figura -2. /.- Diagrama del equipo a diseñarse para gestión de carga.
2.1. CARACTERÍSTICAS CERCUITALES
Para el diseño del dispositivo de control de tanques de calentamiento de agua, se trata a
todo el conjunto de partes como lo que efectivamente es, un sistema electrónico y así se
podrá realizar una explicación mucho más entendible del diseño de cada una de las etapas;
nótese que la única parte no electrónica, es la carga.
El sistema electrónico tiene como elemento fundamental un rnicrocontrolador, que facilita la
realización de todas las funciones y opciones del sistema en forma automática y
temporizada. Para realizar el control en tiempo de cada una de las tareas que debe realizar el
equipo se ha previsto la presencia de un reloj-calendario en tiempo real, mismo que es
totalmente compatible con cada una de las funciones del microcontrolador.
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE CONTROL Pag. 17
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA. ADMINISTRACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
Con el fin de indicar la función que en un momento determinado se encuentra realizando el
equipo se ha dispuesto una serie de mostradores luminosos de tal forma que el usuario
conozca en cualquier momento, qué proceso exactamente se encuentra realizando el equipo
y en que condición de operación se encuentra.
Para indicar las horas y minutos nos valdremos de un juego de dos displays luminosos de 7
segmentos, cuyo manejo y configuración serán descritas más adelante. El equipo consta
además de dos teclas., que permiten escoger la tarea a realizar, las funciones de cada una de»
las teclas se definen en los siguientes subcapítulos.
Para activar el encendido/apagado del tanque, por seguridad el sistema electrónico dispone
de una etapa de acoplamiento óptico con el fin de aislar la sección de control y la de fuerza,
utilizando para ello un opto-triac, el mismo que habilita o deshabilita la energización del
circuito de fuerza, de acuerdo con su tiempo programado para el encendido y apagado.
Resumiendo, las características más relevantes del dispositivo de control de encendido y
apagado de tanques de calentamiento de agua eléctricos, serán las siguientes:
• Control por programa almacenado;
• Funcionamiento en base a un microcontrolador;
• Indicación por medio de un juego de displays;
• Reloj - calendario en tiempo real;
• Botones para la programación de eventos de ON/OFF;
• Juego de LEDS para indicación de estado;
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE CONTROL Pag. 18
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
• Control obligatorio a ciertas horas del día;
• Entrada de 110/220 Vac, 60 Hz;
• Salida hacia el tanque de 110/220 Vac.
2.2. DIAGRAMA DE BLOQUES
El diagrama de bloques que se ha concebido para el equipo de control de encendido y
apagado de tanques de calentamiento de agua, se muestra en la figura -2.2.- y consta de las
siguientes partes principales:
Fuentede
alimentacionDC
Reloj -calendario entiempo real
Oscilador
Acoplamientoóptico
4 »
^dícrocontrolador
RAM
EPROM
Señalización ymuestra de datos
Teclado
ON / OFF del* » Lauque.
Figura - 2.2.- Diagrama de bloques del dispositivo de control de tanques.
CAPÍTULO 2, DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE CONTROL Pag. 29
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
1. Microcontrolador de la familia Intel MCS-48, como elemento fundamental y es el
que contiene el programa de control.
2. Reloj - calendario en tiempo real, para determinar las horas en las que debe
realizarse el encendido o apagado del tanque de calentamiento de agua.
3. Circuito de oscilación local, mismo que constituye la referencia de
funcionamiento del microcontrolador.
4. Circuito de señalización y muestra de datos, dispositivos cuyo propósito será
permitir la visualización del estado del equipo de control.
5. Circuito de acoplamiento óptico, interfaz necesaria para desacoplar la carga del
circuito electrónico.
6. Circuito de ON /OFF del tanque, dispositivo que permite el manejo de la carga, al
trabajar como un actuador.
7. Circuito de teclado, para conseguir el ingreso de los datos; y
8. Fuente de energía de +5 voltios DC.
2.3, DISEÑO POR ETAPAS
2.3.1. MICROCONTROLADOR 8748
El corazón del equipo y por tanto el circuito principal de control del sistema electrónico es
un microcontrolador, se ha definido utilizar el circuito Intel Í8748, el mismo que garantiza
las suficientes facilidades y flexibilidad para la corrida del programa y manejo de los
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE CONTROL Pag. 20
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
dispositivos externos al microcontrolador; a continuación se describen las características
más importantes de este circuito.
1. CPU de 8 bits;
2. Aritmética binaria;
3. Circuito de oscilación de reloj interno y externo;
4. 27 líneas de entrada/salida;
5. Capacidad de 1 Kbyte de memoria de programa (EPROM) incluido en el chip y 64
byíes de memoria RAM que pueden ser utilizados de acuerdo a las preferencias del
usuario.
Además mediante la selección adecuada de los pórticos y un bus de direcciones se
puede ampliar tanto la memoria de programa como la memoria de datos.
6. Temporizador / contador de 8 bits;
7. Interrupción externa;
8. Voltaje de polarización de +5 V.
Estas características del microcontrolador 8748 son suficientes para poder desarrollar el
control de encendido y apagado de tanques de la forma más simple posible., de ahí la razón
de haber escogido este circuito.
2.3.2. RELOJ - CALENDARIO EN TIEMPO REAL DS1202
CAPÍTULO 2, DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE CONTROL Pag. 21
Dísposrnvo DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
El elemento que va a servir de referencia para que se cumplan en las horas previstas los
eventos de encendido y apagado es el DS1202, que es un reloj-calendario en tiempo real
que trabaja con un cristal (Y2) de 32 kHz de frecuencia de resonancia y una batería (BT1)
de 3 voltios DC, para efectos de preservar la información y de esta forma garantizar el
normal ñmcionamiento del equipo de control. El DS1202 es un elemento del fabricante
Dallas Semiconductors que presenta las facilidades necesarias para la presente aplicación
El circuito ha sido diseñado para su trabajo en conjunto con un microprocesador; y es así
como las señales de control del reloj: reset (RST), habilitación (SCLK) y entrada/salida de
datos (I/O) provienen del microcontrolador, las mismas que se activan o desactivan de
acuerdo a la secuencia del programa residente en la EPROM.
El DS1202 se alimenta con un voltaje de +5 Vdc cuando el fluido eléctrico de la fuente es
normal; por lo tanto el diodo DI conduce mientras que el diodo D2 se polariza
inversamente y desconecta la batería. En el caso de suspensión de energía al circuito, los
datos del reloj - calendario y RAM son preservados con una batería de 3 voltios, en este
caso conduce el diodo D2 y se polariza inversamente el diodo DI. El condensador C7 sirve
para fijar el voltaje proveniente de la fuente o batería en cualquiera de los dos casos
anteriores y sostiene por pequeños instantes de tiempo el voltaje de alimentación al DS1202
el momento de cambio de alimentación entre una y otra opción.
El diagrama de esta sección del controlador de tanques se muestra en la fig -2.3.-.
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE CONTROL Pag.
DISPOSITIVO DE CONTROL PARs\ ADMINISTRACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
2.3.3. CmCUITO DE OSCILACIÓN LOCAL
Para la operación adecuada del microcontrolador se le acopla un circuito de reloj local., el
cual determina la frecuencia de ejecución de los ciclos de máquina. Este circuito consta de
un cristal (Yl) de 3,579545 Mhz y dos condensadores cerámicos (C4 y C5) de 22 pF cada
uno, tal como lo sugiere el fabricante.
De donde podemos concluir que el tiempo de duración de un ciclo de máquina ÍCM en
función de la frecuencia del oscilador (fr) es:
Donde el dato del numerador 15, corresponde a los ciclos de reloj que conforman un ciclo
de máquina (CM), para este microcontrolador. Si fr = 3,579545 Mhz, el tiempo de duración
del ciclo de máquina será :
~ 4. 2 us*3,579545 X106Hz
2.3.4. CIRCUITO DE SEÑALIZACIÓN Y MUESTRA DE DATOS
El circuito de señalización consta de 6 diodos íeds (D3, D4, D5, D6, D7 y D8), los cuatro
primeros indican la función que se encuentra realizando el dispositivo de control, tal como
se muestra en la tabla -2.1.-.
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE CONTROL Pag. 23
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
D3 Igualación del reloj
D4 . Determina hora y minutos de desconexión del tanque.
. D5 Determina hora y minutos de reconexión del tanque
D6 ' Activación / desactivación del tanque
Tabla -2.1.- Señalización de las funciones que realiza el dispositivo de control,
Mientras que los 2 diodos leds restantes indican si la operación respectiva se realiza sobre
las horas (D7) o minutos (D8).
Para la operación de cada diodo LED, los cátodos son colocados a las salidas de los
amplificadores de corriente tipo inversores (darlingtons ULN2003), cuyas salidas (Oí,
O2,..O7) se activan en bajo, permitiendo así el encendido de el diodo correspondiente.
De acuerdo a su forma de activación, los diodos se configuran en ánodo común, con una
resistencia de limitación de corriente para conseguir una luminosidad aceptable, la misma
que se la intercala entre los ánodos y la fuente Vcc, el valor de dicha resistencia se calcula
de la siguiente manera:
R= VLED / ILED
R - (5 V - 1,4 V) /12 mA = 300 O
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE CONTROL Pag. 24
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
Cabe destacar, que una vez realizadas las pruebas experimentales para conseguir
efectivamente una intensidad luminosa que permita ver con claridad el encendido del LED,
fiíe necesario modificar el valor de la resistencia a 220 Q.
Con el fin visualizar los valores de igualación del reloj y programación del tiempo en horas y
minutos de encendido y apagado del tanque se consideró necesario que el equipo disponga
de un juego de displays de 2 caracteres (para las decenas y unidades) los mismos que tienen
las siguientes características generales de funcionamiento:
1. Displays de 7 segmentos ECG 3078
2. Ánodo común; y
3. Luminosidad de color rojo.
Cada uno de los display son habilitados desde el microcontrolador a través de un transistor
PNP de señal, el mismo que actúa entre saturación (habilitación del display) y corte
(deshabilitación del display).
Las señales correspondientes a cada uno de los segmentos de los indicadores salen del
microcontrolador, luego son amplificadas sus corrientes a través de dispositivos inversores
ULN2003, que son un juego de 7 transistores darlington y finalmente se conectan a cada
línea de los displays a través de resistencias de limitación de 100 Q. Una misma resistencia
sirve para limitar la corriente de un solo segmento en los dos indicadores, razón por la que
se utiliza sólo 7 resistencias de limitación en total para los dos indicadores.
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE CONTROL Pag. 25
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
La corriente que soporta cada uno de los segmentos es 12 mA típico, por lo que el valor de
la resistencia de limitación se obtiene de la siguiente manera:
V(cátodo) = Vcc - Vce^) ~ VLED = ( 5 - 0,2 - 1,4) V = 3,4 Voltios.
Si se tiene dos segmentos encendidos a la vez, tenemos:
R = V(cátodo)/2I(LED)
R=3,4V/2(12)mA
a
De acuerdo con las pruebas efectuadas y con el propósito de conseguir una luminosidad
aceptable, se utiliza una resistencia de 100 D.
Por ejemplo si sólo se enciende el segmento a de un sólo display, la corriente que soportaría
este LED sería de 48 mA, valor que se encuentra dentro del límite de corriente máxima que
soportan los LEDs de los displays utilizados.
Esta corriente de 24 mA o 48 mA es proveída gracias a la presencia de los elementos
ULN2003 que tienen una corriente de salida máxima de 500 mA.
El diagrama del circuito de oscilación y el de señalización y muestra de datos se presenta en
la figura 2.4.-, donde se puede observar cada una de éstas etapas.
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE CONTROL Pag. 26
DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
2.3.5. CIRCUITO DE ACOPLAMIENTO ÓPTICO
Esta etapa del sistema electrónico, consta de un opto-aislador (opto-triac MOC3031) cuyo
cátodo del diodo de entrada es activado desde el microcontrolador a través del ULN2003.
En la figura -2.5.- se muestra la configuración de cada opto-triac, con sus señales de entrada
y salida de habilitación.
ETAPA DE ENTRADA
Ánodo
Habilitación desde elUL2003
Cátodo
OPTO
TRIAC
ETAPA DE SALIDAO HABLITACION
Terminal principalMI
Terminal principal GHabilita gate del triac
Figura -2.5.- Conexiones del opto-triac para habilitación del triac de encendido de la carga.
2.3.6. CIRCUITO DE ON/OFF DEL TANQUE
Constituye la etapa para el manejo de potencia del sistema electrónico, está formada por un
triac que actúa de switch para activar el encendido y apagado del tanque de calentamiento
de agua.
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE CONTROL Pag. 27
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
El triac escogido es el ECG 5679 cuyas características son 40 A / 600 VRMS, el triac pasa
del estado de bloqueo al de conducción mediante una corriente de compuerta mínima de 50
mA según el fabricante, la misma que proviene de la salida G del opto-triac. Entre el
terminal principal (1) del triac y la compuerta (3) del mismo se coloca una resistencia de 1
KO (sugerencia del fabricante) con el fin de garantizar el voltaje de trabajo necesario para la
activación del triac y por lo tanto permitir que el elemento de calentamiento del tanque se
energize.
El diagrama circuital del circuito ON/OFF se muestra en la figura 2.6.-
2.3.7. CIRCUITO DE TECLADO
Para escoger la función que se desea realizar (tabla -2.2.-) se ha diseñado un circuito de
teclado formado por dos teclas SI y S2, las mismas que al ser presionadas ponen en bajo los
pines TO y TI del microcontrolador respectivamente y realizan la función correspondiente;
su conexión se realiza entre el pin respectivo y la tierra del circuito, tal como se muestra en
el diagrama circuital del ANEXO A.
' S I ' Escoge entre horas y minutos
S2 : Escoge una de las cuatro funciones de la tabla -.2.1.
Tabla -2.2.- Operación que realiza cada tecla.
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE CONTROL Pag. 28
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
2.3.8. FUENTE DE ENERGÍA DE +5 VOLTIOS DC.
Con el fin de calcular la carga que soportará esta fuente se hace un pequeño análisis de
sumas de cargas (véase tabla -2.3.-) de los componentes de todo el sistema electrónico, se
toman en cuenta las más importantes:
ELEMENTO CARGA EMPLEADA (mA)
UNITARIA TOTAL
MICROCONTROLADOR 8748
ULN2003
DS1202
MOC3031
DISPLAY 7 SEGMENTOS
OTROS ELEMENTOS
PERDIDAS
65
150
20
330
80
50
30
TOTAL
65
300
40
330
160
50
30
975
Tabla -2.3.- Consumo de corriente de ios componentes del controlador.
Considerando la carga total a la que estará sujeta la fuente, se necesita una fuente de
alimentación con las siguientes características:
CAPITULO 2. DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE CONTROL Pag. 29
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
Voltaje nominal = +5 voltios.
Comente Nominal = 1 amperio
Potencia = 5 vatios.
La fuente de alimentación del sistema electrónico, es una fuente regulada que consta
básicamente de un regulador de voltaje, con el fin de mantener fijo el voltaje de
alimentación a todos los elementos que conforman el circuito de control.
En la fuente de corriente continua, se realizan los procesos de rectificación, filtrado y
regulación de la señal AC que se recibe de la fase. El diseño de la fuente se realiza desde la
carga y se lo detalla a continuación:
Etapa de regulación.
El proceso de regulación de la fuente se lleva acabo utilizando un regulador de voltaje
LM7805 o su equivalente el ECG 960, que con un rango de voltaje de entrada entre 7 y 35
voltios ofrece una salida de +5 voltios y 1 amperio. A la salida del regulador se coloca un
capacitor C3 (1000 jiF/16 V) en paralelo, cuya función es ayudar a mantener el voltaje Vcc
en su valor nominal y adicionalmente filtra las variaciones de voltaje a altas frecuencias.
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE CONTROL Pag. 30
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
Etapa de filtrado.
El proceso de filtrado se realiza gracias a la ayuda de un capacitor C2, los datos para
calcular el valor de este condensador son los siguientes:
• Voltaje a la entrada del regulador = Voltaje a la salida del filtro C =Vdc = 9 V.
• Rizado = F = 30%
• Frecuencia = f = 60 Hz.
La fórmula para hallar el valor de C2 es la siguiente:
1c>-
C>891pF
Se escoge un valor de C2 = 1000(iF/25 V5 que es un capacitor electrolítico. Con estos datos
ya se puede calcular el voltaje pico a la entrada del filtro (Vs) valiéndonos de la siguiente
fórmula:
V 4JCR,f
1
(4)(60)(lOQQxlO-6}(9)
Vs=13.17V.
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE CONTROL Pag. 31
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
Etapa de rectificación.
El proceso de rectificación se realiza con un puente de diodos, obteniéndose un rectificador
de onda completa, cada uno de los diodos tiene la característica de soportar una corriente
de 1A y 600 VPI, el diodo que cumple estas características es el 1N4005. Ahora bien, si al
valor de Vs le sumamos los 1,2 voltios de caída en los diodos obtenemos el voltaje pico
(Vrpico) a la salida del transformador TI, siendo este valor igual a 14,4 voltios pico o su
equivalente vr=10,2 Vrms.
Etapa de reducción.
La etapa de reducción de la fuente AC consta de un transformador reductor TI, cuyo fin es
reducir el voltaje de entrada de la fase a la fuente continua, se utiliza en este proceso un
transformador de 115 / 7 Vrms y 60 Hz.
El diagrama círcuital de la fuente se muestra en la figura -2.7.-.
2.3.9. VERSIÓN REDUCIDA DEL DISPOSITIVO DE CONTROL
El equipo de control diseñado en los subcapítulos anteriores, básicamente es un equipo de
pruebas de laboratorio, y de acuerdo a esa condición se le ha dotado de funciones
adicionales a aquellas que se necesitan para impedir el encendido del tanque a la "hora pico"
como es el objetivo de la función a cumplir por el dispositivo de control.
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE CONTROL Pag. 32
DISPOSITIVO DE CON!ROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
Con fines de instalación del dispositivo de control en residencias que utilicen calentadores
de agua y probable comercialización futura, se ha diseñado y construido una versión que
cumple las funciones básicas del control de carga y por lo tanto de costo inferior al equipo
de laboratorio.
La versión reducida del dispositivo de control de tanques de calentamiento de agua tiene las
siguientes características:
1. Microcontrolador de la familia Intel MCS-48, como elemento fundamental y es el
que contiene el programa de control;
2; Reloj - calendario en tiempo real, para determinar las horas en las que debe
realizarse el encendido o apagado del tanque de calentamiento de agua;
3. Circuito de oscilación local, mismo que constituye la referencia de
funcionamiento del microcontrolador;
4. Circuito de señalización, cuyo propósito será permitir la visualización del estado
del equipo de control;
5. Circuito de acoplamiento óptico, interfaz necesaria para desacoplar la carga del
circuito electrónico;
6. Circuito de ON/OFF del tanque, dispositivo que permite el manejo de la carga, al
trabajar como un actuador;
7. Fusible de protección;
8. Juego de 2 borneras para conexión de fase y neutro de salida al tanque;
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE CONTROL Pag. 33
DISPOSITIVO PE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
9. Dos leds externos para indicación de operación normal y conexión/desconexión
del tanque; y
lO.Fuente de energía de +5 voltios DC.
En consecuencia, la versión reducida no presenta el juego de displays, el juego de diodos
LED, los darlingtons (ULN2003) y el circuito de teclado. Esta disminución de elementos
equivale a reducir el costo en aproximadamente el 20%.
El diagrama circuital de la versión reducida o simplificada del dispositivo de control se
muestra en la figura -2.8.-
2.4. DESARROLLO DEL SOFTWARE
El programa que sirve para determinar el funcionamiento u operación del circuito de control
del tanque, determina el trabajo del microcontrolador 8748 y está desarrollado en lenguaje
de bajo nivel; es decir, con sus instrucciones escritas en lenguaje ensamblador. Este
programa estará residente en la memoria EPROM del micro.
2.4.1. PROGRAMACIÓN DEL MICROCONTROLADOR 8748
El programa residente en el microcontrolador fue escrito con ayuda del edit del DOS y
compilado con el ensamblador del programa Cross Assembler C16, está concebido en forma
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE CONTROL Pag. 34
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
modular, ya que facilita el control y ejecución de las diferentes funciones previstas para el
equipo, las mismas que son un conjunto de rutinas a cumplirse y de acuerdo a prioridades
determinadas para el óptimo trabajo del controlador de tanques de calentamiento de agua.
El software desarrollado posibilita la realización de las siguientes operaciones que
intervienen en la operación de control del tanque de calentamiento de agua:
A.- INGRESO DE TIEMPOS PARA EL CONTROL
• Ingreso en el programa de los siguientes parámetros:
HKMM1 para ajustar el tiempo de desconexión o apagado del tanque; y
HH:MM para ajustar el tiempo de reconexión o prendida del tanque.
B.- OPERACIONES DEL DISPOSITIVO DE CONTROL
• Iguala la hora, minutos y segundos del reloj en tiempo real;
• Comunicación entre el microcontrolador y el reloj - calendario; y
• Activar y desactivar el opto-triac.
C.- VISUALIZACIÓN DE INFORMACIÓN
• Muestra en el display la hora, minutos y segundos del reloj en tiempo real;
• ON de leds en activado del tanque y OFF de leds en desactivado.
2.4.2. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROGRAMA
HH:MM significa horas v minutos
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL DISPOSrnVO DE CONTROL Pag. 35
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
La operación del controlador de tanques consiste básicamente en desactivar el tanque de
calentamiento de agua dentro de los límites de tiempo preestablecidos y que corresponden a
la denominada "hora pico" de la curva de demanda de energía eléctrica.
Los límites de tiempo de la "hora pico" están determinados por el rango de tiempo
comprendido entre la hora y minutos de apagado y la hora y minutos de encendido del
tanque.
Por ejemplo: si el pico de carga de la curva de demanda se encuentra entre las 18h30 y
21h009 se puede trabajar en calentamiento de agua fuera de este horario, según el ejemplo el
tiempo donde se puede realizar el encendido y/o apagado del tanque será después de las
21hOO y antes de las 18h30, en consecuencia el tanque pasará apagado durante las 2 horas y
30 minutos que dura el pico de carga de la curva de demanda, sin que se pueda alterar esta
forma de trabajo.
Cabe indicar que también se podría programar otros lapsos para que el calentador de agua
permanezca apagado, pero desde el punto de vista que interesa en la aplicación, sólo se va a
controlar el pico de carga por un espacio de tiempo cada 24 horas.
CAPÍTULO 2, DISEÑO DEL DÍSPOSITIVO DE CONTROL Pag. 36
D/SPOSmVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
El programa que permite realizar las funciones de activación / desactivación y que reside en
la memoria EPROM del microcontrolador se llama tanque la, asm2 y consta de las siguientes
partes fundamentales:
1. Ingreso de los datos de tiempos: igualación de reloj, tiempo de apagado y tiempo
de encendido del tanque.
2. Operación normal: realiza constantemente un chequeo del tiempo para activar o
desactivar el opto-triac en los tiempos previamente programados.
Los tiempo programados para el apagado y encendido tienen que ver con el inicio
y fin de la hora pico vespertina y nocturna, este lapso será determinado de
acuerdo al análisis de la curva de demanda previamente determinada.
3. Desactivación del tanque de agua al corresponder las horas y minutos actuales
con el tiempo de apagado programado.
4. Activación del tanque de agua al existir coincidencia de las horas y minutos
actuales con el tiempo de encendido programado.
2.4.2.1. PROGRAMA PRINCIPAL
El programa principal se lo ha desarrollado, para que fundamentalmente realice un proceso
de comparación entre el tiempo actual (HH:MM) y el tiempo de apagado y encendido. Si el
tiempo actual coincide con el tiempo de apagado se procede a manejar un dispositivo de
2 Tanquela.asm es el programa que se ejecuta en la versión completa del dispositivo, mientras queTanguelh.asm es el programa que se ejecuta en la versión simplificada del dispositivo.
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL DlSPOSrflVO DE CONTROL Pag. 37
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
control, el opto-acoplador, desactivándose Inmediatamente el triac y por lo tanto
desenergiza el tanque de calentamiento de agua. Si el tiempo actual coincide con el tiempo
de encendido se realiza el proceso contrario, lo que trae como resultado la energización del
tanque de calentamiento de agua.
Cuando se inicia el trabajo del equipo de control hay que efectuar la igualación del reloj -
calendario, proceso que se realiza con la ayuda del teclado, los datos de horas y minutos
guardados no se alterarán cuando se desenergize el equipo, ya que posee una pila de
respaldo que le hace a la memoria del DS1202 una NVRAM.
Ya en el trabajo normal, el microcontrolador constantemente lee el tiempo actual del reloj -
calendario DS1202, dato que le sirve de referencia para la comparación con los tiempos de
encendido y apagado.
El equipo de control está permanentemente mostrando en el display la hora, minutos y
segundos actuales para control visual del tiempo por parte del usuario.
Las entradas de TO y TI son habilitadas con las teclas SI y S2 respectivamente, las mismas
que son leídas su estado constantemente para determinar si se quiere realizar alguna función
de las que se detallan en el proceso FUNCIÓN del diagrama de flujo de la fig - 2.10.-
El diagrama de flujo del programa principal, mismo que define el funcionamiento del
dispositivo de control de los tanques de calentamiento de agua, se muestra en la figura -
2.9.-.
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE CONTROL Pag. 38
DISPOSITl VO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN D~E CARGAS ELÉCTRICAS
INICIO
SETEO DE TIEMPOS
APAGA SALIDAS DE LEDS Y DISPLAYS
HABILfTA INTERRUPCIONES DEL TIMER
ENCERA LOCALIDADES
CHEQUEA LA TECLA PRESIONADA
SI
ACTIVA EL TANQUE
PROCESO FUNCIÓN
DESACTIVA EL TANQUE
MUESTRA HH:MM:SS
Figura -2.9.- Diagrama de flujo del programa principal
CAPITULO 2. DfSEÑO DEL DISPOSITIVO DE CONTROL Pay. 39
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMÍNÍSTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
INCREMENTA UN CONTADOR YMUESTRA EL VALOR EN EL DISPLAY
INCREMENTA UN CONTADOR YMUESTRA EL VALOR EN EL DISPLAY
INCREMENTA UN CONTADOR YMUESTRA EL VALOR EN EL DISPLAY
INCREMENTA UN CONTADOR YMUESTRA EL VALOR EN EL DISPLAY
INCREMENTA UN CONTADOR YMUESTRA EL VALOR EN EL OÍSPLAY
INCREMENTA UN CONTADOR YMUESTRA EL VALOR EN EL DISPLAY
Figura -2.10." Diagrama de flujo del proceso FUNCIÓN.
CAPÍTULO 2. DÍSEÑO DEL DÍSPOSfTIVO DE CONTROL Pug. 40
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA A DMMISTRACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
2.4.2.2. SÜBRÜTINAS DEL PROGRAMA PRINCIPAL
En el siguiente subcapítulo se. detallan las subrutinas del Programa Principal (PP), las
mismas que se encuentran organizadas en la Tabla -2.4.- que se muestra a continuación.
PROGRAMA PARA LA OBTENCIÓN DE LA CURVA DEMANDA EN TIEMPOREAL.
APAGARCEROCARRYCOMPARAR
CLK INTTCLK HORON1CLK MIÑÓN 1CLK HOROFF1CLK MINOFF1CLK CONTCLK LEEDISPLAYINICIO 1INCREMENTOLEER DAT1NUMERO
QUITA RSTRETARDORST CLKSACA SEGSACA MINSACA HORSACAR DAT1SACAJÍORON1
SACA_MINON1
SACAJíOROFFl
SACAJvflNOFFl
TIMER
Apaga LEDs y displays.Encera tanto el carry como el carry auxiliar.Compara dos números de dos bjtes (hh:mm actuales con hh:mm deencendido o apagado).Iguala el reloj calendario DS1202.Guarda el dato de hora de encendido en la NVRAM del DS1202Guarda el dato de los minutos de encendido en la NVRAM del DS1202Guarda el dato de hora de apagado en la NVRAM del DS1202Guarda el dato de los minutos de apagado en la NVRAM del DSI202Envía los datos desde el acumulador hacia el reloj - calendario DS1202Lee bit a bit los datos del reloj - calendario DS1202.Muestra datos en forma decimal en el display.Inicializa parámetros de comunicación entre el U.C y el DS1202.Incrementa el contador de horas y minutosAcomoda los datos para ser leídos desde el reloj al fiC.Convierte un número BCD a su equivalente en 7 segmentos para mostrarloen el display.Deshabilita el RESET del reloj - calendario DS1202.Genera un retardo de 30 segundos.Activa el reset del reloj - calendario DS1202.Realiza la lectura de los segundos de la memoria del DS1202.Realiza la lectura de los minutos de la memoria del DS1202.Realiza la lectura de la hora de la memoria del DS1202.Envía los bits uno a uno al reloj - calendario DS1202.Realiza la lectura de la hora de inicio de la "hora pico" de la memoria delDS1202.Realiza la lectura de los minutos de inicio de la "hora pico" de la memoriadel DS1202.Realiza la lectura de la hora de finalización de la "hora pico" de la memoriadelDS1202.Realiza la lectura de los minutos de finalización de la "hora pico" de lamemoria del DS 1202.Rutina de interrupción del timer.
Tabla -2.4.- Subrutinas utilizadas en el programo TanqueLasm
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE CONTROL Pag. 41
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
2.5. DESARROLLO DE LAS SUBRUTINAS
El programa principal se lo ha desarrollado en forma modular, para la mejor comprensión
de las funciones que ejecuta el dispositivo de control, dichas subrutinas se las ha clasificado
de la siguiente manera., tal como se explica en los siguientes subcapítulos:
2.5.1. SUBRUTINAS DE TRABAJO DEL DS1202
Las subrutinas del DS1202 son aquellas que permiten la escritura de bytes en el reloj -
calendario ya sea para igualar el tiempo y fecha o para guardar información en la NVRAM
de este chip. Tienen que ver también con éste grupo de instrucciones aquellas que permiten
realizar la lectura de información almacenada en el DS1202. Tanto el proceso de lectura
como el de escritura en el DS1202 se realiza bit a bit, por lo que las rutinas con las que
trabaja el reloj - calendario son cortos procesos de transmisión y recepción serial entre el
microcontrolador y el DS1202. Estas rutinas se detallan en los siguientes numerales.
2.5.1.1. SUBRUTINA CLKJNIT
Esta rutina empieza inicializando el reloj - calendario para escribir en el modo CLOCK/
CALENDAR BURST MODE, mediante la rutina INICIO_1 que permite el acceso de
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE CONTROL Pag. 42
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE PIRCAS
manera secuencial a todas las localidades del reloj - calendario ya sea para lectura o
escritura de estas localidades.
A continuación se inicializa el reloj - calendario DS1202 con los datos de hora y minutos
actuales, otros datos como segundos, día, fecha, mes y año se fijan con datos determinados
en el programa, es decir, para efectos del presente trabajo sólo importa que se iguale la hora
y minutos del reloj, ya que van a ser los únicos parámetros de tiempo para la comparación
de tiempo de encendido y tiempo de apagado.
Luego de inicializar los datos de tiempo y fecha, se utiliza la rutina CLK_CONT para
acomodar los datos y transferirlos al reloj bit a bit en forma serial. El diagrama de flujo de
esta rutina se muestra en la figura -2. 1 1-.
INICIO
INICIAL12A BYTES DE CONTROL CON RUTINA INICIO 1
DETERMINA LOS DATOS DE TIEMPO Y FECHA PARAGUARDARLOS EN EL DS1202
ORGANIZA CADA BYTE DE LOS DATOS PARA ENVIARLOSAL DS1202 EN FORMA SERIAL
ACTIVA EL RST DEL RELOJ AL SALIR DE LA RUTINA
Figura -2.1 /.- Diagrama de flujo de la subrutina CLKJNIT.
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE CONTROL Pag. 43
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
2.5.1.2. SUBRUTDfA INICIO_1
Esta rutina realiza la inicialización de los bytes de control y reset para escritura en los bytes
de la .RAM del DS1202 correspondientes al reloj - calendario. El diagrama de flujo se
muestra en la fig -2.12.-.
INICIO
ASEGURA TENER EL RESET EN EL DS1202QUITA EL RESET
CARGA EL REGISTRO R1 CON EL VALOR OOHY TRANSMITE EL DATO SERIALMENTE AL DS1202
ASEGURA TENER EL RESET EN EL DS1202QUITA EL RESET
Figura -2.12.- Diagrama de flujo de la subrutina INICIO_1.
2.5.1.3. SUBRUTINA CLK_CONT
El trabajo de esta subrutina es enviar un dato desde el acumulador hacia el reloj - calendario
DS1202 en forma serial bit a bit, para lo que toma el dato a enviarse desde el registro Rl, lo
coloca en el acumulador y luego va recorriendo a la derecha este registro y envía uno a uno
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE CONTROL Pag. 44
o/sposrrrvo DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
los bits desde el bit menos significativo hasta el bit más significativo con- el apoyo de la
rutina SACARJDAT1. El diagrama de flujo de esta subrutina se muestra en la fig -2.13.-.
INICIO
QUFTA EL RESET
CARGA EL ACC CON EL VALOR DEL REGISTRO R1.RECORRE EL ACC HACIA LA DERECHA
MEDIANTE LA RUTINA SACAR_DAT1 EL BIT LSB DEL ACCES TRANSMITIDO AL RELOJ DS1202
SE TRANSMITEN LOS 8 BITS DE CADA DATO.QUITA EL RESET
Figura -2.13.-DI agrama de flujo de la subrufína CLK_CONT.
'2.5.1.4. SUBRUTINA SACAR_DAT1
Es la rutina encargada de tomar el bit menos significativo del acumulador y enviarlo al reloj
- calendario desde el pin P1.7 del pórtico Pl hacia el pin I/O del DS1202. Tal como se
muestra en la fig -2.14.-.
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE CONTROL Pag. 45
DISPOSITIVO DE CONTROL PARALA ADMINISTRACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
INICIO
QUITA EL RESET
CARGA EL ACC CON EL VALOR DEL REGISTRO R1.
SE EXTRAE DEL ACC EL BIT MENOS SIGNIFICATICO.EL BIT ES TRANSMITIDO AL RELOJ DS1202.
QUÍTA EL RESET
Figura -2.14.- Diagrama de flujo de la subrutina SACÁR_DATL
2.5.1.5: SUBRUTINA CLK_LEE
El trabajo de esta rutina es leer datos del reloj -calendario DS1202 y ponerlos en el registro
Rl. Para ello, luego de determinar el dato a leerse, esta rutina se vale de una rutina auxiliar
denominada LEERJDAT1 para leer bit a bit el dato del reloj y ubicarlo en Rl. El diagrama
de esta subrutina se ilustra en la figura -2.15.-.
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE CONTROL Pag. 46
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
INICIO
QUITA EL RESET
INICIALIZA UN CONTADOR DE 8 LAZOS
MEDIANTE LA RUTINA LEER_DAT1 EXTRAE BIT A BIT ELDATO DEL RELOJ DS1202
SE RECIBEN LOS 8 BITS DE CADA DATO EN R1,QUITA EL RESET
Figura -2.75.- Diagrama de flujo de la subnitina CLK_LEE.
2.5.1.6. SUBRÜTINA LEER_DAT1
Es la rutina encargada de tomar el bit menos significativo de un determinado dato del reloj -
calendario desde el pin I/O del DS1202 hacia el pin P1.7 del pórtico Pl. Tal como se
muestra en la fig -2.16.-.
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE CONTROL Pag. 47
DISPOSITIVO DE COMTROL PARA LA ADMlNÍSTRACtÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
INICIO
QUITA EL RESET
CARGA EL ACC CON EL VALOR DEL REGISTRO R1.RECORRE EL ACC HACIA LA DERECHA
SE EXTRAE DEL DATO DEL RELOJ EL BIT LSB.EL BIT LEÍDO SE CARGA EN EL REGISTRO R1.
QUITA EL RESET
Figura -2.16.- Diagrama de flujo de la subrutina LEERJDÁTL
2.5.1.7. SUBRUTINA CLK_HORON1
Esta subrutina guarda en la localidad O de la NVRAM del reloj - calendario el dato de la
hora de apagado del tanque3; para ello al igual que la subrutina CLK_INTT se vale de la
subrutina CLK_CONT para escribir el dato en el DS1202 bit a bit. Tal como se muestra en
lafig-2.17.-.
La hora de apagado del tanque coincide con el inicio de la "hora pico".
CAPITULO 2. DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE CONTROL Pag. 48
D/sposrrrvo DE CONTROL PARA LA ADMLNISTRACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
INICIO
1NICIALIZA BYTES DE COhTTROL CON RUTINA INICIO 1
SETEA LA DIRECCIÓN O DE LA RAM DEL DS1202 PARAESCRITURA.
CARGA EL DATO DE HORON1 EN R1.TRANSMITE R1 AL DS1202 CON LA RUTINA CLK CONT
ACTIVA EL RST DEL RELOJ AL SALIR DE LA RUTINA
Figura -2.17.- Diagrama de flujo de la subrutlna CLK_HORON1.
2.5.1.8. SUBRÜTINA CLK_MINON1
Esta subrutina es la encargada de guardar en la localidad 1 de la NVRAM del reloj -
calendario el dato de los minutos de apagado del tanque; para ello al igual que la subrutina
CLKJNIT se vale de la subrutina CLK_CONT para escribir el dato en el DS1202 bit a bit.
Tal como se muestra en la figura -2.18.-.
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE CONTROL Pag. 49
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
INICIO
INICIAL1ZA BYTES DE CONTROL CON RUTINA INICIO 1
SETEA LA DIRECCIÓN 1 DE LA RAM DEL DS1202 PARAESCRITURA.
CARGA EL DATO DE MINON1 EN R1.TRANSMITE R1 AL DS1202 CON LA RUTINA CLK CONT
ACTA/A EL RST DEL RELOJ AL SALIR DE LA RUTINA
Figura -2.75.- Diagrama de flujo de la subrutina CLK_MINONJ.
2.5.1.9. SUBRUTINA CLK_HOROFF1
Esta subruíina guarda en la localidad 2 de la NVRAM del reloj - calendario, el dato de la
hora de encendido del tanque4; para ello al igual que la subrutina CLK_INIT se vale de la
subruíina CLK_CONT para escribir el dato en el DS1202 bit a bit. Tal como se muestra en
la figura-2.19.-.
4 La hora de encendido o reconexión del tanque coincide con la finalÍTacinn de la "hora pico"
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE CONTROL Pag. 50
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
INICIO
INICIALIZA BVTES DE CONTROL CON RUTINA INICIO_1
SETEA U DIRECCIÓN 2 DE U RAM DEL DS1202 PARAESCRITURA.
CARGA EL DATO DE HOROFF1 EN R1.TRANSMITE R1 AL DS1202 CON LA RUTINA CLK CONT
ACTIVA EL RST DEL RELOJ AL SALIR DE LA RUTINA
Figura -2.19.- Diagrama de flujo de la submtína CLKJíOROFFl.
2.5.1.10. SÜBRUTINA CLK_MINOFF1
Esta subrutma guarda en la localidad 3 de la NVRAM del reloj - calendario el dato de los
minutos en que se efectuará el encendido del tanque; para ello al igual que la subrutina
CLKJMT aprovecha la subrutina CLK_CONT para escribir el dato en el DS1202 bit a bit.
Tal como se muestra en la fig -2.20.-.
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE CONTROL Pag. 51
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
INICIO
INICIALIZA BYTES DE CONTROL CON RUTINA INICIO 1
SETEA LA DIRECCIÓN 3 DE LA RAM DEL DS1202 PARAESCRITURA.
CARGA EL DATO DE MINOFF1 EN R1.TRANSMITE R1 AL DS1202 CON LA RUTINA CLK CONT
ACTIVA EL RST DEL RELOJ AL SALIR DE LA RUTINA
Figura -2.20.- Diagrama de flujo de ¡a subrutina CLK_MINOFF1.
2.5.1.11. SUBRUTINA SACA_SEG
Esta subrutina recupera el dato de los segundos de la localidad correspondiente de la
NVRAM del reloj - calendario, para almacenarlo temporalmente en la localidad SEGUNDO
de la RAM del microcontrolador.
Esta rutina empieza accediendo al reloj a través del byte de control que es transmitido
mediante la rutina CLK_CONT, luego procede a la lectura de la localidad donde se guardan
los segundos del DS1202 a través de la rutina CLKJLEE y finalmente el dato recuperado se
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE CONTROL Pag. 52
Disposrnvo DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
carga en el registro Rl para luego guardarlo en la localidad de memoria RAM del
microcontroíador correspondiente a los segundos (SEGUNDO). Tal como se muestra en la
fig. -2.21.-.
INICIO
QUITA EL RESETCARGA R1 CON EL VALOR 81H PARA ACCEDER AL DS1202
EL DATO DE R1 ES TX AL DS1202 MEDIANTE LA RUTINACLK CONT.
SE EXTRAE DEL DATO DE LOS SEGUNDOS DEL DS1202MEDIANTE LA RUTINA CLK LEE.
GUARDA EL DATO RECUPERADO EN LA RAM DEL MICRO.QUITA EL RESET
Figura -2.21. - Diagrama de flujo de la subrutina SÁCÁ_SEG.
2.5.1.12. SUBRUTINA SACA_MIN
Su tarea consiste en recuperar el dato de los minutos de la localidad correspondiente de la
NVRAM del reloj - calendario, para almacenarlo temporalmente en la localidad MINUTO
de la RAM del microcontroíador.
La subrutina empieza accediendo al reloj - calendario a través del byte de control
correspondiente que es transmitido mediante la rutina CLK_CONT, luego procede a la
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE CONTROL Pag. 53
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
lectura de la localidad donde se guardan los minutos del DS1202 con la ayuda de la rutina
CLKJLEE y finalmente el dato recuperado se carga en el registro Rl para luego guardarlo
en la localidad de memoria RAM del microcontrolador correspondiente a los minutos
(MINUTO). Tal como lo muestra el diagrama de flujo de la figura. -2.22.-.
INICIO
QUITA EL RESETCARGA R1 CON EL VALOR 83H PARA ACCEDER AL DS1202
EL DATO DE R1 ES TRANSMITIDO AL DS1202 MEDIANTE LARUTINA CLK CONT.
SE EXTRAE DEL DATO DE LOS MINUTOS DEL DS1202MEDIANTE LA RUTINA CLK LEE.
GUARDA EL DATO RECUPERADO EN LA RAM DEL MICRO.QUITA EL RESET
Figura -2.22.- Diagrama de flujo de la subrutina SACA_MIN.
2.5.1.13. SUBRUTINA SACAJBOR
Esta subrutina recupera el dato de la hora de la localidad correspondiente de la NVRAM del
reloj - calendario, para almacenarlo temporalmente en la localidad HORA de la RAM del
microcontrolador.
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE CONTROL Pag. 54
D/SPOSmVO DE CONTROL PA-RA LA .ADMINISTRACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
Esta rutina comienza accediendo al reloj - calendario a través del byte de control y dirección
que es transmitido mediante la rutina CLK_CONT, luego procede a la lectura de la
localidad donde se guarda la hora del DS1202 a través de la rutina CLKJLEE y finalmente
el dato recuperado se carga en el registro Rl para luego guardarlo en la localidad de
memoria RAM del microcontrolador correspondiente a la hora (HORA). Tal como se
muestra en la fig. -2.23.-.
INICIO
QUfTA EL RESETCARGA Rl CON EL VALOR 85H PARA ACCEDER AL DS1202
EL DATO DE R1 ES TX AL DS1202 MEDIANTE LA RUTINACLK CONT.
SE EXTRAE DEL DATO DE LA HORA DEL DS1202 MEDIANTELA RUTINA CLK LEE.
GUARDA EL DATO RECUPERADO EN LA RAM DEL MICRO.QUfTA EL RESET
Figura -2.23.- Diagrama de flujo de la subrutina SÁCA_HOR.
2.5.1.14. SUBRUTINA SACAJHORON1
Esta subrutina recupera el dato de la hora de inicio de la "hora pico" de la localidad O de la
NVRAM del reloj - calendario, para almacenarlo temporalmente en la localidad HORONl
de la RAM del microcontrolador.
CAPÍTULO 2, DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE CONTROL Pag. 55
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
Esta subrutina comienza accediendo al reloj - calendario a través del byte de control y
dirección ( C1H) que es transmitido mediante la subrutina CLK_CONT, luego procede a la
lectura de la localidad donde se guarda la HORONl del DS1202 a través de la subrutina
CLK_LEE y finalmente el dato recuperado se carga en el registro Rl para luego guardarlo
en la localidad de memoria RAM del microcontrolador correspondiente a la hora de inicio
de la denominada "hora pico" (HORONl). Tal como se muestra en la fig. -2.24.-.
INICIO
QUITA EL RESETCARGA R1 CON EL VALOR 85H PARA ACCEDER AL DS1202
EL DATO DE Rl ES TX AL DS1202 MEDIANTE LA RUTINACLK CONT.
SE EXTRAE DEL DATO DE HORON1 DEL DS1202 MEDÍANTELA RUTINA CLK LEE.
GUARDA EL DATO RECUPERADO EN LA RAM DEL MICRO.QUITA EL RESET
Figura -2.24,- Diagrama de flujo de la subrutina SACA_HORONL
2.5.1.15. SUBRUTINA SACAJVIINON1
Esta subrutina recupera el dato de los minutos de inicio de la "hora pico" de la localidad 1
de la NVRAM del reloj - calendario, para almacenarlo temporalmente en la localidad
MIÑÓN 1 de la RAM del microcontrolador.
CAPÍTULO 2, DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE CONTROL Pag. 56
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
Esta subrutina comienza accediendo al reloj - calendario a través del byte de control y
dirección ( C3H) que es transmitido mediante la subruíina CLK_CONT, luego procede a la
lectura de la localidad donde se guarda la MINON1 del DS1202 a través de la subrutina
CLK_LEE y finalmente el dato recuperado se carga en el registro Rl para luego guardarlo
en la localidad de memoria RAM del microcontrolador correspondiente a los minutos de
inicio de la denominada "hora pico" (MTNON1). Tal como se muestra en la fig. -2.25.-.
INICIO
QUFTA EL RESETCARGA R1 CON EL VALOR 85H PARA ACCEDER AL DS1202
EL DATO DE R1 ES TX AL DS1202 MEDIANTE LA RUTINACLK CONT.
SE EXTRAE DEL DATO DE MINON1 DEL DS12Q2 MEDIANTELA RUTINA CLK LEE.
GUARDA EL DATO RECUPERADO EN LA RAM DEL MICRO.QUfTA EL RESET
Figura -2.25.- Diagrama de flujo de (a submtina SACAJvflNONl.
2.5.1.16. SUBRUTINA SACAJ3OROFF1
Esta subrutina recupera el dato de la hora de finalización de la "hora pico" de la localidad 2
de la NVRAM del reloj - calendario, para almacenarlo temporalmente en la localidad
HOROFF1 de la RAM del microcontrolador.
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE CONTROL Pug, 57
o/sposrnvo DE COMÍ of. PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
Esta subrutina comienza accediendo al reloj - calendario a través del byte de control y
dirección ( C5H) que es transmitido medíante la subrutina CLK_CONT5 luego procede a la
lectura de la localidad donde se guarda la HOROFFl del DS1202 a través de la subrutina
CLK_JLEE y finalmente el dato recuperado se carga en el registro Rl para luego guardarlo
en la localidad de memoria RAM del microcontrolador correspondiente a la hora de
finalización de la denominada "hora pico" (HOROFFl). Tal como se muestra en la figura . -
2.26.-.
INICIO
QUITA EL RESETCARGA Rl CON EL VALOR 85H PARA ACCEDER AL DS1202
EL DATO DE Rl ES TX AL DS1202 MEDIANTE LA RUTINACLK CONT.
SE EXTRAE DEL DATO DE HOROFF1 DEL DS1202 MEDIANTELA RUTINA CLK LEE.
GUARDA EL DATO RECUPERADO EN LA RAM DEL MICRO.QUITA EL RESET
Figura -2.26.- Diagrama de flujo de ia subrutina SÁCÁ_HOROFF1.
2.5.1.17. SUBRUTINA SACA MINOFF1
CAPITULO 2. DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE CONTROL Pag, 58
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
Esta subrutina recupera el dato de los minutos de finalización de la "hora pico" de la
localidad 3 de la NVRAM del reloj - calendario, para almacenarlo temporalmente en la
localidad MINOFF1 de la RAM del microcontrolador.
Esta subrutina comienza accediendo al reloj - calendario a través del byte de control y
dirección ( C7H) que es transmitido mediante la subrutina CLK_CONT, luego procede a la
lectura de la localidad donde se guarda la MINOFF1 del DS1202 a través de la subrutina
CLKJLEE y finalmente el dato recuperado se carga en el registro Rl para luego guardarlo
en la localidad de memoria RAM del microcontrolador correspondiente a los minutos de
finalización de la denominada "hora pico" (MINOFF1). Tal como se muestra en la fig. -
2.27.-.
INICIO
QUrTA EL RESETCARGA R1 CON EL VALOR 85H PARA ACCEDER AL DS1202
EL DATO DE R1 ES TX AL DS1202 MEDIANTE LA RUTINACLK CONT.
SE EXTRAE DEL DATO DE MINOFF1 DEL DS1202 MEDIANTELA RUTINA CLK LEE.
GUARDA EL DATO RECUPERADO EN LA RAM DEL MICRO.QUíTA EL RESET
Figura -2.27.- Diagrama de flujo de lo subrutina SACA_MINOFFl.
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE CONTROL Pag. 59
DISPOSmVO DE CONTROL PARALA ADMMISTRACÍÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
2.5.1.18. SUBRÜTINA QÜITA_RST
Esta subrutina pone 1 lógico en el pin RST ( reset del reloj - calendario DS1202), para lo
cual pone en el BUS del microcontrolador el dato 20H. Esta subrutina se utiliza para
acceder al chip y realizar cualquier operación combinada con el microcontrolador, tanto de
lectura de datos como de escritura de datos en la NVRAM del chip.
2.5.1.19. SUBRUTINA RST_CLK
Su trabajo consiste en poner un O lógico en el reset del reloj - calendario (pin RST); para lo
cual se escribe en el BUS del microcontrolador el dato OOH. Es una subrutina necesaria y se
la coloca al iniciar un determinado proceso con el reloj y también al final de dicho proceso
para cerrar el acceso al reloj.
2.5.2. SUBRUTINAS DE CONTROL
Son aquellos subprogramas que permiten realizar el control de las distintas funciones que se
encuentra realizando el sistema electrónico y que se describen en los siguientes
sub capítulos.
2.5.2.1. SUBRUTINA COMPARAR
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE CONTROL Pag. 60
Dísposrr/vo DE CONTROL PARA LA ADMJNISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
Es la subrutina encargada de comparar si los datos de HH:MM actuales se encuentran
dentro o fuera del rango del período de tiempo denominado como "hora pico", en cada uno
de los dos casos la subrutina envía un dato de bandera diferente para que el programa
principal active o desactive el triac que controla el encendido/apagado del tanque.
Esta subrutina tiene como datos de entrada las siguientes posibilidades:
• 2 bytes correspondientes a las HH:MM actuales (HORA y MINUTO) y 2 bytes
correspondientes a las HH:MM de inicio de la hora pico (HORON1 y MIÑÓN!),
luego hace una comparación bit a bit y detecta que grupo de bytes es mayor, igual o
menor y de acuerdo al resultado de la comparación envía un dato diferente como
salida de la subrutina al programa principal.
• 2 bytes correspondientes a las HH;MM actuales (HORA y MINUTO) y 2 bytes
correspondientes a las HH:MM de finalización de la hora pico (HOROFF1 y
MINOOF1), luego hace el mismo proceso de comparación que en el caso anterior.
El diagrama de flujo de esta subrutina se muestra en al figura -2.28.-
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE CONTROL pav. 61
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA 'LA ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
TOMA COMO BYTES DE ENTRADA LASHH:MM ACTUALES
TOMA COMO BYTES DE ENTRADA LASHH:MM DE INICIO Ó FIN DE LA HORA
NO
> f
RESETEA BANDERA DE COMPARACIÓN
Figura -2.28.- Diagramo de flujo de la subrutína COMPARAR..
2.5.2.2. SUBRUTÍNA CEROCARRY
Esta subrutina se encarga de acceder al registro que contiene la palabra de estado del
programa PSW y encerar tanto el carry como el carry auxiliar, para lo cual se realiza un
AND lógico entre éste registro y el dato 3FH.
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE CONTROL Pag. 62
DISPOSITIVO DECOiVTROL PAKA LA ADMINISTRACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
2.5.2.3. SUBRUTINA APAGAR
Su tarea consiste en apagar tanto los diodos leds como el display de 2 caracteres, se la
utiliza cuando de requiere modificar los datos de inicialización de HH:MM actuales y los
datos de HH:MM para el período de tiempo de la "hora pico".
2.5.3. SUBRUTINAS DE MANEJO DEL DISPLAY
Corresponde a los subprogramas que se utilizan para obtener el funcionamiento adecuado
del display, los mismos que se explican en las siguientes subrutinas.
2.5.3.1. SUBRUTINA DISPLAY
Su tarea consiste en mostrar los datos de HH:MM:SS en el display, la Hfí:MM de inicio y
la HH:MM de finalización de la "hora pico". La muestra de estos tres tipos de datos es
importante al momento de programar las versiones simplificadas del sistema electrónico, ya
que éstos dispositivos no dispondrán de display.
La subrutina inicia arrancando el TIMER que determina el tiempo de muestra de cada dato
en el display, seguidamente recupera el dato de RO (formato BCD) que es el que se va a
mostrar, mismo que se lo separa en decenas y unidades para luego formatearle con la
subrutina NUMERO para su visualización en el display.
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE CONTROL pa$. 63
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
Cada dato de hora, minutos y segundos tienen un tiempo de muestra de 2 segundos cada
uno y se muestran secuenciaimente, primero la hora, luego los minutos y finalmente los
segundos, es decir, mostrar la HH:MM:SS tiene aproximadamente un tiempo de duración
de 6 segundos. El tiempo de muestra de HH:MM de inicio / fin de la hora pico tiene una
duración de 4 segundos, repartidos equitativamente tanto para las horas como para los
minutos.
Un esquema que muestre el funcionamiento de esta subrutina se muestra en el diagrama de
flujo de la figura-2.29.-.
INICIO
ARRANCA EL T1MERRECUPERA EL VALOR DE RO
RO CONTIENE EL DATO A MOSTRARSE Y SE LO SEPARA ENDECENAS Y UNIDADES
SE FORMATEA EL DATO DE RO PARA MOSTRAR LASDECENAS CON LA AYUDA DE LA RUTINA NUMERO.
SE FORMATEA EL DATO DE RO PARA MOSTRAR LASUNIDADES CON LA AYUDA DE LA RUTINA NUMERO.
Figura -2.29.- Diagrama de flujo de la subnitina DISPLAY.
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE CONTROL Pag. 64
DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
2.5.3.2. SUBRUTINA TEMER
Es una subrutina de interrupción que se activa por sobrepasamiento del contador cuyo valor
de recarga asignado es F8H; valor que se carga en el registro T y proporciona un retardo de
aproximadamente 2 milisegundos.
2.5.3.3. SUBRUTINA NUMERO
Es la encargada de tomar el dato tanto de las decenas como de las unidades que se
encuentran en formato BCD y codificarlos en 7 segmentos para mostrarlos en el display a
través del pórtico 1. La codificación para cada segmento se muestra al final del programa
tanquel.asm.
2.5.3.4. SUBRUTINA RETARDO
Esta subrutina genera un retardo de tiempo equivalente a medio segundo utilizando una
secuencia de 131072 ciclos de máquina, obteniéndose el tiempo de retardo de la siguiente
manera:
'RETARDO
ÍRETARDO = (131072)(4,2^eg)
RETARDO
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE CONTROL Pag. 65
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA. ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
Al finalizar el capítulo cabe indicar que el programa que se ha explicado en los subcapítulos
anteriores corresponde a la versión completa y su nombre es TanquelcLasm.
El programa que corre en la versión simplificada del dispositivo de control, es el mismo que
se acaba de detallar con excepciones mínimas5, puesto que dicha versión tiene una
configuración de hardware distinta para acceso al reloj - calendario, tal como lo muestra la
figura -2.8.-. Además que el programa que corre en la versión simplificada no necesita de
subrutinas como la DISPLAY, NUMERO, y el proceso FUNCIÓN del programa principal.
5 El programa que corre en la versión simplificada es el Tanquelb,asm
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE CONTROL Pag. 66
RELOJ - CRLENDñRIO EN TIEMPO REAL
MICROCONTROLfíDOR
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONALFQCULTAD DE INGENIERÍA ELECTRICE
Ti ti e-CONTROL DE ENCENDIDO Y APAGADO DE TONQUES
A FIG -2,3.- CONEXIÓN DEL|Sh*at
KEuC - D512O2 |
IN2
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IN4
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IN6
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O2
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LED2 Prender
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R6 220
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Minuto*
JJLED6 Horas
ULN2003
SENñLIZfíCION Y MUESTRA DE DftTOSESCUELA POLITÉCNICA NACIONALFPCÜLTQO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
CONTROL DE ENCENDIDO Y APAGADO DE TANQUES
;iz« 3ocurr>«nt Nurrfaer RE
A "IC. -2.4.- SEÑALIZACIÓN Y MUESTRA D
MOC3O31 C115V«C3
RCOPLñMIENTO ÓPTICO
MICROCONTROLfiDOR
TRKJ, 2525AX200VU JP1
l fr*> *«1 S
¿,TANQUE
ON/OFF DEL TRNQUE
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONALFACULTAD pEJINGENIERIA ELECTRICE)
Tltl*CONTROL DE ENCENDIDO Y «PAGADO DE TflNOUES
lie Document Nurrt>«r Rí
A FIG -2,6.- CIRCUITO DE «CTIVflCXON
ate: ftpf-l.1 &, 1997|Shegt i oí
FUENTE DE PODER: VOLTRJE=5V, CORRIENTE=lñ
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONALFACULTAD DE IGENIERIA ELÉCTRICO
Titl*CONTROLftDOR DE ENCENDIDO Y fiPACODO DE IANOU
FIG -2.7- FUENTE DE PODER
Novgmber-11, !99&¡5h»gt
DS12O2
RELOJ EN TIEMPO REAL
MICROCONTROLfiDOR
MOC3Q31 C11SVOC3
ACOPLAMIENTO ÓPTICO
FUENTE DE + 5 V DC
ON/OFF DEL TANQUE
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONALFACULTOD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
riti»CONTROL DE ENCENDIDO Y APAGADO DE TONQUES
S FIC -2.8- VERSIÓN SIMPLIFICÓOS"Aionl.1 &. 199'7(SKeet~
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
CAPITULO 3.
PRUEBAS EXPERIMENTALES.
3.1. Equipos de registro.
3.2. Determinación de usuarios y prueba.
3.3. Resultados de uso sin el equipo de control.
3.4. Resultados de uso con el equipo de control.
CAPÍTULO 3. PRUEBAS EXPERIMENTALES.
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
CAPITULO 3.
3. PRUEBAS EXPERIMENTALES
3.1. EQUIPOS DE REGISTRO
Para la obtención de los datos de demanda media registrados cada 15 minutos en usuarios
residenciales se ha utilizado los equipos registradores del proyecto EPN - E.E.Q.S.A, los
mismos que han sido facilitados para el desarrollo del presente trabajo y que dentro de sus
opciones registran en tiempo real y cada 15 minutos datos de voltaje de la red, consumo en
Kwh/15 min., determinan hora de corte y regreso de la energía eléctrica. Estos equipos ya
han sido probados y han trabajado normalmente en distintas tareas, por lo que dan una
buena garantía y veracidad de la información que necesitamos para obtener la curva de
demanda diaria de cada usuario.
Los registradores utilizados son equipos híbridos constituidos por dos etapas tecnológicas
distintas, por una parte se componen de un contador electromecánico de energía trifásico y
por otra de un módulo electrónico-digital.
En cuanto a su primer componente, el contador electromecánico trifásico de energía activa,
es el encargado de contar el consumo total de energía eléctrica, éste equipo es muy similar a
CAPÍTULO 3. PRUEBAS EXPERIMENTALES Pag. 73
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
los contadores de energía comunes y corrientes que se instalan a nivel residencial o
industrial por parte de la empresa eléctrica; en el mismo se ha incorporado un
optoacoplador para que el contador actúe como el transductor, enviando pulsos a la parte
electrónica digital para su conteo y procesamiento.
El segundo componente del equipo de registro es de tecnología electrónica digital y es el
encargado de tomar los datos en tiempo real de voltaje, Kwh, hora de corte, etc., y
almacenarlos en una memoria no volátil. Los datos almacenados son transferidos mediante
una interfaz serial de norma RS-232C hacia un computador personal, en forma de archivo
tipo texto.
3.2 DETERMINACIÓN DE USUARIOS Y PRUEBA
Al iniciar la presente investigación, se definió el universo o población que va a ser objeto del
análisis. Se ha considerado como sector de estudio para la realización del muestreo una
zona urbana residencial de la ciudad de Quito.
Para la determinación de la población y su conformación precisa, se tomaron en cuenta las
siguientes consideraciones básicas, que definen el marco muestral del estudio propuesto:
1. El estudio se efectuará sólo en el sector residencial, tal como se ha planteado en
el alcance de este trabajo y en vista a la inconveniencia de realizar un control en
los sectores industrial y comercial.
CAPÍTULO 3. PRUEBAS EXPERfcfENTALES Pug. 74
DÍSPOSmVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DF. CARCAS ELÉCTRICAS
2. Dentro del sector residencial como es obvio se escogerán residencias que
dispongan de tanque eléctrico para el calentamiento de agua y que su uso
corresponda a una costumbre normal de la unidad familiar.
3. El tanque de calentamiento de agua no necesariamente debe estar funcionando las
24 horas del día, sino en el horario que el usuario esté acostumbrado a utilizarlo.
4. El escogitamiento de los usuarios a ser estudiados se lo ha realzado en forma
aleatoria, usuarios que desde luego, son parte del marco muestral previamente
definido.
De las consultas realizadas los estratos socioeconómicos que disponen de tanques de
calentamiento de agua corresponden a los estratos o nivel socioeconómico medio alto y
alto; es decir, aquellos sectores poblacionales residenciales que su consumo de energía
mensual es mayor a los 300 Kwh.
3.21. EL MÜESTREO COMO MÉTODO PARA INVESTIGACIÓN DE LA CARGA
Para efectos del presente estudio, se ha adoptado el muestreo como el método científico
más apropiado, ya que permite obtener resultados concretos del estudio, con bastante
CAPÍTULO 3. PRUEBAS EXPERIMENTALES Pag. 75
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
precisión en tiempos reducidos y sobre todo bajos costos, ésta última cualidad es de
fundamental importancia que se tome en cuenta en todo proceso investigativo.
Entre las ventajas de realizar el presente estudio a través del muestreo se mencionan las
siguientes:
1. Simplifica enormemente el estudio, ya que permite maniobrar con un reducido
número de usuarios.
2. Se puede llegar a resultados concretos en un reducido período de tiempo, dando un
buen nivel de confiabilidad de sus resultados en comparación a un estudio de toda la
población.
3. Como consecuencia de la dos ventajas anteriores, con el muestreo se obtiene una
reducción en los costos del estudio, ya que demandará para la investigación un
reducido número de recursos humanos y técnicos comparados con la realización de
una investigación que considere a todo el universo.
4. Puesto que nuestro estudio contempla el trabajo con un pequeño número de
usuarios, se facilita la realización de verificaciones y controles continuos en todas las
etapas de la investigación.
5. El muestreo aquí realizado facilita el desarrollo de la investigación, considerando los
pocos equipos disponibles para la toma de datos y los recursos económicos
CAPÍTULO 3. PRUEBAS EXPER MENTA LES Pag. 76
oí5posrnvo DE CONTROL PARA. LA. ADMINISTRACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
limitados programados que tiene el investigador para la realización de una Tesis de
Grado de éstas características.
De entre las limitaciones encontradas en la realización del muestreo, se mencionan las
siguientes:
1. La investigación por unidad de muestra es bastante costosa, ya que se necesita
disponer de un equipo de registro y un dispositivo de control de carga y los
correspondientes recursos para almacenar información y presentación de resultados.
Pues, con los reducidos equipos disponibles para el estudio sería necesario un largo
tiempo para realizar un muestreo más amplio del aquí desarrollado; de ahí la
principal razón para tomar un reducido espacio muestral en el presente estudio. Por
lo que para estudios más amplios, se requerirá un amplio presupuesto y numerosos
recursos humanos y técnicos.
2. Una situación muy importante que se debe tomar en cuenta, es la falta de
cooperación de los usuarios a ser investigados, este se convierte en un inconveniente
para el tipo de muestreo realizado, ya sea por ignorancia de los objetivos a cumplirse
o por la incomodidad que le causarían los equipos instalados, lo cual redunda en un
estudio muy complejo en cuanto a su toma de datos.
3.22. INSTALACIÓN DEL EQUIPO Y TOMA DE DATOS
CAPmtLO 3. PRUEBAS EXPERIMENTALES Pag. 77
DISPOSITIVO DECOXTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
Una vez definido el marco muestral y en base a las facilidades que se encontraron por parte
de los usuarios que sí aceptaron la instalación de los equipos; se definió el siguiente
procedimiento como el más adecuado para la toma de muestras del consumo de energía:
1. Instalación del equipo de registro para la toma de datos, misma que se la debe
realizar como se muestra en la figura -3.1.- en forma de diagrama de bloques; sin
embargo, cabe indicar que en los lugares donde se hicieron las pruebas se
encontraban instalados contadores electromecánicos de dos fases, por lo tanto no
se utilizó la Fase T de los registradores.
RS
r*
CONTADOlELECTROMECÁNICt
•?
)
R
S
¿V
EQUIPODEREGISTRO
R
S
NCARGA
Figura -3.L- Forma de instalación del equipo de registro
2. Programación del equipo de registro con la fecha y hora actualizadas.
3. Lectura de datos en forma regular para comprobar el funcionamiento normal del
equipo de registro.
CAPrrULO3. PRUEBAS EXPERIMENTALES Pug. 78
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
Los pasos 2 y 3 indicados se los puede realizar con ayuda del programa de comunicaciones
desarrollado para los propósitos del proyecto EPN-E.E.Q.S.A antes señalado.
Se instalaron seis equipos de control en otros tantos usuarios residenciales, para la toma de
datos y se obtuvieron las lecturas de las demandas correspondientes a 10 - 15 días sin el
dispositivo de control de carga instalado. Seguidamente por el mismo lapso se tomaron
lecturas de las demandas pero con los dispositivos de control de carga ya instalados y
funcionando perfectamente. Los resultados obtenidos en cada uno de los procesos fueron
los que se describen en los siguientes subcapítulos y cuyas curvas son las que se presentan
en el anexo A.
3.23. PRUEBAS DE INSTALACIÓN DEL DISPOSITIVO DE CONTROL
Antes de proceder a la instalación del dispositivo de control de carga, se hizo necesario
realizar el siguiente protocolo de pruebas al equipo, con el fin de asegurar un trabajo normal
del mismo antes de ser sometido al control durante largos períodos de tiempo fijados para el
estudio.
Los distintas pruebas que se realizarán al equipo de control son las que se detallan a
continuación.
CAPÍTULO 3. PRUEBAS EXPERIMENTALES Pag. 79
D/SPO5fnVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
• Instalarle junto a un tanque termostato en la forma como se describe en el
Manual del usuario y determinar las problemas y facilidades de su instalación, de
tal manera que no altere mayormente el espacio físico y las actividades normales
de los usuarios.
• Programar el dispositivo de tal manera que encienda y apague el tanque de agua
caliente en forma alternada y en períodos de cinco minutos de duración tanto para
el encendido como para el apagado.
• Proceder aleatoriamente a cortar y reconectar el servicio eléctrico en la residencia
en que se realice esta prueba, con el fin de observar el comportamiento del
dispositivo frente a cambios bruscos de la energía eléctrica; es decir, observar si
dichos cambios afectan a la fuente regulada del dispositivo, si se afecta o no los
datos almacenados en el reloj-calendario, el comportamiento del triac y demás
componentes que integran el dispositivo.
• Esta prueba de instalación sirve además para determinar toda la logística
requerida, como puede ser la longitud de los cables eléctricos que se necesitaran
y aspectos concernientes a la conexión del dispositivo de control al tanque de
agua caliente.
• Se procederá también a reprogramar el encendido del tanque de calentamiento de
agua en prueba, durante un período continuo de 24 horas y de esta forma
determinar el grado de recalentamiento del dispositivo de control.
CAPÍTULO 3. PRUEBAS EXPERMENTALES Pag, SO
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LAADMWÍSTRACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
Luego de haber analizado detenidamente las pruebas efectuadas al dispositivo se realizaron
pequeños cambios tanto en el hardware como en el software del dispositivo de control de
carga.
Entre los cambios más importantes se destacan los siguientes:
1. Colocar en la parte externa del dispositivo un par de leds que indiquen dos datos
importantes para el investigador: el primer dato consiste en mostrar mediante un
led si el reloj-calendario y el microcontrolador están acoplados perfectamente,
para lo cual el led se encenderá y apagará en lapsos de un segundo en forma
permanente mientras se mantenga energizado el dispositivo. El otro led servirá
para saber si el tanque de agua calienta se encuentra energizado (ON) o
desconetado (OFF).
2. Modificar el programa Tanque Ib.asm para que el dispositivo cumpla con las
funciones descritas en el numeral anterior.
3. Extender la longitud de los cables para alcanzar las tomas de energía bordeando
el espacio físico para no causar molestias al usuario.
3.3. RESULTADOS DE USO SIN EL EQUIPO DE CONTROL
CAPÍTULO 3. PRUEBAS EXPERIMENTALES Pag. 81
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMfWSTRAClÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
La obtención de los resultados y la interpretación de los mismos, corresponde a la siguiente
fase del presente estudio luego de la toma de datos de cada usuario investigado. Es este
tramo del estudio se analizan los resultados obtenidos del comportamiento de la curva de
demanda, resultados que obedecen a la forma y tiempo de consumo de la energía eléctrica
sín utilizar el dispositivo de control de carga.
Los datos del comportamiento de la curva de demanda corresponden a un archivo tipo texto
que se obtiene en el computador al transferir la información almacenada en el equipo de
registro. El archivo en referencia que contiene la información registrada, como ejemplo, se
presenta en la Tabla -3.1.-, sus datos se explican en detalle a continuación.
El archivo que se ha tomado como referencia es al que se lo denominó dato02Q.prn el cual
contiene las lecturas realizadas en la instalación de un usuario residencial al mismo que por
facilidad se le ha denominado DEPARTAMENTO L La información de la que se compone
este archivo es la que se explica a continuación, y que corresponde a los siguientes datos:
Encabezado:
Corresponden a los datos de identificación de la etapa de registro, y que tienen el
siguiente significado:
Estrato, se tiene este parámetro puesto que se utilizó el programa de
comunicaciones del proyecto EPN-E.E.Q.S.A en el mismo que para su estudio se
definen varios estratos de consumo. En este archivo se define el estrato en que se
CAPÍTULO 3. PRUEBAS EXPERIMENTALES Pug. 82
DLSPOsrnvo DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
está realizando la medición; para el presente trabajo se definió un sólo estrato de
medición.
Número de código, corresponde a un valor que permite distinguir los diferentes
archivos que se van creando en el computador al ir transfiriendo la información
desde el equipo de registro.
Número de serie, representa el número de identificación del equipo de registro
usado.
Fecha y hora de programación., corresponde a la fecha y hora en que se realiza la
programación del equipo de registro, es a partir de ese momento en que se inicia el
trabajo general del equipo.
Fecha y hora de inicio de la toma de datos, corresponde a un instante después en
que se ha programado el medidor y que coincide con uno los cuatro tiempos de
toma de datos que existen (0,15,30 y 45 minutos) dentro de cada hora durante el
día.
Fecha y hora de la primera lectura, representa la fecha y hora en que se realiza la
primera transferencia de datos del registro al computador y permite observar las
lecturas iniciales captadas por el medidor. Generalmente la primera lectura se la
realiza instantes después de programado el registrador con el fin de observar su
normal comportamiento de trabajo.
CAPÍTULO 3, PRUEBAS EXPERIMENTALES Pag. 83
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA A DMINÍSTRAC1ÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
Fecha y hora de la última lectura, representa la fecha y hora de la última
transferencia de datos del equipo de registro al computador personal.
Primera columna:
Constituye un carácter indicativo que depende del estado de la toma de datos; y a su
vez ayuda a conocer el estado de registro; donde N representa lectura normal, C
corte de energía y finalmente R que significa regreso del fluido eléctrico.
Segunda columna:
Muestra la fecha y hora en la que se guardan los distintos valores medidos por el
equipo de registro.
Tercera columna ( @ Act):
Contiene la información del consumo de energía activa en Kwh, correspondiente a
los últimos 15 minutos.
Cuarta columna ( @ Reac ):
Muestra el valor de la energía reactiva, que en nuestro caso es un dato sin
importancia, ya que no es relevante para el presente estudio.
Quinta columna ( Volt):
CAPÍTULO 3. PRUEBAS EXPERIfrIENTALES Pag. S4
D/SPOSmVO DE CONTROL PARA. f-A ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
Muestra el valor de voltaje entre una de las fases y el neutro, este dato no reviste
importancia para efectos del cálculo de la curva de demanda y el objetivo de
establecer si se consigue un ahorro de energía, que es el propósito de este trabajo.
La sexta y séptima columna no son importantes ya que muestran información de la fecha y
hora de inicio y terminación de un corte de energía.
En resumen, los datos registrados que sirven para determinar la curva de demanda del
usuario en estudio, son los correspondientes a las columnas 2 (fecha y hora) y 3 (consumo
en Kwh o energía activa).
El archivo dato02Q.prn que se muestra en la Tabla -3.1- está resumido hasta el último dato
tomado del día jueves 19 de diciembre de 1996, ya que como ejemplo para realizar el
gráfico de la curva de demanda, se utilizará la información de un día completo.
ARCHIVO DATO020.PRN
ESTRATO: 1^CÓDIGO: 020ASERIE: ODEP#nc: 5Programación: 16/12/96 11:54Inicialización: 16/12/96 12:00Primera Lectura: 16/12/96 12:16Ultima Lectura: 28/12/96 08:15
"Cod Fecha Hora (5>.Act @y.Reac
N 18/12/96 23:30 0.56 __ 121.09N 18/12/9623:45 1.10 _ 121.72N 19/12/9600:00 1.14 120.15
CAPÍTULOS. PRUEBAS EXPERMENTALES Pav. 85o
DÍSPOSmVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN
19/12/9600:1519/12/96 00:3019/12/9600:4519/12/9601:0019/12/9601:1519/12/9601:3019/12/9601:4519/12/9602:0019/12/9602:1519/12/96 02:3019/12/9602:4519/12/9603:0019/12/9603:1519/12/9603:3019/12/9603:4519/12/96 04:0019/12/9604:1519/12/96 04:3019/12/9604:4519/12/96 05:0019/12/9605:1519/12/9605:3019/12/9605:4519/12/96 06:0019/12/9606:1519/12/9606:3019/12/96 06:4519/12/96 07:0019/12/9607:1519/12/9607:3019/12/9607:4519/12/9608:0019/12/9608:1519/12/9608:3019/12/9608:4519/12/9609:0019/12/9609:1519/12/9609:3019/12/9609:4519/12/96 10:0019/12/96 10:1519/12/96 10:3019/12/96 10:4519/12/96 11:0019/12/96 11:1519/12/96 11:3019/12/96 11:4519/12/96 12:00
1.130.951.141.040.800.300.180.190.160.210.320.200.270.280.090.260.210.230.210.210.150.260.150.330.230.350.520.410.170.450.250.390.370.430.290.340.140.390.500.480.490.460.420.130.320.090.340.76
118.89121.40119.68120.62122.34122.34122.03121.72122.19122.97122.50122.81120.77121.40122.81122.66121.72122.34121.25120.46121.72"123.13119.83119.83120.62119.21119.52122.34118.26117.32122.34119.99119.99121.56121.72118.74120.77119.83119.36119.99118.42119.83118.11117.79120.46120.15121.40120.30
CAPÍTULO 3. PRUEBAS EXPER MENTAL ES Pag. 86
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN
19/12/96 12:1519/12/96 12:3019/12/96 12:4519/12/96 13:0019/12/96 13:1519/12/96 13:3019/12/96 13:4519/12/96 14:0019/12/96 14:1519/12/96 14:3019/12/96 14:4519/12/96 15:0019/12/96 15:1519/12/96 15:3019/12/96 15:4519/12/96 16:0019/12/9616:1519/12/96 16:3019/12/96 16:4519/12/96 17:0019/12/96 17:1519/12/96 17:3019/12/96 17:4519/12/96 18:0019/12/96 18:1519/12/96 18:3019/12/96 18:4519/12/96 19:0019/12/96 19:1519/12/96 19:3019/12/96 19:4519/12/9620:0019/12/9620:1519/12/9620:3019/12/9620:4519/12/96 21:0019/12/9621:1519/12/9621:3019/12/9621:4519/12/9622:0019/12/9622:1519/12/9622:3019/12/9622:4519/12/9623:0019/12/9623:1519/12/9623:3019/12/9623:4520/12/96 00:00
1.091.001.041.191.231.361.461.391.220.590.540.520.530.530.540.550.560.390.580.550.420.220.400.170.370.240.220.560.961.160.740.540.420.240.330.260.310.300.410.250.220.260.300.380.270.271.081.15
120.46119.83121.40121.72120.30118.26119.36121.72121.40121.40119.21119.68118.74119.99120.77119.52119.52118.42120.46119.99120.46119.05119.99121.25119.83118.26119.21119.99120.15120.30120.30120.46117.95119.52117.17121.40117.64120.46120.15118.42119.83119.83121.72122.97124.07122.03122.19120.77
CAPÍTULO 3. PRUEBAS EXPERÍMENTALES Pag. 87
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA. ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
N 20/12/9600:15 1.24 _ 119.68N 20/12/9600:30 1.15 _ 119.68N 20/12/9600:45 0.55 121.25
Tabla -3. L- Información del Archivo datoQ2Q.pm
Los resultados de energía activa registrados se convierten en demanda multiplicando a los
datos de energía que están en Kwh por el factor 4l, para así obtener el valor de la demanda
por cada 15 minutos. Con éstos nuevos datos de demanda se realiza un gráfico como el que
se muestra a continuación en la figura - 3.2.-., mismo que es mucho más fácil de ser
analizado e interpretado que el listado de una tabla.
Se ha considerado oportuno incluir en los gráficos como el de la figura -3.2.- al final de este
capítulo el comportamiento de la tendencia de la demanda media durante las 24 horas del
día, este nuevo dato nos servirá para observar el comportamiento de la demanda cuando no
se utilice el control de carga y cuando se utilice al dispositivo para este control en la
instalación del usuario residencial, objeto de la investigación.
La demanda media o demanda promedio se obtiene del gráfico, observando el dato de la
tendencia de la demanda media a las 12hOO, ya que la línea recta que representa el
comportamiento de la tendencia de la demanda media se extiende desde un valor mínimo
(máximo) en un extremo del gráfico, hasta un valor máximo (mínimo) en el otro extremo,
1 Demanda = Energía (Kwh) / tiempo (15 minutos) = 4 * Energía (K\v).CAPÍTULO 3. PRUEBAS EXPERIMENTALES Pug. 88
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
de ahí que, la demanda media o promedio se expresa matemáticamente mediante la siguiente
ecuación:
Demanda^ = Demanda-^ + Demanda^ (ecuadón 3.1}
Para el ejemplo, del caso que nos ocupa, tal como se muestra en la figura -3.2.- la demanda
media tiene una tendencia al crecimiento a medida que avanzan las horas del día,
registrándose su valor mínimo de 1,9 Kw a las OOhOO y su valor máximo de 2,1 Kw a las
24hOO. Donde la demanda media o promedio aplicando la fórmula de la ecuación 3.1. será:
Demanda^
Si se observa en el gráfico el valor de la tendencia de la demanda a las 12hOO es
exactamente igual al que se ha obtenido de la fórmula matemática.
A continuación se realizará un análisis de la curva de demanda de cada uno de los usuarios
residenciales que se definieron y a los que en este trabajo se los denomina departamentos,
tomando como referencia las curvas de demanda obtenidas durante los días en que se
realizó el registro de datos con los equipos antes mencionados.
CAPÍTULO 3. PRUEBAS EXPERIMENTALES Pag. 89
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMÍNISTRACION DE CARGAS ELÉCTRICAS
Para una mejor comprensión del análisis, referirse a los gráficos obtenidos en las diferentes
pruebas realizadas para 6 usuarios residenciales objeto del presente estudio, gráficos que
muestran en el anexo A.
DEPARTAMENTO 1
• Los picos máximos de demanda .diaria se encuentran entre 4,6 y 6,3 Kw los
cuales se producen con más regularidad alrededor de las 12hOO y dentro de la
hora pico entre las 16h30 y las 21hOO.
• Se puede establecer que durante todos los días de los registros realizados existe
una tendencia al crecimiento de la demanda media, a medida que avanza el día. El
incremento de la tendencia de la demanda media diaria entre un extremo y otro
fluctúa entre 0,25 y 3 Kw. Es decir, hay días en que existe una marcada tendencia
a utilizar la energía eléctrica a medida que avanza el día, llegando a tal punto que
dicho incremento es de 3 Kw, mientras que en otros días el incremento del
consumo de energía eléctrica es relativamente pequeño; pero que en todo caso
siempre es creciente y que se ajusta al comportamiento de cualquier usuario
normal.
• Se puede establecer, de las curvas en referencia, que no existe una marcada
diferencia entre el valor de los picos máximos generados en días normales y los
de los fines de semana.
CAPÍTULO 3. PRUEBAS EXPERlfrfENTALES Pag. 90
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA. ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
• Se puede observar además, que el consumo de energía es más sostenido en la
tarde y noche, ya que existe una mayor área bajo la curva, que se manifiesta
desde la primeras horas de la tarde hasta avanzadas horas de la noche; situación
esperada para todos los usuarios.
• La demanda promedio se encuentra alrededor del valor 1,5 Kw.
De acuerdo con los resultados obtenidos, el control de la curva de demanda para este caso,
sería recomendable que se lo realice sólo para el consumo durante la hora pico, que es
cuando efectivamente se estaría dando una solución al sistema eléctrico y con una adecuada
campaña de educación e incentivos, puede ser aceptada en forma permanente por los
usuarios.
DEPARTAMENTO 2
* Para este caso y de acuerdo a los gráficos del anexo, los picos máximos de
demanda diaria se encuentran entre 1,8 y 8,1 Kw los cuales se producen con más
regularidad entre las lOhOO y 12hOO y dentro de la hora pico entre las 16h30 y las
21hOO. Los picos tienen una duración de entre 30 y 45 minutos.
* En base a las curvas en mención, se puede observar que en todos los días de
prueba existe una tendencia al crecimiento de la demanda media a medida que
CAPÍTULO 3. PRUEBAS EXPERIMENTALES Pag. 91
DISPOSITIVO pe CONTROL PARA LAADMINTSTRACÍÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
avanza el día. Este incremento de la tendencia de la demanda media diaria entre
un extremo y otro fluctúa entre 0,1 y 2,5 Kw. Por tanto, hay días en que existe
una marcada tendencia a utilizar la energía eléctrica a medida que avanza el día,
mientras que en oíros días el incremento del consumo de energía eléctrica es
relativamente pequeño y casi se mantiene permanente,
• De acuerdo con los datos obtenidos, no existe una clara diferencia entre el valor
de los picos máximos generados en días normales y fines de semana.
• Las curvas señaladas, denotan que el consumo de energía es más sostenido en la
tarde y noche, pues existe una mayor área bajo la curva, que se manifiesta desde
la primeras horas de la tarde hasta avanzadas horas de la noche. En la mañana los
picos de demanda tiene duraciones cortas.
• La demanda promedio para este segundo usuario se encuentra aproximadamente
en 1 Kw.
DEPARTAMENTO 3
• Tomando como referencia la curvas correspondientes a este usuario en estudio,
se puede establecer que los picos máximos de demanda diaria se encuentran entre
2,7 y 7,0 Kw los cuales se producen con más regularidad entre las OóhOO y lOhOO
CAPÍTULO 3. PRUEBAS EXPERIMENTALES Pag. 92
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
y dentro de la hora pico entre las 1SH30 y las 21hOO en días normales. Los píeos
tienen una duración de entre 30 y 45 minutos.
• Los datos obtenidos muestran que en todos los días de prueba existe una
tendencia al crecimiento de la demanda media a medida que avanza el día. El
incremento de la tendencia de la demanda media diaria entre un extremo y otro
fluctúa entre 0,2 y 2,6 Kw. Es decir, hay días en que existe una mayor tendencia a
utilizar la energía eléctrica a medida que avanza el día, mientras que en otros días
el incremento del consumo de energía eléctrica es relativamente pequeño
manteniéndose casi permanente.
• Las curvas correspondientes a este usuario, muestran la existencia de una clara
diferencia entre la hora de ocurrencia de los picos en los fines de semana, los que
se manifiestan entre las 12hOO y 15hOO, sus valores son parecidos a los picos
generados en días normales, excepto cuando ha habido un regreso del corte del
fluido eléctrico, situación en la que los picos son mucho mayores que el resto.
• El consumo de energía eléctrica es más sostenido a medida que avanza la tarde y
noche, lo que se manifiesta en una mayor área bajo la curva de demanda. En la
mañana los picos de demanda tiene duraciones cortas, sobresaliendo el que
ocurre casi todos los días normales a las 7hOO.
• La demanda promedio fluctúa alrededor del valor 1,2 Kw.
CAPÍTULO 3. PRUEBAS EXPERIMENTALES Pag. 93
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA. ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
DEPARTAMENTO 4
• Los picos máximos de demanda diaria se encuentran entre 0,8 y 5,0 Kw mismos
que se producen con más regularidad entre las 07hOO y 12hOO y dentro de la hora
pico entre las 18h30 y las 21hOO en días normales. Los picos tienen una duración
entre 30 y 45 minutos.
• Los resultados obtenidos en este caso, muestran que en algunos días existe una
tendencia al crecimiento de la tendencia de la demanda media a medida que
avanza el día, mientras que en otros sucede lo contrario. El incremento o
decremento de la tendencia de la demanda media diaria entre un extremo y otro
fluctúa entre 0,2 y 0,8 Kw; resultados que permiten afirmar que hay una
tendencia a utilizar la energía eléctrica en cantidades constantes a medida que
avanza el día.
• La demanda promedio diaria para este usuario en estudio, se encuentra alrededor
de 0,5 Kw, por lo que se puede concluir que el consumo de energía de este
departamento es relativamente bajo.
DEPARTAMENTO 5
CAPÍTULO 3. PRUEBAS EXPERIMENTALES Pag. 94
DISPOSITIVO DE CONTROL PARALA ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
• Los picos máximos de demanda diaria se encuentran entre 0,6 y 4,2 Kw los
cuales se producen con regularidad entre las l lhOO y 13hOO y dentro de la hora
pico del sistema entre las 16h30 y las 21hOO.
• De las curvas correspondientes se puede observar que, en todos los días de
prueba existe una tendencia al crecimiento de la demanda media a medida que
avanza el día, con una qxcepción. El incremento de la tendencia de la demanda
media diaria entre un extremo y otro fluctúa entre -0,1 y 2,5 Kw. Por tanto, hay
días en que existe una tendencia a utilizar en cantidades constantes la energía
eléctrica a medida que avanza el día.
• Además se puede concluir que, no existe una amplia diferencia entre el valor de
los picos máximos generados en días normales y fines de semana.
• Las curvas reflejan también que el consumo de energía es más sostenido en la
tarde y noche, lo que se demuestra al existir una mayor área bajo la curva en ese
horario. En la mañana los picos de demanda tiene duraciones cortas.
• La demanda media se encuentra aproximadamente en 0,6 Kw, lo que demuestra
que el promedio de uso de la energía eléctrica es relativamente bajo en
comparación con los otros usuarios tomados como muestra para este estudio.
DEPARTAMENTO 6
CAPÍTULO 3. PRUEBAS EXPERIMENTALES Pug. 95
DÍSPOSmVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
• De las curvas correspondiente a este usuario, se puede concluir que los picos
máximos de demanda diaria se encuentran entre 6,4 y 3,4 Kw, los cuales se
producen con regularidad entre las 8 y lOhOO, 13hOO y 15hOO y dentro de la hora
pico entre las 16h30 y las 21hOO. Los picos tienen una duración de entre 30 y 45
minutos. Cabe indicar que en ciertas horas del día no se utiliza la energía, de ahí
que la curva de demanda tenga una forma de picos, en un número de 3 a 4 en
todo el día.
• Se muestra que en todos los días de prueba existe una tendencia al crecimiento de
la demanda media a medida que avanza el día. El incremento de la tendencia de la
demanda media diaria entre un extremo y otro fluctúa entre 0,1 y 0,5 Kw. Es
decir, con excepción de algunos días, existe la tendencia a utilizar la energía
eléctrica en valores constantes durante todo el. día. Repentinamente se manifiesta
un decrecimiento de la tendencia de la demanda.
• Se nota además, que no existe una marcada diferencia entre el valor de los picos
máximos generados en días normales y fines de semana.
• Se concluye también que los picos generados en la mañana tarde y noche tienen
una corta duración y la demanda promedio se encuentra alrededor del valor 0.5
Kw.
CAPÍTULO 3. PRUEBAS EXPERIMENTALES Pug. 96
DISPOSITIVO DE CONTROL PA RA LAADMMISTRACION DE CARCAS ELÉCTRICAS
Una característica general de las curvas de demanda obtenidas es la notoria manifestación
de un crecimiento importante en el uso de la energía eléctrica después de un corte de
algunas horas realizado por la empresa eléctrica, en determinados casos los picos máximos
se generan en los primeros 30 y 45 minutos después de recuperarse el fluido normal de
energía y superan fácilmente a los picos que se producen en las denominadas "horas pico".
3.4. RESULTADOS DE USO CON EL EQUIPO DE CONTROL
Corresponde a una de las últimas etapas del estudio realizado, aquí se analizarán los
comportamientos de la curva de demanda de cada usuario, pero con el dispositivo de
control de carga instalado y funcionando de acuerdo a los parámetros de tiempo
previamente fijados y explicados anteriormente.
Similarmente al proceso anterior, para granear las curvas de demanda con control de carga,
el primer paso es la obtención de los datos almacenados en los equipos de registro mediante
la transferencia de dicha información de cada registro a un computador personal, cabe
indicar que al igual que en el caso en que se realizan las mediciones sin control de carga, la
información registrada corresponden a datos de las mismas magnitudes eléctricas definidas
al inicio del subcapítulo anterior organizadas en archivos tipo texto.
Con el fin de mostrar una curva de demanda de un usuario en el que se ha instalado el
dispositivo de control de carga, se ha seleccionado un conjunto de mediciones
CAPÍTULO 3, PRUEBAS EXPERIMENTALES Pag. 97
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
correspondientes al jueves 13 de marzo de 1997 registradas por un el mismo usuario en
estudio escogido en el subcapítulo anterior denominado DEPARTAMENTO 1.
El archivo de datos tiene el mismo nombre anterior, es decir, datoQ2Q.pm y se muestra en
forma resumida en la Tabla -3.3- los datos corresponden a las mediciones tomadas el día
jueves 13 de marzo de 1997, mismos que servirán como ejemplo para realizar el gráfico de
la curva de demanda.
ARCHIVO DATO020.PRN
ESTRATO: 1#CODIGO: 020#SERJE: ODEP1#nc: 5Programación: 17/02/97 17:26Inicialización: 17/02/97 17:25Primera Lectura: 17/02/97 17:26Ultima Lectura: 20/03/97 16:30
"Cod Fecha Hora @.Act @.Reac Volt Cod Fecha Hora
NNNNNNNNNNNNNNNN
12/03/9723:1512/03/9723:3012/03/9723:4513/03/97 00:0013/03/9700:1513/03/97 00:3013/03/97 00:4513/03/9701:0013/03/9701:1513/03/9701:3013/03/9701:4513/03/97 02:0013/03/9702:1513/03/97 02:3013/03/97 02:4513/03/9703:00
0.290.420.280.290.320.460.330.680.850.350.290.140.220.140.200.41
119.99119.05120.62122.03119.05121.56120.93120.77120.46119.21120.93122.66121.72121.40121.25120.93
CA PITULO 3. PRUEBAS EXPERIMENTALES Pag, 98
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
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13/03/9703:1513/03/9703:3013/03/9703:4513/03/97 04:0013/03/9704:1513/03/9704:3013/03/9704:4513/03/97 05:0013/03/9705:1513/03/9705:3013/03/9705:4513/03/97 06:0013/03/9706:1513/03/9706:3013/03/97 06:4513/03/97 07:0013/03/9707:1513/03/9707:3013/03/97 07:4513/03/97 08:0013/03/9708:1513/03/97 08:3013/03/97 08:4513/03/97 09:0013/03/9709:1513/03/97 09:3013/03/97 09:4513/03/97 10:0013/03/9710:1513/03/97 10:3013/03/97 10:4513/03/97 11:0013/03/97 11:1513/03/97 11:3013/03/9711:4513/03/97 12:0013/03/97 12:1513/03/97 12:3013/03/97 12:4513/03/97 13:0013/03/9713:1513/03/97 13:3013/03/97 13:4513/03/97 14:0013/03/97 14:1513/03/97 14:3013/03/97 14:4513/03/97 15:00
1.101.320.710.420.290.330.160.190.200.140.170.310.250.290.460.280.150.320.250.400.250.250.350.180.200.390.180.140.120.250.340.500.500.440.470.490.530.510.660.740.590.510.630.650.580.490.811.11
121.72121.25121.40121.56120.15120.46120.30119.36119.36118.89119.83120.15119.05117.17118.89
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CAPITULO 3. PRUEBAS EXPERIMENTALES pag. 99
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
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1.011.371.421.401.28
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116.54116.38117.79119.36118.42118.42117.95118.26119.68121.25120.30119.52118.26115.13117.01118.89117.17117.17117.17117.17117.95119.21118.11118.42118.11120.46119.05118.89120.62121.40120.15115.91119.52120.15119.21121.40122.03
Tabla -3.3.-información del Archivo dato020.pm
CAPÍTULOS. PRUEBAS EXPERIMENTALES Pag. 700
DÍSPOS/TÍVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
Los resultados de energía activa registrados se convierten en demanda multiplicando a los
datos de energía que están en Kwh por el factor 4, para así obtener el valor de la demanda
por cada 15 minutos. Con éstos nuevos datos de demanda se realiza un gráfico como el que
se muestra a continuación en la figura - 3.3.-., mismo que es mucho más fácil de ser
analizado e interpretado que el listado como el que se presenta en la Tabla -.3.3.-.
Se ha incluido también en los gráficos como el de la figura -3.3.- que se presenta al final del
capítulo el comportamiento de la tendencia de la demanda media durante las 24 horas del
día, este nuevo dato nos servirá para observar el comportamiento de la demanda y
compararlo con el caso tratado en el subcapítulo anterior.
Para el ejemplo, del caso que nos ocupa, tal como se muestra en la figura -3.3.- la demanda
media tiene una tendencia al crecimiento a medida que avanzan las horas del día,
registrándose su valor mínimo de 1,5 Kw a las OOhOO y su valor máximo de 2,0 Kw a las
23h45. Donde la demanda media o promedio aplicando la fórmula de la ecuación 3.1. será:
Demandameá¡a = \J5Kw
Si se observa en el gráfico el valor de la tendencia de la demanda a las 12hOO es
exactamente igual al que se ha obtenido de la fórmula matemática.
Como siguiente paso del análisis de las curvas de demanda, se realizará un análisis de dichas
curvas para algunos de los usuarios residenciales que se definieron anteriormente y a los que
CAPÍTULO 3. PRUEBAS EXPERIAÍENTALES Pug. 101
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
en este trabajo se los denomina departamentos. Para realizar el análisis se toma como
referencia los gráficos de las curvas de demanda obtenidas durante los días en que se realizó
el registro de datos con los equipos antes mencionados, los gráficos se muestran en el anexo
A del presente trabajo.
DEPARTAMENTO 1
• Los picos máximos de demanda diaria se encuentran entre 5,5 y 7,3 Kw los
cuales se producen con más regularidad entre las 14hOO y 18hOO. Cabe indicar
que los picos máximos ya no se encuentran dentro de la hora pico en que se
realiza el control, esto es entre las 16h30 y las 21hOO.
• Se mantiene la tendencia al crecimiento de la demanda media, a medida que
avanza el día. El incremento de la tendencia de la demanda media diaria entre un
extremo y otro fluctúa entre 1,0 y 3,4 Kw. Es decir, hay días en que existe una
marcada tendencia a utilizar la energía eléctrica a medida que avanza el día,
llegando a tal punto que dicho incremento es de 1,5 Kw, que resulta ser la mitad
del registrado sin el control de carga. Existe otros días en que el incremento del
consumo de energía eléctrica es relativamente pequeño.
• Se puede establecer, de las curvas de demanda, que no existe mucha diferencia
entre el valor de los picos máximos generados en días normales y los de los fines
de semana.
CAPÍTULO 3. PRUEBAS EXPERIMENTALES Pag. 102
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
• Se puede observar además, que el consumo de energía es más sostenido entre las
12hOO y IShOO por la tarde y sobre las 21hOO por la noche, demostrándose así la
efectividad de utilizar el dispositivo de control para evitar altos consumos de
energía en la hora pico nocturna.
• La demanda promedio se encuentra alrededor del valor 2,0 Kw, que si bien es un
valor superior al primer caso2, la pendiente de la línea de la tendencia de la
demanda media se ha reducido en este segundo caso3.
De acuerdo con los resultados obtenidos, se demuestra claramente la efectividad del
dispositivo de control de carga en éste usuario en estudio, ya que los valores máximos de
demanda no se encuentran dentro de la hora pico; por lo tanto para este caso individual el
uso del dispositivo de control aporta sustancialmente a disminuir el pico de la curva de
demanda del sistema eléctrico.
DEPARTAMENTO 2
Para este caso y de acuerdo a los gráficos del anexo A, los picos máximos de
demanda diaria se encuentran entre 3,3 y 9,5 Kw los cuales se producen con más
regularidad entre las OShOO y lóhOO y fuera de la hora pico a partir de las 21hOO
" Curvas de demanda sin control de carga.3 Curvas de demanda con control de carga.CAPÍTULO 3, PRUEBAS EXPERIMENTALES Pag. 103
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
en adelante, aunque también existen píeos de menor valor en el rango de la hora
pico. En general se puede afirmar que se han desplazado los picos máximos de
demanda fuera de la hora pico, tal como era lo esperado.
• En base a las curvas en mención, se puede observar que en todos los días de
prueba existe una tendencia al crecimiento de la demanda media a medida que
avanza el día pero de menor valor que en el primer caso (sin el control de carga).
Este incremento de la tendencia de la demanda media diaria entre un extremo y
otro fluctúa entre 0,4 y 2,0 Kw, valores que resultan menores que el primer caso.
Resumiendo se puede afirmar que la tendencia a utilizar la energía eléctrica a
medida que avanza el día tiene un pequeño incremento en unos casos, mientras
que en otros días el consumo de energía eléctrica se mantiene casi permanente.
• De acuerdo con las curvas de demanda obtenidas del estudio realizado a este
usuario, no existe una clara diferencia entre el valor de los picos máximos
generados en días normales y fines de semana.
• Las curvas señaladas, denotan que el consumo de energía es más sostenido en la
mañana y tarde, existiendo una disminución en la utilización de la energía durante
la noche, debido básicamente al efecto del dispositivo de control de carga, que no
permite el encendido del tanque en el rango de tiempo de la hora pico.
CAP [TUL O 3. PR UEBAS EXPERIMENTA LES Pag. 104
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
• La demanda promedio para este segundo usuario se encuentra aproximadamente
en 1 Kw, dato que se mantiene respecto al caso en que no se utiliza el dispositivo
de control de carga.
DEPARTAMENTO 3
• De acuerdo a las curvas de demanda correspondientes a este usuario en estudio,
se puede establecer que los picos máximos de demanda diaria se encuentran entre
3,5 y 5,3 Kw los cuales se producen con más regularidad entre las 06hOO y llhOO
y ninguno dentro de la hora pico entre las 18h30 y las 21hOO. Al comparar estos
resultados con el primer caso, se nota claramente que se ha desplazado los
consumos picos máximos y medios de la hora pico, demostrando así la
efectividad de la utilización del dispositivo de control para este usuario.
• Los datos obtenidos muestran que en todos los días de prueba existe una pequeña
tendencia al crecimiento de la demanda media a medida que avanza el día. El
incremento de la tendencia de la demanda media diaria entre un extremo y otro
fluctúa entre 0,6 y 1,1 Kw, valores que resultan ser menores a los obtenidos sin la
utilización del dispositivo de control, ya que en la noche se controla el uso de la
energía eléctrica.
CAPÍTULOS. PRUEBAS EXPERIMENTA LES Pag. 705
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA,ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
• Las curvas correspondientes a este usuario, muestran que no existe una clara
diferencia entre la hora de ocurrencia del mayor consumo en los fines de semana
y días normales, pues la mayoría de ellos ocurren en la mañana.
• El consumo de energía eléctrica es un poco más sostenido a medida que avanza la
tarde y noche, lo que se manifiesta en una mayor área bajo la curva de demanda.
En la mañana los picos de demanda tiene duraciones cortas, sobresaliendo el que
ocurre casi todos los días normales a las 9hOO.
• En este segundo caso, la demanda promedio fluctúa alrededor del valor 1,0 Kw,
notándose una disminución respecto al primer caso.
• Los picos máximos de demanda diaria se encuentran entre 3}68 y 4,2 Kw mismos
que se producen con más regularidad entre las OóhOO y 09hOO.. Con la ayuda del
dispositivo de control se ha logrado desplazar totalmente los consumos máximos
fuera de la hora pico. Existen picos de demanda medianos entre las 15hOO y
IShOO y otros se producen pasadas las 21hOO.
• Los resultados obtenidos en este caso, muestran que en la mayoría de días existe
una tendencia a permanecer constante la demanda media a medida que avanza el
día; es decir, el consumo de la energía eléctrica tiende a ser el mismo a lo largo
CAPÍTULO 3. PRUEBAS EX PER MENTA LES Pug. 106
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
del día. Esta reducción de la pendiente de la tendencia de la demanda media
obedece básicamente a la acción del dispositivo de control durante la hora pico,
ya que en la tarde y noche restringe la utilización de la energía.
• El leve incremento de la tendencia de la demanda media diaria entre un extremo
y otro fluctúa entre 0,5 y 0,6 Kw; resultados que permiten afirmar que hay una
tendencia a utilizar la energía eléctrica en cantidades constantes durante las 24
horas del día.
La demanda promedio diaria para este usuario en estudio, se encuentra alrededor
de 0,5 Kw, por lo que se puede concluir que el consumo de energía de este
departamento es relativamente bajo y se mantiene sin variación respecto al caso
en que no se utiliza el dispositivo de control de carga.
DEPARTAMENTO 5
Los picos máximos de demanda diaria se encuentran entre los valores 1,7 y 3.8
Kw los cuales se producen con regularidad entre las 1 IhOO y 15hOO , además uno
que otro ocurre dentro de la hora pico del sistema entre las 16h30 y las 21hOO. Es
importante indicar que en este usuario se presenta la particularidad de encontrar
con frecuencia picos de corta duración.
CAPÍTULO 3. PRUEBAS EXPERIMENTALES Pug. 707
DÍSPOSmVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
• Las curvas de demanda de este usuario muestran que, en todos los días de prueba
existe una tendencia al crecimiento de la demanda media a medida que avanza el
día. El incremento de la tendencia de la demanda media diaria entre un extremo y
otro fluctúa entre 0,0 y 1,5 Kw, notándose claramente una disminución de la
pendiente de la línea de tendencia y por lo tanto la acción del dispositvo de
control
• Además se puede concluir respecto a este usuario, que no existe una amplia
diferencia entre el valor de los picos máximos generados en días normales y fines
de semana.
• Las curvas reflejan también que el consumo de energía de este usuario es bajo y
que en ciertas horas específicas aumenta el consumo en pequeños períodos de
tiempo.
• La demanda media se encuentra aproximadamente en 0,5 Kw, lo que demuestra .
que el promedio de uso de la energía eléctrica es relativamente bajo en
comparación con los otros usuarios tomados como muestra para este estudio y
además existe una disminución de este parámetro respecto al caso anterior.
DEPARTAMENTO 6
CAPÍTULOS. PRUEBAS EXPERIMENTALES Pag. 108
DISPOSITIVO DE CONTROL PARALA ADMINISTRACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
• De las curvas correspondiente a este usuario, se puede concluir que los picos
máximos de demanda diaria se encuentran entre 3,4 y 5,9 Kw, los cuales se
producen con regularidad entre las 09hOO y 12hOO, produciéndose uno que otro
en la hora pico pero de pequeña magnitud. Lo importante es que se ha logrado
desplazar casi la totalidad de los picos de demanda máxima fuera de la hora pico.
• Los picos de demanda tienen una duración de entre 30 y 45 minutos y se
producen entre 3 y 5 durante las 24 horas, además en ciertas horas del día este
usuario no utiliza la energía eléctrica.
• Del análisis de las curvas se ve que durante el día existe tanto la tendencia al
crecimiento como al decrecimiento de la demanda media. El incremento y
decremento de la demanda media es casi imperceptible, por lo que se podría
afirmar que el usuario en estudio tiene un consumo constante de energía durante
las 24 horas. Comparando estos resultados con los del primer caso (sin control de
carga) se nota claramente que existe una disminución del consumo en la hora pico
por efecto del dispositivo de control.
• Se nota además, que no existe una marcada diferencia entre el valor de los picos
máximos generados en días normales y fines de semana.
• Se concluye también que los picos generados en la mañana tarde y noche tienen
una corta duración y la demanda promedio se encuentra alrededor del valor 0.4
Kw3 valor que resulta ser menor con respecto al primer caso.
CAPÍTULO 3. PRUEBAS EXPERIMENTALES Pug. 109
DiSPOSmVO DE CONTR OL PARA LA A DMtWSTRACLON DE CARCAS ELÉCTRICAS
Al concluir el análisis de los resultados que muestran el conjunto de curvas de demanda, se
puede afirmar con mucha certeza, que la acción del dispositivo de control de carga ha
cumplido plenamente el objetivo de desplazar los consumos máximos de energía fuera de la
hora pico de la curva de demanda.
4 Hora pico: 18h30a21hOO.
CAPITULO 3. PRUEBAS EXPERIMENTALES Pag. 170
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CURVA DE DEMANDA PARA UN USUARIO RESIDENCIAL CON CONTROL DE CARGA
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1997
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
CAPITULO 4.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
4.1. Breve estudio económico.
4.2. Conclusiones.
4.3. Recomendaciones.
CAPITULO 4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
CAPITULO 4.
4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
4.1. BREVE ESTUDIO ECONÓMICO
En esta parte del trabajo se presenta un muy breve análisis del costo que representa la
instalación del dispositivo de control de carga en cada uno de los usuario residenciales en la
ciudad de Quito. Estos costos se componen de los siguientes ítems:
DESCRIPCIÓN
Dispositivo de control
Instalación del equipo
Mantenimiento (Reprogramación)
TOTAL
COSTO (Sucres)
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250.000
Tabla -.4, L~ Descripción de costos del dispositivo de control.
CAPITULO 4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. 114
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
Equipos similares en el mercado como timers tienen menor costo pero tienen las siguientes
desventajas respecto al dispositivo aquí desarrollado;
• No proporcionan la flexibilidad en la programación de los intervalos de tiempos
de encendido y apagado del tanque de calentamiento de agua como el dispositivo
aquí desarrollado, ya que sus períodos de tiempo son fijos y no existe una
constatación en tiempo real de su funcionamiento.
• No funcionan indistintamente con 110 voltios y 220 voltios, además son muy
frágiles cuando son sometidos a sobrecorrientes y cortocircuitos.
Existen también en el mercado otros dispositivos electrónicos de ternporización para
encendido y apagado de equipos eléctricos, pero tienen las siguientes desventajas:
• Su circuitería interna es totalmente integrada en un ASIC, su costo si bien es un
poco menor que el dispositivo de control construido tiene la desventaja de que en
caso de daño es prácticamente imposible su reparación por la característica
especial de su tecnología, lo que significaría deshacerse totalmente del aparato.
• Estos temporizadores electrónicos trabajan ya sea con 110 V. ó con 220 V.,
mientras que el dispositivo de control de carga desarrollado en el presente trabajo
de Tesis puede trabajar indistintamente con cualquiera de los dos voltajes.
CAPÍTULO 4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. Pag. [ J.5
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
En los casos señalados y que constituye su principal desventaja, es que el usuario programa
las horas de encedído y apagado a su voluntad; mientras que en el equipo de control
diseñado y construido en esta Tesis, eso sólo puede hacer el usuario fuera de la hora pico y
por tanto los dispositivos disponibles comercialmente, no se pueden aplicar para los
propósitos planteados en esta Tesis.
Luego, es importante mencionar que el dispositivo diseñado y construido es un prototipo*
que presta amplias ventajas y facilidades para realizar estudios de control de carga y si se
decide realizar una instalación del dispositivo de control, en grandes cantidades su costo
tendría una disminución muy significativa y por supuesto se eliminaría el rubro de
mantenimiento planteado en la Tabla -.4.1.-.
4.2. CONCLUSIONES
1. El dispositivo de control de carga es un equipo de tecnología electrónica y digital, consta
básicamente de dos partes: la primera realiza las funciones de control, mientras que la
segunda ejecuta funciones de habilitación o deshabilitación de circuitos de potencia (110
o 220 voltios).
2. La etapa de control opera fundamentalmente con la ayuda de un microcontrolador 8748
y un reloj-calendario en tiempo real. Por otro lado la etapa de potencia tiene como
CAPÍTULO 4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. Pag. [ 16
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELECFRICAS
elemento básico un triac de potencia. Ambas etapas se encuentran aisladas eléctricamente
por medio de un optoacoplador.
3. El dispositivo de control de carga tiene la flexibilidad de realizar la activación y
desactivación en tiempo real de cargas eléctricas de potencia de acuerdo a una
programación de tiempos que son determinados a criterio del usuario. En el presente
estudio el dispositivo de control tiene períodos de tiempo de activación y desactivación
de carga fijos, ya que el fin ha sido estudiar el comportamiento de la curva de demanda.
*
4. El equipo de control de carga resulta ser un efectivo sistema de control de cargas
resistivas, con el que se podrían realizar diferentes estudios de carga no sólo a nivel
residencial, pues las facilidades y versatilidad que presenta lo hacen un instrumento de
innumerables aplicaciones.
5. Con el presente estudio se ha llegado a determinar claramente que si se utiliza un
dispositivo de control de carga para eliminar los consumos máximos en la hora pico, se
puede lograr una disminución en el pico máximo de la curva de demanda global del
sistema eléctrico ecuatoriano, con todas las ventajas que en ahorro de inversión en
generación, esto significa.
6. La utilización del equipo de control de carga constituye una medida bastante efectiva y
útil para ser tomada en cuenta dentro de las medidas AD&UREE que debería
implementar el Estado ecuatoriano con el fin de administrar y ahorrar la utilización de la
energía eléctrica en épocas normales y con mayor razón en los períodos de estiajes.
CAPÍTULO 4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. Pug. [ \J
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARGAS ELECFRICAS
7, El presente estudio ha pretendido constituirse en una base de un estudio mayor que
debería realizar el INECEL o las empresas eléctricas regionales; sin embargo los
resultados obtenidos en la presente Tesis de Grado dan la pauta de la importancia de
emprender en un proyecto de mucho más alcance.
8. Con los resultados alcanzados se ha demostrado que con el control del consumo en la
hora pico, efectivamente los usuarios cambian el consumo llevándolo a los valles de la
curva de carga general; situación que permite concluir que los objetivos del presente
trabajo se ha cumplido y que en alguna medida se está contribuyendo a la solución de los
problemas nacionales.
4.3. RECOMENDACIONES
1. El INECEL o las empresas eléctricas debería incentivar en sus clientes la utilización de
dispositivos de control de carga para administrar de mejor manera el uso de la energía
eléctrica, ya que no existen pliegos tarifarios que tarifen la energía de acuerdo a la hora
de utilización de la misma.
2. Los grandes consumidores residenciales deberían utilizar dispositivos de control de carga
en aparatos eléctricos de gran consumo. Durante la realización del presente estudio se
detectó que aparatos como el tanque termostato de agua caliente se mantienen
encendidos las 24 horas del día, situación que determina un gasto innecesario de energía,
CAPÍTULO 4. CONCLUSIONES r RECOMENDACIONES. Pug. \
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
en cambio si se utiliza un equipo de control de encendido y apagado a determinadas
horas de acuerdo a las costumbres del usuario, se podría ahorrar ampliamente la energía
eléctrica en nuestro País, misma que comúnmente es escasa.
3. Para proyectos futuros de éstas características en las que se requiere una amplia
colaboración de los usuarios en estudio., se debería lograr la participación de la empresa
eléctrica, ya que existe una indisposición a colaborar con el investigador ya sea por
temor a causar daños a la residencia en cuestión o por que se piensa que con ello se va a
incrementar los pagos por consumo de energía.
Por último, si bien con este trabajo no se ha conseguido un equipo de control de tanques de
calentamiento de agua, de características amplias y sofisticadas, ya que este no era en último
término el objetivo central de la Tesis, si se ha logrado demostrar que se pueden encontrar
soluciones netamente nacionales a nuestros propios problemas; construyendo dispositivos
con las características justas y necesarias, sin tener que pagar por opciones que no se usan,
en la tecnología que nos llega desde afuera; en este sentido es mi criterio que la Facultad de
Ingeniería Eléctrica de la Escuela Politécinica Nacional tiene que seguir adelante y aportar
cada vez más al País.
CAPÍTULO4. CONCLUSIONES VRECOMENDACIONES. Pug.
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARGAS ELECTRÍCAS
BIBLIOGRAFÍA
BIBLIOGRAFÍA.
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
BIBLIOGRAFÍA
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USA.
2. DALLAS SEMICONDUCTORS, 1990, Manual de Referencia, USA.
3. INECEL, 1994, Programa para la administración de la demanda y uso racional de
energía eléctrica en e/ Ecuador, Quito - Ecuador.
4. MURRAY & SPffiGEL, 1984, Estadística, USA, McGraw Hill Inc. (Ira edición).
5. NATIONAL SEMICONDUCTOR, 1980, 48 Series Microprocessors Handbook, USA,-
Ira edición.
6. ORGANIZACIÓN LATINOAMERICANA DE ENERGÍA, 1990, Necesidad y
posibilidades para el manejo de demanda y uso racional de energía en los sistemas
eléctricos de América Latina y el Caribe, Quito-Ecuador.
7. ORGANIZACIÓN LATINOAMERICANA DE ENERGÍA, 1993, Plan de Acción e
Identificación de Medidas de Manejo de la Demanda y Uso Racional de Energía
Eléctrica, Quito-Ecuador.
BÍBLIOCRAFÍA. Pag. ] 21
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8. PALLA ROBERT, 1979, Evaluaüon of euergy - conserving. Modificalions for water
heaters, Washington D. C.5 USA.
9. PHILIPS ECG, 1994, SemiconductoraMaster Replacement Giiide, USA, 16ava edición.
10.Primer Simposio Internacional, Minisistemas de control y manejo de cargas eléctricas
en disfribución para países en desarrollo., 1990, Quito-Ecuador.
BIBLIOGRAFÍA. Pag. ¿22
DISPOSITIVO DC CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
ANEXOS
ANEXOS
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CA RCAS ELÉCTRICAS
ANEXO A
Gráficos de las curvas de demanda
ANEXO A. GRÁFICOS DE LAS CURVAS DE DEt\IANDA
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
ANEXO A.l
Gráficos de las curvas de demanda sin control de carga.
ANEXO A. GRÁFICOS DE LAS CUR VAS DE DEMANDA
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7
DISPOSITIVO DE CONTROL PARALA ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
ANEXO A.2
Gráficos de las curvas de demanda con control de carga.
ANEXO A. CRAfiCOS D£ LAS CURVAS DE DEMANDA
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97
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DL CARGAS ELÉCTRICAS
*
ANEXO B
Diagramas Circuitales.
ANLXO B. DMGRAAt/\ CJRCUHALES
DÍSPOStnVO HE CONTROL PARA L/\ DE CARCAS f.í LTTR/L'AS* .
ANEXO C
Manual del usuario.
ANEXO C. MANUAL DEL USUARIO
WSPOWIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARGAS ti RTRÍCA5
ANEXO
1. GENERALIDADES DEL DISPOSITIVO DE CONTROL
El dispositivo de control diseñado y construido para efectuar un control de la carga consta de
las siguientes facilidades externas, que deben tomarse en cuenta a la hora de la instalación del
mismo, por la utilidad que prestan:
• Cable con enchufe, para la alimentación al dispositivo; voltaje = 110V AC.
• Cables de entrada y salida para alimentación de la carga (tanque de agua); voltaje =
220 V. AC.
• Fusible de protección de 1 amperio.
• Señal luminosa para detección del estado del tanque (ON = encendido y OFF =
apagado).
• Señal luminosa para detección de trabajo normal del dispositivo (ON -OFF
intermitente cada segundo).
ANEXO. ¡MANUAL DEL USUARIO PAG. 1
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
A continuación, en la figura -Al:(a).- se muestra la forma externa del dispositivo de control,
donde se puede apreciar .las distintas facilidades externas que se ha previsto para los
dispositivos de control instalados en cada una de las residencias donde se realizó el estudio y
corresponde a una versión simplificada, con las funciones básicas para las operaciones de
control de carga.
Portañisible
LEDdeON/OFFde la carga.
LEDdeTRABAJONORMAL.
Entrada(220 V. AC).
Alimentación.110 V. AC
Salida altanque
220 V. AC
Figura -Al: (a) .- Dispositivo de control de carga. Vi'sta general
Salida al tanque220 V. AC
Alimentación110 V. AC
o oFigura -A 1: (b) .- Dispositivo de control de carga, lista latera! izquierda.
ANEXO. MANUAL DEL USUARIO PAC. 2
DISPOSITIVO DE CONTROL I'ARA IA ADMINISTRACIÓN DL" CARGAS ELÉCTRICAS
Portafusible Led de ON/OFF dela carga
Led de operaciónnormal.
Entrada220 V. AC.
Figura -A 1: (c) .- Dispositivo de control de carga. Vista lateral derecha.
Para poder efectuar adecuadamente la instalación, se dispone además de otro dispositivo algo
similar pero con funciones adicionales para poder realizar la incialización de los parámetros
de control que necesitan los dispositivos de control de carga instalados; desde luego que éste
dispositivo más completo no fue instalado, ya que se ha definido que sus funciones sean
básicamente de calibración o programación del resto de equipos.
A continuación se indican los parámetros de tiempo que deben ser considerados para el
control de la carga, los cuales son inicializados en cada equipo de control:
Igualación de las horas y minutos del reloj en tiempo real disponible en cada
equipo.
Inicialización de los datos de la hora y minutos en que se realizará la desconexión
del tanque de agua y la hora y minutos de la reconexión.
ANEXO. frtANUAL DEL USUARIO PAG. 3
DISPOSITIVO DC CONTROL PARA LA ADA-trNlSFRAClÓN ÜF CARCAS ELÉCTRICAS
2. - FORMA DE ÍNICIALTZACION DE LOS TIEMPOS DE CONTROL
Un paso previo a la instalación del dispositivo en el tanque de calentamiento de agua, es la
inicialización de los tiempos indicados anteriormente, para lo cual se vale del equipo de
calibración.
Para cumplir con este objetivo, se deben observar los siguientes pasos:
1. Disponer de un conector de 4 hilos, el mismo que uno de sus extremos está acoplado
a un zócalo de 40 pines, mientras que en el otro extremo a un zócalo de 8 pines.
2. Interconectar el equipo de calibración con el dispositivo de control, mediante, el
conector descrito en el numeral anterior; en el equipo de calibración se coloca el
zócalo de 8 pines sobre el zócalo correspondiente al reloj-calendario DS1202 y en el
dispositivo de control se coloca el zócalo de 40 pines sobre el zócalo correspondiente
al microcontrolador 8748; en cada caso al conexión es descrita sobre el zócalo libre
del circuito integrado.
3. Energizar el equipo de calibración y utilizando la tecla de función (F), escoger la
igualación de horas, la cual queda determinada una vez que se encienda el led (Ll);
ANEXO. MANUAL DEL USUARIO PAG, 4
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMMlS'rRAClON DE CARCAX LLEC
.luego mediante la pulsación de la tecla de conteo (C) se incrementa desde O hasta el
número que corresponde a la hora requerida.
4. Pulsar nuevamente la tecla (F) hasta que se encienda el led (L2), en esta posición se
puede proceder a la igualación de los minutos, nuevamente con la ayuda de la tecla de
conteo (C).
5. Una nueva pulsación de la tecla (F) va a determinar que sencienda el led (L3), en esta
posición se puede inicializar con la tecla (C) la hora de inicio de la desactivación del
tanque (desconexión).
6. Pulsando nuevamente la tecla (F) hasta que se encienda el led (L4), se puede proceder
a inicializar con la tecla (C) los minutos de inicio de la desactivación del tanque
(desconexión).
7. A continuación, repitiendo los pasos 6 y 7 anteriormente descritos, se inicializan la
hora y minutos de activación del tanque (reconexión).
Como queda indicado, la identificación de cada uno de los pasos de inicialización de los
tiempos de control, se establece mediante un juego de LEDS, los mismos que indican al
operador que variable es la que se encuentra inicíalizando; para éste efecto en la figura -A2-,
se indica la posición e identificación de los leds en el equipo respectivo.
ANEXO, MANUAL DEL USUARIO PAC. 5
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
Después de haber cumplido eí procedimiento de inictalización, se retira el conector y se
coloca el microcontrolador 8748 en el dispositivo de control a ser instalado, con lo cual dicho.
dispositivo ya se encuentra listo para su instalación.
Teclas deprogramación de
tiempos.
ao o o o o o
Ll L2 L3 L4 L5 L6Juego de Leds
Figura -Á2 .- Configuración de ledsy teclado del equipo de programación.
3. - INSTALACIÓN DEL DISPOSITIVO DE CONTROL DE CARGA.
Luego se traslada el equipo ya programado los datos al lugar físico donde será instalado.
Generalmente un tanque de agua caliente dispone para su alimentación de voltaje de un
interruptor de cuchillas con sus respectivos fusibles.
Para la instalación del dispositivo de control directamente en el tanque de calentamiento de
agua, se recomienda observar el procedimiento que se detalla a continuación.
ANEXO. MANUAL" DHL USUARIO PAG. 6
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
1. Desactivar el interruptor de cuchillas que permite el encendido y apagado del
tanque que se encuentra alimentado a 220 voltios.
2. Desconectar los terminales que van al tanque de agua desde el interruptor de
cuchillas.
3. Conectar el dispositivo de control al interruptor de cuchillas, cables identificados en
el equipo como entrada de 220 V AC.
4. Unir los cables de alimentación del tanque de agua con los cables de salida a la
carga del dispositivo de control; para este efecto se recomienda el uso de boraeras.
5. Luego, se conecta el dispositivo de control a un toma corriente de 110 Voltios,
para iniciar su trabajo normal. En ese momento se activarán los LEDS de control.
6. Finalmente, se activa el interruptor de cuchillas; con esto dependiendo de los
tiempos programados para conexión o desconexión, el tanque de calentamiento de
agua pasará a operar o no.
Una buena instalación permitirá observar el parpadeo del LED de operación normal y la
circulación de corriente en el tanque si éste estuviese activado, situación que se puede
detectar con la ayuda de un multímetro y la respectiva pinza amperímétrica.
ANEXO. MANUAL DEL USUARIO PAC. 1
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA L/\ DE CARGAS ELÉCTRICAS
ANEXO D
Referencias técnicas.
ANEXO D. REFERENCIAS TÉCNICAS.
DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARCAS ELÉCTRICAS
ANEXO D
Rdoj-Calendario DS1202.
ANEXO D. REFERENCIAS TÉCNICAS.
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DISPOSITIVO DE CONTROL PARA LA ADMINISTRACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS
ANEXO D
Microcontrolador INS 8748.
ANEXO D. REFERENCIAS TÉCNICAS.
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240A
í«r.r-'.'-'v -"'n!.TCJ*MMAL *<MT¿-:.
i --J¿L-iLüá¿fc;.
í •.-'- FIN?• 1 (''-,.' 1. MAIN U»M1K*LÍ (Mil)
/ H£>T SIHK '"•' ' .». GATt (O)
• 7..3. GATE (G)
1. MT12. MT2
TAB COMMON TO PIN 2
1. MAIN TERMINAL 12. MAIN TERMINAL 2 , .3. GATE'
T»b 0« ric«UY Ctxnmoo to pin 2for |»oiat»d Typ« •
'. :--Í'JÍ.6-;->;.'.*-'-'¿/';-. '•'. '•' ..rS;^v'.? ;:'.>'.í''.''.¿>r.,?,. A* v -
TRIAC Outlines (cont'd)Fig. Z41 TO-220
.110" —(2.79)i
•120" __
,I47"(3.73)MAX. DÍA.
I. MAIN TtUMlh-UL 1 tMTl)2.MA|NT£*MJSAL2(MTI)3. GATE (G) .
T«*> E>»ciiHc > Commotlto Pin 2 «c«o( for
Fig.Z41D
1. MAIN TERMINAL.1-Z MAIN TERMINAL 2 .. :
.3, GATE '- ' •
;z4SA TOWM
••PIN"J.GATE(G)
2. MAIN TERMINAL 1 {MTi). " A 'IEÍMINAL2 (MT2). ^ \.,
ta 12 ln-16i
,. un — — nJ, '' (14.28) ..j.-:-^ i:^n-,,^^^
1 -±ÜT ',.-
Fig.ZSO . TO-48Isolated Stud
PIN1. MAIN TERMINAL-12. GATE'3. MAIN TERMINAL!
Torqu» to 25 ín-lbt mín'; ' ,•' • 30-Ín-Ibi rrxix ;
Fíg.Z59[
;, ' ' *íl* ' y^** T>*'~'V'-V''-l: ','V"?*y^f't>V
rj ""íT [jf |J^2^^pvC^^3~
.
- AITtnr
Fig. Z61 TO-«
,M5"1«.T»V •-.-.
PIN 1. MAIN TERMINAL f IMT]) , •PIN 2. GATE (G) -PIN 3. MAIN TERMINAL 2 (MT2)
COMMON TOCASE •
f'?
Opto-Electronic DevicesNumeric LED Displays
ECGTypa
ECG3050
ECG3051
ECG3052
ECG3053
ECG30S4
ECG3055
ECG3056
ECG3057
ECG3058
ECG3059
ECG3060
ECG3061
ECG3062
ECG3063
ECG3064
ECG3065
ECG3068
ECG3069
ECG3070
ECG3071
ECG3074
ECG3075
ECG3076
ECG3077
ECG3078
ECG3Q79
ECG3080
Deacription
.270"; Com Anode; LHDP
.270"; Com Anode; Polarity/Overflow
.3"; Com Cathode; RHDP
.3"; Com Anode; LHDP
.3"; Com Anode; Polarity/Overflow
.4"; Com Anode; RHDP
A"; Com Cathode; RHDP
.4"; Com Anode; RHDP
A': Com Cathode; RHDP
.560" Com-Anódé;FRHDf!;É2-D¡Q¡t
.560" Com Cathode; RHDP; 2-0¡git
.560" Com- Anode; RHDP; 1-1/2 Digit
.560" Com Cathode; RHDP; 1-1/2 Digit
.560" Com Anode; RHDP
.560" Com Cathode; RHDP
.8"; Com Anode; RHDP
Color
Red
Red
Red
Orange
Creen
Yellow
Red
Red
Orange
Creen
Yellow
Red .
Orange
Creen.
Yelíow
Red
Red
Red
Orange
.Orange
Red
Red
Red
Red
Red .
Red"
Red
DlgitDea.
• B• +¡
'••B• o j-
T¡-
. '
V '
HS-,
" B°
CurrantPor
Segment<mA)
30
30
30
20
20
20 .
30
25
20
20
20
30
• 20 '
20
20
30
30
,30
20
20
20
20
20
20
20 '
20'
20
Reverte•Voltage
PerSegment
(V) .
10
10 ;
5
3 '
3
3 .
5-
3 .
• 3
3 .
3
- - 5 ;
. 3
3
3
' 5
' : 5
5"
' . 5
5 -
5
• 5'
5
5
5'
• 5".
3 ;
PowerDía*.
Pt(mW).
750
480
700
400
400
- 400'
700 '
700
400
400
.- .400
700
400
400
400
350 "
700.
700
400
400 -
. 800
800;
650 '
650
400 -
400
400 -
Flg'. •. No. •
P30 '
P3Í
P32
P33
'P34
.P35 '
P36
P35'
- P36
P37 -.
P38
P39
P40
iÉ
LHDP - Left Hand Decimal PointRHOP - Right Hand Decimal Point
1-125 ,
Numeric LED Display Outlines (cont'd)
Fig. P37 ECG3074 - Red ECG307S - Red
. 1. É-Cathoda- 1 1. E-Anoda • 12. D-Cathoda • I 2. D-Anods - 13. C-Cathoda- 1 • 3. C-Anode - 14, Dec Pt Cathode • 1 4. Dec PI Anode • 15. E-C»tbode • 2 5. E-Aoode - 26. D-Catnod« -7. 6. 0-Anoda • 27. G-Caihoda-2 7. G-Anoda • 28. C-Cathode -2 8. C- Anoda • 29. Oec Pt Cathode • 2 9. Dec Pt Anod« • 2
10. B-Carnoda - 2 10. B-Anode • 211. A~ Cathoda- 2 11. A- Anode- 212. F-Cathoda-2 • 12. F-Anod«-213. Common Anode - 2 13. Common Calhod* - 214. Common Anoda - 1 14. Common Cttboda • 115. B-Cathode- 1' 15. B-Aoode-116. A-Calhoda - 1 16. A-Aoode -117. G-Calhoda- 1 1?! G-Anode - 118. F-Cathode - 1 IB. F-Anoda - t
.965"• 125.021 *
112.71 _.
ia nú — l-j nr^— ift — r- ¿_ _ A
ffn u n T21 ES ES .ubzií/oÍjtrpí/ojL op D P
.320" '" / ¿'>,.. (ÍÜ&(8,13) a
L J * L JfM«!í|n|nyirVVffi f^ .• s-JU\ "-"' L^-JT
(2.34)
Fig. P39 ' ECG3078 - R»d ECG3079 - Red
1. E-Csihoda 1. E-Anode2. D-Catnoda 2. D-Anodo3. Common Anod« 3. Common Cathoda4. C-Cithoda 4. C-Anoda . ,5. D»c Pt Catnod* 5. Dec Pt Anoda6. B-Cíthoeta. 6, B-Anoda7. A~dthoda . 7. A-Anoda • _ '8. Cofnfixxi Arxxj» 8. Common Cathoda9. F-Cathod« 9. F- Anoda
10. G — Calhod* 10. G~Anod«
1 /r — TÍ t *.750- / [ / / .1- FS8
(19.05) ff~- — fj (14.22) _ /T . TJ
1 // " // I ¿4^//S -1 ti t//r> ¿_ . o P
— n. . iH* "' ' '32O" / i .315"
Í8.13)' 8* |8-D°1
i -k i hiifinr V^ r"•"gk^Tr1 .L-«s-Jl
(2.54) (3,94)
"
Fig. P38 ECG3078 - Rad
1. C- Cathoda - 1• 2. D-Cathod« • 1
3. B-Catbod« - 14, D«c P( Cathoda • 1 '5. E-Calhod«-26. D-Cathod« • 27. G-Cathoda-2 '8. C-Cathoda - 29. D«c Pt Cathoda - 2
10. 8-Cithodfl • 211. A-Cathod«-212. F-Cathoda-213. Common Anoda - 214. Common Anoda • 1'15. A-Cathoda-116. No Conoaciion17. No Connaction18. No Connaction
.983' '
(12.7) 1 '
• T" a ñ.7501: y u u
OIGIT ! I L ' ^/l
JííVH™Sa-JU^
ECG3077 - Red
1. C-Arxxla^ 1
3. B-Anoda - 14. Dftc Pt Anodw - 15. E-Anoda -28. 0-Anoda - 2 .' .7. G-Anoda - 28. C-Anod«-2
. ' 9. Dac Pt Anoda - 2 '10. fl-Anoda-2
, 11. A-Anode-212. F-Anode - 213. Common Cathoda - 214. Common (Uthoda • 115. A-Anoda- 116. No Conoactton17. No Conoactíon.18, No Connectíon
~T " ' /) ^á*•a«M « u - y* 'F¿T^B'-C cií' // ^ E // _. //ro2ÍT//o . [LMa
| .. °P • DP
* .066 DÍA ' - '
**
1 -3I3"i (S.OO) i
iiir1 : iL. .100r^H2.54)
ncr ' 7f I-2M1 l| -T-27) L I -f
(Í5.241 " ,fl5-• 13.94) -
Fig. P40 ECG3080- Red
1. No Pin . 10. Dacímajl Point2. Segmeot A 11. Saomant D3. Sagnwnt F 12. Common Anoda
• - • 4. Common Anod» 13. Sagmant C• 5. Segrrwfil E 14, Sagmaní G
fl; Cooimon Anoda 15. Sagnwit a • .'7. No Coonacrfon 18. No Pin ¡ •8. No Pin • 17. Common Artod»9. No Pin 18. No Ph
480" • ''(12.19) jS ORIEWTATKJN MARKS
| i - - ,< '
nU. G .u
LJi°
18 ,r
T.^00"
120.32)
l'.OS(27.6
' ' " ' 1
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' qKss; r1 . 1Ij- ._ .6QO _ 1f^ (15.24)"
r"""t—
== .TOO'^ (17.781
¡, . F_L 1 •Ff^
.018"1.4731
,1- r -"V1" ríSSi
t.150'(3.BI)
G
1-127
Iptoisolators£~ Phototranslator»
$
Í&T
feCGaK03
R03
•Pi
ypt
WO
MI
342
W3
DM
b*kmbeOB3£—»
120
F-DM«..R-
1089
lOM
ÉL1096
OutputConflguratlon
NPN Transistor
\IPN Transistor
^JPN Transistor
NPN Transistor
NPN Darüngton
NPN Darlington
NPN Transistor
NPN Darlington
NPN Darllnaton
NPN Darfíngton
NPN Dual-Transistor
NPN DualTransistor .
NPN Transistor
'NPN Transistor
Low Input OriveNPN Transistor
NPN Transistor
NPN QuadTransistor
Total Davlce Ratlng»
UolatlonVoltage
V|.o-Surge (V)
7500
7500
7500
3550
7500
7500
6000
6000
7500
7500
7500
5000
7500
7500
7500.
5000
5000
TotalPower
Pt <mW)
250
250
250
260
300
300
250
250
250
250
400
150
300
300
300
250 .
150
DCCurrentTransfer
Ratio% •
20 '
100
20
70
300
500
20
400
100
200
50
100
20
20
50@IF1 mA
100
100
LED Max Ratina»
ForwardCurrentiF.lmAl
80
. 60
60
•60
80
80
60
60
60
60
'60
50 •
. 60
60
. 60
60
50
Rever»*VoltageVR £V)
3
6
. 3
3
3
3 '
3
3 .
3
3
3
5
6
-
6.0
5
.5
Phototran«l«tor Ratlngí
Collectorto
BasaVoltage
BVCBO(V)
70
70
70
70
~ .
-
-
-
55
30-
—
:
. 300
' 70
70
—
. —
Collectorto
EmltterVoltage.
BVCEOÍV)
30
• 30
30
80
80
80
30
30
55
30
30
55
300(BVCER) .
30 '
30
55
55 .
Collector 'Currentle (mAÍ
3.5 Typ
100 Max
50 Max
50 Max
150 Max
150 Max
100
100
100
100
30
50
100
100
100'
50
50
TYPFr«qKHt
300 '
150
150
100.
75
'75
100.'
75
75
75
200
—
200 .
200
200'*
_.
- —
Ckt..Diag.
A
A '
A
A
B
B
D
C
E
• E
.F
V
A
M.
« A-
sw
t
Rg. 'No.
P28
P27
P28
•R29
P28
•>. '
P56
P61-.
nt Transfer Ratio Is.the output transistor collector current divided by the LED forward current -
^Htrf' Photothy rftto n
BB&TTP*
E3048K&XH9LB*iECG30S1
ECG3097
OutputConflguratlon
SCR
TRIAC
TRIAC
TR1AC with ZeroCrossinQ Circuit
SCR
TRIAC whh Zero-Crossing Circuit
Total Devlce Rattnga
liolationVoltage
V].oSurga (V)
3550
7500
7500
7500
. 4000
7500
PowerPt ImW)
260
330
330
330
400
300
LED Max Ratingt
ForwardCurrantIF ímA)
60
50
50
50
60-
50
Reverte-VoltagaVRlV)
3
3
3
3
6
. 6
Photothyriitor Ratlng»
VDRNllVÍ
400
250
400
250
400
400
IT RMS(mA)
100
100 '
100
100
300
100
IFT(mA)
14
10
10
15
11
15
Vp(on)(V)
100 mA
1.3
3.0
3.0
3.0
1 .3 at300 mA
. 3.0
IHOLD(mAÍ
.5
.1
.1
'.1
.5
.2
Ckt.Diag: •
. G
H- - t
H
J
G
J
Rg.No,
P28
Photo FET
ECG Type
ECG3086
OutputConflguratlon
FET -
Total Devlce Ratlng*
¿CÍ^w.'et^rlaolatlonVoltaga
V|»oSurge (V)
2500
PowerPt <mW)
• 300
LED Max Ratlng»
ForwardCurrentIF (mA)
60
RevermeVoltageV R ( V )
6
Photo FET Ratlnga
Draln toSource
BreakdownVoltage
BVDSS(V)
, ±30
DrainCurrent
IDImA)
±100
RDSon(Oh mi)
. 200
Ton(fjiec)
15
Toff(fiaec) -
15
Ckt.Oleg.
K
Rg.No.
P28
TTL Compatible Photo CdupledLogic Gate*
ECG Typa
ECG3087
ECG3094
.Output
Conflguratlon
Hi Speed OpenCollector, NANDGate
Dual Hi SpeedOpen Collector,NAND Gates •
Total Devlce Ratinga
laolationVottaga
V|80
(V)
3000
3000
PowerPt (mW)
100
60
LED Ratlnga
. ForwardCurrerrtiF(mA)
10
15
ReverseVoltageVR [VI
5.0
5.0
Output Ratingm
MaxSupplyVoltageVCc (V|-
5.0
5.0
OutputCurrentlo (mA)
50
16 PerChannel
PropagatlonDelayTime
(n*ec«)
75
75
EnafaleVoltag*VE (V)
5.0
—
Ckt.Diag.
L
Q
Rg.No.
P29
1-139
Optoísoiators (cont'd)TTL Compatlbl»Phototrmnitator»
ECG Typ«
ECG3092
ECG3093.
ECG3095
Output 'Configura tlon
Open CollectorNPN Transistor
NPN SplitDarlington •
Dual Opén .Collector, NPNTransistors
Oevlce Rat!ng>
Isolation
V|,o(V) "
. 3000
3000
3000
Pt. (mW)
'100
100
100
^
LED Max Ratingí
CurrentiF(mA)
25
•20
25
VoltageVRtV)
5 '
5
5
Output Ratlng»
VccIV) ,
15
18
15.
Current
Ratío
% '
15
400
15
'Output
lo(mA)
8
60
8
Pfopigatlon
Time •(nsac)
800
tpHL 1 MSOCtpLH 7 yaoc
800
Data
RataMbit/nac
1
. 100K
1
Ckt.
DIag.
O
P
R
Fig.No.
P29
DC Current Transfer Ratío ¡s.the ouíput transistor collector current divided by the LED forward current -
ECG Typ».
ECG3090
OutputConfigura ti oír
Schmítt Trigger
•- ToUl Davlce Ratlngm
. 'bolationVoltag»
VUo. Surg'»^V)
7500
Pow»rPt (mW)
-; 150
Led Max Ratina»
ForwardCurrentIp'lmA)
'60
RaveraeVoltag»VR(V)
6
Output Ratlngs.
VCC
Voltaga-Range
(VI
3Vto 15V
OutputVoltagaVotV)
15 max
OutputCurrentlo (mA)
50 max
Turn-OnTlrn»
TonIfiaec)
1.2typ
Turn-OffTime
Tofflfj«ec}
1.2typ
Ckt.DIag.
N
Rg.No.
P28
Optojsolator CircuitsDiag, A "
- ECG3040! ANOCC Q30413O42 CATHCOC (£
3043
.3088r ©, 3096"
• • "
At¿-
Diag. D
ECG3081 '
S~* ' f~
ANOOC (l 1 ,t — 4
. - + - r ""(EMJTTER) JÉ. . L
/— •• - I CCATMOOE (Z^ ' I— ¿
.
Diag: G
3046 AWOOE ©3091 - '
CATHOOC (T
Diag. KECG3086 ' ,
ANODC (T]
• CATHOOE (T
í
*
^•
~ Fig. P28
©BASE
¿)-CQLLECTOfl.
0 EMITTER
Fig. P27
(DETECTOR)
- . Rg. P28
¡3) AMOOC
J) CATHOOC
Rg. P28
7) DRAIN
7) SOURCE
Diag. B 'ECO3044 *Nooe(jj3046
• ©
Diag. E . '
ECG3083 *«OQE3084
CATHOOE
. . •
Diag. H "
ECG'
CATHOOC Q
Diag. L
ECG3087 MC
*'t+?E
*/ CATHOOE
•7* (~}
NC
•
•
^-tCK"^
. Rg. P28
©COLLECTOR
0 EUITTER
Rg. P28
4c¿
J" - -1- ^^ A &
^^0
T
0
- rKD»
T)BA5£
© COLLECTOH
7) EUITTER
Rg. P28
MAIN TERMINAL
TPIAC'DRIVERSUaSTRATE-DONOTCONKCT
MAIN TERMINAL
. Rg. P29
SVOUT
Diag. C Rg. P27ECG3082
ÍEUlTTERl V rSfck^_p (DETECTOR)
• CATHODE (T; J ^-7)EU1TTEH
Diag. FECG3088 _
ANOOE (¿
CATHOOE (T
CATHOOE (7
ANOOE (7
Rg. P29
EUITTER
T L L.
^ 1 -\— 7) COLLECTOR
Í L"] ™ V%— ^7) EUITTER
Diag. J • Rg. P28
•ECG3049 At4ooc(?3097
CATHOOC (T -
MC (T
^UAIM
^ -' CUNNtCI
2ERO *"~\NCIRCUIT ^-^ TERMINAL
Diag. M Fi . P28ECG30S9
ANOOE (T¡
CATHODE (g " ' y— J) COLLECTOR
^—J) EMITTER
1-140
Display Driver Circuits
I*
ECG Ip Max*500 mA500 mA500 .mA500 mA500 mA400 mA-150 mA100 mA
16-Pin DIP SeeFíg. D8
20112012201320142015207420762081
7 Unít Darlington Array/Driver
ECG IQ Max*
2Ó2Í- -40 mA2022 40 mA
18-Pin DIPSea Fig. D10
JL
£í * "
;B--ürgit/Ségrherit, Dariington Array/Driver
ECO IQ Max*'
2025 ,40 mA
VBB=+100 V
14-PÍn DIPSee Rg. D6
GND
4 HV Digit Driver * :••; £-/"•;•
ECG IpMax*
2028 1.5 mA
V C C = + 5 V
16-P¡nDIPSee Rg. 08
BCD-to-7 Segment Decoder/Driver
ECG I0 Max* 18-Pin DIP See Fíg. DIO
20182017201820192020
500 mA500 mA500 mA500 mA500 mA
8 Unit Darlington Array/Driver
ECG lo Max*
2023 200 mA'
. 16-Pin DIPSee Fig. D8
7 Segment/LED,Transistor Array/Driver
ECO lo Max*2028 40 mA
V8B=+100 V
16-Pin PIPSee Fig. D8
GND
6 HV Digit Driver
ECG Ip Max*2029 50 mA
VEE=-55 VVCC = GND
16-Pin DIPSee Fig. D8
7 HV Digit Driver (Active High Input)
ECG IQ Max*
2024 25 mA
V C C =+5V i
24-PÍn DIPSee Fig. D«5
i!
TT2 Digit BCD-to-7 Segment Decoder/Driver
ECG IQ Max*2027 350 mA
14-PinDIPSee Fig. D6
6 Digit Driver
ECG
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